CN105209885A - 使用压电微量天平传感器的装置和方法 - Google Patents

使用压电微量天平传感器的装置和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于监测含水工业工艺中结垢沉积的方法。在某些实施方案中，含水工业工艺是含水冷却系统。在某些实施方案中，所述方法与压电微量天平传感器一起并入荧光监测和控制技术。压电微量天平传感器的特定的实施方案与用于采用不依赖是否利用荧光监测和控制技术的特定的实施方案的至少一种方法一起被另外公开。

Description

使用压电微量天平传感器的装置和方法
领域
本公开内容涉及含水工业工艺的处理以及含水工业工艺中结垢或诱导的结垢的测量。
背景
含水冷却系统在其操作期间经受压力。许多含水冷却系统采用允许热量经由蒸发从冷却水消散的冷却塔。含水冷却系统的典型的压力包括冷却塔中的矿物结垢累积，从而降低冷却塔和含水冷却系统的效率。特定地，随着含水冷却系统中的热量经由蒸发消散，在剩余水中的矿物结垢的组分变得更浓，这引起矿物结垢在冷却塔的内部上沉淀并且从而产生操作问题和/或降低的效率。典型地影响结垢的已知参数包括结垢物质的浓度、pH、温度、流速、以及在冷却水中存在的阻垢的化学品的浓度。与大部分溶解的物质不同，冷却水中发现的结垢物质的溶解度典型地与温度成反比(即较高的冷却水的温度导致更多结垢)。离子例如Ca++和Mg++的浓度在含水冷却系统增加循环时提高。为战胜此压力，含水冷却系统典型地被卸料并且补充水被添加到系统中，从而将冷却水的一部分交换成更纯的补充水。
多种类型的监测系统已经被用于含水冷却系统，包括利用电导计的系统，以及并入处理化学品的荧光监测和控制的系统。压电微量天平传感器已经在若干应用中被利用。Kouznetsov等人的美国专利第6,250,140号，其内容通过引用以其整体被并入本文，描述了石英晶体微量天平装置。Nguyen等人的美国专利第6,143,800号；Shevchenko等人的美国专利第6,375,829号；Shevchenko等人的美国专利第6,942,782号；Shevchenko等人的美国专利第7,842,165号；Kraus等人的美国专利第5,734,098号；Duggirala等人的美国专利申请公布第2006/0281191号以及Duggirala等人的美国专利申请公布第2012/0073775号描述了石英晶体微量天平装置和应用。
概述
在第一示例性实施方案中，本公开内容涉及监测含水冷却系统的工艺出错(upset)和恢复的自动化方法。在第二示例性实施方案中，本公开内容涉及用于监测含水冷却系统的剂量和工艺响应的自动化方法。在第三示例性实施方案中，本公开内容涉及用于诊断对使用荧光计地监测的且处理的含水冷却系统中的供水化学的变化的工艺响应的自动化方法。
对于第一、第二、和第三示例性实施方案中的每个，自动化方法包括提供包括冷却水的含水冷却系统；荧光计；能够自清洁的压电微量天平传感器；以及中央控制系统。荧光计和压电微量天平传感器被可操作地连接至含水冷却系统和中央控制系统。至少一种水溶性、阻垢的化学品以一定剂量速率被给料到冷却水中，从而导致冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品。所述至少一种水溶性、阻垢的化学品选自由以下组成的组：天然发荧光的处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合。冷却水中所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的浓度用荧光计使用荧光计地测量。利用压电微量天平传感器测量含水冷却系统中冷却水的结垢率。响应于荧光测量和测量的结垢率中的至少一种来调整含水冷却系统的至少一个工艺变量。所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。
本公开内容可以涉及包括压电材料、加热器、对电极、以及压力补偿间隔器的压电微量天平传感器的第四示例性实施方案。压电材料具有适于接触液体流的工艺端(processside)和非工艺端。工艺端的至少一部分接合工艺端电极。非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极。加热器能够从非工艺端加热压电材料，从而能够实现压电材料的温度控制。对电极具有适于接触液体流且面向压电材料的工艺端的第一表面，以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许液体流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。对电极由导电的耐腐蚀材料构建。压力补偿间隔器可操作地接触对电极的第二相对表面。压力补偿间隔器能够响应于例如将由穿过压电微量天平传感器的液体流产生的压力的变化而压缩和膨胀。
本公开内容还可以涉及第五示例性实施方案，其是用于测量含水工业工艺中的潮湿的表面上的结垢率的方法。该方法包括提供包括压电材料、加热器、对电极、以及压力补偿间隔器的压电微量天平传感器。压电材料具有适于接触工业水流的工艺端和非工艺端。工艺端的至少一部分接合工艺端电极。非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极。加热器能够从非工艺端加热压电材料，从而能够实现压电材料的温度控制。对电极具有适于接触工业水流且面向压电材料的工艺端的第一表面，以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许工业水流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。对电极由导电的耐腐蚀材料构建。压力补偿间隔器可操作地接触对电极的第二相对表面。压力补偿间隔器能够响应于例如将由穿过压电微量天平传感器的工业水流产生的压力的变化而压缩和膨胀。压电材料被保持在恒定温度。尽管使压电材料保持在恒定温度，但压电材料的工艺端和对电极的第一表面被暴露于工业水流，所述工业水流包含至少一种能够在压电材料的工艺端上沉淀的结垢物质。测量压电材料的振荡频率持续一段时间。任选地，在该时间段期间测量的振荡频率的任何改变与压电材料的工艺端上的至少一种结垢物质的沉淀速率相关。任选地，含水工业工艺的至少一个工艺变量可以基于测量的振荡频率被调整。
附图简述
在检查以下详细描述和附图之后，本公开内容的优点将对相关领域中的技术人员变得更容易明显的，在附图中：
图1图示压电微量天平传感器的实施方案的视图；
图2a和2b分别图示压电材料的实施方案的工艺端和非工艺端的视图；
图3图示可以被用于从非工艺端加热压电材料的加热器的实施方案；
图4图示对电极的实施方案；
图5图示压力补偿间隔器的实施方案；
图6图示可以被用于附接且支撑对电极和压力补偿间隔器的支撑物的实施方案；
图7a和7b用图表对比可变液体压力对在有和没有压力补偿下产生的频率测量的影响；
图8用图表图示压电微量天平传感器的实施方案的若干去垢自清洁循环；
图9为比较的目的用图表图示电导传感器在阻垢的化学品处理剂量被中断时的响应；
图10用图表图示用于图9中图示的相同实验的阻垢处理化学品(即，聚合物)消耗；
