专利名称：检测功能材料活化水性能的装置及其检测方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及水的处理，具体地说是检测功能材料活化水性能的装置及其检测方法。
背景技术：
水是生物新陈代谢的重要媒介，它可将营养物质、氧气、各种酶和激素输运到机体的各个组织细胞内，同时带走细胞代谢的废物。研究证明:水是透过细胞膜上的蛋白通道进出细胞的，水分子团簇尺寸小于水分子通道尺寸即可通过这个通道。而自然界中的水是通过氢键构成的链式簇团，通常需要采用功能材料对水处理后，使之改变天然水的结构，成为能够进入细胞内的弱碱性小分子团簇水，这种小分子水常被称为活化水。饮用活化水可在一定程度上增强肌体的新陈代谢、血脂代谢、酶活性以及免疫功能。获得活化水的方法一般是通过外界能量与水作用，使水分子结构由大分子团簇变为小分子。这些外界能量的获得方法分为:①间接能量法，如外加磁场、外加电场和激光辐射；②直接能量法，如将一般的水经过功能材料进行活化处理。间接能量法在提供外加能量场时所需费用昂贵，使用环境条件要求严格，因此不适宜用于动物饮用水处理上。现有技术中，对检测功能材料活化水性能的评价方法仅限于如下一些描述CN200310115089.8提出经发射率>90%的陶瓷材料作用后，水分子团分子数减小，17O-NMR谱半峰宽由113.69Hz变为83.25Hz，但这种用核磁共振测试活化水性能的方法所用设备价格昂贵，也无法实现对活化后的现场水质进行实时监测；CN1361072公开了饮用水活化后水的表面张力减小，但水的表面张力测试变化量绝对值微小，很难得到有规律地重复性测量值；CN200510012684.8发明的多功能生态陶瓷球可制备活化水，其pH呈弱碱性；CN200580051382.X发明的活化水装置制备的活化水的氧化还原电位降低，但以上两项测试指标仅是对活化水进行水质观测，并未形成可实施的对功能材料活化水性能的评价装置和方法。总之，至今还未发现有检测功能材料活化水性能的装置的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供检测功能材料活化水性能的装置及其检测方法，能够简单快捷地检测功能材料活化水性能，进而筛选出性能优异的用于动物饮用水活化的材料。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:检测功能材料活化水性能的装置，主要包括原水储水箱、水处理床、活化水储水箱、检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元六部分，它们的连接方式是:原水储水箱、水处理床和活化水储水箱之间是通过水管依次连接的，其中原水储水箱与水处理床之间依次连接的有水处理床增压水泵、调节阀及电子流量计；检测及控制单元通过导线线路与原水储水箱的原水液位电极、进水电动球阀、电加热棒和温度传感器连接，检测及控制单元还通过导线线路与活化水储水箱的活化水液位电极连接，水质检测及控制单元通过导线线路与原水储水箱的原水PH电极和原水ORP电极连接，水质检测及控制单元还通过导线线路与活化水储水箱的活化水pH电极和活化水ORP电极连接，检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元之间通过线路连接；所述原水储水箱的构成是:在该水箱本体的左上侧安装有进水电动球阀、右下侧设有原水出水口、左下侧设有原水循环水进水口、原水循环水进水口的下方安装有电加热棒、顶部装有温度传感器和原水液位电极，在该水箱本体的外面，原水循环水进水口通过水管连接原水循环水泵的出水口，原水出水口通过水管依次连接原水pH电极、原水ORP电极和水处理床增压水泵的进水口 ；所述水处理床的构成是:水处理床的顶部开有处理床进水口，处理床进水口与水处理床增压水泵之间依次用水管接有电子流量计和调节阀、水处理床的上部开有处理床出水口，该处理床出水口通过水管与活化水进水口相接；活化水储水箱的构成是:在该水箱本体的顶部装有活化水液位电极、左上侧设有活化水进水口、左下侧设有活化水循环水进水口和右下侧设有活化水出水口，在该水箱本体的外面，活化水循环水进水口通过水管接活化水循环水泵的进水口，活化水出水口通过水管依次接活化水pH电极、活化水ORP电极和活化水循环水泵的进水口 ；原水循环水泵的进水口通过水管与水处理床增压水泵的进水口连接，水处理床增压水泵的出水口通过水管与调节阀连接，调节阀与电子流量计用导线线路连接；检测及控制单元还通过导线线路与原水循环水泵、水处理床增压水泵、活化水循环水泵和调节阀、电子流量计连接。