Memosens技術(shù)是E+H公司在傳統(tǒng)模擬傳感器技術(shù)基礎(chǔ)上,基于現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)及微電子數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)技術(shù),將電化學(xué)傳感器數(shù)字與微處理器芯片技術(shù)結(jié)合的智能傳感器。自從Memosens的pH傳感器推出以來(lái),其免現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、可實(shí)驗(yàn)室操作標(biāo)定、傳輸信號(hào)可靠、防潮性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),為使用者帶來(lái)了極大利益,廣受認(rèn)可。此高端技術(shù)已經(jīng)成為一種工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),逐步寫(xiě)入了德國(guó)的教科書(shū)。
目前,E+H公司Memosens 技術(shù)已經(jīng)不僅僅局限于在pH傳感器,先后又推出了Memosens技術(shù)的溶解氧產(chǎn)品COS21D、電導(dǎo)率產(chǎn)品COS16D等全系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品推出后,在國(guó)內(nèi)的北京奧運(yùn)場(chǎng)館,上海世博項(xiàng)目相關(guān)的污水處理廠,三峽庫(kù)區(qū)、環(huán)太湖流域污水治理,環(huán)渤海流域碧海藍(lán)天工程等凈化水、環(huán)保監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。
革命性的Memosens技術(shù)
那么,memosens技術(shù)在實(shí)際使用中會(huì)帶來(lái)什么革新性的好處呢?
以最常用的pH電極為例,圖1很清楚的解剖了pH傳感器的基本結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測(cè)溶液流經(jīng)傳感器(玻璃電極)時(shí),電極和被測(cè)溶液就形成一個(gè)化學(xué)原電池,兩電極間產(chǎn)生一個(gè)原電勢(shì),該電勢(shì)的大小與被測(cè)溶液的pH值成對(duì)數(shù)關(guān)系,它將被測(cè)溶液的pH值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)(電勢(shì)信號(hào))。
圖1 傳統(tǒng)復(fù)合電極結(jié)構(gòu)圖
1-玻璃電極敏感膜(球泡);
2-陶瓷接液隔膜;
3-凝膠電解液鹽橋;
傳感器的電信號(hào)通過(guò)專(zhuān)用電纜送至變送器。為使微弱的模擬量電勢(shì)信號(hào)穩(wěn)定,免受干擾,通常國(guó)外知名企業(yè)大都采用雙屏蔽電纜,外加半導(dǎo)體層防護(hù),來(lái)保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定,而美國(guó)企業(yè)通常還會(huì)在電極上另加信號(hào)放大器,來(lái)增益?zhèn)鬏斝盘?hào)。
變送器由電子部件組成,其作用是將電極檢測(cè)到的電勢(shì)信號(hào)放大,并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。現(xiàn)今一般國(guó)外先進(jìn)企業(yè)普遍采用運(yùn)算放大器,甚至數(shù)字化CPU信號(hào)處理的方式,來(lái)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA或者智能協(xié)議通訊信號(hào)。
所以,傳統(tǒng)的pH測(cè)量一般采用毫伏電平這種模擬信號(hào)的傳輸方式,極其容易受到現(xiàn)場(chǎng)電磁波及附加電勢(shì)的干擾,并且,因?yàn)殡娀瘜W(xué)原理的因素,傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器也不可避免需要在現(xiàn)場(chǎng)頻繁(約每月一次)作清洗、標(biāo)定等維護(hù)。而傳感器的現(xiàn)場(chǎng)清洗、標(biāo)定又非常麻煩,受到安裝位置、氣候、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)清洗水源,要帶標(biāo)定液到現(xiàn)場(chǎng)等諸多外在因素的影響,給使用者帶來(lái)很大的“痛苦”,也影響到了電極的清洗標(biāo)定效果,從而影響了使用準(zhǔn)確度和壽命。
目前,雖然普通的數(shù)字pH電極正在取代傳統(tǒng)的模擬電極,但從測(cè)量原理上來(lái)講,數(shù)字pH電極的測(cè)量原理沒(méi)有任何變化,只是在信號(hào)傳輸上發(fā)生了變化。 還沒(méi)有真正解決電極必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗標(biāo)定等維護(hù)問(wèn)題。
圖2為E+H專(zhuān)利的memosen智能數(shù)字電極的結(jié)構(gòu)。
圖2 Memosens智能數(shù)字電極結(jié)構(gòu)圖
pH傳感器有個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié),就是電極與電纜的傳輸接頭。圖3所示就是數(shù)字電極的最重要的信號(hào)傳輸,也就是電極與電纜的連接部分結(jié)構(gòu)。
模擬電極是直接把傳感器測(cè)量來(lái)的模擬信號(hào)直接傳輸出來(lái),而數(shù)字電極是將傳感器測(cè)量出的模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換,變成數(shù)字信號(hào),然后再進(jìn)行傳輸。在數(shù)模的轉(zhuǎn)換的同時(shí)再加上可記憶的存儲(chǔ)芯片來(lái)儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)和標(biāo)定數(shù)據(jù),這就形成了智能化的數(shù)字電極。數(shù)字電極的構(gòu)造優(yōu)點(diǎn)是可以在一定程度上克服檢測(cè)模擬信號(hào)直接傳輸出來(lái)時(shí)電纜絕緣性下降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響。