图11用图表图示用于图9和10中图示的相同的实验的如由压电微量天平传感器测量的结垢响应(标记为“NDM质量”)；
图12提供图9-11中图示的相同实验的特写的示意图，并且另外比较使用荧光计地测量的聚合物消耗、压电微量天平传感器的响应、以及DATSHTR装置的响应；
图13用图表图示电导计对pH控制的损失的响应；
图14用图表图示在图13中图示的在酸性缓冲中断之后，聚合物消耗的荧光响应；
图15用图表图示用于图13和14中图示的相同实验的压电微量天平传感器响应；以及
图16比较用于图13-15中图示的相同实验的对DATSHTR装置的响应的荧光响应和压电响应。
详细描述
尽管包含一般性发明的概念的实施方案可以采取多种形式，然而在理解本公开内容仅被认为是示例并且不意图受限于特定的实施方案下，多种实施方案在附图中被示出并且将在下文中被描述。
本公开内容大体上涉及采用荧光计与至少一种压电微量天平传感器组合以控制含水冷却系统和/或其处理的示例性方法。
如其从属于本公开内容，“压电的”意指具有将机械刺激转化成可测量的电信号的能力。对于本公开内容的某些实施方案，压电微量天平传感器能够将检测的压力转化成可测量的电压信号。
如其从属于本公开内容，“压电微量天平传感器”是能够通过所测量的振荡(亦称振动)频率的变化，检测在表面上的块状沉积物(例如结垢)的存在或不存在的装置。本文第四示例性实施方案公开适用于本文公开的第一、第二、或第三示例性实施方案中的压电微量天平传感器的示例性实施方案。然而，应该理解，其他压电微量天平传感器(即不同于本文公开的第四示例性实施方案的压电微量天平传感器)可以在本文公开的第一、第二和第三实施方案的方法的某些实施方案中被替代使用。通常，压电微量天平传感器能够测量含水冷却系统中冷却水的结垢，及从而随时间的结垢率。
如其从属于本公开内容，“耐腐蚀的”被用于描述能够适度地承受与材料的使用有关的普通化学条件的材料。例如，在特定的化学条件下“耐腐蚀的”材料可以是特定的不锈钢合金。如其从属于本公开内容，压电微量天平传感器的工艺部件需要由“耐腐蚀的”材料构建，特别是对电极，因为其暴露于潜在地极端的化学条件(比如，高度酸性和/或高度碱性的含水液体)。
如其从属于本公开内容，“压力补偿间隔器”指的是压电微量天平传感器的组件，当存在时，该组件允许压电微量天平传感器的另一组件或压电微量天平传感器的另一组件的一部分在某种程度上自由地移动以便允许接触该设备或部分的液体的压力的变化。合适的压力补偿间隔器的非限制性实例被本文描述，但本公开内容不应该被认为受限于那些实例。
如其从属于本公开内容，“采取行动”指的是通过进行物理行为改变工艺变量。工艺变量的实例包括但不限于以下：泵速、阀门位置、流速(包括剂量速率和循环速率)、液位、温度、和压力。“采取行动”的非限制性实例被描述如下：工艺控制系统决定单元操作太热并且打开对应的阀门，从而允许冷却水进入单元操作。工艺控制系统通过打开阀门“采取行动”。
如其从属于本公开内容，“溅射”是金属原子由于目标材料通过能量粒子的轰击而被沉积在固体目标材料上所凭借的工艺。“溅射”允许金属以非常薄的层被沉积在基底上。
如其从属于本公开内容，“迹线(trace)”指的是围绕基底的部分的薄的沉积物。在某些实施方案中，“电阻式温度检测器迹线”允许经由电阻的、基底的温度测量。
如其从属于本公开内容，“工艺变量”指的是在处理工业工艺和/或热工业水工艺，例如含水冷却系统时可以遇到的测量的或计算的值。工艺变量的实例包括但不限于以下：温度；压力；流速(包括剂量速率和循环速率)；一种或更多种化学物质的浓度；荧光测量；光或能量吸收测量或计算；离子测量/电势(比如，电极测量等)；沉降速率/时间；浮选速率(flotationrate)/时间；热交换速率；密度；浊度；澄清度；结垢可能性(scalingpotential)；滴定值；闪点；露点；体积；质量；统计计算；设备变量(泵速、阀门开度等)；工艺变量(体积、液位等)；卸料循环频率；警报或警告等等。
如其从属于本公开内容，“自清洁”和“自清洁循环”描述一件设备在无或实质上无使用者干预下清洁其自身的能力。实质上的使用者干预意味着使用者除了该件设备自身以外将需要引入清洁化学品或装置，或拆卸该件设备或第二直接连接或间接连接的一件设备以便“通过手动”物理地清洁该件设备。为本公开内容的目的，“在无或实质上无使用者干预下”的非限制性实例是在使用者的要求下进行自清洁循环的设备，即在使用者指导自清洁循环开始而不是控制程序自动地指示自清洁循环的开始的时候。因为这样的清洁除了该件设备自身以外不需要引入清洁化学品或装置、拆卸该件设备、或第二直接连接或间接连接的一件设备以便“通过手动”物理地清洁该件设备，所以在使用者的要求下进行自清洁循环被认为“在无或实质上无用户干预下”。
如其从属于本公开内容，“可操作地连接”指的是直接物理地连接的、间接物理地连接的、或尽管不彼此物理地连接但能够如意图地进行彼此通讯的两件或更多件设备。例如，计算机可以被无线连接至被直接物理地连接至调制解调器的路由器，所述调制解调器被直接物理地连接至因特网。对于此实例，计算机被可操作地连接至因特网，正如路由器和调制解调器也是那样。对于此实例，路由器被间接物理地连接至因特网，因为路由器被直接连接至调制解调器，调制解调器被直接连接至因特网(即，路由器经由调制解调器被物理地连接至因特网)。
如其从属于本公开内容，“含水冷却系统”指的是并入含水液体以冷却外壳或工业工艺的任何系统。典型的含水冷却系统将通过利用至少一个冷却塔或至少一个冷却器移除热量。
如其从属于本公开内容，“阻垢的化学品”是以最小量减轻在含水冷却系统中形成结垢的趋势的处理化学品。阻垢的化学品的非限制性实例包括包含以下单体中的一种或更多种的均聚物、共聚物、三元共聚物、和/或四元共聚物：丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其盐、衣康酸及其盐、马来酸及其盐、马来酸酐、巴豆酸及其盐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸盐、N-叔丁基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丁氧基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷季盐(dimethylaminoethylacrylatemethylchloridequaternarysalt)、丙烯酸二甲基氨基乙酯氯化苄季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯季盐、二甲基氨基乙基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二烯丙基二甲基氯化铵、N-乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯酸式盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯化苄季盐、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、三烯丙基胺的酸式盐、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟基甲酯、丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸羟基丙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰氨基甲基丙磺酸及其钠盐、乙烯醇、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮以及其组合。
