专利名称：一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置，属于电生功能水设备领域。
背景技术：
绿色农药一电生功能水被称为21世纪的魔水，是将水置于一种特殊装置中，添加少量电解质，经电场处理，使水的pH值、氧化还原电位(0RP值)、有效氯浓度(ACC)等参数发生改变而产生的具有特殊功能的酸性电解水和碱性电解水的总称。国内外许多学者正在关注其作用机理和应用效果。经大量的试验验证，电生功能水对作物具有抗病、防病、增产等作用，同时，它能大幅度减少化肥和农药的用量，用电生功能水替代化学农药防治植物病害，是植物病害防治的一条新途径。电生功能水技术主要是通过电解含氯电解质稀溶液产生有效氯来抑制或杀灭病菌微生物，起到抗病、防病作用。因此电生功能水技术中关键问题就是有效氯的问题，即有效氯的产率大小及其影响因素(如pH值、ORP值、温度等);有效氯在电生功能水中的衰减过程、规律及其影响衰减的因素等问题。另外，电生功能水技术中很多参数的控制都要用到有效氯浓度，比如电解电压大小、含氯电解质稀溶液供给量、含氯电解质溶液浓度、原水供给量等的调节都需要知道电生功能水中的有效氯浓度。而找到快速、准确、方便、高效测定电生功能水的有效氯浓度、PH值、ORP值、温度的方法是进行上述工作研究的基础和关键。目前对于有效氯浓度的测定方法较多，如碘量滴定法、Dro(N，N-二乙基-1，4-苯二胺)分光光度法、甲基橙分光光度法、阴离子交换分离、电导检测器、碘离子选择电极间接法等等。但是这些方法多是在实验室内用于饮用水、工业废水、生活污水等淡水中有效氯的测定，而对在线检测电生功能水中有效氯浓度的研究尚不足。目前虽有在线式余氯检测仪器，但不能同时检测pH值、ORP值和温度值，只能检测余氯浓度，并且余氯浓度检测范围较小，一般仅为(T20mg/1。因此，目前对电生功能水的有效氯浓度、pH值、ORP值和温度的在线检测需要多台检测设备同时工作来完成，成本高，操作复杂，工作量大。因此有必要研究开发一种使用方便、价格低廉、能够快速测量电生功能水的有效氯浓度、PH值、ORP值、温度的一体化在线检测装置。
发明内容本发明针对现有技术不能满足同时测量电生功能水的有效氯浓度、pH值、ORP值和温度以及检测成本高的缺陷，提供了一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置，能同时对有效氯浓度、PH值、ORP值和温度进行精确测量。一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置，包括检测单元和电子单元；所述的检测单元由有效氯传感器、pH传感器、ORP传感器、温度传感器和流通池组成。所述的有效氯传感器、PH传感器、ORP传感器和温度传感器安装在流通池内，四个传感器的信号输出端分别与电子单元中对应的四个信号调理电路相连接；所述的流通池安装在与电生功能水生成系统的出水主管道并联的电生功能水生成系统的出水侧管上，并确保流通池内充满电生功能水。所述的有效氯传感器是市售的任何一种测量范围为0 200mg/l的恒电压型有效氯传感器；所述的PH传感器是市售的任何一种测量范围为0 14，零电位为7pH的pH传感器；所述的ORP传感器为市售的任何一种测量范围为-2000mV、2000mV的ORP传感器；所述的温度传感器是市售的任何一种温度传感器，温度传感器可以是独立地安装在流通池内，也可以内置到所述的有效氯传感器或PH传感器或ORP传感器内。所述的电子单元由信号调理电路、模/数转换器、键盘、IXD显示器、单片机系统、数据通信接口电路和电源构成；所述的信号调理电路经模/数转换器与单片机系统连接；所述的LCD显示器、键盘和数据通信接口电路均与单片机系统连接；所述的单片机系统由电源供电，并设有全双工串行通信口。