压阻式传感器应用-船体生物淤积

压阻式传感器应用-船体生物淤积

生物淤积

生物淤积和腐蚀现象可能严重影响船舶航行和燃料消耗。缓解生物淤积每年可为全球航运业节省很多燃油支出。

生物淤积或生物污染是指微生物、植物、藻类或动物在潮湿的表面、设备(如进水口、管道工程、池塘,当然还有测量仪器)上的堆积,导致这些物品的主要用途退化。

防污

防污是指去除或防止海生物附着的过程。

特殊有毒涂层 可杀死生物附着物。由于新的欧盟的相关生物杀虫剂政策,许多涂料出于环境安全问题被禁止使用。

  • 无毒防粘涂层 防止微生物附着在表面。这些涂料通常以有机聚合物为基础。它们依赖于低摩擦和低表面附着力。
  • 超声波防污。超声波传感器可以安装在中小型船舶的船体内或周围。该系统基于已被证明可控制藻类繁殖的技术。
  • 脉冲激光辐照。等离子脉冲技术对贝类有效,它的工作原理是用微秒的时间用高压脉冲杀死生物。
  • 通过电解防污
  • 生物体不能在铜离子环境中生存。
  • 电解铜阳极产生铜离子。
  • 在大多数情况下,油箱外壳或船体作为阴极。
  • 安装在配置中的铜阳极在阳极和阴极之间产生电解。

电解对压阻式传感器的影响

  • 电解会产生氢正离子。
  • 由于它们的极化,氢离子移向所安装传感器方位的阴极(油箱外壳或船体) 。
  • 当箱体和传感器直接接触时,氢离子会通过最薄的阳极组件-传感器的膜片渗透。
  • 氢离子通过膜片渗透后,得一个电子转化为氢气(H2)。氢气聚集在传感器的填充液中。
  • 如果这种影响持续较长时间,填充流体中的氢浓度将增加,膜片膨胀。因此,传感器漂移并出现错误数据。

发现

对已经在船舶压载舱中使用了2-3年的不锈钢压力变送器进行了分析,调查得出以下结果。

调查结果

位于苏黎世的瑞士联邦材料科学与技术实验室对船舶压载舱中使用了2-3年的不锈钢压力变送器进行了研究。

在实践中, 不锈钢膜片沉积物的形成是不可避免的。 只要是在缺氧条件下膜片发生的腐蚀过程,氢以及它对传感器的渗透都是可预见的。

因此,在这样的条件下,膜片应采用更耐腐蚀的材料,如钛。

缝隙腐蚀发生在腐蚀介质存在的狭窄、未密封的间隙中,如重叠处和未贯穿焊接的焊缝中。由于反应物在间隙内扩散受到抑制,造成的间隙内介质与间隙外面积的浓度差。与浓度差相关的电位差导致了间隙(氢型)或其直接环境(氧型)的电化学腐蚀。

因此,膜片应该焊接在壳体上。

建议

根据这一发现,STS  已经成功地在海洋、盐水和海水应用中使用 钛材质壳体和膜片压阻式传感器超过10年。

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煤矿开采业中可靠的料位管控

煤矿开采业中可靠的料位管控

矿井工作和露天采掘的凹坑因其恶劣的工作条件而闻名。部署设备和技术也同样困难。 为此,需要持久可靠的测量仪器来监测地下水。

澳大利亚的煤炭数量占全球煤炭储量的10%。 作为主要的煤炭出口国,采煤业是该大陆最重要的经济支柱之一。 然而,开采矿原料也碰到了难题。 澳大利亚露天营运商与STS接洽,因为他们正在寻找一个压力变送器进行料位监测,深度达400米。

采矿作业对地下水的影响很大。 煤矿周围的含水层水分流失,导致土层呈凹陷锥体式下沉。 这种下沉通过产生降低阻力的途径来改变地下的自然水文条件。 那么这就导致了水渗透到露天坑和地下工作场地。 因此,不断流入的水需要连续地从坑中抽出,以确保原料的平稳和安全的提取。