如其从属于本公开内容，“定量(quantify)”和“定量(quantifying)”意指测量和/或计算基于某种类型的至少一种测量的未知量。
如其从属于本公开内容，“自动的”和“自动地”各自意指无或实质上无人类干预。例如，自动地实施的工艺将测量变量并且基于测量的变量采取行动(比如，改变泵速、提高加热或冷却等)而不需要人在最初提供任何需要的仪器和/或化学成分之外必须做某事以使该行动发生。
如其从属于本公开内容，“热交换器”指的是将热能从一种物质转移至另一物质的任何设备件。热交换器的非限制性实例包括板式框架热交换器、壳管式热交换器、套管式热交换器、冷却塔、冷却器、散热器、和罐内的线圈。
如其从属于本公开内容，“湿的”指的是被工艺液体(比如，液体流)接触的装置或组件，所述工艺液体在某些实施方案中是含水液体。此外，“工艺端”指的是装置或组件的接触工艺液体(比如，液体流)的一端，所述工艺液体在某些实施方案中是含水液体。“非工艺端”指的是装置或组件的不接触工艺液体(比如，液体流)的相对端，所述工艺液体在某些实施方案中是含水液体。
关于使用荧光计的监测和控制，如其从属于本公开内容，术语“荧光示踪”通常被用于表示“荧光监测被荧光示踪的、被荧光标记的、或天然发荧光的处理化学品”，所述处理化学品可以独立地或彼此组合被使用以使用荧光计地监测和/或控制化学品处理。除非上下文清楚地另外表明，读者应该将术语“荧光示踪”理解为包括之前列出的荧光测量选择中的任何一种或组合。此外，荧光测量荧光示踪剂和将该测量与示踪的化学品的浓度关联落在“使用荧光计地测量”示踪的化学品的浓度的范围内。
在第一示例性实施方案中，本公开内容涉及监测含水冷却系统的工艺出错和恢复的自动化方法。在第二示例性实施方案中，本公开内容涉及用于监测含水冷却系统的剂量和工艺响应的自动化方法。在第三示例性实施方案中，本公开内容涉及用于诊断对使用荧光计地监测的且处理的含水冷却系统中的供水化学的变化的工艺响应的自动化方法。
对于第一、第二、和第三示例性实施方案中的每个，自动化方法包括提供包括冷却水的含水冷却系统；荧光计；能够自清洁的压电微量天平传感器；以及中央控制系统。荧光计和压电微量天平传感器被可操作地连接至含水冷却系统和中央控制系统。至少一种水溶性、阻垢的化学品以一定剂量速率被给料到冷却水中，从而导致冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品。所述至少一种水溶性、阻垢的化学品选自由以下组成的组：天然发荧光的处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合。冷却水中所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的浓度用荧光计使用荧光计地测量。利用压电微量天平传感器测量含水冷却系统中冷却水的结垢率。响应于荧光测量和测量的结垢率中的至少一种来调整含水冷却系统的至少一个工艺变量。所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。
在某些实施方案中，本公开内容涉及用于监测处理化学品的剂量和任选地消耗、以及含水冷却系统的工艺响应的方法。在某些实施方案中，出错发生于含水冷却系统中，并且该方法监测含水冷却系统的出错和恢复。在某些实施方案中，出错发生，是因为在补充水中的溶解的化学物质的变化，该变化随时间引起冷却水中的化学物质的变化。
在某些实施方案中，本公开内容的方法被实施以便抑制含水冷却系统中的结垢。在某些实施方案中，结垢的量和/或速率使用压电微量天平传感器被实时侧量。在某些实施方案中，结垢在提高的温度下在压电微量天平传感器中被诱导，这允许在含水冷却系统中预测结垢，如果在含水冷却系统中，特别地在热交换器中达到该提高的温度的话。在某些实施方案中，处理化学品的剂量和消耗也经由荧光示踪来监测。
在第一、第二、和第三示例性实施方案的某些实施方案中，荧光计包括光源和光发射检测器。在某些实施方案中，激发光源是固态发光二级管。在某些实施方案中，利用波长滤波器分离特定的波长或一系列波长。用于讨论的方法中的合适的荧光计的特定的实施方案被描述在Rasimas等人的于2002年4月9日授权的美国专利第6,369,894号；Banks的于2003年12月30日授权的美国专利第6,670,617号；Banks的于2006年8月22日授权的美国专利第7,095,500号；以及Banks的于2006年12月26日授权的美国专利第7,154,603号中；这些专利中的每个的公开内容通过引用以其整体被并入本文。含水冷却系统的使用荧光计地控制处理的方法被描述在Moriarty等人的于2007年2月20日授权的美国专利第7,179,384号(“’384号专利”)中，其公开内容通过引用以其整体被并入本文。’384号专利还描述使用荧光处理聚合物(标记的或天然发荧光的)和荧光示踪剂两者的至少一种处理化学品的使用荧光计的给料和消耗。
尽管压电微量天平传感器的特定的实施方案在本文中被更详细描述，然而预期的是本公开内容的方法的第一、第二、和第三示例性实施方案可以采用更一般的压电微量天平传感器。在某些实施方案中，能够自清洁的至少一个压电微量天平传感器和至少一个荧光计可操作地被连接至中央控制系统，所述中央控制系统基于使用者输入以及取自所述至少一个压电微量天平传感器和所述至少一个荧光计的测量自动地控制冷却水处理系统。在某些实施方案中，中央控制系统包括如平常可得的计算机，所述计算机被可操作地编程以实施自动化控制程序。在某些实施方案中，中央控制系统在含水冷却系统的位置的现场。在某些实施方案中，中央控制系统远程地位于在含水冷却系统的场外。在某些实施方案中，中央控制系统由多于一个计算机组成。在使用多于一个计算机的某些实施方案中，计算机的部分位于现场，同时另一部分位于场外。在某些实施方案中，中央控制系统包括可编程的逻辑控制系统(“PLC”)。所述至少一个荧光计和至少一个压电微量天平传感器可以可操作地经由无线通讯、经由有线通讯、或经由任何其他已知的可操作的通讯被连接至中央控制系统。
在该方法的某些实施方案中，压电微量天平传感器被提供。如之前描述的，压电微量天平传感器提供检测由在暴露于冷却水时在压电材料的工艺表面上的结垢沉积的积聚引起的压力的能力。在工艺端上的结垢沉积可以与在含水冷却系统的湿的表面上的结垢沉积相关联，压电微量天平传感器经由压电材料的检测的振荡频率变化被配置于该表面。压电微量天平传感器将检测的压力转化成可测量的且可传送的电信号。来自沉积的结垢的检测的压力在外部驱动电路被交流电(“A/C”)提供能量时，在外部驱动电路中产生共振振荡。在某些实施方案中，可测量的且可传送的电信号是电势信号(即，电压)。在某些实施方案中，压电微量天平传感器使用包含夹在两个导电电极(对于本文例证的实施方案，工艺端电极111和非工艺端电极112)之间的石英晶体的压电材料。压电材料可以通过使A/C在两个导电电极之间传递被促使共振振荡。测量共振振荡，在共振振荡减低时，指示结垢沉积到压电材料的工艺端上。换句话说，共振振荡应该在没有沉积的物质存在于压电材料的工艺端上时，达到最大基线。