所述的信号调理电路由有效氯浓度信号调理电路、pH值信号调理电路、ORP值信号调理电路和温度信号调理电路构成。所述的有效氯信号调理电路与有效氯传感器的信号输出端相连，将有效氯传感器输出的电流信号调理成符合模/数转换器采样电压要求的电压信号；所述的pH值信号调理电路与pH传感器的信号输出端相连,将pH传感器输出的正负电压信号抬升到符合模/数转换器采样电压要求的正电压信号；所述的ORP值信号调理电路与ORP传感器的信号输出线相连，将ORP传感器输出的正负电压信号抬升到符合模/数转换器采样电压要求的正电压信号；所述的温度信号调理电路与温度传感器的信号输出线相连，将温度传感器输出的电压信号调理成符合模/数转换器采样电压要求的电压信号。所述的有效氯浓度信号调理电路包含恒电位控制电路、I/V转换电路、差分放大电路(II)和低通滤波电路(III);所述的恒电位控制电路由基准电压电路(I )、用于防止反馈开环的固定电阻R13、用于相位补偿的电容C10、缓冲器ICl和运算放大器IC3等元件构成；所述的基准电压电路(I )由基准电压源A、反向器B和缓冲器IC2组成；所述的I/V转换电路由精密电阻R15构成；所述的差分放大电路(II)由缓冲器IC4、IC5和运算放大器IC6及其它元件构成；所述的低通滤波电路(III)用于滤除高频干扰。所述的pH值信号调理电路包含放大电路(IV)、加法电路(V )、稳压和滤波电路(VI);所述的放大电路(IV)其特征在于由固定电阻R38、R39、R41和运算放大器IC7构成；所述的加法电路(V)用于将pH传感器输出的正负电压信号抬升到正电平；所述的稳压和滤波电路(VI)用于输出稳定的电压信号并滤除高频干扰。所述的ORP值信号调理电路包含放大电路(VII)、加法电路(珊)、稳压和滤波电路(IX);所述的放大电路(Vn)其特征在于由固定电阻R29和运算放大器IC8构成；所述的加法电路(VDI)用于将ORP传感器输出的正负电压信号抬升到正电平；所述的稳压和滤波电路(IX)用于输出稳定的电压信号并滤除高频干扰。所述的温度信号调理电路由固定电阻R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56和运算放大器IC12组成。所述的模/数转换器是市售的任何一种输入通道数> 4的性能良好的模/数转换器，其功能是将经信号调理电路调理后的电压模拟信号转换成数字信号，供单片机系统处理。所述的键盘包含六个按键，分别为“设置”、“确认”、“向上”、“向下”、“向左”、“向
右”，能实现向单片机系统输入数据、传送命令等功能；按“设置”键，进入对有效氯传感器、PH传感器和ORP传感器的零点标定和斜率标定界面，通过“向上”、“向下”、“向左”、“向右”按键完成标定参数的键入，标定结束后按“确认”键存储标定参数；再次按下“确认”键，LCD显示器开始显示检测到的有效氯浓度、PH值、ORP值和温度。所述的单片机系统是市售的任何一种51内核单片机及更高性能的单片机。单片机是本装置的核心部分，其功能是对模/数转换器转换得到的有效氯浓度、PH值、ORP值和温度的数字信号进行处理，通过有效氯浓度、PH值、ORP值和温度与其信号调理电路输出电压的对应关系，计算出有效氯浓度值、PH值、ORP值和温度值。所述的IXD显示器是市售的任何一种128X64点阵液晶显示模块，用以显示有效氯浓度值、PH值、ORP值和温度值。所述的数据通信接口电路采用MAX232和/或485标准接口构成单片机与PC机的通信。所述的电源是5V 24V的直流电源。所述的电子单元将检测单元采集到的电生功能水的各参数(有效氯浓度、pH值、ORP值和温度)信号通过信号调理电路进行变换、放大、滤波、补偿等处理，经模/数转换器转换成数字信号，再通过接口送入单片机系统，由单片机对输入数据进行加工处理、计算分析等一系列工作，通过接口送至LCD显示器，并可以采用MAX232和/或485标准接口实现电子单元与监控中心PC机的数据通信，完成更复杂的测量和控制任务。