專利名稱：一種開水器中使用的水質(zhì)監(jiān)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于飲用水監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開水器中使用的水質(zhì)監(jiān)控 儀。
背景技術(shù)：
水質(zhì)監(jiān)控儀是凈化速熱開水器的水質(zhì)監(jiān)控設(shè)備，用來檢測實時水質(zhì)并顯示出來， 控制水的凈化，當(dāng)水質(zhì)超過一定值，以警報。讓用戶真實看到當(dāng)前飲用水的水質(zhì)情況，讓用 戶看得清楚、喝得放心。中國專利申請97226499. X公開了一種水質(zhì)變化監(jiān)控儀，由小型立箱式電子儀器 和小型棒狀無毒性的SBD固體水質(zhì)傳感器組成。其特征在于SBD固體水質(zhì)傳感器對水受污 染程度極為敏感，傳感器的電信號隨水質(zhì)變化而變化。水質(zhì)傳感器和儀器相連接，實現(xiàn)了水 質(zhì)情況指示，水質(zhì)超標(biāo)報警和控制開關(guān)動作。中國專利申請200410030755. 2公開了一種新型水質(zhì)監(jiān)測的裝置及方法。它由具 有兩個特定峰值波長的光源、帶信號輸入輸出光纖的光學(xué)探頭以及一個半導(dǎo)體光波長探測 器組成。光學(xué)探頭放置在被監(jiān)測的水中或水管中。兩個特定峰值波長的光通過光耦合器從 光學(xué)探頭的信號輸入光纖進(jìn)入探頭，經(jīng)過被監(jiān)測的水，透射光被光學(xué)探頭的信號輸出光纖 引出，再由所述半導(dǎo)體光波長探測器檢測。所述水質(zhì)監(jiān)測裝置及方法適合應(yīng)用于遠(yuǎn)程實時 自動監(jiān)測水質(zhì)色度(包括紫外吸光度)、濁度的變化。上述97226499. X公開的水質(zhì)變化監(jiān)控儀主要應(yīng)用于鹽度高的水，因為飲用水鹽 度很低，不適用測飲用水水質(zhì)。200410030755. 2公開的水質(zhì)監(jiān)測的裝置是利用光學(xué)原理測 試水質(zhì)，安裝體積大，信號轉(zhuǎn)換麻煩。本水質(zhì)監(jiān)控儀是利用電導(dǎo)測水質(zhì)，針對飲用水而設(shè)計， 體積小，信號易處理，穩(wěn)定性高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種針對飲用水而設(shè)計，體積小，信號易處理，穩(wěn)定性 高監(jiān)測控制開水器的水質(zhì)監(jiān)控儀。本實用新型提供的一種水質(zhì)監(jiān)控儀，包括NTC溫度探頭、電導(dǎo)池、正弦波發(fā)生電 路、運算放大器、檢波濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU和顯示數(shù)碼管，其特征在于所述NTC溫度探頭是測量水的溫度的，得到溫度信號經(jīng)過信號放大電路中的運算 放大器和溫度補償電路后，將放大和補償?shù)臏囟刃盘栞斎階/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到CPU ；正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生正弦波信號，把正弦波信號發(fā)出 去，并將該正弦波信號通過電導(dǎo)池，把通過電導(dǎo)池后的信號送到檢波電路，再檢波電路輸出 的信號送入運算放大器，并將放大后的電導(dǎo)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送到CPU，所述電導(dǎo)信號 和溫度信號在CPU處理之后，通過顯示數(shù)碼管顯示出來。其中，顯示數(shù)碼管為LG5631BH，CPU同時控制兩個A/D轉(zhuǎn)換器的工作情況，CPU同 時給出水質(zhì)是否超過設(shè)定值指令。[0010]其中，還具有電位器(R12)用于校正誤差。其中，NTC溫度探頭包括PVC管，NTC熱敏電阻及不銹鋼棒組成，連接探頭的導(dǎo)線是 四芯屏蔽線。其中，NTC溫度探頭是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。其中，運算放大器的芯片型號為TL064，正弦波發(fā)生電路的芯片型號是TL064，A/D 轉(zhuǎn)換芯片是AD0804，CPU是AT89S51。