通常，在压电微量天平传感器的某些实施方案中，工艺端电极和非工艺端电极的金属是相同类型的金属。在某些实施方案中，工艺端电极和非工艺端电极的金属是两种不同类型的金属。在某些实施方案中，金属选自由以下组成的组：贵金属、钛、及其组合。在并入贵金属的某些实施方案中，贵金属是金。通常，在某些实施方案中，压电微量天平传感器的压电材料在适当稳定的频率下振荡，除非并且直到一种或更多种物质变得在压电材料上沉积，这从而引起取决于沉积物的量的、对应的、可定量的频率降低。频率的改变被检测并且任选地被记录和/或被输出至外围设备，例如监测器、打印机、或相似的装置。
如之前讨论的，结垢典型地因为冷却水中的若干参数的组合而发生在含水冷却系统中。所述若干参数的非限制性实例包括物质浓度、温度、pH、处理化学、处理化学的浓度等等。压电微量天平传感器能够直接检测实际结垢(和/或诱导的结垢，其在本文被进一步讨论)。换句话说，压电微量天平应该检测或预测含水冷却系统中的结垢，不管任何单一参数的值。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器提供含水冷却系统中结垢的实时监测。在某些实施方案中，压电微量天平传感器诱导结垢，从而允许将一种或更多种处理化学品改进地给料到冷却水中以便防止在热交换器中发生结垢，同时大体上不会过度给料具有化学处理的冷却水。在某些实施方案中，压电微量天平传感器提供荧光示踪方案的补充性测量技术。然而，不像荧光，压电微量天平传感器将典型地较不易于在含水冷却系统中存在提高的浊度。
在第一、第二、第三、和第五示例性实施方案的某些实施方案中，压电微量天平传感器的压电材料在方法的进行期间被加热。如之前讨论的，在含水冷却系统中的结垢通常与温度成反比，即典型地引起结垢的化学品在提高的温度下变得较不溶。加热压电材料提供在含水冷却系统中诱导结垢的能力，这可以作为在结垢在含水冷却系统中发生之前预测结垢的工具对使用者提供明显的优点。
安排加热压电材料使得其比在含水冷却系统中存在的任何热交换器更热，将允许在热交换表面上的最小化结垢，因为任何结垢将首先在加热的压电材料上形成并且被检测。通过压电微量天平传感器检测结垢可以提供用于改变进入含水冷却系统中的至少一种水溶性、阻垢处理化学品的剂量的输入。换句话说，假定根据从合适地配置的压电微量天平传感器获得的测量，将充分给料的水溶性、阻垢的化学品均匀分布到冷却水中，结垢应该在工艺出错不存在下，从不在对应的热交换表面上沉积。
在第一、第二、第三、和第五示例性实施方案的方法的某些实施方案中，压电微量天平传感器的压电材料被加热至比在含水冷却系统中的热交换器更热从1°F至75°F。在某些实施方案中，压电微量天平传感器的压电材料被加热至比热交换器更热从3°F至50°F。在某些实施方案中，压电微量天平传感器的压电材料被加热至比热交换器更热从5°F至20°F。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器能够自清洁。在某些实施方案中，通过从对电极递送至工艺端电极的直流电(“D/C”)进行自清洁。电流换向引起可能已经积聚在压电材料上的任何结垢重新溶解到接触压电材料的工艺端的液体中。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器在以规律的时间间隔的循环中被自清洁。在某些实施方案中，响应于由压电微量天平传感器做出的至少一个频率测量(即，测量的结垢率)，压电微量天平传感器被自清洁。在某些实施方案中，自清洁根据要求进行。如其涉及本公开内容，对压电微量天平传感器，特别是压电材料，“自清洁”的实质是在不必以任何方式或采取离线很长一段时间的方式拆卸压电微量天平传感器或含水冷却系统下，从压电材料的工艺端移除结垢沉积物的能力。
在某些实施方案中，荧光计和压电微量天平传感器可操作地被连接至含水冷却系统。尽管，理论上水可以从所述至少一种含水冷却系统中被取样、被置于容器中、并且被分析，本公开内容的优选的方法涉及自动地(比如，在线和/或实时)监测并且任选地控制工业水的处理。在本公开内容的某些实施方案中，工业水样品可以从工业工艺移除并且在分析之后丢弃，只要移除和分析在无或实质上无人类干预下进行。
为本公开内容的目的，荧光计可以在可操作地附接至含水冷却系统的任何单一位置或若干位置的组合中被使用。在某些实施方案中，荧光计位于含水冷却系统的全流量主流中。在某些实施方案中，经由含水冷却系统的侧流进行荧光测量。在某些实施方案中，荧光计位于在给料选自由以下组成的组的至少一种水溶性、阻垢的化学品的地方、之前和/或之后：天然发荧光的处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品。在某些实施方案中，荧光计位于附接至冷却塔水槽(coolingtowerbasin)的流。
在某些实施方案中，定位压电微量天平传感器，使得含水冷却系统的冷却水(或其流)接触压电材料的工艺端和对电极的第一表面。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于含水冷却系统的全流量主流中。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于含水冷却系统的侧流。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于热交换器的两英尺内的上游。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于热交换器的六英寸内的上游。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于热交换器的两英尺内的下游。在某些实施方案中，压电微量天平传感器位于热交换器的六英寸内的下游。
在本文公开的方法的某些实施方案中，能够荧光定量的至少一种水溶性、阻垢的化学品被给料或已经被给料到含水冷却系统中，从而导致冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品。采用措辞“能够荧光定量”来指示至少一种水溶性、阻垢的化学品是荧光示踪的、荧光标记的、或天然发荧光的。超过任何初始使用的剂量的所述至少一种水溶性、阻垢处理化学品的剂量通过使由荧光计和压电微量天平传感器中的至少一种做出的测量关联来确定。
在某些实施方案中，冷却水中所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的浓度使用至少一个荧光计被使用荧光计地测量。荧光测量允许所述至少一种水溶性、阻垢处理化学品的剂量的定量和任选地消耗的测量。在进行测量中，在某种波长下的激发光被引导到处理的水中，并且使用固态检测器检测在其他某些波长下的任何荧光发射。荧光计的固态检测器负责将荧光发射的强度转化成可定量的电信号，从而允许使用已知的校正法关联进入控制系统输入的荧光测量和/或测量的浓度值。