本发明的有益效果在于:本发明涉及的一种用于电生功能水的有效氯浓度、pH值、ORP值和温度测量的一体化在线检测装置，克服了现有技术中存在的问题，其优势在于:第一，该检测装置安装方便，操作简单，可同时实现电生功能水的有效氯浓度、PH值、ORP值和温度的快速、方便的测量；第二，该检测装置能将电生功能水的有效氯浓度值、PH值、ORP值以及温度值，通过液晶显示器以数值对应显示出来，有方便、准确、实用的积极效果；第三，数据通信系统由MAX232和/或485标准接口组成，实现电子单元与监控中心PC机的数据通信。
图1为本发明的整体结构框图。图2为本发明中的有效氯浓度信号调理电路图。图3为本发明中的pH值信号调理电路图。图4为本发明中的ORP值信号调理电路图。图5为本发明中的温度信号调理电路图。图6为本发明中的输出电压信号和有效氯浓度关系曲线。图中，1.流通池，2.有效氯传感器，3.pH传感器，4.信号调理电路，5.模/数转换器，6.单片机系统，7.电源，8.数据通信接口电路，9.1XD显示器，10.电子单元盒体，11.键盘，12.0RP传感器，13.温度传感器，14.检测单元，15.电生功能水生成系统的出水侧管，16.电生功能水生成系统的出水主管道。[0032]1.基准电压电路，I1.差分放大电路，II1.低通滤波电路，IV.放大电路，V.力口
法电路，V1.稳压和滤波电路，νπ.放大电路，珊.加法电路，IX.稳压和滤波电路。
具体实施方式
现结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。在图1中，有效氯传感器(2 )、pH传感器(3 )、ORP传感器(12 )和温度传感器(13)安装在流通池(I)内，并组成检测单元(14)。测量时，将流通池(I)安装在与电生功能水生成系统的出水主管道(16)并联的电生功能水生成系统的出水侧管(15)上，将有效氯传感器(2)、pH传感器(3)、0RP传感器(12)和温度传感器(13)检测到的模拟信号通过信号输出线送至电子单元(10)盒体内相对应的信号调理电路(4)中。电子单元(10)盒体固定在靠近检测单元(14)的位置，内含信号调理电路(4)、模/数转换器(5)、单片机系统(6)、数据通信接口电路(8)、键盘(11)、IXD显示器(9)和电源
(7)。电子单元将检测单元(14)采集到的电生功能水的各参数(有效氯浓度、pH值、ORP值和温度)信号通过信号调理电路(4)进行变换、放大、滤波、补偿等处理，经模/数转换器(5)转换成数字信号，再通过接口送入单片机系统(6)，由单片机对输入数据进行加工处理、计算分析等一系列工作，通过接口送至LCD显示器(9)，并通过数据通信接口电路(8)实现电子单元与监控中心PC机的数据通信，完成更复杂的测量和控制任务。在图2中，有效氯传感器是三电极电化学传感器，包含工作电极WE、辅助电极CE和参比电极RE。测量时，在工作电极WE和参比电极RE间加一个恒定电位，则在工作电极WE和辅助电极CE组成的回路中就会有电流信号产生，该电流信号与有效氯浓度具有一定的关系，在有效氯传感器上外接信号采集电路和相应的转换、输出电路，就能够实现对该电流信号的测量，分析该电流信号就可以算出有效氯的浓度值。有效氯浓度信号调理电路包含恒电位控制电路、I/V转换电路、差分放大电路(II)和低通滤波电路(III);所述的恒电位控制电路由基准电压源A、反向器B、缓冲器IC2组成的基准电压电路(I)，用于防止反馈开环的固定电阻R13，用于相位补偿的电容C10，缓冲器IC1，运算放大器IC3及其它元件构成；所述的I/V转换电路由精密电阻R15构成；所述的差分放大电路(II)由缓冲器IC4、IC5和运算放大器IC6及其它元件构成；所述的低通滤波电路(III)用于滤除高频干扰。