在发酵、细胞培养、水产养殖及水处理等对溶解二氧化碳（dCO₂）有严格要求的工艺中，实现其精准控制至关重要。传统的单一参数控制存在滞后性和不准确性。本方案提出一种基于溶解CO₂传感器与pH电极联动的先进控制策略，旨在提升过程的稳定性与效率。
一、系统构成与原理
系统核心由三部分组成：
溶解CO₂传感器：直接、连续测量介质中的CO₂分压或浓度，作为控制系统的主调变量。它响应直接，是控制的最终目标。
pH电极：作为关键的辅调变量。由于CO₂溶于水会形成碳酸，引起pH值下降，二者在特定体系（如碳酸盐缓冲系统）中存在确定的数学关系（亨利定律、碳酸平衡）。
智能控制器：接收来自两个传感器的信号，执行核心控制算法，并输出指令给执行机构（如调节通气量的阀门或蠕动泵）。
二、联动控制策略
联动控制的核心在于利用两个参数的互补性，形成“前馈-反馈”复合控制模式。
前馈控制（基于pH）：pH值对CO₂变化的响应通常比专用dCO₂传感器更快。当工艺过程中因微生物代谢或其他原因导致CO₂产率突变时，pH会发生微小但可检测的偏移。控制器可据此提前预测dCO₂的变动趋势，并提前微调执行机构（如增加曝气量），实现“提前干预”，抑制大的波动。
反馈控制（基于dCO₂）：dCO₂传感器提供最直接、最终的控制目标反馈。控制器将dCO₂的实测值与设定值进行比较，通过PID等算法进行精确修正，消除稳态误差。这确保了控制的长期准确度。
数据互校验与安全保障：两个传感器的读数应处于理论计算的可信范围内。若出现pH急剧下降而dCO₂读数未相应升高的情况，系统可判断为传感器故障（如pH电极漂移或dCO₂膜破损），并触发报警，切换到安全模式或依赖更可靠的传感器，防止误操作。
三、方案优势
响应迅速：利用pH的快速响应特性，克服了dCO₂传感器固有的响应延迟。
控制精准：结合前馈与反馈，大幅减小超调量和波动，维持工艺环境的高度稳定。
可靠性高：双传感器冗余设计提供了数据校验功能，增强了系统的容错能力和安全性。
优化能耗：平稳的控制减少了执行机构（如气泵）的频繁启停与大幅动作，有助于降低能源消耗。
总结：溶解CO₂传感器与pH电极的联动控制方案，通过软测量与直接测量的有机结合，构建了一个更智能、更稳健的控制系统，特别适用于对生化反应环境要求苛刻的场合，是实现精细化工和生物过程自动化的有效手段。