本實用新型技術(shù)方案的有益效果是使用本實用新型的水質(zhì)監(jiān)控儀，安裝方便，抗 干擾能力強。并且將水質(zhì)監(jiān)控儀和開水器的溫度顯示和工作狀態(tài)顯示，集成在一塊電路板 上，安裝更加方便。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的水質(zhì)監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明的水質(zhì)監(jiān)控儀各部件的連接關(guān)系電路圖。
具體實施方式
結(jié)構(gòu)及工作原理(一 )水質(zhì)監(jiān)控儀包括NTC溫度探頭、電導(dǎo)池、正弦波發(fā)生電路、運算放大器、檢 波濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、顯示數(shù)碼管等組成。NTC溫度探頭就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電 阻。電導(dǎo)池就是固定的容積下的兩個電極，運算放大器采用的芯片型號為TL064，正弦波發(fā) 生電路采用的芯片也用TL064，A/D轉(zhuǎn)換芯片的型號為AD0804，CPU型號為AT89S51，數(shù)碼型 號為LG5631BH。圖1是本發(fā)明的水質(zhì)監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明的水質(zhì)監(jiān)控儀各部件的連接關(guān)系電路圖。( 二)工作原理電解質(zhì)溶液中存在著正負(fù)離子，當(dāng)電解質(zhì)溶液中插入一對電極，并通以電流時，發(fā) 現(xiàn)電解質(zhì)溶液是可以導(dǎo)電的。其導(dǎo)電的機理是溶液中離子在外電場作用下，分別向兩個電 極移動，完成電荷的傳遞。所以電解溶液又稱液體導(dǎo)體。電解質(zhì)溶液與金屬導(dǎo)體一樣遵守 歐姆定律，溶液的電阻可用下式表示R = ρ· —
A式中R為溶液的電阻，單位Ω ；L為導(dǎo)體的長度，即電極間的面積，單位m ；溶液的電阻率Ω·πι;A為導(dǎo)體的橫截面積m2 ；顯然，電解溶液導(dǎo)電能力的強弱由離子數(shù)決定，即主要取決于溶液的濃度，表現(xiàn)為 不同的電阻值。表現(xiàn)為不同的電阻值。不過，在液體中常常引用電導(dǎo)和電導(dǎo)率這一概念，而 很少用電阻和電阻率。這是因為對于金屬導(dǎo)體，其電阻溫度系數(shù)是正的，而液體的電阻溫度 系數(shù)是負(fù)的，為是運算上的方便和一致起見，液體的導(dǎo)電特性用電導(dǎo)和電導(dǎo)率表示。溶液的電導(dǎo)為
G = 1/R=1/p·A/L=σA/L G為溶液的電導(dǎo)，單位S;σ為溶液的電導(dǎo)率；因此，電導(dǎo)率的物理意義是Im3溶液所有的電導(dǎo)，它表示在Im3溶液體積中，充以任 一溶液時所具有的電導(dǎo)。若用電導(dǎo)表示，則σ = GL/R = GK
K為電極常數(shù)，它與電極的幾何尺寸和距離有關(guān)，對于一對已定的電極來說，它是
一常數(shù)。電導(dǎo)率與溶液的關(guān)系電導(dǎo)率的大小既取決于溶液的性質(zhì)，又取決于溶液的濃度。即對同一種溶液，濃度 不同時，其導(dǎo)電性能也不同，電導(dǎo)率和濃度的關(guān)系不是線性關(guān)系。但在低濃度或高濃度區(qū)域 的某一小段內(nèi)，電導(dǎo)率和濃度可近似看成線性關(guān)系。從上述可知，利用電導(dǎo)法測量溶液的濃 度是受限制的。應(yīng)用電導(dǎo)法只能測量低濃度或高濃度的溶液，中等濃度區(qū)域的溶液，因為電 導(dǎo)率與濃度不是單值函數(shù)關(guān)系，就不能用電導(dǎo)法測量。σ= kc+a G = k/Kc + a/Ka直線延長線在σ軸上的截距；k直線的斜率，此時k為負(fù)值。K為負(fù)值的原因是，溶液濃度高，溶液內(nèi)離子增多，它們之間的相互作用加大，使得 離子的運動受到限制，電導(dǎo)率反而下降。測量原理只要測出溶液的電導(dǎo)就可得知溶液的濃度，在實際測量中，都是通過測量兩個電 極之間的電阻一類求取溶液的電導(dǎo)，最后確定溶液的濃度。