基于MEMS的隔膜傳感器系統和使用方法

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專(zhuān)利——基于MEMS的隔膜系統和使用方法。該專(zhuān)利由通用電氣公司申請，并于2017年6月27日獲得授權公告。

內容說(shuō)明

本發(fā)明涉及基于MEMS(微機電系統)的隔膜元件感測和監測，更具體來(lái)說(shuō)涉及基于MEMS傳感器、系統以及監測反滲透(RO)和納米過(guò)濾(NF)隔膜元件的方法。

發(fā)明背景

反滲透(RO)或納米過(guò)濾(NF)隔膜元件的阻塞或機械故障能夠導致基于隔膜的凈水設備的相當大的停工期。存在用來(lái)識別隔膜元件機械故障或者隔膜元件阻塞量的若干脫機光學(xué)和聲學(xué)裝置及方法。但是，這些裝置和方法不能提供脫機監測，并且是費用高和費時(shí)的。相應地，需要一種隔膜元件機a械故障和阻塞傳感器系統，以識別機械故障的存在以及隔膜元件中的阻塞的存在和量。此外，需要一種使用傳感器系統來(lái)幫助確保機械故障和/或阻塞的隔膜元件的及時(shí)清潔和/或更換的方法。

發(fā)明內容

在本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于基于隔膜的水過(guò)濾設備的MEMS傳感器系統包括：遠程遙測單元(RTU)、SCADA和多個(gè)MEMS傳感器，用于測量流的壓力、流率和傳導性;水過(guò)濾設備包括列，所述列包括包含多個(gè)隔膜元件的隔膜管;隔膜元件接收饋送流，并且產(chǎn)生濃縮流和滲透流;隔膜元件串聯(lián)設置，從而創(chuàng )建各隔膜元件之間的接口;MEMS傳感器測量隔膜接口處的饋送流、濃縮流和滲透流的流率、壓力和傳導性;隔膜管接收饋送流，并且產(chǎn)生滲透流和濃縮流;常規壓測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的壓力;常規傳導性傳感器測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的傳導性;常規測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的流率;常規溫度傳感器測量隔膜管饋送流的溫度;RTU與MEMS傳感器和SCADA進(jìn)行通信，以向SCADA提供MEMS傳感器和傳導性測量，RTU與MEMS傳感器無(wú)線(xiàn)通信;常規傳感器直接向SCADA提供測量;其中SCADA使用MEMS傳感器和學(xué)會(huì )傳感器測量來(lái)識別受損隔膜元件。

在本發(fā)明的另一方面，該系統通過(guò)使用MEMS傳感器和常規傳感器測量以計算各隔膜元件的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率，并且將各隔膜元件的所計算的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率與參考條件下的各隔膜元件的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率進(jìn)行比較，來(lái)識別受損隔膜元件。

該系統通過(guò)使用常規傳感器測量以計算隔膜管的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率，并且將隔膜管的所計算的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率與參考條件下的隔膜管的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率進(jìn)行比較，來(lái)識別受損隔膜管。

當隔膜元件的所計算的歸一化滲透流量比參考條件下的隔膜元件的歸一化滲透流量要小至少大約5%時(shí)，將隔膜元件識別為受損;其中當隔膜元件的所計算的歸一化差壓比參考條件下的隔膜元件的歸一化壓差要大至少大約5%時(shí)，將隔膜元件識別為受損;其中當隔膜元件的所計算的歸一化鹽透過(guò)率比參考條件下的隔膜元件的歸一化鹽透過(guò)率要大至少大約5%時(shí)，將隔膜元件識別為受損;其中當隔膜管的所計算的歸一化滲透流量比參考條件下的隔膜管的歸一化滲透流量要小至少大約5%時(shí)，將隔膜管識別為受損;其中當隔膜管的所計算的歸一化差壓比參考條件下的隔膜管的歸一化壓差要大至少大約5%時(shí)，將隔膜管識別為受損;其中當隔膜管的所計算的歸一化鹽透過(guò)率比參考條件下的隔膜管的歸一化鹽透過(guò)率要大至少大約5%時(shí)，將隔膜管識別為受損。

在本發(fā)明的另一方面，MEMS傳感器的每個(gè)由流量傳感器、壓力傳感器或者傳導性傳感器中的至少一個(gè)來(lái)組成。

在本發(fā)明的又一方面，一種操作用于基于隔膜的水過(guò)濾設備的MEMS傳感器系統的方法包括：提供MEMS傳感器系統和隔膜列，隔膜列由包含多個(gè)隔膜元件的隔膜管來(lái)組成，隔膜元件串聯(lián)設置以創(chuàng )建各隔膜元件之間的隔膜接口;MEMS傳感器系統由多個(gè)MEMS傳感器和SCADA來(lái)組成;為隔膜管提供饋送流，其中隔膜管產(chǎn)生濃縮流和滲透流;隔膜管還由進(jìn)入隔膜管的饋送流以及離開(kāi)隔膜管的濃縮流和滲透流的每個(gè)中的常規流量傳感器、常規壓力傳感器和常規傳導性傳感器來(lái)組成;其中隔膜管還由進(jìn)入隔膜管的饋送流中的常規溫度傳感器來(lái)組成;為隔膜元件的每個(gè)提供饋送流，其中隔膜元件的每個(gè)產(chǎn)生濃縮流和滲透流;MEMS傳感器放置在隔膜接口處的饋送流、濃縮流和滲透流中;得到參考條件下的隔膜元件和隔膜管的每個(gè)的歸一化滲透流率、歸一化減壓和歸一化鹽透過(guò)率;促進(jìn)MEMS傳感器和常規傳感器獲取流率、壓力和傳導性測量;促進(jìn)常規溫度傳感器在時(shí)間“t”獲取饋送流的溫度;向SCADA提供在時(shí)間“t”的隔膜接口和隔膜管處的饋送、滲透和濃縮流的流率、壓力和傳導性測量;向SCADA提供在時(shí)間“t”的隔膜管的饋送流的溫度;使用在時(shí)間“t”所得到的溫度、流率、壓力和傳導性測量在時(shí)間“t”來(lái)計算各隔膜元件和隔膜管的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率;以及比較在時(shí)間“t”的各隔膜元件和隔膜管的所計算的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率與參考條件下的各隔膜元件和隔膜管的歸一化滲透流率、歸一化差壓和歸一化鹽透過(guò)率，以識別受損隔膜元件和隔膜管。