專利名稱：可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理器，具體是一種可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置。用于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前由于市場(chǎng)上現(xiàn)有水處理器均不具備對(duì)水處理效果的實(shí)時(shí)監(jiān)視，在實(shí)際應(yīng)用中，一般均采用檢測(cè)水體電導(dǎo)率的專用儀器對(duì)水質(zhì)做不定時(shí)的檢測(cè)與分析，進(jìn)而對(duì)水處理效果做出評(píng)價(jià)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開號(hào)1377839，發(fā)明名稱變頻式微電腦水處理器，該專利公開的變頻式微電腦水處理器包括一臺(tái)變頻模糊控制的大功率直流脈沖發(fā)生器，并采用掃頻、移頻、選頻三種形式使發(fā)生的脈沖電磁波產(chǎn)生持續(xù)的頻率變化，再通過纏繞在水管外壁上多股繞組，把發(fā)生器產(chǎn)生的電磁波感應(yīng)到水管內(nèi)水體中而發(fā)生各種物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、電化反應(yīng)和生物反應(yīng)。
根據(jù)高頻電磁波對(duì)除垢、防垢、抗氧化及滅菌的作用機(jī)理，高頻電磁波存在最優(yōu)作用頻帶，并沒有必要在除垢的過程控制中“產(chǎn)生持續(xù)的頻率變化”，而應(yīng)該按照尋優(yōu)的算法進(jìn)行水處理控制。實(shí)際上，上述專利技術(shù)在水處理過程根本不具備對(duì)被處理水質(zhì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提出一種可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，使其對(duì)過程控制中水循環(huán)系統(tǒng)的水質(zhì)起到除垢、防垢、殺菌、滅藻、阻銹和防腐等功能作用，同時(shí)通過在線實(shí)時(shí)監(jiān)視水電導(dǎo)率的變化實(shí)現(xiàn)水處理的優(yōu)化控制。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括高頻電磁振蕩發(fā)生器、水處理本體、檢測(cè)單元、控制單元、遠(yuǎn)程通信接口、點(diǎn)陣式液晶顯示器。高頻電磁振蕩發(fā)生器、水處理本體構(gòu)成本發(fā)明的水處理子系統(tǒng)，同時(shí)高頻電磁振蕩發(fā)生器、檢測(cè)單元、控制單元、遠(yuǎn)程通信接口、點(diǎn)陣式液晶顯示器構(gòu)成本發(fā)明的水質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)控子系統(tǒng)。高頻電磁振蕩發(fā)生器的輸入端與控制單元的輸出端連接，高頻電磁振蕩發(fā)生器的輸出端一方面與檢測(cè)單元的輸入端連接，另一方面連接到水處理本體，控制單元的輸入端連接檢測(cè)單元的輸出端，同時(shí)檢測(cè)單元的輸出端連接點(diǎn)陣式液晶顯示器，檢測(cè)單元設(shè)有遠(yuǎn)程通信接口。
本發(fā)明各個(gè)功能模塊結(jié)構(gòu)特征1、高頻電磁振蕩發(fā)生器高頻電磁振蕩發(fā)生器既是水處理的能量源又是水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)源，該發(fā)生器以三點(diǎn)電感式LC為基本振蕩回路，同時(shí)使用變?nèi)荻O管構(gòu)成壓控振蕩電路，因此該電路的振蕩頻率能夠隨變?nèi)莨軆啥丝刂齐妷旱淖兓兓?。換句話說，該電路可以通過改變變?nèi)莨軆啥穗妷簛磉_(dá)到控制回路頻率的作用。
為提高輸出波形的穩(wěn)定性和精確度，可以采用MAX038集成芯片與變?nèi)莨艿绕骷?gòu)成壓控振蕩電路，對(duì)其中的固定電阻電感電容的值作適當(dāng)選擇，可以確定基本頻率落在1M～20MHz范圍之內(nèi)。根據(jù)對(duì)水處理總體效能指標(biāo)的分析，本發(fā)明確定高頻電磁振蕩發(fā)生器的頻率f∈[2MHz，4MHz]最為合適，并以f0＝3MHz作為基本中心頻率。
