專利名稱：一種海水淡化用電導(dǎo)率在線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在線檢測裝置，特別是一種應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)中電導(dǎo)率在線檢測的裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源危機(jī)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)面臨的一個(gè)重要問題。 海水淡化，已經(jīng)成為一些國家和地區(qū)重要的水源來源。在海水淡化過程中，水質(zhì)參數(shù)的在線 檢測是保證海水淡化系統(tǒng)正常運(yùn)行和衡量淡化水質(zhì)量是否合格的重要手段。目前，海水淡 化系統(tǒng)的在線檢測參數(shù)主要有PH、電導(dǎo)率、溫度、流量、壓力等。其中電導(dǎo)率是海水淡化中必 不可少的水質(zhì)檢測參數(shù)之一。目前還沒有針對海水淡化這一特殊應(yīng)用場合專用的集成水質(zhì)檢測儀表?，F(xiàn)有電導(dǎo) 率檢測裝置主要采用普通的電導(dǎo)率檢測儀表，采用分立式安裝結(jié)構(gòu)，如采用美國GF signet 電導(dǎo)率測量儀表，每一個(gè)測量點(diǎn)必須對應(yīng)使用一個(gè)電導(dǎo)率儀表，對于在線檢測，沒有電極清 洗措施。所以該方案主要有以下兩點(diǎn)不足1、分立式安裝多點(diǎn)檢測就需要多個(gè)電導(dǎo)率儀表， 成本較高；2、沒有電極清洗措施，抗污染性能差，長期使用將導(dǎo)致系統(tǒng)測量精度下降，影響 使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種集成式帶自動清洗功能 的電導(dǎo)率在線檢測裝置。本實(shí)用新型包括海水測量池、海水電導(dǎo)率傳感器、淡化水測量池、淡化水電導(dǎo)率傳 感器、海水淡化系統(tǒng)、信號采集電路、嵌入式控制與處理電路、觸摸顯示屏、超聲波控制器。 海水淡化系統(tǒng)的入水口與海水測量池連通，海水淡化系統(tǒng)的出水口與淡化水測量池連通。 海水電導(dǎo)率傳感器設(shè)置在海水測量池內(nèi)，淡化水電導(dǎo)率傳感器設(shè)置在淡化水測量池內(nèi)。海 水電導(dǎo)率傳感器和淡化水電導(dǎo)率傳感器均與信號采集電路連接，信號采集電路與嵌入式控 制與處理電路連接，觸摸顯示屏與嵌入式控制與處理電路連接。海水測量池和淡化水測量 池的底部均設(shè)置有超聲波發(fā)生裝置，超聲波發(fā)生裝置與超聲波控制器連接，超聲波控制器 與嵌入式控制與處理電路連接。電導(dǎo)率傳感器分為海水電導(dǎo)率傳感器和淡化水電導(dǎo)率傳感器共兩路電導(dǎo)率傳感 器。每個(gè)電導(dǎo)率傳感器中都集成有溫度傳感器，實(shí)時(shí)測量溫度值，用于電導(dǎo)率測量的溫度補(bǔ) 償。測量池分為海水測量池和淡化水測量池共兩個(gè)測量池，海水和淡化水電導(dǎo)率傳感器分 別置于對應(yīng)的超聲波清洗測量池中，分別通過海水和淡化水。其中，信號采集電路包括正 弦激勵(lì)源、信號放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。正弦激勵(lì)源由通用的正弦信號發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)。產(chǎn) 生O-IOOkHz可變頻的正弦信號作為激勵(lì)信號。信號放大電路由通用的運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn)。 A/D轉(zhuǎn)換電路采用通用12位AD芯片及其外圍電路構(gòu)成。嵌入式控制與處理電路采用通用的嵌入式處理電路，可以是ARM系列用于工業(yè)控制的微控制器。觸摸顯示屏和超聲波控制器以及超生波發(fā)生裝置，采用現(xiàn)有各種常用的裝置實(shí) 現(xiàn)。本實(shí)用新型針對海水淡化電導(dǎo)率檢測特殊應(yīng)用設(shè)計(jì)了專用電導(dǎo)率檢測裝置。實(shí)現(xiàn)了海水與淡化水檢測集成控制與顯示以及電導(dǎo)率傳感器電極的自動清洗功能。