如之前提及的，压电微量天平传感器能够测量含水冷却系统中的结垢并且从而随时间在含水冷却系统中的结垢率。经由荧光对一种或更多种处理化学品的剂量的测量和经由压电微量天平传感器对结垢率的测量允许进入处理控制工艺中的至少两个输入，这取决于配置的荧光计和压电微量天平传感器的数目。压电微量天平传感器的并入向控制系统添加不同类型的测量，并且因此添加有益水平的冗余。
在某些实施方案中，出错发生于含水冷却系统中，并且公开的方法监测含水冷却系统的出错和恢复。例如，工艺流可以泄漏到冷却水流中，同时含水冷却系统的处理剂量处于控制之下。工艺泄漏可以与处理化学品反应，或导致干扰荧光测量。除了荧光监测以外还可以使用一个或更多个压电微量天平传感器以快速地且精确地监测对可能剧烈的冷却水质量破坏的工艺响应，这可以帮助将含水冷却系统快速地返回至稳定状态。
在某些实施方案中，出错发生，是因为在补充水中的溶解的化学物质的变化，该变化随时间引起冷却水中的化学物质的变化。化学物质的这样的变化可以对含水冷却系统有害，或所述变化可以引起对于仅监测化学品剂量和消耗的处理系统的非预期的化学品处理消耗或错误的处理消耗测量。荧光处理给料和经由压电微量天平传感器的含水冷却系统响应的组合提供比如果仅使用一种测量技术更完全的含水冷却系统的监测。
在某些实施方案中，响应于荧光测量和所测量的结垢率中的至少一种来调整至少一个工艺变量。在某些实施方案中，所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；工业水(其可以是冷却水)的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。为本公开内容的目的，“卸料循环”是“阀门位置”的子集。
实施例：
含水冷却系统被配备有荧光监测的剂量和消耗冷却水处理系统。荧光监测的处理系统指示，处理化学品通过含水冷却系统被消耗太快，这从而引发水溶性、阻垢的化学品的剂量的实质提高。然而，在含水冷却系统中没有检测到工艺温度的提高。因为指示的剂量的实质提高，所以操作者在任何设备故障之前停止工业工艺和含水冷却系统以便拆卸并且检查热交换器的结垢。虽然热交换器示出没有结垢信号，但处理化学品以过度高的速率被消耗。情况的进一步调查提供以下答案：可溶性铝浓度的未检测到的和急剧的提高已经在补充水中开始存在。铝与处理化学品反应，引起荧光检测中的降低(即，处理化学品消耗)，并且从而引发对化学处理剂量的提高的明显的需求。
为阻止此情景重现，使压电微量天平传感器并入到处理控制系统将允许处理响应(即，实际结垢或可能结垢)的检测，这可被用于撤销对由荧光测量引发的荧光剂量的提高的明显的需求。撤销可以减慢初始由于荧光测量而提高其速度的计量泵。撤销还可以任选地引发指示荧光测量和压电微量天平传感器测量之间存在不一致的警报或警告。
本公开内容可以涉及包括压电材料、加热器、对电极、以及压力补偿间隔器的压电微量天平传感器的第四示例性实施方案。压电材料具有适于接触液体流的工艺端和非工艺端。工艺端的至少一部分接合工艺端电极。非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极。加热器能够从非工艺端加热压电材料，从而能够实现压电材料的温度控制。对电极具有适于接触液体流并且面向压电材料的工艺端的第一表面、以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许液体流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。对电极由导电的耐腐蚀材料构建。压力补偿间隔器可操作地接触对电极的第二相对表面。压力补偿间隔器能够响应于例如将由穿过压电微量天平传感器的液体流产生的压力的变化而压缩和膨胀。
本公开内容还涉及第五示例性实施方案，其是用于测量含水工业工艺中的潮湿的表面上的结垢率的方法。该方法包括提供包括压电材料、加热器、对电极、以及压力补偿间隔器的压电微量天平传感器。压电材料具有适于接触工业液体流的工艺端和非工艺端。工艺端的至少一部分接合工艺端电极。非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极。加热器能够从非工艺端加热压电材料，从而能够实现压电材料的温度控制。对电极具有适于接触工业水流且面向压电材料的工艺端的第一表面、以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许工业水流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。对电极由导电的耐腐蚀材料构建。压力补偿间隔器可操作地接触对电极的第二相对表面。压力补偿间隔器能够响应于例如将由穿过压电微量天平传感器的工业水流产生的压力的变化而压缩和膨胀。压电材料被保持在恒定温度。尽管使压电材料保持在恒定温度，但压电材料的工艺端和对电极的第一表面被暴露于工业水流，所述工业水流包含至少一种能够在压电材料的工艺端上沉淀的结垢物质。测量压电材料的振荡频率持续一段时间。任选地，在该时间段期间测量的振荡频率的任何改变与压电材料的工艺端上的至少一种结垢物质的沉淀速率相关。任选地，含水工业工艺的至少一个工艺变量可以基于测量的振荡频率被调整。
尽管根据本文公开的第一、第二、和第三实施方案的前面提及的方法可以用不同于以下描述的压电微量天平传感器的压电微量天平传感器来实践，然而前面提及的方法还可以使用以下更详细描述的压电微量天平传感器来实践。
关于附图，图1图示可操作地连接至中央控制单元400(通过双向箭头指示的可操作的连接)的压电微量天平传感器101的实施方案的视图。图1包括压电微量天平传感器101的分解图。对于所图示的实施方案，压电微量天平传感器101被安装在传感器外壳100内，传感器外壳100能够提供开放的空间，使得液体可以在压电材料110和对电极130之间的通道中流动。传感器外壳100可操作地被附接至驱动器200，驱动器200负责将可定量的电流供应至压电材料并且使压电材料的振荡频率转换成可变的电压信号。对于所图示的实施方案，驱动器200可操作地被连接至支撑体模块300，支撑体模块300可操作地被连接至中央控制单元400。在某些实施方案中，支撑体模块300可以作为驱动器200的部分或作为中央控制单元400的部分被建立。
转向图2，图2a和2b分别图示压电材料110的实施方案的工艺端110a和非工艺端110b的视图。图2a图示接合工艺端电极111的工艺端110a的实施方案，工艺端电极被沉积在压电材料110的工艺端110a上。在操作中，工艺端110a接触液体流。在某些实施方案中，工艺端电极111由贵金属构建。在某些实施方案中，贵金属是金。
图2b图示压电材料110的实施方案的非工艺端110b的视图。图2b示出工艺端电极111的非液体接触端(即，相反的端)，其为了图示的目的可以通过压电材料110被看到并且经由环绕式接触件115可操作地被附接至驱动器200。非工艺端电极112已经被沉积在压电材料110的非工艺端110b上。非工艺端电极112经由接触件116可操作地被连接至驱动器200。在某些实施方案中，工艺端电极111和非工艺端电极112的金属是相同类型的金属。在某些实施方案中，工艺端电极111和非工艺端电极112的金属是两种不同类型的金属。在某些实施方案中，工艺端电极111和非工艺端电极112的金属各自独立地选自由以下组成的组：贵金属、钛、及其组合。在并入贵金属的某些实施方案中，贵金属是金。