在图3中，pH传感器包含测量电极I和参比电极2，pH值信号调理电路包含放大电路(IV)、加法电路(V )、稳压和滤波电路(VI)；所述的放大电路(IV)由固定电阻R38、R39、R41和运算放大器IC7构成；所述的加法电路(V)用于将pH传感器输出的正负电压信号抬升到正电压信号；所述的稳压和滤波电路(VI)用于输出稳定的电压信号并滤除高频干扰。在图4中，ORP传感器包含测量电极2和参比电极1，ORP值信号调理电路包含放大电路(通)、加法电路(珊)、稳压和滤波电路(IX);所述的放大电路(νπ)由固定电阻R29和运算放大器IC8构成；所述的加法电路(珊)用于将ORP传感器输出的正负电压信号抬升到正电压信号；所述的稳压和滤波电路(IX)用于输出稳定的电压信号并滤除高频干扰。在图5中，温度传感器采用的是钼电阻ΡΤ1000，温度信号调理电路由固定电阻R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56 和运算放大器 IC12 组成。本发明是将检测装置直接安装在电生功能水生成系统的生产线上，通过软测量技术实时检测有效氯浓度、PH值、ORP值和温度，以此来更好地指导生产。该检测装置检测有效氯浓度的工作过程如下:将流通池(I)安装在与电生功能水生成系统的出水主管道(16)并联的电生功能水生成系统的出水侧管(15 )上，将有效氯传感器(2 )、pH传感器(3 )、ORP传感器(12)和温度传感器(13)安装在充满电生功能水的流通池(I)内。测量时，在有效氯传感器(2)的工作电极WE和参比电极RE间加一个恒定电位，被测物质与工作电极发生反应，同时测量辅助电极CE产生的电流信号，根据Ilkovic方程:I=nAFDc/&，该电流信号的强度与电生功能水中的有效氯浓度成正比，此电流流经图2中R15时产生电压降，再经差分放大电路(II)将R15两端的差分电压信号转换成对地的单端电压信号并进行放大，然后由低通滤波电路(III)滤除高频干扰，最后输出电压信号至模/数转换器(5)，图6是输出电压信号和有效氯浓度关系曲线。模/数转换器(5)将电压模拟信号转换成数字信号，再通过接口送入单片机系统(6)，单片机根据水中有效氯的含量产生的电信号进行分析计算，通过LCD显示器(9)以数字显示相应值。本发明设有数据处理与存储、人机界面、数据通讯和数据采集等功能。数据存储可采用片内存储器或片外存储器；人机界面是键盘输入和LCD显示，用户可以通过键盘方便地控制系统的运行，还可以通过显示界面观察系统的运行状况；数据通信采用MAX232和/或485标准接口构成电子单元与监控中心PC机的通讯；传感器采用的是恒电压型有效氯传感器、pH传感器、ORP传感器、温度传感器；信号调理电路包括恒电位控制电路、I/V转换电路、放大电路、加法电路、稳压和滤波电路。采用的技术方案:检测装置的主体部分在绝缘外壳中，传感器和安装装置在绝缘外壳外面。有效氯传感器、PH传感器、ORP传感器和温度传感器安装在流通池内，四个传感器的信号输出端分别与电子单元中对应的四个信号调理电路相连接。流通池安装在与电生功能水生成系统的出水主管道并联的电生功能水生成系统的出水侧管上，并确保流通池内充满电生功能水。检测装置通电后，电子单元将检测单元采集到的电生功能水的各参数(有效氯浓度、PH值、ORP值和温度)信号通过信号调理电路进行变换、放大、滤波、补偿等处理，经模/数转换器转换成数字信号，再通过接口送入单片机系统，由单片机对输入数据进行加工处理、计算分析等一系列工作，通过接口送至IXD显示器，并可以采用MAX232和/或485标准接口实现电子单元与监控中心PC机的数据通信，完成更复杂的测量和控制任务。
