研究项目DeichSCHUTZ:可靠的测量造就更安全的滨水区

研究项目DeichSCHUTZ:可靠的测量造就更安全的滨水区

在极端洪水的情况下,受影响的人的希望完全在于堤坝 – 它们能不能挡得住? 像Fischbeck(萨克森 – 安哈特)2013年洪水那样的堤坝破坏对内陆地区造成了巨大的破坏,这对当今仍然有影响。 在不来梅应用科技大学的活动研究项目DeichSCHUTZ(堤防保护)参与了一个创新的堤防保护系统,可以防止这种事故发生。

仅在德国,河堤保护了数千公里的海滨土地。 从今天的技术角度看,正在建造由三个区组成的堤坝。 从水侧到陆侧观察,各个区域以稳定增加的孔隙率建造,从而在洪水事件期间提供堤堤体的良好排水。 然而,在德国,仍然存在许多具有均匀构造的老堤坝,例如在2013年6月在Fischbeck的易北河洪水期间破裂的堤坝。 与三区堤坝相反,较老的区域特别容易受到长期洪水条件的影响。 水渗入堤坝本身,并且其饱和线在长时间的高水量内在堤坝体内进一步升高。 该饱和线上升得越多,地面材料受浮力的影响越大。 因此,堤坝失去了自身的基本自身质量,却仍需要抵抗高水压力。

想要稳定易受破坏的堤坝需要巨大的物质、人员资源和时间,在急剧的洪水情况下,这些都是稀缺的。 因此,在人员,材料和时间承诺方面,我们需要有应急预案,这比在堤坝的陆地侧上铺沙袋更有效。

创新的移动堤防保护系统

不来梅应用科技大学水力和海岸工程研究所的Christopher Massolle正在开发一种可以大大减少时间和人员投入的解决方案。 随着DeichSCHUTZ研究项目,由联邦教育和研究部发起,一个创新的,移动堤防保护系统正在测试在洪水事件期间稳定堤坝。 STS提供的测量技术也在其中发挥很大作用。

为了评估移动堤防保护系统,在霍亚技术救济机构的房地建造了一个试验堤。 为此,建造了一个拥有大约550立方米水的U形保持盆,其底端设有堤坝。

从视频中可以看到,在堤坝的左侧部署了大量的管道。在这些管道内放置STS生产的ATM/N 液位传感器 。在测试布置中,保留盆填充有地下水。在接近现实的条件下,水在30小时内应升至3米的水平。投入式液位传感器ATM/N 现在测量饱和线在这段时间的发展。压力范围从1到250 mH2O,精度≤±0.30%FS(-5到50°C),记录到最后一厘米。当饱和线不再继续上升时,将移动堤防保护系统引入水侧坡道,并应防止渗水的进一步渗透。堤节体现在继续排水,并且饱和线中产生的偏移的程度将由所采用的水平传感器测量。根据这些测量结果,可以最后评估保护系统的功能。

液位传感器助力地下水净化

液位传感器助力地下水净化

无论是旧的垃圾掩埋场、煤炭开采、前军事基地还是炼油厂,都会对的土地造成污染,这对人类和环境都会造成危害。在复原这些场合中,需要能够抵抗腐蚀性介质的液位传感器。

受污染的场地不仅仅造成健康状况或土壤环境的变化。在缺乏安全措施的情况下(如旧的垃圾填埋场),根据土壤条件,有害物质会被雨水冲刷到地下水中。根据使用的类型,可以找到许多不同的有害物质,包括:

  • 重金属混合物:铜,铅,铬,镍,锌和砷(非金属)
  • 有机物质:酚,矿物油,苯,氯化烃类(CHC),芳香烃(PAH)
  • 盐类:氯化物、硫酸盐、碳酸盐

地下水的净化

在修复受污染的土地上,不仅仅是净化土壤,还需要对地下水进行控制和净化。这就需要可靠的液位传感器来抵抗恶劣的环境。

净化过程通常如下:被污染的地下水被泵抽到地表,然后进行处理。作为过滤后的冲洗水,它将再次返回到污染源。为了防止这种冲洗水从污染源流到边缘,采用主动的液压方法保护渗透。水通过去污过程后注入到地下。这里的压力条件在一定程度上形成了一道屏障墙使冲洗水流向污染源。这里就需要液位传感器来控制和监控这一过程。

Figure 1: 净化过程

液位传感器当然也在修复工作后使用。在完成这项工作后,受影响的地点将被监测,以检查水位或水流方向的显著变化。

当一些流速应用可能对环境造成损害时,也会用到有液位传感器。新的垃圾填埋场现在就像一个不能渗透的水池。在垃圾填埋场下面的地下水位降低了,这样一旦发生泄漏,没有水可以流入附近的区域。在这里,相应的水位也会由液位传感器监测。

污水中的液位传感器:要求最高

在选择合适的液位传感器时,净化污染区域的操作人员应该非常小心。由于大量的可溶解在水中的物质,没有一个可靠的解决方案适合所有案例。需要考虑到几个方面,下面我们简要介绍一下。

