[发明专利]用于监测和控制工业流体的光电化学感测系统

说明书

用于基于光学和电化学特性的测量来控制工业流体系统的操作参数的系统和方法。该系统包括手持或便携式仪表，该仪表可基本上同时测量来自流体系统体的样本的一个或多个光学特性和一个或多个电化学特性。基于系统进行的测量或计算的信息可用于手动或自动地改变各种操作参数以控制流体系统，并有助于维持优选规范内的流体系统的稳定操作。

技术领域

本发明涉及使用简单的集成传感单元，测量流体或流体混合物的光电化学特性，或基于光电化学特性来测量流体或流体混合物的其它特性。该系统将用于测量或计算工业流体或流体混合物的特性，并提供必要的信息，以正确控制工业流体系统的操作和处理。

背景技术

需要精确测量诸如冷却塔和锅炉系统的工业流体系统中的各种特性，以确保流体系统的正确特性、安全性和可靠性，并降低流体系统中组件的单位寿命成本。存在用来测量处理流体的许多传感方法，但是更常见的是光学和电化学两种。通常，诸如荧光、吸光率或透射率的光学特性的测量以及诸如导电性的电化学特性的测量涉及使用两个单独的测量仪器和来自流体系统的两个单独的样本。例如，如美国专利4,112,741所述，可串联使用荧光计和导电率仪，以测量水体中的光学和电化学特性。作为另外的实例，美国专利号4,783,314和6,369,894公开了，结合在流体系统中使用的单独的导电率仪，添加到工业流体系统中的处理产品中包含的荧光示踪剂的浓度的荧光测量，所述荧光示踪剂的浓度表明流体系统中处理产品的浓度。然后可使用这些测量的结果来调节流体系统内的各种操作参数，以便控制流体系统。已知使用来自各种测量特性的数据来控制流体系统的其它方法和装置。例如，美国专利号6,280,635公开了使用荧光和补充水组合物(make-up watercomposition)来控制冷却塔。在美国专利号6,315,909中公开了一种复杂的矩阵控制平台，其中，单独测量的导电率和荧光是可用来对流体系统做出调节的两种工具。

还已知在相同的水样本上进行荧光测量和导电率测量，但是使用的是未集成在单个手持式装置中的荧光计和单独的导电率仪。例如，美国专利号5,691,809公开了一种用于监测原油和其它有机液体的处理过程中的流体相变的系统。’809专利中的系统使用含有待分析液体样本的加热加压单元与电极接触。该单元连接到单元外部的光纤探针和荧光计，并连接到外部导电率仪。另外，电导通过盘电极和压力单元体来测量。已知这种配置缺乏灵敏度，如’809专利的图5所示，其变化范围小，并且不足以监测大多数工业处理流体。

将荧光测量和导电率或其它电化学特性测量结合到单个装置中的更复杂的仪器也是已知的。例如，在美国专利号7,550,746和8,440,062中公开了浸渍型或浸入型传感器，用于测量荧光和导电率。这些仪器被浸入被测试的水中，这可能导致不准确的测量。’062专利中的多组件传感器系统的复杂性还要求电导电极在与其它电化学电极进行测量时浮动，这在进行电导测量时会造成桥接平衡不准确的风险。在美国专利号4,555,936中公开了用于测量荧光、吸收率和导电率的流通样本池仪器。电极作为样本通过样本池的入口和出口流动管道。用流动的流体测量导电率，并且在正方形池配置中进行混合的情况下容易出错。

测量血样中的导电率和荧光也在美国专利号6,228,652中公开。在’652专利中公开的仪器使用荧光测量的标准配置，但具有大量的滤光器、反射镜和光电倍增管。电导测量使用两个电极，但它测量射频(RF)电导，其中导电率与RF功率的损耗成比例。这是为了测量血液细胞内的电导而设计的，并且它要求将场(field)聚焦在单细胞被测量的小细胞窗口处。另外，样本池是设计用于允许血细胞一次通过一个的细胞流通池。’652专利中公开的测量方法对块流体或流体混合物是不合适的。