在某些实施方案中，电阻式温度检测器(“RTD”)迹线113被沉积在压电材料110的非工艺端110b上。任选的RTD迹线113的并入允许直接测量压电材料110的温度。在某些实施方案中，RTD迹线113包括围绕非工艺端电极112的至少一部分的方波蛇形图案。在所图示的实施方案中，RTD迹线113由钛和铂组成，其中钛用作石英压电材料110的薄的粘附层，并且铂比薄的粘附层更厚且用作RTD传感器。对于所图示的实施方案，RTD迹线113经由两个接触件117可操作地被连接至驱动器200。
转向图3，图3图示加热器120的实施方案，加热器120能够从非工艺端110b加热压电材料110，这从而能够实现压电材料110的温度控制。在某些实施方案中，加热器120是电阻式加热器。在某些实施方案中，加热器120由耐腐蚀材料构建。在某些实施方案中，耐腐蚀材料是陶瓷。在某些实施方案中，加热器120遍及压电材料110的横截面可操作地被连接。
转向图4，图4图示对电极130的实施方案，对电极130具有适于接触液体流并且面向压电材料110的工艺端110a的第一表面、以及第二相对表面。在某些实施方案中，对电极位于压电微量天平传感器101中以便允许液体流的至少一部分在压电材料110的工艺端110a和对电极130的第一表面之间的流动。对于所图示的实施方案，对电极130包括在其中心中的任选的空隙，从而允许液体接触所图示的实施方案的压力补偿间隔器140。在某些实施方案中，对电极130由导电的耐腐蚀材料构建。
转向图5，图5图示压力补偿间隔器140的实施方案，对于所图示的实施方案其采取波纹管的形式。对于某些实施方案，至少一个O环形(未示出)、至少一个垫圈(未示出)、和/或至少一个隔板(未示出)代替波纹管或被用于与波纹管组合和/或彼此组合。
转向图6，图6图示支撑物150(在图1中未图示)的实施方案，支撑物150可以被用于将对电极130安装至压力补偿间隔器140。取决于对电极和压力补偿间隔器的特定的实施方案，支撑物和支撑体构件对于将对电极安装至压力补偿间隔器可能是必要的。对于所图示的实施方案，支撑物150的目的是提供用于对电极130的支撑并且提供通道，使得油(未示出)可以必要时进入和离开图示的波纹管。在某些实施方案中，在波纹管中使用油以允许响应于压电材料110和对电极130之间的通道中的可变的液体压力，以压缩和膨胀的形式的机械压力补偿。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器包括对电极，该对电极具有适于接触液体流并且面向压电材料的工艺端的第一表面、以及第二相对表面。对电极位于压电微量天平传感器中以便允许来自含水工业工艺的液体流的至少一部分在压电材料的工艺端和对电极的第一表面之间的流动。在某些实施方案中，对电极由导电的耐腐蚀材料构建。在某些实施方案中，导电的耐腐蚀材料是不锈钢。在某些实施方案中，导电的耐腐蚀材料是Hastelloy钢。在某些实施方案中，导电的耐腐蚀材料是石墨。
如之前讨论的，压电微量天平传感器检测压力并且使检测的压力转化成可测量的电压。检测的压力在被A/C提供能量时，在驱动电路中产生共振振荡。共振振荡可以作为电压的变化被测量。在某些实施方案中，压电微量天平传感器使用包含石英晶体的压电材料。在某些实施方案中，工艺端电极包含金。在某些实施方案中，非工艺端电极包含金。压电材料可以通过使A/C在工艺端电极和非工艺端电极之间传递被促使共振振荡。对应于共振振荡的电信号被测量，并且电压的降低指示共振振荡的降低，共振振荡的降低指示结垢已经沉积到压电材料的工艺端上。换句话说，共振振荡应该在没有沉积的物质存在于压电材料的工艺端上时，达到最大基线。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器具有可操作地接触对电极的第二相对表面的压力补偿间隔器。当使用时，压力补偿间隔器必要时压缩和膨胀以补偿在穿过压电微量天平传感器的液体流中的可变的液体压力。在某些实施方案中，压力补偿间隔器选自由以下组成的组：至少一个波纹管、至少一个隔板、至少一个O形环、至少一个垫圈、及其组合。在某些实施方案中，压力补偿间隔器采取波纹管的形式。在某些实施方案中，压力补偿间隔器采取至少一个O形环的形式。在某些实施方案中，压力补偿间隔器采取至少一个垫圈的形式。在某些实施方案中，压力补偿间隔器使用以下中的至少两个的组合：波纹管、O形环、和垫圈。
转向图7，在图7a和7b中图示的图对比可变液体压力对在有和没有压力补偿下产生的频率测量的影响。图7(b)图示机械压力补偿可以允许使用压电微量天平传感器适当地一致的结垢沉积测量。图7(a)图示在没有压力补偿下，液体压力的变化可以引起测量中的误差。
尽管已经图示压电微量天平传感器的若干元件的圆形和稍微平坦化的(即“硬币形的”)实施方案，应该理解，多种元件可以采取若干其他物理形式中的任何物理形式。在某些实施方案中，压电材料是具有被沉积到相对的表面上的至少两个金属电极的石英晶体。在某些实施方案中，石英晶体用至少一个钛电极被溅射。在某些实施方案中，石英晶体用至少一个金电极被溅射。在某些实施方案中，压电材料是石英晶体，所述石英晶体具有用金电极溅射的一端的中央部分和用金或钛电极溅射的相对端的第二部分。
在某些实施方案中，RTD迹线围绕压电材料被配置，从而允许压电材料的直接温度测量。在使用RTD迹线的某些实施方案中，RTD迹线包含铂。在使用RTD迹线的某些实施方案中，RTD迹线可以具有与第二部分重叠的方波蛇形图案。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器被构建以允许范围从约32°F至约160°F的温度变化。在某些实施方案中，压电微量天平传感器被构建以便补偿多达100psig的液体流的压力。
在某些实施方案中，使用能够从非工艺端加热压电材料并且从而能够实现压电材料的温度控制的加热器。任何电阻式加热器被预期，只要加热器满足任何尺寸要求(即，是小的)，能够以适当地均匀的方式加热整个压电材料，并且能够在这样控制时保持恒定温度(即，±2°F)。在某些实施方案中，加热器是电阻式加热器。在某些实施方案中，加热器被直接连接至压电材料。在某些实施方案中，加热器遍及压电材料的横截面可操作地被连接。在某些实施方案中，加热器是陶瓷加热器。
在某些实施方案中，压电材料的温度的设定点是可变的并且可以按需要被设置，这取决于特定的含水冷却系统。在某些实施方案中，压电材料被维持在恒定温度(即不多于从定位点的±3°F)。对于这样的实施方案，压电材料应该被加热至且被保持在提高的设定点以模拟在特定的热交换器下的压力，热交换器理想地将位于相对紧密地接近压电微量天平传感器。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器包括若干可交换的部件。换句话说，这样的实施方案可以被拆卸并且重新组装。这样的实施方案可以随时并入替代部件以代替最初组装的部件。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器可操作地被附接至自动化工业水处理系统。在某些实施方案中，自动化工业水处理系统处理在含水冷却系统中使用的冷却水。在某些实施方案中，自动化工业水处理系统处理冷却水以抑制结垢形成。