材质

壳体

在大多数应用中,如STS所采用的高端不锈钢,足以保护测量芯体免受有害物质侵蚀。如果与盐水接触,那么就会选择钛合金壳体,但如果更符合要求的话,应该选择aPVDF 液位传感器

Figure 2: ATM/NC耐化学品腐蚀压力传感器-PVDF 壳体

探头电缆

在我们的经验中,选择合适的电缆比选择合适的壳体要重要得多。由于渐进的扩散过程,破坏的进程并不是立刻显现出来的。通常情况下,即使已经损坏了在外部也不会观察到。在探头电缆的中间是一个小型的空气管,它用于均衡相对压力。如果电缆材料不具有100%的耐腐蚀,那么原材料可能通过电缆外皮扩散并穿过空气管进入传感器芯片。

根据物质的不同,STS用户可以使用PE、PUR或FEP电缆。后者可以应用在高达110℃的高温情况下。

安装

电缆布局选择

旧的垃圾填埋场和工业场所环境都很恶劣,不仅只是有害物质会损害所使用的压力传感器的功能。必须注意的是,机械负荷(如碎片)不会损坏电缆外皮。也应该避免摩擦和线路缠绕。因此在放置电缆时,建议使用STS提供的特殊保护管。

泄气孔

不同制造商生产的液位传感器的压缩率也是不同的。在STS,液位传感器的标准承压可以达到250米。然而,在不容易的安装条件下,操作员应该考虑使用泄气孔。

安装

如果传感器应用在活水或带有搅拌器的容器中,可以提供在电缆出口(管道安装)处的1/2’接头或压力接头(15mm)。

防爆

在有许多危险物质的应用中,也要注意到防爆。我们的产品是符合国际标准的ATEX认证的。

一般水和其他液体的电导率测量

一般水和其他液体的电导率测量

由于测试液体的特性,在测电导率的时候要考虑到各种因素。尤其是温度。

电导率以微母为单位,表示物质的导电能力。电阻和电导成反比,以欧姆为单位。即电导越高,电阻越低。

一般水的电导率

纯水实际上是不导电的(0.055 µS/cm,饮用水在500 µS/cm)。它只有通过溶解的物质,如氯化物,硫酸盐和其他物质才能导电。因此,水体的纯度可以通过电导率测量来确定,在这种情况下,水的导电性越高,在水中溶解的物质就越多。典型的电导率测量应用包括,用于检测地下水污染的垃圾填埋场,以及对地下水资源的监测。这使得导电性成为监测环境技术任务中的一个重要因素,从中得出可能包含的杂质。尽管导电率只是污染的一个指标,但进入水中的物质的成分必须经过化学分析。此外,并不是所有能溶解在水中的物质都是导电的(比如激素或杀菌剂)。

另一个常见的应用是确认流向和流速。为了达到这个目的,在水中添加盐,其导电性也相应增加。流速和方向可以通过测量特定点的电导来确定。

正如前面提到的,物质的导电性是跟温度密切相关的。在不同的温度下,同样的物质可以产生不同的电导值。如果没有温度补偿,两种物质没办法在相同温度下进行检测比较。出于此,导电率测量和温度测量是密切相关的。也因此,通常情况下,电导率和温度的测量都是通过单一电导率测量来实现的。然后用温度补偿来计算参考温度下的电导,通常参考温度为25摄氏度。

所测介质决定温度补偿

确定参考温度下的电导率的温度补偿方式完全取决于所测液体。对于一般水,根据水质标准DIN EN 27888采用非线性功能。

非线性用于盐溶液,酸和碱。为了计算电导率K在温度变化∆T下的变化,我们采用以下公式:

α = (∆K(T)/∆T)/K(25°C)*100

K(T) = 选定的温度范围内的电导率变化
T = 选定的温度范围内的温度变化
K(25°C)= 25°C下的电导率

最后,以计算快速除垢器的导电性为例。为了获得必要的计算数据,必须进行三次测量:

122.37 mS/cm at 20°C
133.10 mS/cm at 25°C
135.20 mS/cm at 26°C

K(T) = 135.20 mS/cm -122.37 mS/cm = 12.83 mS/cm
T = 26°C – 20°C = 6°C
K(25°C)= 133.10 mS/cm

α = ((135.20 – 122.37)/(26 – 20))/133.10*100 = 1.60 %/°C

采用压阻式液位传感器的静水压力测量

采用压阻式液位传感器的静水压力测量

无论是作为生命的给予者、危机,还是仅仅是夏季的一缕馨香,水的元素在许多方面决定着地球上的日常生活。由于它的绝对重要性,对此进行可靠的监测变得至关重要。

不能测量的当然也不能进行有效地管理。从淡水供应、饮用水处理、储存和消耗检测,到废水处理和水文观测,没有正确的测量就不可能有效地进行工作和规划。现在有一系列的设备和程序可以用来获取当今复杂的水文基础设施信息。针对液位测量最为经典的无疑是液位计。它的精度必须达到+/- 1厘米,当然,它是完全模拟式的——必须进行目测,而且不需要进行电子数据传输。现在,更先进、更精确的仪器提供了测量数据的远程传输,包括用于地下水和地表水水位测量的压阻式压力传感器。

