电流型传感器系统技术方案

在此提供了一种测量水的至少一个参数的传感器系统，该传感器系统包括一个电子设备子系统并且包括电联接且机械联接到该电子设备子系统上的一个传感器壳体。该传感器壳体封闭了一个腔室，该腔室经由至少一个进口接收水并且经由至少一个出口释放水。至少一个传感器具有暴露于该腔室内的水中的至少一个电极。一个流量发生器致使水流过该腔室。该腔室内的多个物体响应于该水流动而移动并且磨蚀性地清洁该至少一个电极。优选的是，该传感器系统包括具有至少两个电极的一个氯传感器。该电子设备子系统在一个测量时间间隔期间在这两个电极之间施加第一差动电压并且随后在该测量时间间隔之后的一个时间间隔期间在这两个电极之间施加第二差动电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电流型传感器系统
本专利技术属于测试水化学的系统的领域并且更具体来说是属于电流型传感器的领域。
技术介绍
电流型氯传感器被用于测量饮用水、废水、冷却塔中的余氯。一些较新的应用是测量海水中的总残余氧化剂（TRO）。近来的监管行动要求处理船上的压载水，以便将入侵物种灭活并防止它们排放到非原生水中。另一个新的应用是测量海水中高达500ppm的TRO，以用于反渗透脱盐系统中所使用的预处理微滤膜的生物污垢反冲洗。本领域中水化学的在线测量遇到的一个常见问题是传感器系统中被污染的电极。当工作电极被覆盖有抑制电极过程的无机（盐，如碳酸钙）层或者有机（生物污垢）层时，可能使电极测量不可靠。某些传感器的另一个问题是缺乏一种独立于流动的测量方法，该方法可以被设置于一个过程流中而没有变化的流速对传感器信号造成的不良影响。电流型传感器特别受到流速的显著影响。优选的是，传感器系统应对于范围从0英尺每秒至超过7英尺每秒的流速提供精确的测量，而传感器输出信号不发生明显变化。大多数传感器的另一个限制是缺乏将传感器直接插入一个过程流动管或配件中以便简单安装（如在饮用水配送系统中可能是必要的）的能力。在线氯监测器的维护成本经常大大超出机组的成本。由于变化的电极表面、污染、电解质耗竭、膜污染或膜拉伸、压力变化或尖峰、流量变化以及pH变化，对于大多数（如果不是全部）可商购的传感器来说频繁的重新校准是必要的。很多传感器系统都要求碘化物溶液或者缓冲剂的试剂供给，以便将pH降低至4.0。其他系统则依赖于流量或压力并且需要用排放装置进行排放的受控流动，以便为传感器提供一个恒定的流速。这个要求进一步使安装、维护以及后勤的需要复杂化。这导致过度的水损失或不必要的消耗。溶液的消耗和补充导致了更高的成本和维护要求。很多传感器的极化造成在最初的2至24个小时内敏感度的丧失，从而需要进行重新校准。如果传感器被移除并更换，那么敏感度降低并且校准发生变化。当具有暴露的电极的电流型系统与甚至低水平的氰尿酸（CYA）一起使用时，电极的极化通过抑制电子过程的CYA层而发生，从而致使该电极在不到一天的操作之后由于低的信号响应而不可用。氧化还原电位（ORP）常被用于余量控制并提供杀菌剂功效的一种定性指示。用于ORP感测的这些探针经常遭受由有机物造成的敏感度降低，特别是当存在高水平的氰尿酸时。需要的是不具有此限制的一种ORP传感器。绝大多数的商用电流型系统使用膜和电解质来控制在工作（测量）电极处发生的反应。这些系统的多个问题是众所周知的。膜发生拉伸且被油和有机物污染并且必须频繁地被更换。大多数这些系统的另一个问题是它们仅测量次氯酸——一个游离氯分数，而不是如DPD试剂盒所测量的游离氯。其结果是，与裸电极传感器相比，膜传感器的信号随着pH的变化而彻底变化。这得到了6.0pH至8.0pH的一个有限的操作范围。在超出8.0的pH的情况下，这些传感器产生非常小的信号，这可能产生大的误差。电解质必须在持续基础上得到更换，通常每月一次。除了这些缺点外，膜传感器还受到流量和压力变化的影响，当任一者发生变化时都要求进行重新校准。已知的传感器使用形成于基板上的一个可更换的薄膜传感器，该传感器具有多个电极和在用于氯的工作电极上的一个丝网印刷膜。该传感器具有大约6个月的非常短的寿命。