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创新的工业标准——Memosens
企业：恩德斯豪斯（中国）自动化有限公司 日期：2009-07-11
领域：嵌入式系统 点击数：1323
    Memosens技术是E+H公司在传统模拟传感器技术基础上，基于现代数字信号及微电子数据处理、存储技术，将电化学传感器数字与微处理器芯片技术结合的智能传感器。自从Memosens的pH传感器推出以来，其免现场维护、可实验室操作标定、传输信号可靠、防潮性能优良等优点，为使用者带来了极大利益，广受认可。此高端技术已经成为一种工业技术标准，逐步写入了德国的教科书。

    目前，E+H公司Memosens 技术已经不仅仅局限于在pH传感器，先后又推出了Memosens技术的溶解氧产品COS21D、电导率产品COS16D等全系列产品。这些产品推出后，在国内的北京奥运场馆，上海世博项目相关的污水处理厂，三峡库区、环太湖流域污水治理，环渤海流域碧海蓝天工程等净化水、环保监测项目中得到广泛应用。

革命性的Memosens技术

    那么，memosens技术在实际使用中会带来什么革新性的好处呢？

    以最常用的pH电极为例，图1很清楚的解剖了pH传感器的基本结构。当被测溶液流经传感器（玻璃电极）时，电极和被测溶液就形成一个化学原电池，两电极间产生一个原电势，该电势的大小与被测溶液的pH值成对数关系，它将被测溶液的pH值转变为电信号（电势信号）。

    图1   传统复合电极结构图

    1－玻璃电极敏感膜(球泡)；

    2－陶瓷接液隔膜；

    3－凝胶电解液盐桥；

    传感器的电信号通过专用电缆送至变送器。为使微弱的模拟量电势信号稳定，免受干扰，通常国外知名企业大都采用双屏蔽电缆，外加半导体层防护，来保证信号传输的稳定，而美国企业通常还会在电极上另加信号放大器，来增益传输信号。

    变送器由电子部件组成，其作用是将电极检测到的电势信号放大，并转换为标准信号输出。现今一般国外先进企业普遍采用运算放大器，甚至数字化CPU信号处理的方式，来将信号转换成标准的4-20mA或者智能协议通讯信号。

    所以，传统的pH测量一般采用毫伏电平这种模拟信号的传输方式，极其容易受到现场电磁波及附加电势的干扰，并且，因为电化学原理的因素，传统电化学传感器也不可避免需要在现场频繁（约每月一次）作清洗、标定等维护。而传感器的现场清洗、标定又非常麻烦，受到安装位置、气候、现场无清洗水源，要带标定液到现场等诸多外在因素的影响，给使用者带来很大的“痛苦”，也影响到了电极的清洗标定效果，从而影响了使用准确度和寿命。

    目前，虽然普通的数字pH电极正在取代传统的模拟电极，但从测量原理上来讲，数字pH电极的测量原理没有任何变化，只是在信号传输上发生了变化。 还没有真正解决电极必须在现场进行清洗标定等维护问题。

    图2为E+H专利的memosen智能数字电极的结构。

    图2   Memosens智能数字电极结构图

    pH传感器有个关键的环节，就是电极与电缆的传输接头。图3所示就是数字电极的最重要的信号传输，也就是电极与电缆的连接部分结构。

    模拟电极是直接把传感器测量来的模拟信号直接传输出来，而数字电极是将传感器测量出的模拟信号通过数模转换，变成数字信号，然后再进行传输。在数模的转换的同时再加上可记忆的存储芯片来储存历史数据和标定数据，这就形成了智能化的数字电极。数字电极的构造优点是可以在一定程度上克服检测模拟信号直接传输出来时电缆绝缘性下降对检测信号的影响。

