专利名称：一种开水器中使用的水质监控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于饮用水监测技术领域，具体涉及一种开水器中使用的水质监控 仪。
背景技术：
水质监控仪是净化速热开水器的水质监控设备，用来检测实时水质并显示出来， 控制水的净化，当水质超过一定值，以警报。让用户真实看到当前饮用水的水质情况，让用 户看得清楚、喝得放心。中国专利申请97226499. X公开了一种水质变化监控仪，由小型立箱式电子仪器 和小型棒状无毒性的SBD固体水质传感器组成。其特征在于SBD固体水质传感器对水受污 染程度极为敏感，传感器的电信号随水质变化而变化。水质传感器和仪器相连接，实现了水 质情况指示，水质超标报警和控制开关动作。中国专利申请200410030755. 2公开了一种新型水质监测的装置及方法。它由具 有两个特定峰值波长的光源、带信号输入输出光纤的光学探头以及一个半导体光波长探测 器组成。光学探头放置在被监测的水中或水管中。两个特定峰值波长的光通过光耦合器从 光学探头的信号输入光纤进入探头，经过被监测的水，透射光被光学探头的信号输出光纤 引出，再由所述半导体光波长探测器检测。所述水质监测装置及方法适合应用于远程实时 自动监测水质色度(包括紫外吸光度)、浊度的变化。上述97226499. X公开的水质变化监控仪主要应用于盐度高的水，因为饮用水盐 度很低，不适用测饮用水水质。200410030755. 2公开的水质监测的装置是利用光学原理测 试水质，安装体积大，信号转换麻烦。本水质监控仪是利用电导测水质，针对饮用水而设计， 体积小，信号易处理，稳定性高。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种针对饮用水而设计，体积小，信号易处理，稳定性 高监测控制开水器的水质监控仪。本实用新型提供的一种水质监控仪，包括NTC温度探头、电导池、正弦波发生电 路、运算放大器、检波滤波电路、A/D转换电路、CPU和显示数码管，其特征在于所述NTC温度探头是测量水的温度的，得到温度信号经过信号放大电路中的运算 放大器和温度补偿电路后，将放大和补偿的温度信号输入A/D转换电路转换为数字信号， 并将转换后的数字信号发送到CPU ；正弦波发生电路产生正弦波信号，把正弦波信号发出 去，并将该正弦波信号通过电导池，把通过电导池后的信号送到检波电路，再检波电路输出 的信号送入运算放大器，并将放大后的电导信号转换成数字信号发送到CPU，所述电导信号 和温度信号在CPU处理之后，通过显示数码管显示出来。其中，显示数码管为LG5631BH，CPU同时控制两个A/D转换器的工作情况，CPU同 时给出水质是否超过设定值指令。[0010]其中，还具有电位器(R12)用于校正误差。其中，NTC温度探头包括PVC管，NTC热敏电阻及不锈钢棒组成，连接探头的导线是 四芯屏蔽线。其中，NTC温度探头是负温度系数热敏电阻。其中，运算放大器的芯片型号为TL064，正弦波发生电路的芯片型号是TL064，A/D 转换芯片是AD0804，CPU是AT89S51。本实用新型技术方案的有益效果是使用本实用新型的水质监控仪，安装方便，抗 干扰能力强。并且将水质监控仪和开水器的温度显示和工作状态显示，集成在一块电路板 上，安装更加方便。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是本发明的水质监控仪结构示意框图；图2是本发明的水质监控仪各部件的连接关系电路图。
具体实施方式
结构及工作原理(一 )水质监控仪包括NTC温度探头、电导池、正弦波发生电路、运算放大器、检 波滤波电路、A/D转换电路、CPU、显示数码管等组成。NTC温度探头就是负温度系数热敏电 阻。电导池就是固定的容积下的两个电极，运算放大器采用的芯片型号为TL064，正弦波发 生电路采用的芯片也用TL064，A/D转换芯片的型号为AD0804，CPU型号为AT89S51，数码型 号为LG5631BH。图1是本发明的水质监控仪结构示意框图；图2是本发明的水质监控仪各部件的连接关系电路图。( 二)工作原理电解质溶液中存在着正负离子，当电解质溶液中插入一对电极，并通以电流时，发 现电解质溶液是可以导电的。其导电的机理是溶液中离子在外电场作用下，分别向两个电 极移动，完成电荷的传递。所以电解溶液又称液体导体。电解质溶液与金属导体一样遵守 欧姆定律，溶液的电阻可用下式表示R = ρ· —