为了控制地下水位和用于排水的泵,露天作业队需要一个压力变送器以根据他们的要求来监测料位。 规定的压力范围为0至40巴(400 mH2O)环境压力,以及电缆长度为400米。 当时STS提供的解决方案ATM.ECO/N/EX只读取25巴,电缆长度为250米。

但是,由于STS是专门针对客户提供专用的压力测量解决方案,因此这一挑战也是并不难解决。 在短时间内,STS开发了带有故障安全保险的eATM.1ST/N/Ex 压力变送器,用于料位管控,它不但能精确地满足压力要求,且并配备有400米长的Teflon®电缆。 它的精准度也令人信服,精度可达到0.1% 。STS决定开发新型压力变送器,这种变送器使用Teflon®电缆,这种电缆带有密封电缆密封套和开放曝气管(PUR太软)。 此外,还有一个螺口式压重,以确保一个直线且稳定的测量位置。 也可以拧紧的不锈钢溢放口以减轻电缆的张力。 如设备名称所示,它还有可用于爆炸区域作业的EX认证。

ATM.1ST/N/Ex 左边溢放口,右边压重,均使用螺口,可拧紧

作为客户专用压力变送器的专家,STS能够在不到三周的时间内提供ATM.1ST / N / Ex。

ATM.1ST/N/Ex 的功能简介:

  • 压力范围: 1…250 mH2O
  • 精度: ≤ ± 0.1 / 0.05 % FS
  • 总误差: ≤ ± 0.30 %FS (-5 … 50°C)
  • 工作温度: -5…80 °C
  • 介质温度: -5…80 °C
  • 输出信号: 4…20 mA
  • 材质:不锈钢,钛
  • 电子补偿
  • 带有通用接口连接件

压力测量技术在海洋行业的应用

压力测量技术在海洋行业的应用

传感器技术在海事部门,尤其是在造船方面发挥着重要作用。可靠和准确地测量各种罐体内的压力、温度和其他变量,是防止腐蚀性液体泄漏、控制船舶作业中的水循环系统以及保证货物顺利通过公海的重要措施。

这里使用的传感器技术必须满足许多严格的要求。首先所采用的材料要经久耐用。电子元件还须能够承受海洋的严酷条件,并保持长期的稳定性。

干货和液体货物监测

海运是货物运输的主要方式之一,其中就包括干货和液体货物的海洋运输。干货是我们在运输谷物、动物饲料等散装货物以及通常装在集装箱里的货物时使用的术语。而液体货物需要特别小心和可靠的监测,因为包括汽油、石油和柴油在内的高度敏感的物质通常会远距离运输。监测所采用的产品必须坚固和可靠,以防止腐蚀性液体泄露,从而防止发生严重的生态事故。这也意味着传感系统必须满足较高要求。

淡水和污水储罐

在货船上,淡水或饮用水要么用特殊的饮用水罐运输,要么通过净化处理设备从海水中提取。内部储存系统中船舶废水的收集、处理和处置也必须使用适当的技术加以监测。由于这种废水经常受到有害物质的污染,例如油或清洗剂,因此其处理也仍需满足某些特殊的要求。淡水和废水储存罐都使用内置传感器进行检查和监测。通过这种方式,可以最有效地监测这些系统,从而保证在海洋上的供水。

压载舱

压载舱是船舶的重要组成部分。如果没有压载舱,大型货船有时会太轻,它们的螺旋桨在水中的深度不够。为了确保吃水能够完全浸没螺旋桨,压载舱装满了海水,甚至也可以用来平衡负载船舶的重量分布。由于压载舱充满了海水,这就要求舱体和所使用的传感器有较强的耐腐蚀性。同时也需特别强调可靠性和耐用性,因为传感器在船舱操作过程中无法接触,因此需要高质的传感器以尽量避免任何的人工维护和检查。