在某些实施方案中，压电微量天平传感器是自清洁的。在某些实施方案中，压电微量天平传感器与控制器通讯，控制器用自动化压电微量天平传感器自清洁循环编程。在某些实施方案中，自清洁循环可以“按要求”被激活，即在使用者的判断下。在某些实施方案中，自动化压电微量天平传感器自清洁循环被编程以在一个或更多个特定的时间间隔下操作自清洁循环。在某些实施方案中，自动化压电微量天平传感器自清洁循环被编程以在一个或更多个特定的测量事件下操作自清洁循环。这样的测量事件的实例可以包括统计学的“失控”事件，实现特定的结垢测量等等。
自清洁压电微量天平传感器具有能够在无使用者干预(比如，关闭含水冷却系统和/或从含水冷却系统移除压电微量天平传感器或其部分)下清洁压电材料的工艺端的优点。因为阴极极化可以诱导在压电材料的工艺端上结垢，阳极极化反转该作用并且移除在酸性pH下溶解的诱导的结垢。通过采用在工艺端电极的阳极极化，压电材料的工艺端可以在无主要使用者干预下，被快速清洁并且返回至可靠的服务中。清洁循环水解水，在工艺端电极产生酸性条件并且产生作为废气的氧气。图8用图表图示压电微量天平传感器101的实施方案的若干自清洁循环的执行。
转向图9，图9的图为比较的目的图示在阻垢处理化学品给料被中断时导电率传感器的响应和荧光标记的阻垢处理化学品(聚合物)的荧光测量。给料在约第4天被停止。荧光测量观察到该停止，但电导计截至第7天时还没有检测到任何停止。
转向图10，图10的图标绘用于图9中图示的相同的实验的阻垢处理聚合物消耗连同荧光标记的聚合物浓度。当给料在约第4天被停止时，处理聚合物消耗开始提高，且在接近第6天结束时示出剧烈升高。
转向图11，图11的图图示用于图9和10中图示的相同的实验的聚合物消耗和由压电微量天平传感器(标记为“NDM质量”)测量的结垢响应。不像图9中图示的导电率测量，压电微量天平传感器能够检测由在接近第6天结束时示出的阻垢处理聚合物消耗中的尖峰引起的结垢事件。
转向图12，图12的图提供图9-11中图示的相同实验的特写的图示，并且另外比较使用荧光计地测量的聚合物消耗、压电微量天平传感器的响应、以及DATSHTR装置的响应。
当结垢沉积在加热的管状室中发生时，DATSHTR装置，商购自BridgerScientific,SagamoreBeach,Massachusetts，通过定量传热热阻(“HTR”)的变化而关联结垢沉积。加热的管状室允许样品流动，并且热负载、流速、和表面温度是可调整的。随着沉积物在加热的管状室中积聚，室变得更隔热的，这导致可以与结垢沉积厚度关联的HTR。
转向图13，图13的图图示电导计对pH控制的损失的响应。冷却水的酸性缓冲在约第7天被停止，这引起pH的升高。电导计在酸性缓冲的中断之后的三天期间，没有对升高的pH响应。
转向图14，图14的图图示在图13中图示的酸性缓冲中断之后，对聚合物消耗的荧光响应。荧光响应发生在酸性缓冲被停止的24小时内。
转向图15，图15的图图示用于图13和14中图示的相同实验的压电微量天平传感器响应。注意到相比于荧光响应的轻微延迟的响应，荧光响应被图示为“聚合物消耗(％)”，并且“NDM质量”代表压电微量天平传感器的响应。
转向图16，图16的图比较用于图13-15中图示的相同实验的对DATSHTR装置的响应的荧光响应和压电响应。
总之，实验图示压电微量天平传感器可以被用于检测结垢并且提供输入以控制含水冷却系统的阻垢处理。优选地，荧光消耗监测和剂量控制的使用，连同监测来自压电微量天平传感器的工艺响应，对含水冷却系统操作者提供另外的益处，从而提供冷却水处理控制中的添加的可靠性。
本文提及的任何专利据此通过引用被并入本文，无论是否在本公开内容的文本中明确地这样做。
在术语“包括(include)”、“包括(includes)”或“包括(including)”被用于本说明书或权利要求中的这个意义上说，其以与术语“包含(comprising)”在该术语在作为权利要求中的过渡词使用时被解释的相同的方式被意图是包含性的。此外，在术语“或”被使用(比如，A或B)的这个意义上说，其被意图意指“A或B或A和B两者”。当申请人意图指示“仅A或B，但不是两者”时，那么术语“仅A或B，但不是两者”将被使用。因此，本文中术语“或”的用途是包含性的，并且不是排他性用途。见BryanA.Garner,ADictionaryofModernLegalUsage624(1995年第2版)。此外，在术语“在…中(in)”或“进入…中(into)”在本说明书或权利要求中被使用的这个意义上说，其被意图另外意指“在…上(on)”或“到…上(onto)”。此外，在术语“连接”在本说明书或权利要求中被使用的这个意义上说，其被意图意指不仅“直接连接至”，而且“间接连接至”，例如通过另一个或更多个组件连接。在本公开内容中词语“一(a)”或“一(an)”将被视为包含单数和复数两者。相反地，多个项目的任何引用将在合适时包含单数。
本文公开的全部范围和参数被理解为涵盖其中包括的并且归纳的任何和全部子范围以及在端点之间的每个数。例如，陈述的范围“1至10”应当被认为包括在最小值1和最大值10之间(且包括在内)的任何和全部子范围；即，以最小值1或更大值开始(比如1至6.1)、并且以最大值10或更小值结束(比如2.3至9.4、3至8、4至7)的全部子范围，并且最终至被包含于所述范围中的每个数1、2、3、4、5、6、7、8、9、和10。
一般性发明构思已经通过描述其多个示例性实施方案被至少部分地说明。尽管这些示例性实施方案已经以大量的细节被描述，然而本申请人的意图不是将随附的权利要求的范围约束于这样的细节或以任何方式限制于这样的细节。此外，多个发明构思可以互相组合使用(比如，第一、第二、和第三示例性实施方案可以与彼此组合使用)。此外，作为涉及特别地公开的实施方案叙述的任何特定的要素应该被解释为可用于全部公开的实施方案，除非特定的要素的并入将与实施方案的明确术语相矛盾。另外的优点和修改将对本领域技术人员容易是明显的。因此，本公开内容，在其较宽泛的方面，不受限于本文提供的特定细节、代表性设备、或示出的和描述的例证性实例。因此，可以从这样的细节中做出偏离而不偏离一般性发明构思的精神或范围。

Claims (15)

1.一种监测含水冷却系统中的工艺出错和恢复的自动化方法，所述自动化方法包括：
提供包括冷却水的含水冷却系统；
提供荧光计；
提供能够自清洁的压电微量天平传感器；
提供中央控制系统；
可操作地将所述荧光计和所述压电微量天平传感器连接至所述含水冷却系统和所述中央控制系统；
将选自由以下组成的组的至少一种水溶性、阻垢的化学品在一定剂量速率下给料到所述冷却水中：天然发荧光处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合，从而导致在所述冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品；
用所述荧光计使用荧光计地测量所述冷却水中的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的所述浓度；
利用所述压电微量天平传感器测量所述冷却水的结垢率；
响应于所述荧光测量和所测量的结垢率中的至少一种调整所述含水冷却系统的至少一个工艺变量；