相對于目前 的分立式儀表的解決方案，降低了成本，延長了使用壽命。在使用過程中操作簡便，直觀，檢 測裝置易于維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)海水淡化中電導(dǎo)率參數(shù)在線檢測，系統(tǒng)定期校準(zhǔn)和傳感器電極 自動清洗功能。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是電導(dǎo)率信號采集電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種海水淡化用電導(dǎo)率在線檢測裝置包括海水測量池1、海水電導(dǎo)率 傳感器2、淡化水測量池8、淡化水電導(dǎo)率傳感器7、海水淡化系統(tǒng)9、信號采集電路3、嵌入式 控制與處理電路5、觸摸顯示屏4、超聲波控制器6。海水淡化系統(tǒng)9的入水口與海水測量池 1連通，海水淡化系統(tǒng)9的出水口與淡化水測量池8連通。海水電導(dǎo)率傳感器2設(shè)置在海 水測量池1內(nèi)，淡化水電導(dǎo)率傳感器7設(shè)置在淡化水測量池8內(nèi)。海水電導(dǎo)率傳感器2和 淡化水電導(dǎo)率傳感器7均與信號采集電路3連接，信號采集電路3與嵌入式控制與處理電 路5連接，觸摸顯示屏4與嵌入式控制與處理電路5連接。海水測量池1和淡化水測量池 8的底部均設(shè)置有超聲波發(fā)生裝置，超聲波發(fā)生裝置與超聲波控制器6連接，超聲波控制器 6與嵌入式控制與處理電路5連接。該在線檢測裝置具有三種工作狀態(tài)自動檢測狀態(tài)、校準(zhǔn)狀態(tài)、清洗狀態(tài)。其具體 的工作過程如下1、當(dāng)裝置處于自動檢測狀態(tài)時(shí)(1)模擬電壓信號采集。如圖2，電導(dǎo)率傳感器等效為電阻Rx，運(yùn)算放大器A選用 LF444，Rf為運(yùn)放電路反饋電阻，通過改變它的阻值來切換電導(dǎo)率測量量程，這里采用了數(shù) 字電位器AD7376。正弦激勵(lì)源產(chǎn)生一個(gè)幅值為Vi的激勵(lì)信號，激勵(lì)信號通過電導(dǎo)率傳感器 與信號放大電路后，得到放大后的電導(dǎo)率電壓信號Vo。(2) A/D轉(zhuǎn)換。采集到的電導(dǎo)率電壓信號Vo經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路，在η個(gè)周期內(nèi)對電 導(dǎo)率電壓信號Vo采樣得到η個(gè)電導(dǎo)率電壓信號Vo的幅值V1J^ Vn，將采樣結(jié)果輸入到嵌 入式控制與處理電路。(3)數(shù)字濾波。在嵌入式控制與處理電路中，對于A/D采集得到的η個(gè)數(shù)值，采用 數(shù)字濾波的方法濾除粗大誤差。具體的濾波方法如下對η個(gè)數(shù)值從小到大排序，A1, k2… K，去掉最大的w個(gè)和最小的ν個(gè)數(shù)值，對剩余的ηι-ν個(gè)數(shù)值求平均值得到有效的電導(dǎo)率 電壓信號幅值。計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 5</formula>(4)數(shù)值計(jì)算。根據(jù)電導(dǎo)率信號比值法測量原理，可以通過公式⑵可以求出電導(dǎo)率值。
<formula>formula see original document page 5</formula>[0021]公式(2)中，Vi為激勵(lì)源輸入電壓值，Vo為電導(dǎo)率信號輸出電壓值，Rf為運(yùn)放電 路反饋電阻值，Rx為電導(dǎo)率傳感器等效電阻值。電導(dǎo)率可以由下式得出G =(3)這里k為電導(dǎo)率傳感器電極常數(shù)。(5)溫度補(bǔ)償。通過溫度補(bǔ)償將當(dāng)前溫度下電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為25°C下電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)值 后，在觸摸顯示屏上實(shí)時(shí)顯示出來。溫度補(bǔ)償公式如下k25 = kt/[l+a (t-25)](4)其中，kt和k25分別為測量溫度在t°C和25°C下時(shí)的電導(dǎo)率值，溫度系數(shù)α取值為 0.018，t為當(dāng)前測量溫度。