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

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的隔膜元件感測和監(jiān)測，更具體來說涉及基于MEMS傳感器、系統(tǒng)以及監(jiān)測反滲透(RO)和納米過濾(NF)隔膜元件的方法。

發(fā)明背景

反滲透(RO)或納米過濾(NF)隔膜元件的阻塞或機(jī)械故障能夠?qū)е禄诟裟さ膬羲O(shè)備的相當(dāng)大的停工期。存在用來識別隔膜元件機(jī)械故障或者隔膜元件阻塞量的若干脫機(jī)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(jī)監(jiān)測，并且是費用高和費時的。相應(yīng)地，需要一種隔膜元件機(jī)a械故障和阻塞傳感器系統(tǒng)，以識別機(jī)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(tǒng)來幫助確保機(jī)械故障和/或阻塞的隔膜元件的及時清潔和/或更換的方法。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一個方面，一種用于基于隔膜的水過濾設(shè)備的MEMS傳感器系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)程遙測單元(RTU)、SCADA和多個MEMS傳感器，用于測量流的壓力、流率和傳導(dǎo)性;水過濾設(shè)備包括列，所述列包括包含多個隔膜元件的隔膜管;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(shè)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(dǎo)性;隔膜管接收饋送流，并且產(chǎn)生滲透流和濃縮流;常規(guī)壓測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的壓力;常規(guī)傳導(dǎo)性傳感器測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的傳導(dǎo)性;常規(guī)測量隔膜管滲透、濃縮和饋送流的流率;常規(guī)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(dǎo)性測量，RTU與MEMS傳感器無線通信;常規(guī)傳感器直接向SCADA提供測量;其中SCADA使用MEMS傳感器和學(xué)會傳感器測量來識別受損隔膜元件。

在本發(fā)明的另一方面，該系統(tǒng)通過使用MEMS傳感器和常規(guī)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率進(jìn)行比較，來識別受損隔膜元件。

該系統(tǒng)通過使用常規(guī)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率進(jìn)行比較，來識別受損隔膜管。

當(dāng)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，將隔膜元件識別為受損;其中當(dāng)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，將隔膜元件識別為受損;其中當(dāng)隔膜元件的所計算的歸一化鹽透過率比參考條件下的隔膜元件的歸一化鹽透過率要大至少大約5%時，將隔膜元件識別為受損;其中當(dāng)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，將隔膜管識別為受損;其中當(dāng)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，將隔膜管識別為受損;其中當(dāng)隔膜管的所計算的歸一化鹽透過率比參考條件下的隔膜管的歸一化鹽透過率要大至少大約5%時，將隔膜管識別為受損。

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

在本發(fā)明的又一方面，一種操作用于基于隔膜的水過濾設(shè)備的MEMS傳感器系統(tǒng)的方法包括：提供MEMS傳感器系統(tǒng)和隔膜列，隔膜列由包含多個隔膜元件的隔膜管來組成，隔膜元件串聯(lián)設(shè)置以創(chuàng)建各隔膜元件之間的隔膜接口;MEMS傳感器系統(tǒng)由多個MEMS傳感器和SCADA來組成;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隔膜管的濃縮流和滲透流的每個中的常規(guī)流量傳感器、常規(guī)壓力傳感器和常規(guī)傳導(dǎo)性傳感器來組成;其中隔膜管還由進(jìn)入隔膜管的饋送流中的常規(guī)溫度傳感器來組成;為隔膜元件的每個提供饋送流，其中隔膜元件的每個產(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的歸一化滲透流率、歸一化減壓和歸一化鹽透過率;促進(jìn)MEMS傳感器和常規(guī)傳感器獲取流率、壓力和傳導(dǎo)性測量;促進(jìn)常規(guī)溫度傳感器在時間“t”獲取饋送流的溫度;向SCADA提供在時間“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(dǎo)性測量;向SCADA提供在時間“t”的隔膜管的饋送流的溫度;使用在時間“t”所得到的溫度、流率、壓力和傳導(dǎo)性測量在時間“t”來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率;以及比較在時間“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率，以識別受損隔膜元件和隔膜管。