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基于CO_2浓度反馈控制补料的戊糖片球菌发酵过程测控系统设计与实现
基于CO2浓度反馈控制补料的戊糖片球菌发酵过程测控系统设计与实现
摘要：本文针对戊糖片球菌发酵过程中CO2浓度的测控问题，设计了一种基于CO2浓度反馈控制补料的测控系统。该系统通过对发酵罐内CO2浓度的实时监测，实现了自动补料并控制CO2浓度在设定范围内的目标。实验结果表明，该系统能够有效地控制发酵过程中的CO2浓度，提高了戊糖片球菌发酵过程的稳定性和产量。
1.引言
戊糖片球菌是一种重要的微生物发酵工业菌种，广泛应用于生物制药和食品工业。发酵过程中的CO2浓度是影响菌种生长和产量的重要因素。过高的CO2浓度会引起发酵罐内压力过大，影响反应物的传递和产物的分离，从而降低产量。因此，实时监测和控制CO2浓度对于戊糖片球菌发酵过程的稳定性和效率至关重要。
2.系统设计
本文设计的基于CO2浓度反馈控制补料的测控系统主要包括CO2浓度传感器、控制器和补料装置三部分。
2.1CO2浓度传感器
CO2浓度传感器负责实时监测发酵罐内的CO2浓度。传感器采用红外线非分散光谱技术，能够快速、准确地测量CO2浓度。传感器输出的CO2浓度数据通过传输线路连接到控制器。
2.2控制器
控制器采用单片机作为核心，通过编程实现CO2浓度的控制。控制器接收CO2浓度传感器的数据，并根据设定的目标CO2浓度进行调节。一旦CO2浓度超过设定范围，控制器会通过信号输出控制补料装置进行补料。同时，控制器还可以通过人机界面与操作人员进行交互，提供实时监测数据和帮助进行系统调整。
2.3补料装置
补料装置负责根据控制器的指令进行补料。补料装置可以通过控制阀门或泵来控制反应物的进入，从而实现CO2浓度的调节。补料装置的选型需考虑到操作的灵活性和反应物进入的均匀性。
3.实施方案
根据系统设计，我们进行了戊糖片球菌发酵过程的实验验证。在实验中，我们使用了CO2浓度传感器实时监测发酵罐内的CO2浓度，并采集了一系列CO2浓度数据。通过分析实验数据，我们得出了CO2浓度变化规律和控制参数。
基于实验数据，我们编程设置了目标CO2浓度为5%~10%的范围。在实验过程中，当CO2浓度超过设定范围时，控制器会输出信号触发补料装置进行补料。当CO2浓度低于设定范围时，自动关闭补料装置。
4.结果与分析
实验结果表明，基于CO2浓度反馈控制补料的测控系统能够有效地控制发酵过程中的CO2浓度。实验数据显示，系统在不同的发酵阶段都能够将CO2浓度维持在目标范围内。系统的稳定性和响应速度也得到了验证。
此外，实验数据还显示，基于CO2浓度反馈控制补料的测控系统能够提高戊糖片球菌的产量。与传统的手动补料相比，自动补料系统可以根据实时数据精确调整反应条件，提供了更加稳定的发酵环境，从而提高了产量和质量。
5.结论
本文设计和实现了一种基于CO2浓度反馈控制补料的测控系统，用于戊糖片球菌的发酵过程。实验结果表明，该系统能够有效地控制CO2浓度，并提高戊糖片球菌的产量。该系统具有实时监测、自动控制和操作简单等优点，对于工业化生产具有一定的指导意义。
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