Image 1: 液位测量安装选项

特殊的传感要求

在过去的几年里,造船业见证了一系列决定性的创新,而采用的传感器的技术也必须符合发展潮流。例如,15年前,不锈钢的耐久性仍然是一个主要问题,而今天我们认识到,当它在21℃以上的温度下与盐水接触时,就会被腐蚀。如今,钛以取而代之。STS很早就认识到了这个问题,并且是最早使用钛作为传感技术永久部件的公司之一。这种极其稳定和坚固的材料现在被广泛用于压力传感器和浸入式探头,因为它可以承受最恶劣的条件。

随着行业本身的发展和演变,技术要求也在不断变化。所谓的标准也不再能满足需求。因此,STS不断努力进一步发展其提供的传感技术,从而保证可靠性和精确性,以满足日益增长的工业需求。

与AE Sensors 的合作

27年来,STS一直与荷兰家族企业 AE Sensors合作. 我们共同为造船行业的客户提供传感技术。通过专业的咨询和灵活的解决方案,我们的客户量在短时间内实现巨大的增长。到目前为止,世界各地的造船厂都在建造最先进的船舶,而所采用的投入式探头, 压力传感器 和其他的 定制化解决方案 都出自于STS。最重要的是,我们的钛材质传感器ATM/NATM.1ST/N 采用了特氟龙线缆已成为行业标准。

由于模块化安装系统,我们的传感器的安装可以适应客户的当前需求。同时有各种形式的压力测量方式如:表压和绝压。STS和我们的合作伙伴AE Sensors的高度灵活性,以及传感技术的完美品质,合作多年客户的好评也已完美的证明了这一点。

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。

罗马尼亚的地表水监测

罗马尼亚的地表水监测

精确的水位测量需要具有报警功能的完美的控制系统,并对饮用水供应和洪水做出可靠的预测。STS和其合作伙伴MDS电气公司一起开发了一套罗马尼亚地下水和地表水综合管理系统。

罗马尼亚的饮用水主要来自于多瑙河等地表水和地下水。因此,对这些自然资源进行合理的管控是非常重要的。

为了保障饮用水供应和防止洪水泛滥,国家投资建设了一个综合的水利测量基础设施。

Figure 1: 地下水测量点

近年来,在与罗马尼亚合作伙伴MDS电气公司的合作中,整个国家包括偏远地区安装了超过700个的数据记录仪和350多个数据传输系统。为此,主要的投资在于电池供电的测量仪器,它监控着多瑙河流域的河流以及全国的地下水资源。

特殊测量方案需求

这是一项复杂的任务,因为每个投入式探头和数据传输系统都需要不同的评估和干预来满足各自的条件。在这种情况下,自动警报功能也是必不可少的,应该超出预先设定的限制值。

在饮用水供应的重要节点以及多瑙河流域的河流中,对水位的永久监测取决于以下需求:

  • 通过M2M协议自动的传输可靠的数据
  • 超出限定值的自动报警功能
  • 监测水位和温度,以及某些情况下的环境温度
  • 一个直观,可评估的和处理测量数据的解决方案和综合数据库
  • 易于安装和维护
  • 现场技术支持

为了完成这个大规模的项目,STS采用了针对压力和温度测量的DL/N70和WMS/GPRS/R/SDI-12数据记录仪,或根据需求采用 DTM.OCS.S/N数字量传感器带Modbus协议来确保在关键点0.03 %高精度水位测量。

STS和本地合作伙伴MDS电气公司协力合作实现单源来监控整个水位监测系统。每个安装点由MDS电气公司和STS的专家在现场进行评估,以便在每个测量点上安装定制的解决方案。也同时保证了压力测量装置的长期稳定性。Modbus协议 DTM.OCS.S/N在这一领域的优势在于它每年总误差小于0.1%的长期稳定性。由于其低能耗,稳健设计,这种传感器多年来基本上不需要维护。

DTM.OCS.S/N 更多优势简述:

  • 压力范围: 200mbar…25bar
  • 精度: ≤ ± 0.15 / 0.05 / 0.03 % FS
  • 工作温度: -40… 85 °C
  • 介质温度: -5…80 °C
  • 协议: RS485 with Modbus RTU (标准)
  • 和现有Modbus协议相兼容
  • 测量范围调整方便