A式中R为溶液的电阻，单位Ω ；L为导体的长度，即电极间的面积，单位m ；溶液的电阻率Ω·πι;A为导体的横截面积m2 ；显然，电解溶液导电能力的强弱由离子数决定，即主要取决于溶液的浓度，表现为 不同的电阻值。表现为不同的电阻值。不过，在液体中常常引用电导和电导率这一概念，而 很少用电阻和电阻率。这是因为对于金属导体，其电阻温度系数是正的，而液体的电阻温度 系数是负的，为是运算上的方便和一致起见，液体的导电特性用电导和电导率表示。溶液的电导为
G = 1/R=1/p·A/L=σA/L G为溶液的电导，单位S;σ为溶液的电导率；因此，电导率的物理意义是Im3溶液所有的电导，它表示在Im3溶液体积中，充以任 一溶液时所具有的电导。若用电导表示，则σ = GL/R = GK
K为电极常数，它与电极的几何尺寸和距离有关，对于一对已定的电极来说，它是
一常数。电导率与溶液的关系电导率的大小既取决于溶液的性质，又取决于溶液的浓度。即对同一种溶液，浓度 不同时，其导电性能也不同，电导率和浓度的关系不是线性关系。但在低浓度或高浓度区域 的某一小段内，电导率和浓度可近似看成线性关系。从上述可知，利用电导法测量溶液的浓 度是受限制的。应用电导法只能测量低浓度或高浓度的溶液，中等浓度区域的溶液，因为电 导率与浓度不是单值函数关系，就不能用电导法测量。σ= kc+a G = k/Kc + a/Ka直线延长线在σ轴上的截距；k直线的斜率，此时k为负值。K为负值的原因是，溶液浓度高，溶液内离子增多，它们之间的相互作用加大，使得 离子的运动受到限制，电导率反而下降。测量原理只要测出溶液的电导就可得知溶液的浓度，在实际测量中，都是通过测量两个电 极之间的电阻一类求取溶液的电导，最后确定溶液的浓度。溶液电阻要比金属电阻的测量 复杂得多，溶液电阻的测量只能采用交流电源供电的方法，因为直流电会使溶液发生电解， 使电极发生极化作用，给测量带来误差。可采用交流电源，结果就会使得溶液表现有电容影 响。另外，相对于金属来说，溶液的电阻更容易受温度的影响。本产品采用分压测量线路。在两个极板之间的溶液电阻Rx和外接的固定电阻Rx串联，在交流电源u的作用 下，组成一个分压电路。在电阻Rx上的分压为Uk=uRk/Rx+Rk因为u为定值，而溶液浓度的变化引起Rx的变化，进而引起Ux的变化，所以只要 测出电阻Rx上的分压Ux，就可得知溶液的浓度。分压测量线路比较简单，便于调整。Ux与Rx之间为非线性关系，所以测量仪表的 刻度是非线性的。它适用于低浓度、高电阻电解溶液的测量。在分压法测量中，电源电压U 应保持恒定。电导检测器是用来测量溶液电导的一个装置，电导检测器又称电导池，它是指包括电极在内的充满被测溶液的容器整体而言。本仪器使用的是桶状电极。桶状电极由两个 直径不同但高度相同的金属圆筒组成，其电极常数K为
i 1A = In—·-
r 2π · LR外电极的内半径，为D/2，m;r内电极的外半径为d/2，m ；L为电极的长度，m;温度的影响及补偿方法为电解质溶液与金属导体不同，它具有很大的负的电阻温度系数，电导率的温度系 数是正值，电导率随温度的增加而有显著地增加。在低浓度时(0. 05mol/L以下)，电导率与 温度的关系可近似地用下式表示。Ot= σ 0[1+β (t-tO)]式中ο t温度t时的电导率σ。温度为tQ时的电导率β电导率的温度系数电导率的温度系数在室温情况下，酸性溶液约为0.016 °C 盐类溶液约为 0.0241_1，碱性溶液约为0.0191_1。同时，温度升高时β的数值减小。显然，温度对电导 率的影响很大。本产品采用软件补偿方法对温度进行补偿的。NTC探头测量的数值与电导 池测量的电导都进行同样的放大，再由补偿电路进行补偿。因为NTC探头的电阻随温度升 高而增大。