圖3 智能數(shù)字電極的電纜接頭及信號(hào)傳輸方式
Memosens新技術(shù)傳感器的根本核心就是在傳統(tǒng)的傳感器中加裝模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和CPU微處理器及儲(chǔ)存器,這樣,探頭就能夠存儲(chǔ)出廠時(shí)原始數(shù)據(jù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)、用于預(yù)先維護(hù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)。
pH傳感器另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的“雙向傳輸”。因?yàn)閭鞲衅餮b有芯片,有信號(hào)數(shù)據(jù)的“讀”和“寫(xiě)”的功能,所以探頭與電纜的連接摒棄了傳統(tǒng)的金屬接插件的接頭方式,而是采用了一種類(lèi)似于互感器結(jié)構(gòu)的線圈信號(hào)傳輸接頭,并且全封閉于探頭內(nèi),如圖4所示。
圖4 耦合的信號(hào)傳輸方式
這種耦合的信號(hào)傳輸方式,不但解決了信號(hào)的雙向傳輸,又因?yàn)榫€圈互感器有能量傳遞的功能,因此解決了探頭內(nèi)芯片等電路板的供電電源問(wèn)題。
Memosens的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定
因?yàn)殡姌O具有存儲(chǔ)功能,可以存儲(chǔ)電極的特性參數(shù),如零點(diǎn)、斜率以及電極所有的相關(guān)特性參數(shù),如故障報(bào)警、歷史極限值、最高溫度、最低溫度、接觸最高溫度時(shí)間等。這樣,原本只有存儲(chǔ)在變送器電路部分的參數(shù),可以直接存儲(chǔ)在電極中,使得電極可以根據(jù)需要隨意更換,甚至在化驗(yàn)實(shí)借助任何其他變送器完成標(biāo)定,也就是說(shuō),無(wú)需在環(huán)境比較惡劣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)頻繁的每月標(biāo)定,取而代之的是在環(huán)境、溫度、工作條件非常良好的化驗(yàn)室完成。
這樣,就可以實(shí)實(shí)在在地解決傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器的最頭疼問(wèn)題:現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。免除了“現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)”,給分析儀維護(hù)帶來(lái)了的革命性改變。
電極與電纜接頭的防潮
而且由于探頭線圈的全封閉結(jié)構(gòu),又帶來(lái)了探頭與電纜接頭處的防水、防潮問(wèn)題,并因此延長(zhǎng)了探頭壽命。
抗干擾
因?yàn)樾盘?hào)的傳輸為純數(shù)字式,因此穩(wěn)定性大為提高,對(duì)電纜的要求也大大降低,一般屏蔽雙絞線,如國(guó)內(nèi)常用的布線RVVP電纜就能勝任。抗干擾、傳輸距離相比普通傳感器也得以提升。
現(xiàn)代設(shè)備管理和標(biāo)定管理概念
儀表等工廠設(shè)備的資產(chǎn)管理軟件化是現(xiàn)代企業(yè)管理不可缺少的概念和手段,尤其是針對(duì)需要經(jīng)常維護(hù)管理及消耗替換的電化學(xué)傳感器。
因?yàn)镸emosens技術(shù)傳感器探頭帶有特性參數(shù)及工作數(shù)據(jù)庫(kù),可以存儲(chǔ)探頭的歷史數(shù)據(jù),使探頭的預(yù)維護(hù)等先進(jìn)的儀表設(shè)備資產(chǎn)管理理念變得可能。如現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以通過(guò)調(diào)用探頭數(shù)據(jù)庫(kù),得知每支探頭的工作狀況,零點(diǎn)、斜率的變化情況,更重要的是可以提前預(yù)知每支電極使用的壽命,適時(shí)的準(zhǔn)備新電極來(lái)替換壽命用完的電極,不但優(yōu)化儀表的管理,也保證了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)因電極問(wèn)題而中斷。
電極使用的最優(yōu)化
由于電化學(xué)傳感器的原理決定,電極的工作原理如電池一樣,有一定的使用周期和維護(hù)周期。當(dāng)電極作清洗、標(biāo)定等維護(hù)時(shí),必然無(wú)法進(jìn)行工作,這就影響了電極的正常測(cè)量。但是,Memosens的化驗(yàn)室清洗、標(biāo)定,可以理解為是一種離線維護(hù),這樣,不但大大提高電極的壽命,也大大提供電極的使用效率和工作效率,使電極最大程度地?cái)U(kuò)展使用時(shí)間周期,優(yōu)化了電極的使用有效性。
圖5 Memosens電極的優(yōu)勢(shì)
圖5所示為Memosens電極的一些顯而易見(jiàn)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),除此以外,非接觸式接頭、雙向數(shù)字感應(yīng)式技術(shù)等技術(shù),還為最終使用者帶來(lái)更多受益:
因?yàn)镸emosens無(wú)金屬接插件,可避免電極、電纜接頭接觸不良問(wèn)題;
因?yàn)檎emosens電極沒(méi)有任何暴露的金屬部分,所電極的抗腐蝕性強(qiáng);
因?yàn)閿?shù)字技術(shù)不受現(xiàn)場(chǎng)干擾、電流電壓影響,使電極安裝無(wú)需特別注意接地問(wèn)題;
因?yàn)椴捎脭?shù)字傳輸,一旦電纜受損或者絞纏,會(huì)在信號(hào)傳輸非正常時(shí),通過(guò)自診斷,給出報(bào)警信號(hào),這是模擬式傳輸不具有的功能。
自推出以來(lái),Memosens 這一技術(shù)已成為了一個(gè)新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),越來(lái)越受到用戶的關(guān)注。目前,國(guó)際知名的Knick(克尼克)公司、Hamilton(哈密頓)公司等都已經(jīng)與E+H公司簽訂了戰(zhàn)略協(xié)議,今后其產(chǎn)品都將采用E+H 公司專(zhuān)利的Memosens技術(shù),來(lái)提升產(chǎn)品的先進(jìn)性。