2、當(dāng)裝置處于校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)(1)獲取校準(zhǔn)參數(shù)。從測量池中取出傳感器電極，放入準(zhǔn)備好的電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)溶液 中，測得其電導(dǎo)率值為X1，通過觸摸顯示屏輸入當(dāng)前校準(zhǔn)值Y1并保存。更換不同的校準(zhǔn)液 來測量，最終得到一組電導(dǎo)率測量數(shù)據(jù)為Xp XfXn,同理得到相應(yīng)的校準(zhǔn)值Yi、Y^Yn。(2)曲線擬合。測量值Xi、XfXn和校準(zhǔn)值1、YfYn之間存在著某種函數(shù)關(guān)系， 采用曲線擬合的方式得到二者之間的線性關(guān)系式aX+b = Y (5)公式(5)為裝置本次校準(zhǔn)的校準(zhǔn)公式。其中，a，b為常數(shù)，X為電導(dǎo)率測量值，Y即 是校準(zhǔn)后得到的值，作為最終測量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來。3、當(dāng)裝置處于清洗狀態(tài)時(shí)(1)輸入?yún)?shù)。裝置自動鎖存當(dāng)前電導(dǎo)率測量結(jié)果，用戶通過觸摸顯示屏輸入清洗 時(shí)間參數(shù)T。(2)開始清洗。程序讀取清洗參數(shù)，由嵌入式控制與處理電路發(fā)出指令，啟動超聲 波控制器，進(jìn)而控制測量池底部超聲波發(fā)生裝置開始工作，電導(dǎo)率傳感器電極清洗開始。同 時(shí)程序中定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。(3)清洗結(jié)束。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)滿時(shí)，超聲波控制器自動關(guān)閉，測量池底部超聲波發(fā) 生裝置停止工作，電導(dǎo)率傳感器電極自動清洗結(jié)束，裝置返回自動檢測狀態(tài)。
權(quán)利要求一種海水淡化用電導(dǎo)率在線檢測裝置，包括海水淡化系統(tǒng)、海水測量池、海水電導(dǎo)率傳感器、淡化水測量池、淡化水電導(dǎo)率傳感器，其特征在于海水淡化系統(tǒng)的入水口與海水測量池連通，海水淡化系統(tǒng)的出水口與淡化水測量池連通；海水電導(dǎo)率傳感器設(shè)置在海水測量池內(nèi)，淡化水電導(dǎo)率傳感器設(shè)置在淡化水測量池內(nèi)；海水電導(dǎo)率傳感器和淡化水電導(dǎo)率傳感器均與信號采集電路連接，信號采集電路與嵌入式控制與處理電路連接，觸摸顯示屏與嵌入式控制與處理電路連接；海水測量池和淡化水測量池的底部均設(shè)置有超聲波發(fā)生裝置，超聲波發(fā)生裝置與超聲波控制器連接，超聲波控制器與嵌入式控制與處理電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種海水淡化用電導(dǎo)率在線檢測裝置。目前的檢測裝置需要多個(gè)電導(dǎo)率儀表，成本較高、精度低。本實(shí)用新型的海水測量池內(nèi)設(shè)置有海水電導(dǎo)率傳感器，淡化水測量池內(nèi)設(shè)置有淡化水電導(dǎo)率傳感器，海水電導(dǎo)率傳感器和淡化水電導(dǎo)率傳感器均與信號采集電路連接，信號采集電路與嵌入式控制與處理電路連接，觸摸顯示屏與嵌入式控制與處理電路連接。海水測量池和淡化水測量池的底部均設(shè)置有超聲波發(fā)生裝置，超聲波發(fā)生裝置與超聲波控制器連接，超聲波控制器與嵌入式控制與處理電路連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了海水與淡化水檢測集成控制與顯示以及電導(dǎo)率傳感器電極的自動清洗功能，同時(shí)降低了成本，延長了使用壽命。
文檔編號C02F103/08GK201555902SQ20092019680
公開日2010年8月18日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者吳開華, 李世中, 王海波, 胡少鵬 申請人:杭州電子科技大學(xué)