MAX038是集成的高頻函數(shù)發(fā)生器，用很少的外部元件與之配合，便能產(chǎn)生失真度很小的正弦波、三角波形、方波(或脈沖)等高頻波，其頻率可在1Hz～20MHz之間通過電路任意確定，通過改變控制電流、電壓或電阻，頻率和占空比可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
MAX038由正負(fù)5V電源供電，其輸出幅度一般為0.7V。當(dāng)用電壓Vin和電阻Rin的串聯(lián)組合去控制MAX038的頻率時(shí)，其輸出信號(hào)頻率與輸入電壓Vin成正比。在輸出時(shí)，要加電壓放大和功率放大以適應(yīng)負(fù)載要求，提供拖帶負(fù)載的能力。通過改變前置電壓輸出即可控制輸出功率的大小，起到對(duì)高頻電磁場(chǎng)強(qiáng)的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的負(fù)載就是水流體，輸出功率加載于事先安裝在水處理本體中的兩個(gè)電極通過對(duì)處理水的偶極子與偶極距在微電場(chǎng)的物化作用實(shí)現(xiàn)對(duì)水流的除垢、防垢、殺菌、滅藻、阻銹和防腐等功能。
2、水處理本體水處理本體即處理水管段，水處理本體帶有高頻電極，即兩個(gè)電極，其中一個(gè)是設(shè)置于管段軸線上的圓銅棒，圓銅棒與水流方向平行，另外一個(gè)即水處理管段管壁本身。水處理本體上還設(shè)有水流換向閥、排污口、過濾網(wǎng)和主管段兩端的法蘭，過濾網(wǎng)設(shè)置于主管段兩端的法蘭連接處，水處理本體管壁上下設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)壓孔連接的差壓傳感器。金屬外殼本身同時(shí)又起著電磁屏蔽的作用。
3、檢測(cè)單元檢測(cè)單元包含八通道模擬數(shù)據(jù)采集卡，采集卡內(nèi)含衰減器、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器，采集卡通過PC-104內(nèi)部總線與控制單元相連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸入/輸出通道通過初始化程序設(shè)定。八通道模擬數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理，其中，電壓與電流直接測(cè)量，頻率通過對(duì)周期信號(hào)的過零點(diǎn)計(jì)算間接求得，水流流量則通過管道自然節(jié)流件上下游差壓測(cè)量計(jì)算求出。經(jīng)檢測(cè)單元獲取的直接和間接測(cè)量參數(shù)全部經(jīng)數(shù)據(jù)輸出接口輸至控制單元。
4、點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD與小按鍵點(diǎn)陣式液晶顯示器LCD專門為了便于人工觀察和現(xiàn)場(chǎng)操作而設(shè)置。通過本發(fā)明配備的操作軟件可以十分方便地向用戶提供數(shù)據(jù)、曲線、直方圖等水處理效果顯示方式。點(diǎn)陣式液晶顯示器配有小按鍵，可以利用小按鍵對(duì)機(jī)械幾何尺寸的誤差進(jìn)行人工修正。
5、控制單元控制單元由PC-104主系統(tǒng)板和數(shù)據(jù)采集卡中設(shè)定的輸出通道組成，檢測(cè)單元在與控制單元連接的同時(shí)，還通過遠(yuǎn)程通信接口與上位機(jī)乃至互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)交互。該單元接收檢測(cè)單元實(shí)時(shí)輸入的水處理參數(shù)，根據(jù)運(yùn)行初始化和系統(tǒng)優(yōu)化指標(biāo)確定高頻電磁振蕩發(fā)生器的電壓與頻率輸出。
6、遠(yuǎn)程通信接口經(jīng)檢測(cè)獲得的實(shí)時(shí)水處理狀態(tài)信息在LCD顯示的同時(shí)，還通過遠(yuǎn)程通信接口與上位機(jī)進(jìn)行交互，使得管理人員可以在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理狀態(tài)的監(jiān)視和人工干預(yù)。該通信接口具有RS232、RS485和TCP/IP可以實(shí)現(xiàn)直接與Ethernet和Internet的連接。
本發(fā)明工作時(shí)，首先由高頻電磁振蕩發(fā)生器產(chǎn)生高頻電磁波通過電極輸出作用于水處理本體。水處理本體中的水流換向閥起到水流換向的作用。排污口是為定期排放被清除而沉積的污垢而設(shè)置的。過濾網(wǎng)起著攔截污垢的作用。