压力传感器的液位测量

用于液位测量的压力传感器安装在水域底部进行监测。与液位计相比,它必须浸入水底才能读数。这也不是必须的,因为压阻式传感器是为了满足当今过程自动化和控制的需求而开发的。毫无疑问,在没有人为干涉的情况下,水位是可以测量的,这使得在难以接近的地点进行持续监测成为可能。

流体液位传感器测量水体底部的静水压力,静水压力与液柱高度成正比。此外,它也取决于液体密度和重力。根据帕斯卡定律得到以下公式:

p(h) = ρ * g * h + p0

p(h) = 静水压力
ρ = 液体密度
g = 重力
h =液柱高度

可靠的液位监测需考虑的重要事项:

因为压阻式液位传感器通常安装在水域底部,因此它们免于收到地表影响。泡沫和漂浮物现在都影响不到测量。当然,它们必须适应预期的水下环境。比如盐水应用中,需选择钛材质壳体的液位传感器。如需要电偶腐蚀效应,则PVDF 材质的测量设备是最好的选择。在大多数的淡水中,高质的不锈钢就足够了。最后,液位传感器要充分的接地,以避免雷击造成损害。

例如 (更多示例请点击这里).

现代液位传感器:一台设备提供所有数据

压阻式液位传感器可用于湖泊、地下水等开放水域的水位监测,也可用于封闭的罐体。开放水域宜采用相对压力传感器。利用这些装置,气压补偿由压力传感器电缆内的毛管提供。差压传感器通常用于罐体,因为附在液体上的气体覆盖层也必须考虑在内。 (了解更多请点击这里 )。

压阻式液位传感器可用于湖泊、地下水等开放水域的水位监测,也可用于封闭的罐体。开放水域宜采用相对压力传感器。利用这些装置,气压补偿由压力传感器电缆内的毛管提供。差压传感器通常用于罐体,因为附在液体上的气体覆盖层也必须考虑在内。

Figure 1: Examples of level sensors for hydrostatic pressure measurement

除了几乎没有深度限制这一方面之外,这些现代的测量仪器也极为万能。毕竟我们关注的不仅仅是水体的液位,水质对于地下水的监测也起着很重要的作用。比如地下水库的水的纯净度也由它的电导率来决定,电导率越低,水质越纯净。(了解更多电导率)。除了电导率传感器,液位探头现在也有集成的温度测量。压阻式液位传感器提供了广泛的监测任务,在大多数情况下毫无疑问比液位计更可取。

雨水和污水罐体内泵控液位监测

雨水和污水罐体内泵控液位监测

供水和废水处理因各地情况而异。在比利时的建筑中,许多地窖比污水系统还要深。因此,这里的废水处理必须通过泵来调节。

比利时的泵业公司Pumptech为业主和管理员提供强大的工业水泵,通过这种水泵,建筑物内的水循环会受到相应的监管。这在比利时的各个地区都是常见的,因为建筑内的地窖通常位于污水系统的下方。

由于废水不会直接流入污水系统,因此只能暂时储存在废水池中。这些建筑也会经常收集雨水,用于卫生设施。屋顶的雨水被注入地下储罐,可以继续使用。而废水,它最终流入单独的废水池,从而流入污水系统。

无论是在废水罐还是雨水罐体中,液位的监测对于水泵的日常运行都是至关重要的。因此,Pumptech使用投入式液位传感器 ATM.ECO/N已经15年了。最初是通过浮球开关来监测液位。随着时间的推移,发现这一方法不尽如人意——尤其是在废水罐方面。与投入式液位传感器相比,浮球开关的最大缺点是受到浮在污水面上的杂质影响,从而不能正常工作。这可能会产生深远的影响,因为水泵本身是通过测量罐装高度来控制的。当超过预定液位值时,第一个泵开始工作,同时第二个泵在下一个固定水位进行接入。如果达到限定高度,也会引发警报。

投入式液位传感器通常安装在罐体底部不易受到水中杂质污染。Pumptech测试了不同的供应商的产品,他们的选择最终了STS模拟量液位传感器ATM.ECO/N。因为与竞争对手相比,这些产品在长期稳定性方面最符合它们的要求。长期以来,这些泵控装置一直在正常工作,没有发生事故。

ATM.ECO/N投入式液位传感器采用高质不锈钢制的全密封膜片。压力连接电缆上的防潮过滤器还可以防止水或其他污染物进入其测量芯体。另一个优势是,与之前的浮球开关相比,它的反应迅速,现在用户可以立即看到罐体内部情况。

点击 这里可下载ATM.ECO/N电子版资料。