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述数据处理单元为HMI人机界面交互控制计算机及相应运算程序，其中的数据处理程序流程是:开始一初始化参数及界面一通过OPC读取数据一数据处理一数据是否合格i返回通过OPC读取数据不合格提示。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述原水储水箱和活化水储水箱的外形尺寸均为长400mm、宽500mm和高600mm,用材质为厚度1.5mm的SUS304的不锈钢板焊接而成。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述原水液位电极和活化水液位电极均为PS-3S型不锈钢电极，测量范围均为0 450mm。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述电子流量计为LWGY型远传涡轮式电子流量计，其量程范围为0 180L/h。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述原水pH电极和活化水pH电极的安装方法是:pH电极外壳置于pH电极固定架上,通过pH电极固定架压盖及pH电极密封圈将pH电极外壳固定，使pH电极敏感头处于水管腔内中下部，pH电极固定架压盖与pH电极固定架采用G3/4螺纹连接；所述原水ORP电极和活化水ORP电极的安装方法是:0RP电极外壳置于ORP电极固定架上，通过固定架压盖及ORP电极密封圈将ORP电极外壳固定，使ORP电极敏感头处于水管腔内中下部，ORP电极固定架压盖与ORP电极固定架采用G3/4螺纹连接；pH电极敏感头和ORP电极敏感头位于水管之间，两个电极敏感头的间距至少相距50mm。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述检测及控制单元和水质检测及控制单元中均采用FXlS型多路模拟输入输出可编程控制器PLC。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述水处理床是直径为200 250mm圆柱体，其结构是:顶部的上盖中心处开有进水口，上部不同侧面开有装料孔和出水口，内部下方装有分水盘，在分水盘上方和装料孔及出水口下方的空间为样品池，分水盘下面设有分水槽，分水盘由分水盘支架支撑，分水槽底部中心处装有同心轴，与同心轴相连的是涡旋导流桨，进水管穿过上盖和分水盘中心进入分水槽中部，样品池与分水槽通过密封圈由紧固螺栓固定，被测样品由装料孔进入样品池。上述检测功能材料活化水性能的装置的水处理床，所述分水盘的盘体上均匀分布分水孔，分水盘盘体直径为小于200 250mm,分水孔孔径为小于3mm。上述检测功能材料活化水性能的装置的水处理床，所述分水盘支架位于距分水槽底部80mm处，并均匀设置6 8个。上述检测功能材料活化水性能的装置的水处理床，所述涡旋导流桨具有四片流线型导流桨叶，导流桨叶中心设有同心轴套，同心轴套通过同心轴装置在分水槽底部圆心处。上述检测功能材料活化水性能的装置，所述的检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元均为现有技术，所用的PH电极的型号为5520，所用的ORP电极的型号为5520，所用的其他零部件均通过商购获得，所有部件的连接方式和安装方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。上述检测功能材料活化水性能的装置的检测方法，步骤如下:第一步，称取15 20kg被检测功能材料，将其通过水处理床的装料孔放入样品池中，然后将装料孔、上盖、样品池和分水槽采用法兰密封；第二步，开启电源，接通装置中的水管的水路，开启进水电动球阀通入自来水即原水，原水由进水电动球阀进入原水储水箱内，原水液位电极检测到的液位信号达到设定值时，通过检测及控制单元控制进水电动球阀关闭进水，随后电加热棒加热，原水循环水泵启动使原水经原水出水口和原水循环水进水口实现循环，在检测及控制单元控制下，当原水储水箱内水温达到设 定值时停止电加热棒加热及原水循环水泵工作、开启水处理床增压水泵、调节阀和电子流量计，原水经调节阀、电子流量计和处理床进水口泵入水处理床，处理后的水经处理床出水口、活化水进水口进入活化水储水箱内，在检测及控制单元控制下，当活化水液位电极检测 