高頻電磁振蕩發(fā)生器的工作參數(shù)始終受到檢測(cè)單元的實(shí)時(shí)檢測(cè)。檢測(cè)單元所獲取的在線參數(shù)在輸出至LCD進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)也輸至控制單元。經(jīng)過控制單元的決策計(jì)算調(diào)節(jié)控制參數(shù)輸出至被處理水中的頻率和電壓值以使水處理過程控制達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。附帶的小按鍵起著改變?cè)O(shè)置和顯示方式的作用。所有的實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)及其處理信息均可通過遠(yuǎn)程通信接口進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸和遠(yuǎn)程控制。
使用本發(fā)明應(yīng)用于食品加工和中央空調(diào)的水循環(huán)系統(tǒng)中均已證明效果十分顯著經(jīng)本發(fā)明處理后的下游管段管壁不會(huì)結(jié)垢、管內(nèi)壁干凈；經(jīng)本發(fā)明處理后的下游管段內(nèi)壁無明顯銹斑；經(jīng)本發(fā)明處理后的下游管段近法蘭處內(nèi)壁原先的結(jié)垢在連續(xù)24小時(shí)后即被消融，面積有擴(kuò)大趨勢(shì)；經(jīng)本發(fā)明處理后的下游管段管壁不出現(xiàn)生藻現(xiàn)象；經(jīng)本發(fā)明處理后的水質(zhì)的細(xì)菌含量比未經(jīng)處理的降低50％以上。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明結(jié)構(gòu)外形3本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括高頻電磁振蕩發(fā)生器1、水處理本體2、檢測(cè)單元3、控制單元4、遠(yuǎn)程通信接口5、點(diǎn)陣式液晶顯示器6，高頻電磁振蕩發(fā)生器1、水處理本體2構(gòu)成電磁水處理裝置的水處理子系統(tǒng)，同時(shí)高頻電磁振蕩發(fā)生器1、檢測(cè)單元3、控制單元4、遠(yuǎn)程通信接口5、點(diǎn)陣式液晶顯示器6構(gòu)成電磁水處理裝置的水質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)控子系統(tǒng)，高頻電磁振蕩發(fā)生器1的輸入端與控制單元4的輸出端連接，高頻電磁振蕩發(fā)生器1的輸出端一方面與檢測(cè)單元3的輸入端連接，另一方面連接到水處理本體2，控制單元4的輸入端連接檢測(cè)單元3的輸出端，同時(shí)檢測(cè)單元3的輸出端連接點(diǎn)陣式液晶顯示器6，檢測(cè)單元3設(shè)有遠(yuǎn)程通信接口5。
高頻電磁振蕩發(fā)生器1既是水處理子系統(tǒng)的能量源，也是水質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)控子系統(tǒng)的信號(hào)源。水處理本體2帶有高頻電極，即兩個(gè)電極7，其中一個(gè)是設(shè)置于管段軸線上的圓銅棒，圓銅棒與水流方向平行，另外一個(gè)即水處理管段管壁本身。
高頻電磁振蕩發(fā)生器1將具有特定電壓和頻率的高頻電磁信號(hào)通過電極8加至水處理本體2。高頻電磁振蕩發(fā)生器1始終接受檢測(cè)單元3的檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)輸至控制單元4，點(diǎn)陣式液晶顯示器6實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示，小按鍵13用于初始化參數(shù)設(shè)置、修正及顯示方式的選擇。
檢測(cè)單元3采用八通道模擬數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理。采集卡的硬件包括通道衰減、AD/DA轉(zhuǎn)換、放大器。采集卡通過PC-104內(nèi)部總線與作為控制單元的嵌入式工控機(jī)主系統(tǒng)板相連接。數(shù)據(jù)采集卡的輸入/輸出通道可以通過初始化程序任意設(shè)定。八個(gè)通道數(shù)在本系統(tǒng)中屬于十分富余的通道配置。