权利要求1.一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置，其特征在于由检测单元和电子单元组成；所述的检测单元由有效氯传感器、PH传感器、ORP传感器、温度传感器和流通池组成；所述的有效氯传感器、PH传感器、ORP传感器和温度传感器安装在流通池内；所述的流通池安装在与电生功能水生成系统的出水主管道并联的电生功能水生成系统的出水侧管上；所述温度传感器独立安装在流通池内或内置到所述的有效氯传感器或PH传感器或ORP传感器内； 所述有效氯传感器测量范围(T200mg/1 ;所述pH传感器的测量范围为(Γ14、零电位为7pH ;所述ORP传感器测量范围为_2000mV +2000mV ； 所述的电子单元由信号调理电路、模/数转换器、键盘、IXD显示器、单片机系统、数据通信接口电路和电源构成；所述的信号调理电路经模/数转换器与单片机系统连接；所述的LCD显示器、键盘和数据通信接口电路均与单片机系统连接；所述的单片机系统设有全双工串行通信口； 所述的信号调理电路由有效氯浓度信号调理电路、PH值信号调理电路、ORP值信号调理电路和温度信号调理电路构成；所述的有效氯信号调理电路与有效氯传感器的信号输出端相连；所述的PH值信号调理电路与pH传感器的信号输出端相连；所述的ORP值信号调理电路与ORP传感器的信号输出端相连；所述的温度信号调理电路与温度传感器的信号输出端相连； 所述的有效氯浓度信号调理电路包含恒电位控制电路、Ι/ν转换电路、差分放大电路(II)和低通滤波电路(III);所述的恒电位控制电路由基准电压电路(I )、用于防止反馈开环的固定电阻R13、用于相 位补偿的电容C10、缓冲器ICl和运算放大器IC3构成；所述的基准电压电路(I )由基准电压源A、反向器B和缓冲器IC2组成；所述的I/V转换电路由精密电阻R15构成；所述的差分放大电路(II)包括缓冲器IC4、IC5和运算放大器IC6 ； 所述的PH值信号调理电路包含放大电路(IV)、加法电路(V)、稳压和滤波电路(VI);所述的放大电路(IV)由固定电阻R38、R39、R41和运算放大器IC7构成；所述的加法电路(V)用于将PH传感器输出的正负电压信号抬升到正电平；所述的稳压和滤波电路(VI)用于输出稳定的电压信号并滤除高频干扰； 所述的ORP值信号调理电路包含放大电路(VD、加法电路(珊)、稳压和滤波电路(IX)；所述的放大电路(YD)由固定电阻R29和运算放大器IC8构成； 所述的温度信号调理电路由固定电阻R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56和运算放大器IC12组成； 所述的模/数转换器输入通道数> 4 ； 所述的键盘包含六个按键，分别为“设置”、“确认”、“向上”、“向下”、“向左”、“向右”，所述的单片机系统为51内核单片机或更高性能的单片机； 所述的数据通信接口电路采用ΜΑΧ232和/或485标准接口构成单片机与PC机的通信。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电生功能水的一体化多参数在线检测装置，包括检测单元和电子单元；检测单元由传感器和流通池构成；电子单元由信号调理电路、模/数转换器、单片机系统、数据通信接口电路、键盘、LCD显示器和电源构成；电子单元将检测单元采集到的电生功能水的各参数信号通过信号调理电路进行变换、放大、滤波等处理，经模/数转换器转换成数字信号，再由接口送入单片机系统，由单片机对数据进行加工处理、计算分析等一系列工作，通过接口送至LCD显示器，并可以采用MAX232和/或485标准接口实现电子单元与监控中心PC机的数据通信，完成更复杂的测量和控制任务。
文档编号G01N27/26GK203037611SQ20132005227
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者李法德, 徐肖, 宋占华, 张世福 申请人:山东农业大学