已知传感器的另一个问题是饮用水中的氯胺类的检测和/或干扰。氯胺（一氯胺）是用于处理饮用水的一种消毒剂。当氨被添加到氯中来处理饮用水时，最常形成氯胺。氯胺的典型目的是在水移动穿过管道到达消费者时提供更持久的余量以供消毒。这种类型的消毒被称为二次消毒。氯胺已由自来水公司使用了将近90年，并且氯胺的使用受到了严密监管。超过五分之一的美国人使用用氯胺处理过的饮用水。含有氯胺并且满足EPA监管标准的水对于饮用、烹饪、洗澡以及其他家庭使用而言是安全的。很多公用事业使用氯作为二次消毒剂；然而近年来，一些公用事业已将这种二次消毒剂改为一氯胺，以便满足消毒副产物的监管。一氯胺（NH2Cl）普遍地作为一种二次消毒剂以低浓度用于城市用水配送系统中，作为游离氯氯化的一种替代物。一氯胺的使用正在增加。氯（有时称为“游离氯”）正被一氯胺所取代，一氯胺要稳定得多并且在水到达消费者之前不从水中散失。与游离氯相比，一氯胺还具有将有机物质转化成氯烃（如氯仿）的一种低很多的、但仍然存在的趋势。此类化合物已被鉴定为是致癌物；并且在1979年，美国环境保护局开始监管此类化合物在饮用水中的水平。此外，用氯胺处理过的水没有该气态处理的独特氯气味并且因此具有改善的味道。在游泳池中，通过游离氯与有机物质的反应而形成氯胺。与游离氯相比，氯胺既是作为一种杀菌剂不那么有效的，又对游泳者的眼睛更具刺激性。当游泳者抱怨由于池中“太多的氯”造成眼睛刺激时，问题典型地是高水平的氯胺。被设计成由业主使用的一些泳池用试剂盒对游离氯和氯胺都敏感，这可能是误导性的。以下图表展示了用于确定存在哪种物质的电流对Cl电位以及电流对一氯胺电位：在以上图表中，Cl的浓度是20百万分率（ppm），而NH2Cl的浓度按照Cl是20.5ppm。两栏中的“空白”读数是通过测量具有0浓度的氯或一氯胺的一种已知液体来确定的。用于氯和一氯胺的修正的分析信号是通过从每个所施加电位下的测量值中减去空白值来确定的。在图40所示的图中绘制了修正的分析信号对电位电压的数据点。以下图表展示了对于电位的相应比率而言分析信号的比率：如从以上数据中可以看出，可能通过两个电位的测量比率来确定该物种是一氯胺还是游离氯。大于5的比率表明该物种是一氯胺。显示图标可以用于表明存在一氯胺，从而邀请用户来执行一个动作。例如，当用于游泳池时，该图标可以警告操作员需要对水进行过氯化或需要添加一种非氯的冲击性化合物来降低一氯胺水平。该数据还展示了由相似水平的游离氯和一氯胺产生的信号的显著差异。可以使用两个存储的校准值——一个用于游离氯并且一个用于总氯。该比率还可以用于基于比率的量值来量化一氯胺和游离氯的分数。如果一氯胺存在，那么可以调整所存储的校准值，以便读出一氯胺的百万分率（ppm）。在一个饮用水应用中，可以调整所显示的余量，以便显示一氯胺而不是游离氯的ppm，从而更精确地显示氯水平。不然，该传感器系统可能由于一氯胺的较低的信号响应而彻底低估杀菌剂水平。专利技术的披露内容需要一种具有低维护要求的电流型系统。该系统应能够在无人值守的情况下工作延长的时期。该系统应在不进行传感器更换或其他维护的情况下工作延长的时期（例如，多达一年时间）。优选地，氯传感器和pH传感器应是可单独更换的，以便降低操作成本。优选地，该传感器结合了克服氰尿酸（CYA）的极化效应的一种方法。该传感器应该不要求频繁的重新校准，并且如果一个传感器被移除或更换，那么一个传感器应迅速地稳定并报告可靠的读数。根据本专利技术的多个实施例的一个方面是一种传感器系统，该传感器系统提供了一个可靠的传感器平台，该传感器平台具有长寿命的氯传感器、提供了一个可更换的pH传感器并且仅要求不频繁的校准。该传感器系统提供快速的测量响应时间，大体上不受流量、pH、温度或传导性的变化的影响，并且能够直接插入一个管道中。该传感器抵抗生物污垢和高水平的水硬度，这使得该传感器可实际用在最有挑战性的应用（包括海水和废水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.15 US 61/443,240;2011.10.19 US 61/548,953;1.