溶液電阻要比金屬電阻的測量 復(fù)雜得多，溶液電阻的測量只能采用交流電源供電的方法，因為直流電會使溶液發(fā)生電解， 使電極發(fā)生極化作用，給測量帶來誤差?？刹捎媒涣麟娫矗Y(jié)果就會使得溶液表現(xiàn)有電容影 響。另外，相對于金屬來說，溶液的電阻更容易受溫度的影響。本產(chǎn)品采用分壓測量線路。在兩個極板之間的溶液電阻Rx和外接的固定電阻Rx串聯(lián)，在交流電源u的作用 下，組成一個分壓電路。在電阻Rx上的分壓為Uk=uRk/Rx+Rk因為u為定值，而溶液濃度的變化引起Rx的變化，進(jìn)而引起Ux的變化，所以只要 測出電阻Rx上的分壓Ux，就可得知溶液的濃度。分壓測量線路比較簡單，便于調(diào)整。Ux與Rx之間為非線性關(guān)系，所以測量儀表的 刻度是非線性的。它適用于低濃度、高電阻電解溶液的測量。在分壓法測量中，電源電壓U 應(yīng)保持恒定。電導(dǎo)檢測器是用來測量溶液電導(dǎo)的一個裝置，電導(dǎo)檢測器又稱電導(dǎo)池，它是指包括電極在內(nèi)的充滿被測溶液的容器整體而言。本儀器使用的是桶狀電極。桶狀電極由兩個 直徑不同但高度相同的金屬圓筒組成，其電極常數(shù)K為
i 1A = In—·-
r 2π · LR外電極的內(nèi)半徑，為D/2，m;r內(nèi)電極的外半徑為d/2，m ；L為電極的長度，m;溫度的影響及補償方法為電解質(zhì)溶液與金屬導(dǎo)體不同，它具有很大的負(fù)的電阻溫度系數(shù)，電導(dǎo)率的溫度系 數(shù)是正值，電導(dǎo)率隨溫度的增加而有顯著地增加。在低濃度時(0. 05mol/L以下)，電導(dǎo)率與 溫度的關(guān)系可近似地用下式表示。Ot= σ 0[1+β (t-tO)]式中ο t溫度t時的電導(dǎo)率σ。溫度為tQ時的電導(dǎo)率β電導(dǎo)率的溫度系數(shù)電導(dǎo)率的溫度系數(shù)在室溫情況下，酸性溶液約為0.016 °C 鹽類溶液約為 0.0241_1，堿性溶液約為0.0191_1。同時，溫度升高時β的數(shù)值減小。顯然，溫度對電導(dǎo) 率的影響很大。本產(chǎn)品采用軟件補償方法對溫度進(jìn)行補償?shù)?。NTC探頭測量的數(shù)值與電導(dǎo) 池測量的電導(dǎo)都進(jìn)行同樣的放大，再由補償電路進(jìn)行補償。因為NTC探頭的電阻隨溫度升 高而增大。正弦波電壓加在被測水的電導(dǎo)池的兩端，產(chǎn)生微弱的電流信號；電流信號通過運算放大器，進(jìn)行信號放大；對放大后的信號檢波，再濾波；測試電導(dǎo)池的NTC溫度信號，進(jìn)行信號的放大；濾波后的電導(dǎo)信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入CPU ；溫度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入CPU ；CPU處理溫度信號和電導(dǎo)信號(進(jìn)行補償運算)；把結(jié)果通數(shù)碼管顯示出來。如圖1所示是本實用新型的水質(zhì)監(jiān)控儀的結(jié)構(gòu)圖。NTC熱敏電阻是測水的溫度的，得到溫度信號經(jīng)過信號放大電路，即ICl及連接在 周圍的電阻1 9、1 10、1 11、電容03。R12是電位器，可以校正誤差。此時的溫度信號還是模 擬信號，經(jīng)過IC3即AD0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，發(fā)送至CPU，即At89S51。正弦波發(fā)生電路，即 IC2及外圍電阻電容構(gòu)成，把正弦波信號發(fā)出去，這個信號經(jīng)過電導(dǎo)池，把信號送到檢波電 路，即C2、R6、R7、R8構(gòu)成的電路，再把信號在ICl中放大送入IC4即AD0804中。IC4把電 導(dǎo)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送到CPU即AT89S51。電導(dǎo)信號和溫度信號在CPU處理之后，通 過數(shù)碼管顯示出來。數(shù)碼管LED即LG5631BH。CPU同時控制兩個A/D轉(zhuǎn)換器的工作情況。 CPU同時給出水質(zhì)是否超過設(shè)定值指令。水質(zhì)探頭是由PVC管，NTC熱敏電阻及不銹鋼棒組成。探頭導(dǎo)線是四芯屏蔽線。水 質(zhì)監(jiān)控佼的其它元件都焊接在PCB電路板上。