的液位信号达到设定值时，开启活化水循环水泵使活化水经活化水出水口和活化水循环水进水口实现循环，经过30min后，检测及控制单元检测出当原水的水温为25°C和水流速为90L/h时，将此信号传送给数据处理单元作为其启动信号，数据处理单元开始读取由水质检测及控制单元获得的原水PH电极和活化水pH电极分别检测到的原水的酸度值PHg和活化水的酸度值以及原水ORP电极和活化水ORP电极分别检测到原水的氧化还原电位ORPg和活化水的氧化还原电位ORP^^值；第三步，将第二步得到的检测信号pH&pHgtORP原和ORPisft数据经线路传送给数据处理单元，再通过数据分析演算得到表征被测功能材料的活化水性能参数即活化系数，即在酸度PH=7.8 8.5范围内，活化系数为:
权利要求
1.检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:主要包括原水储水箱、水处理床、活化水储水箱、检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元六部分，它们的连接方式是:原水储水箱、水处理床和活化水储水箱之间是通过水管依次连接的，其中原水储水箱与水处理床之间依次连接的有水处理床增压水泵、调节阀及电子流量计；检测及控制单元通过导线线路与原水储水箱的原水液位电极、进水电动球阀、电加热棒和温度传感器连接，检测及控制单元还通过导线线路与活化水储水箱的活化水液位电极连接，水质检测及控制单元通过导线线路与原水储水箱的原水PH电极和原水ORP电极连接，水质检测及控制单元还通过导线线路与活化水储水箱的活化水PH电极和活化水ORP电极连接，检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元之间通过线路连接；所述原水储水箱的构成是:在该水箱本体的左上侧安装有进水电动球阀、右下侧设有原水出水口、左下侧设有原水循环水进水口、原水循环水进水口的下方安装有电加热棒、顶部装有温度传感器和原水液位电极，在该水箱本体的外面，原水循环水进水口通过水管连接原水循环水泵的出水口，原水出水口通过水管依次连接原水pH电极、原水ORP电极和水处理床增压水泵的进水口 ；所述水处理床的构成是:水处理床的顶部开有处理床进水口，处理床进水口与水处理床增压水泵之间依次用水管接有电子流量计和调节阀、水处理床的上部开有处理床出水口，该处理床出水口通过水管与活化水进水口相接；活化水储水箱的构成是:在该水箱本体的顶部装有活化水液位电极、左上侧设有活化水进水口、左下侧设有活化水循环水进水口和右下侧设有活化水出水口，在该水箱本体的外面，活化水循环水进水口通过水管接活化水循环水泵的进水口，活化水出水口通过水管依次接活化水pH电极、活化水ORP电极和活化水循环水泵的进水口 ；原水循环水泵的进水口通过水管与水处理床增压水泵的进水口连接，水处理床增压水泵的出水口通过水管与调节阀连接，调节阀与电子流量计用导线线路连接；检测及控制单元还通过导线线路与原水循环水泵、水处理床增压水泵、活化水循环水泵和调节阀、电子流量计连接。
2.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述数据处理单元为HMI人机界面交互控制计算机及相应运算程序，其中的数据处理程序流程是:开始—初始化参数及界面一通过OPC读取数据一数据处理一数据是否合格崖^返回通过OPC读取数据；i不合格提示。
3.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述原水储水箱和活化水储水箱的外形尺寸均为长400mm、宽500mm和高600mm,用材质为厚度1.5mm的SUS304的不锈钢板焊接而成。
4.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述原水PH电极和活化水pH电极的安装方法是:pH电极外壳置于pH电极固定架上,通过pH电极固定架压盖及pH电极密封圈将pH电极外壳固定,使pH电极敏感头处于水管腔内中下部,pH电极固定架压盖与PH电极固定架采用G3/4螺纹连接；所述原水ORP电极和活化水ORP电极的安装方法是=ORP电极外壳置于ORP电极固定架上，通过固定架压盖及ORP电极密封圈将ORP电极外壳固定，使ORP电极敏感头处于水管腔内中下部，ORP电极固定架压盖与ORP电极固定架采用G3/4螺纹连接；pH电极敏感头和O RP电极敏感头位于水管之间，两个电极敏感头的间距至少相距50mm。