一种用于测量水的至少一个参数的传感器系统，该传感器系统包括：一个电子设备子系统；一个传感器壳体，该传感器壳体被电联接且机械联接到该电子设备子系统上，该传感器壳体包括：一个腔室，该腔室经由至少一个进口接收水并且经由至少一个出口释放水；至少一个传感器，该传感器具有暴露于该腔室内的水中的至少一个电极；以及位于该传感器壳体内的一个流量发生器，该流量发生器致使水被引入该腔室内并且流过该腔室；其中：该传感器壳体被附接到该传感器系统的中间壳体的端部，所述中间壳体包括在所述端部附近的外螺纹部分；并且该传感器系统通过将该中间壳体的所述外螺纹部分插入水系统的管道配件被附接到所述管道配件。2.如权利要求1所述的传感器系统，其中：该流量发生器是包括一个电动机和一个叶轮的一个泵；该传感器壳体包括暴露于水中的一个湿侧和与水隔离的一个干侧；该电动机被安装在该传感器壳体的该干侧上；该叶轮被安装在该传感器壳体的该湿侧上；并且该叶轮被磁耦合到该电动机上，这样使得在该传感器壳体的干侧上的该电动机的旋转使在该传感器壳体的湿侧上的该叶轮进行旋转。3.如权利要求2所述的传感器系统，其中该电动机包括一种无刷式DC电动机。4.如权利要求1所述的传感器系统，其中该传感器系统是一种电流型传感器系统。5.如权利要求1所述的传感器系统，其中该传感器系统进一步包括多个可移动的物体，这些可移动的物体被约束在该腔室内并且是由在该腔室中流动的水可移动的，以便冲击并清洁该至少一个电极的表面。6.如权利要求5所述的传感器系统，其中这些可移动的物体包括多个玻璃球体。7.如权利要求5所述的传感器系统，其中这些可移动的物体包括多个聚四氟乙烯(PTFE)球体。8.如权利要求5所述的传感器系统，其中这些可移动的物体具有充分大于该至少一个进口和该至少一个出口的多个尺寸，这样使得这些可移动的物体被局限于该腔室内。9.如权利要求1所述的传感器系统，其中该至少一个传感器包括至少三个电极，并且其中该至少三个电极被同时清洁。10.如权利要求9所述的传感器系统，其中当水流过该腔室时，该至少三个电极被在该腔室内移动的多个可移动的物体同时清洁。11.如权利要求1所述的传感器系统，其中该至少一个电极包括在一个氯传感器中的多个电极和在一个pH传感器中的多个电极，并且其中在该氯传感器中的这些电极和在该pH传感器中的这些电极被同时清洁。12.如权利要求11所述的传感器系统，其中当水流过该腔室时，该氯传感器中的这些电极和该pH传感器中的这些电极被该腔室内的多个可移动的物体同时清洁。13.如权利要求1所述的传感器系统，其中该腔室的该至少一个出口被定位成使得该腔室中的任何空气经由该至少一个出口排出。14.一种用于清洁电流型传感器的方法，该电流型传感器具有定位在一个传感器本体的面上的多个电极，该多个电极中的每一个都具有暴露于水中的一个表面，该水具有有待由该多个电极测量的至少一个参数，该方法包括：将多个可移动的物体局限在一个空腔中，该空腔包括暴露于该多个电极的表面的一定体积的水；激活被包封在包括该电流型传感器的传感器壳体内的一个流量发生器以使水流入、流过和流出该空腔，以使得该水在该多个电极的表面上流动；并且使该多个可移动的物体在该空腔内循环，以使得当该水流过该空腔时，该多个可移动的物体冲击该多个电极的表面，该多个可移动的物体磨蚀该多个电极的表面，从而清洁这些电极；其中：该传感器壳体被附接到该电流型传感器的中间壳体的端部，所述中间壳体包括在所述端部附近的外螺纹部分；并且该电流型传感器通过将该中间壳体的所述外螺纹部分插入水系统的管道配件被附接到该管道配件。15.如权利要求14所述的方法，其中这些可移动的物体是球形的。16.如权利要求14所述的方法，其中这些可移动的物体包含玻璃。17.如权利要求14所述的方法，其中这些可移动的物体包含聚四氟乙烯(PTFE)。18.如权利要求14所述的方法，其中电联接到该电流型传感器的传感器探针上的一个控制系统至少在该多个电极中的一个第一电极与该多个电极中...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·A·喜沃瑞，
申请(专利权)人：迈克尔·A·喜沃瑞，
类型：
国别省市：