[0072]比如在飲水機中，可以實時顯示當(dāng)前水質(zhì)情況。水質(zhì)探頭放在制好的純凈水水箱 中，當(dāng)檢測到的水質(zhì)低于設(shè)定值時，水質(zhì)監(jiān)控儀一直是常閉狀態(tài)。從而水的加熱主要有主控 板來控制。當(dāng)水質(zhì)超過設(shè)定值時，控制信號斷開，從而開水器就不能加熱了。因為水質(zhì)差會 生水垢，這樣不讓水質(zhì)差時加熱，從而就防止了水垢的產(chǎn)生。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本實用新型進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說在不脫離本實用新型的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實 施例僅僅是例證性的，而不是對本實用新型的范圍的限制，本實用新型的范圍由所附的權(quán) 利要求定義。
權(quán)利要求一種開水器中使用的水質(zhì)監(jiān)控儀，包括NTC溫度探頭、電導(dǎo)池、正弦波發(fā)生電路、運算放大器、檢波濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU和顯示數(shù)碼管，其特征在于所述NTC溫度探頭是測量水的溫度的，得到溫度信號經(jīng)過信號放大電路中的運算放大器和溫度補償電路后，將放大和補償?shù)臏囟刃盘栞斎階/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送到CPU；正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生正弦波信號，把正弦波信號發(fā)出去，并將該正弦波信號通過電導(dǎo)池，把通過電導(dǎo)池后的信號送到檢波電路，再檢波電路輸出的信號送入運算放大器，并將放大后的電導(dǎo)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送到CPU，所述電導(dǎo)信號和溫度信號在CPU處理之后，通過顯示數(shù)碼管顯示出來。
2.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)控儀，其特征在于顯示數(shù)碼管為LG5631BH，CPU同時控 制兩個A/D轉(zhuǎn)換器的工作情況，CPU同時給出水質(zhì)是否超過設(shè)定值指令。
3.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)控儀，其特征在于還具有電位器(R12)用于校正誤差。
4.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)控儀，其特征在于NTC溫度探頭包括PVC管，NTC熱敏電 阻及不銹鋼棒組成，連接探頭的導(dǎo)線是四芯屏蔽線。
5.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)控儀，其特征在于NTC溫度探頭是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)控儀，其特征在于運算放大器采用的芯片型號為TL064， 正弦波發(fā)生電路采用的芯片型號也是TL064，A/D轉(zhuǎn)換芯片是AD0804，CPU是AT89S51。
專利摘要本實用新型提供一種對開水器進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)控的儀器，把水質(zhì)通過顯示器顯示出來，讓用戶可以實時看到水質(zhì)情況。主要由NTC溫度探頭、電導(dǎo)池、正弦波發(fā)生電路、運算放大器、檢波濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU、顯示數(shù)碼管等組成。本實用新型的水質(zhì)監(jiān)控儀安裝方便，抗干擾能力強。并將水質(zhì)監(jiān)控儀和開水器的溫度顯示和工作狀態(tài)顯示，集成在一塊電路板上，安裝更加方便。
文檔編號G01K7/22GK201765206SQ201020216770
公開日2011年3月16日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者劉彥哲, 李秀田, 郭清華 申請人:北京國鐵科林科技有限公司