其中所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；所述冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。
2.如权利要求1所述的自动化方法，其中所述压电微量天平传感器包括：
i.压电材料，其具有工艺端和非工艺端，所述工艺端适于接触冷却水流，所述工艺端的至少一部分接合工艺端电极，并且所述非工艺端的至少一部分接合非工艺端电极；
ii.加热器，其能够从所述非工艺端加热所述压电材料并且从而能够实现所述压电材料的温度控制；
iii.对电极，其具有第一表面和第二相对表面，所述第一表面适于接触所述冷却水流且面向所述压电材料的所述工艺端，所述对电极位于所述压电微量天平传感器中以便允许所述冷却水流的至少一部分在所述压电材料的所述工艺端和所述对电极的所述第一表面之间的流动，其中所述对电极由导电的耐腐蚀材料构建；以及
iv.压力补偿间隔器，其可操作地接触所述对电极的所述第二相对表面，所述压力补偿间隔器能够响应于由穿过所述压电微量天平传感器的所述冷却水流产生的压力的变化而压缩和膨胀。
3.如权利要求2所述的自动化方法，其中所述压电材料是石英晶体。
4.如权利要求3所述的自动化方法，其中电阻式温度检测器迹线与所述压电材料的所述非工艺端的至少一部分可操作地接触，从而允许所述压电材料的直接温度测量。
5.如权利要求4所述的自动化方法，其中所述电阻式温度检测器迹线由铂组成。
6.如权利要求5所述的自动化方法，其中所述电阻式温度检测器迹线具有围绕所述非工艺端电极的至少一部分的方波蛇形图案。
7.如权利要求6所述的自动化方法，其中所述压力补偿间隔器选自由以下组成的组：至少一个波纹管、至少一个隔板、至少一个O形环、至少一个垫圈、及其组合。
8.一种用于监测含水冷却系统的剂量和工艺响应的自动化方法，所述自动化方法包括：
提供包括冷却水的含水冷却系统；
提供荧光计；
提供能够自清洁的压电微量天平传感器；
提供中央控制系统；
可操作地将所述荧光计和所述压电微量天平传感器连接至所述含水冷却系统和所述中央控制系统；
将选自由以下组成的组的至少一种水溶性、阻垢的化学品给料到所述冷却水中：天然发荧光处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合，从而导致在所述冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品；
用所述荧光计使用荧光计地测量所述冷却水中的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的所述浓度；
利用所述压电微量天平传感器测量所述冷却水的结垢率；
响应于使用荧光计地测量的所述浓度和所测量的结垢率中的至少一种调整所述含水冷却系统的至少一个工艺变量；
其中所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；所述冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。
9.如权利要求8所述的自动化方法，其中所述至少一种水溶性、阻垢的化学品是选自由以下组成的组的荧光示踪的或标记的处理化学品：丙烯酸及其盐、甲基丙烯酸及其盐、衣康酸及其盐、马来酸及其盐、马来酸酐、巴豆酸及其盐、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸盐、N-叔丁基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丁氧基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯氯化苄季盐、丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯季盐、二甲基氨基乙基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸甲酯季盐、二烯丙基二甲基氯化铵、N-乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯酸式盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷季盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯化苄季盐、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵、亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、三烯丙基胺的酸式盐、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟基甲酯、丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸羟基丙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰氨基甲基丙磺酸及其钠盐、乙烯醇、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮以及其组合。
10.如权利要求8所述的自动化方法，其中所述中央控制系统能够自动地循环所述压电微量天平传感器的自清洁。
11.如权利要求10所述的自动化方法，其中所述压电微量天平传感器在以规律的时间间隔的循环中被自清洁。
12.如权利要求10所述的自动化方法，其中所述压电微量天平传感器响应于所测量的结垢率被自清洁。
13.一种用于诊断对使用荧光计地监测的和处理的含水冷却系统的供水化学的变化的工艺响应的自动化方法，所述自动化方法包括：
提供包括冷却水的含水冷却系统；
提供荧光计；
提供能够自清洁的压电微量天平传感器；
提供中央控制系统；
可操作地将所述荧光计和所述压电微量天平传感器连接至所述含水冷却系统和所述中央控制系统；
将选自由以下组成的组的至少一种水溶性、阻垢的化学品给料到所述冷却水中：天然发荧光处理化学品、荧光标记的处理化学品、已经被荧光示踪的处理化学品、及其组合，从而导致在所述冷却水中一定浓度的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品；
用所述荧光计使用荧光计地测量所述冷却水中的所述至少一种水溶性、阻垢的化学品中的至少一种的所述浓度；
利用所述压电微量天平传感器测量所述冷却水的结垢率；
响应于所述荧光测量和所测量的结垢率中的至少一种调整所述含水冷却系统的至少一个工艺变量；
其中所述至少一个工艺变量选自由以下组成的组：所述至少一种水溶性、阻垢的化学品的剂量速率；冷却水循环速率；阀门开度；流速；体积；液位；所述冷却水的pH；卸料循环频率；警报的引发；警告的引发；以及其组合。
14.如权利要求13所述的自动化方法，其中所述压电微量天平传感器在以规律的时间间隔的循环中被自清洁。
15.如权利要求13所述的自动化方法，其中所述压电微量天平传感器响应于所测量的结垢率被自清洁。
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