在數(shù)據(jù)采集過程電壓采集通道進(jìn)行直接測(cè)量，電壓信號(hào)經(jīng)過衰減器輸入A/D轉(zhuǎn)換器至主系統(tǒng)板上的運(yùn)算器與內(nèi)存儲(chǔ)器；電流采集通道系通過對(duì)高頻電磁振蕩發(fā)生器1輸出回路中預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)電阻端電壓測(cè)量計(jì)算求得電流值，其信號(hào)流通過程與電壓采集通道相同；由電壓或電流的采集數(shù)據(jù)中計(jì)算過零時(shí)間即可求出高頻電磁振蕩發(fā)生器1的輸出頻率，因此無需占用數(shù)據(jù)采集通道；流量采集通道首先對(duì)與水處理本體2管壁上下游兩個(gè)導(dǎo)壓孔連接的差壓傳感器進(jìn)行差壓數(shù)值采集，采集數(shù)值經(jīng)放大器信號(hào)增益輸入A/D轉(zhuǎn)換器至主系統(tǒng)板上的運(yùn)算器與內(nèi)存儲(chǔ)器，依據(jù)水流量與差壓的平方根成正比的關(guān)系計(jì)算求出流量值。
控制單元4由PC-104主系統(tǒng)板和數(shù)據(jù)采集卡中設(shè)定的輸出通道組成。在接收檢測(cè)單元獲取的相關(guān)信號(hào)經(jīng)處理和決策計(jì)算后通過D/A轉(zhuǎn)換由輸出通道向高頻電磁振蕩發(fā)生器1輸出頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和功率調(diào)節(jié)信號(hào)。頻率調(diào)節(jié)信號(hào)即加在高頻電磁振蕩發(fā)生器1壓控振蕩電路中變?nèi)荻O管兩端的電壓值，功率調(diào)節(jié)信號(hào)即為疊加至高頻電磁振蕩發(fā)生器1電壓放大級(jí)中靜態(tài)偏置上的電壓。輸出信號(hào)占用了數(shù)據(jù)采集卡上的兩個(gè)通道。
檢測(cè)單元3在給控制單元4輸出信息的同時(shí)，還可通過遠(yuǎn)程通信接口5與上位機(jī)乃至互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)交互。
如圖2所示，水處理本體2上還設(shè)有水流換向閥8、排污口9、過濾網(wǎng)10和主管段11兩端的法蘭12，過濾網(wǎng)10設(shè)置于主管段11兩端的法蘭12連接處，水處理本體2管壁上下設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)壓孔連接的差壓傳感器。高頻電磁振蕩發(fā)生器1、檢測(cè)單元、控制單元、遠(yuǎn)程通信接口4、點(diǎn)陣式液晶顯示器5及小按鍵6作為一個(gè)整體被安裝于水處理本體7的外側(cè)。利用水流換向閥8可以根據(jù)要求人工改變水流方向，依靠安放于主管段11的過濾網(wǎng)10將清除的污垢攔截下來，排污口9可以定期或不定期地排放水污。
如圖3所示，電極7的圓銅棒必須與水流方向平行安放于軸線方向上。水垢過濾網(wǎng)12設(shè)置于主管段11的法蘭連接處，便于下卸清洗。
權(quán)利要求
1.一種可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，包括水處理本體(2)，其征在于，還包括高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)、檢測(cè)單元(3)、控制單元(4)、程通信接口(5)、點(diǎn)陣式液晶顯示器(6)，高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)、水處理體(2)構(gòu)成電磁水處理裝置的水處理子系統(tǒng)，高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)、檢測(cè)元(3)、控制單元(4)、遠(yuǎn)程通信接口(5)、點(diǎn)陣式液晶顯示器(6)構(gòu)成電磁水處理裝置的水質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)控子系統(tǒng)，高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)的輸入端與控制(4)的輸出端連接，高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)的輸出端一方面與檢測(cè)單元(3)的輸入端連接，另一方面連接到水處理本體(2)，控制單元(4)的輸入端連接檢單元(3)的輸出端，同時(shí)檢測(cè)單元(3)的輸出端連接點(diǎn)陣式液晶顯示器(6)，檢測(cè)單元(3)設(shè)有遠(yuǎn