5.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述水处理床是直径为200 250mm圆柱体，其结构是:顶部的上盖中心处开有进水口，上部不同侧面开有装料孔和出水口，内部下方装有分水盘，在分水盘上方和装料孔及出水口下方的空间为样品池，分水盘下面设有分水槽，分水盘由分水盘支架支撑，分水槽底部中心处装有同心轴，与同心轴相连的是涡旋导流桨，进水管穿过上盖和分水盘中心进入分水槽中部，样品池与分水槽通过密封圈由紧固螺栓固定，被测样品由装料孔进入样品池。
6.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述分水盘的盘体上均匀分布分水孔,分水盘盘体直径为小于200 250mm,分水孔孔径为小于3mm。
7.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述分水盘支架位于距分水槽底部80mm处，并均匀设置6 8个。
8.根据权利要求1所说检测功能材料活化水性能的装置，其特征在于:所述涡旋导流桨具有四片流线型导流桨叶，导流桨叶中心设有同心轴套，同心轴套通过同心轴装置在分水槽底部圆心处。
9.权利要求1说所检测功能材料活化水性能的装置的检测方法，其特征在于步骤如下。
第一步，称取15 20kg被检测功能材料，将其通过水处理床的装料孔放入样品池中，然后将装料孔、上盖、样品池和分水槽采用法兰密封； 第二步，开启电源，接通装置中的水管的水路，开启进水电动球阀通入自来水即原水，原水由进水电动球阀进入原水储水箱内，原水液位电极检测到的液位信号达到设定值时，通过检测及控制单元控制进水电动球阀关闭进水，随后电加热棒加热，原水循环水泵启动使原水经原水出水口和原水循环水进水口实现循环，在检测及控制单元控制下，当原水储水箱内水温达到设定值时停止电加热棒加热及原水循环水泵工作、开启水处理床增压水泵、调节阀和电子流量计，原水经调节阀、电子流量计和处理床进水口泵入水处理床，处理后的水经处理床出水口、活化水进水口进入活化水储水箱内，在检测及控制单元控制下，当活化水液位电极检测的液位信号达到设定值时，开启活化水循环水泵使活化水经活化水出水口和活化水循环水进水口实现循环，经过30min后，检测及控制单元检测出当原水的水温为25°C和水流速为90L/h时，将此信号传送给数据处理单元作为其启动信号，数据处理单元开始读取由水质检测及控制单元获得的原水PH电极和活化水pH电极分别检测到的原水的酸度值PHg和活化水的酸度值以及原水ORP电极和活化水ORP电极分别检测到原水的氧化还原电位ORPg和活化水的氧化还原电位ORP^^值； 第三步，将第二步得到的检测信号pHg、pH —、ORPg和ORP帛化数据经线路传送给数据处理单元，再通过数据分析演算得到表征被测功能材料的活化水性能参数即活化系数，即在酸度pH=7.8 8.5范围内，活化系数为:,,.(則 V(湘^ORFORPw 当(I) SraipS 1.05时，为被检测功能材料具有弱活化水性能的功能材料， (2)1.05< 6 0EP<1.25时，为被检测功能材料具有活化水性能的功能材料， (3)Soep^ 1.25时，为被检测功能材料具有强活化水性能的功能材料。
10.根据权利要求9所说检测功能材料活化水性能的装置的检测方法，其特征在于:所述在检测及控制单元控制下，当原水储水箱内水位及水温达到设定值的控制方法是:当水位达到设定值时，进水电动球阀关闭、电加热棒加热、原水循环水泵工作；当温度传感器检测到的原水储水箱内水温通过检测及控制单元控制原水循环水泵的启停，使水温保持在25±0.20C o ·
全文摘要
本发明检测功能材料活化水性能的装置及其检测方法，涉及水的处理，主要包括原水储水箱、水处理床、活化水储水箱、检测及控制单元、水质检测及控制单元和数据处理单元六部分，通过原水pH电极和原水ORP电极及活化水pH电极和活化水ORP电极对原水及活化水的pH值和ORP进行在线实时检测，并由水质检测及控制单元将检测到的这些数据传送至数据处理单元，经过数据分析及运算即可显示实时及历史数据曲线，同时给出测试结果。本发明检测功能材料活化水性能的装置及其检测方法，能够简单快捷地检测功能材料活化水性能，进而筛选出性能优异的用于动物饮用水活化的材料。
文档编号G01N27/27GK103196964SQ20131012584
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者丁燕, 梁金生, 孟军平, 朱海霞, 王丽敬 申请人:河北工业大学