    图3   智能数字电极的电缆接头及信号传输方式

    Memosens新技术传感器的根本核心就是在传统的传感器中加装模/数转换芯片和CPU微处理器及储存器，这样，探头就能够存储出厂时原始数据、标定数据、用于预先维护的应用数据。

    pH传感器另一个关键技术是实现数据信号的“双向传输”。因为传感器装有芯片，有信号数据的“读”和“写”的功能，所以探头与电缆的连接摒弃了传统的金属接插件的接头方式，而是采用了一种类似于互感器结构的线圈信号传输接头，并且全封闭于探头内，如图4所示。

    图4   耦合的信号传输方式 

    这种耦合的信号传输方式，不但解决了信号的双向传输，又因为线圈互感器有能量传递的功能，因此解决了探头内芯片等电路板的供电电源问题。

Memosens的应用优点

现场标定

    因为电极具有存储功能，可以存储电极的特性参数，如零点、斜率以及电极所有的相关特性参数，如故障报警、历史极限值、最高温度、最低温度、接触最高温度时间等。这样，原本只有存储在变送器电路部分的参数，可以直接存储在电极中，使得电极可以根据需要随意更换，甚至在化验实借助任何其他变送器完成标定，也就是说，无需在环境比较恶劣现场实现频繁的每月标定，取而代之的是在环境、温度、工作条件非常良好的化验室完成。

    这样，就可以实实在在地解决传统电化学传感器的最头疼问题：现场标定。免除了“现场维护”，给分析仪维护带来了的革命性改变。

电极与电缆接头的防潮

    而且由于探头线圈的全封闭结构，又带来了探头与电缆接头处的防水、防潮问题，并因此延长了探头寿命。

抗干扰

    因为信号的传输为纯数字式，因此稳定性大为提高，对电缆的要求也大大降低，一般屏蔽双绞线，如国内常用的布线RVVP电缆就能胜任。抗干扰、传输距离相比普通传感器也得以提升。

现代设备管理和标定管理概念

    仪表等工厂设备的资产管理软件化是现代企业管理不可缺少的概念和手段，尤其是针对需要经常维护管理及消耗替换的电化学传感器。

    因为Memosens技术传感器探头带有特性参数及工作数据库，可以存储探头的历史数据，使探头的预维护等先进的仪表设备资产管理理念变得可能。如现场工作人员可以通过调用探头数据库，得知每支探头的工作状况，零点、斜率的变化情况，更重要的是可以提前预知每支电极使用的寿命，适时的准备新电极来替换寿命用完的电极，不但优化仪表的管理，也保证了现场生产过程不会因电极问题而中断。

电极使用的最优化

    由于电化学传感器的原理决定，电极的工作原理如电池一样，有一定的使用周期和维护周期。当电极作清洗、标定等维护时，必然无法进行工作，这就影响了电极的正常测量。但是，Memosens的化验室清洗、标定，可以理解为是一种离线维护，这样，不但大大提高电极的寿命，也大大提供电极的使用效率和工作效率，使电极最大程度地扩展使用时间周期，优化了电极的使用有效性。

    图5   Memosens电极的优势

    图5所示为Memosens电极的一些显而易见的应用优势，除此以外，非接触式接头、双向数字感应式技术等技术，还为最终使用者带来更多受益：

   因为Memosens无金属接插件，可避免电极、电缆接头接触不良问题；

   因为整支Memosens电极没有任何暴露的金属部分，所电极的抗腐蚀性强；

   因为数字技术不受现场干扰、电流电压影响，使电极安装无需特别注意接地问题；

   因为采用数字传输，一旦电缆受损或者绞缠，会在信号传输非正常时，通过自诊断，给出报警信号，这是模拟式传输不具有的功能。

    自推出以来，Memosens 这一技术已成为了一个新的工业标准，越来越受到用户的关注。目前，国际知名的Knick（克尼克）公司、Hamilton（哈密顿）公司等都已经与E+H公司签订了战略协议，今后其产品都将采用E+H 公司专利的Memosens技术，来提升产品的先进性。
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