正弦波电压加在被测水的电导池的两端，产生微弱的电流信号；电流信号通过运算放大器，进行信号放大；对放大后的信号检波，再滤波；测试电导池的NTC温度信号，进行信号的放大；滤波后的电导信号进行A/D转换送入CPU ；温度信号进行A/D转换送入CPU ；CPU处理温度信号和电导信号(进行补偿运算)；把结果通数码管显示出来。如图1所示是本实用新型的水质监控仪的结构图。NTC热敏电阻是测水的温度的，得到温度信号经过信号放大电路，即ICl及连接在 周围的电阻1 9、1 10、1 11、电容03。R12是电位器，可以校正误差。此时的温度信号还是模 拟信号，经过IC3即AD0804转换成数字信号，发送至CPU，即At89S51。正弦波发生电路，即 IC2及外围电阻电容构成，把正弦波信号发出去，这个信号经过电导池，把信号送到检波电 路，即C2、R6、R7、R8构成的电路，再把信号在ICl中放大送入IC4即AD0804中。IC4把电 导信号转换成数字信号发送到CPU即AT89S51。电导信号和温度信号在CPU处理之后，通 过数码管显示出来。数码管LED即LG5631BH。CPU同时控制两个A/D转换器的工作情况。 CPU同时给出水质是否超过设定值指令。水质探头是由PVC管，NTC热敏电阻及不锈钢棒组成。探头导线是四芯屏蔽线。水 质监控佼的其它元件都焊接在PCB电路板上。[0072]比如在饮水机中，可以实时显示当前水质情况。水质探头放在制好的纯净水水箱 中，当检测到的水质低于设定值时，水质监控仪一直是常闭状态。从而水的加热主要有主控 板来控制。当水质超过设定值时，控制信号断开，从而开水器就不能加热了。因为水质差会 生水垢，这样不让水质差时加热，从而就防止了水垢的产生。此处已经根据特定的示例性实施例对本实用新型进行了描述。对本领域的技术人 员来说在不脱离本实用新型的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实 施例仅仅是例证性的，而不是对本实用新型的范围的限制，本实用新型的范围由所附的权 利要求定义。
权利要求一种开水器中使用的水质监控仪，包括NTC温度探头、电导池、正弦波发生电路、运算放大器、检波滤波电路、A/D转换电路、CPU和显示数码管，其特征在于所述NTC温度探头是测量水的温度的，得到温度信号经过信号放大电路中的运算放大器和温度补偿电路后，将放大和补偿的温度信号输入A/D转换电路转换为数字信号，并将转换后的数字信号发送到CPU；正弦波发生电路产生正弦波信号，把正弦波信号发出去，并将该正弦波信号通过电导池，把通过电导池后的信号送到检波电路，再检波电路输出的信号送入运算放大器，并将放大后的电导信号转换成数字信号发送到CPU，所述电导信号和温度信号在CPU处理之后，通过显示数码管显示出来。
2.如权利要求1所述的水质监控仪，其特征在于显示数码管为LG5631BH，CPU同时控 制两个A/D转换器的工作情况，CPU同时给出水质是否超过设定值指令。
3.如权利要求1所述的水质监控仪，其特征在于还具有电位器(R12)用于校正误差。
4.如权利要求1所述的水质监控仪，其特征在于NTC温度探头包括PVC管，NTC热敏电 阻及不锈钢棒组成，连接探头的导线是四芯屏蔽线。
5.如权利要求1所述的水质监控仪，其特征在于NTC温度探头是负温度系数热敏电阻。
6.如权利要求1所述的水质监控仪，其特征在于运算放大器采用的芯片型号为TL064， 正弦波发生电路采用的芯片型号也是TL064，A/D转换芯片是AD0804，CPU是AT89S51。
专利摘要本实用新型提供一种对开水器进行水质监控的仪器，把水质通过显示器显示出来，让用户可以实时看到水质情况。主要由NTC温度探头、电导池、正弦波发生电路、运算放大器、检波滤波电路、A/D转换电路、CPU、显示数码管等组成。本实用新型的水质监控仪安装方便，抗干扰能力强。并将水质监控仪和开水器的温度显示和工作状态显示，集成在一块电路板上，安装更加方便。
文档编号G01K7/22GK201765206SQ201020216770
公开日2011年3月16日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者刘彦哲, 李秀田, 郭清华 申请人:北京国铁科林科技有限公司