)程通信接口(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是所述的高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)既是水處理的能量源又是水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的源，高頻電磁振蕩發(fā)生器(1)以三點(diǎn)電感式LC為基本振蕩回路，同時(shí)使用二極管構(gòu)成壓控振蕩電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是所述的水處理本體(2)帶有高頻電極，即兩個(gè)電極(7)，其中一個(gè)是設(shè)置于管軸線上的圓銅棒，圓銅棒與水流方向平行，另外一個(gè)即水處理管段管壁身。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是，所述的水處理本體(2)上還設(shè)有水流換向閥(8)、排污口(9)、過濾網(wǎng)(10)和主管段(11)兩端的法蘭(12)，過濾網(wǎng)(10)設(shè)置于主管段(11)兩端的法蘭(12)連接處，水處理本體(2)管壁上下設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)壓孔連接的差壓傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是，所述的檢測(cè)單元(3)包含八通道模擬數(shù)據(jù)采集卡，采集卡內(nèi)含衰減器、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器，采集卡通過PC-104內(nèi)部總線與控制單元(4)相連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸入/輸出通道通過初始化程序設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是衰減器輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接至主板上的運(yùn)算器與內(nèi)存儲(chǔ)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是所述的控制單元(4)由PC-104主系統(tǒng)板和數(shù)據(jù)采集卡中設(shè)定的輸出通道成檢測(cè)單元(3)在與控制單元(4)連接的同時(shí)，還通過遠(yuǎn)程通信接口(5)與上位機(jī)乃至互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)交互。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置，其特征是，所述的點(diǎn)陣式液晶顯示器(6)配有小按鍵(13)。
全文摘要
一種可監(jiān)控水質(zhì)電導(dǎo)的電磁水處理裝置。用于水處理與檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。高頻電磁振蕩發(fā)生器、水處理本體構(gòu)成水處理子系統(tǒng)，高頻電磁振蕩發(fā)生器、檢測(cè)單元、控制單元、點(diǎn)陣式液晶顯示器構(gòu)成水質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)控子系統(tǒng)，高頻電磁振蕩發(fā)生器的輸入端與控制單元的輸出端連接，高頻電磁振蕩發(fā)生器的輸出端一方面與檢測(cè)單元的輸入端連接，另一方面連接到水處理本體，控制單元的輸入端連接檢測(cè)單元的輸出端，同時(shí)檢測(cè)單元的輸出端連接點(diǎn)陣式液晶顯示器，檢測(cè)單元設(shè)有遠(yuǎn)程通信接口。本發(fā)明對(duì)過程控制中水循環(huán)系統(tǒng)的水質(zhì)起到除垢、防垢、殺菌、滅藻、阻銹和防腐等功能作用，同時(shí)通過在線實(shí)時(shí)監(jiān)視水電導(dǎo)率的變化實(shí)現(xiàn)水處理的優(yōu)化控制。
文檔編號(hào)C02F1/48GK1583590SQ20041002469
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者曾國(guó)輝, 張秀彬, 計(jì)長(zhǎng)安, 吳潔, 肖杭, 周雪蓮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)