专利名称：水中余氯监测、投药自控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水中余氯监测、投药自控仪，属水处理技术领域。
本仪器用于监测水中总游离氯TFC(Total Free Chlonine)，并根据所设定水中TFC含量的上下阈值控制加药泵的启停，实现控制水中TFC在所需的范围。仪器适用于宾馆中水处理出水的加氯消毒、游泳池循环水补氯、饮用水二次供水消毒以及其它需要监测水中TFC和自动加药的场合。
目前，国外有几家大型仪器公司生产的同类仪器有TFC测量控制仪，如美国ROSEMOUNT公司等，其仪器具有实时测定显示TFC含量，具有温度T和pH修正功能。但是，设计的电路复杂、重复，模式设置也很复杂，不易掌握，成本高，显示不直观。控制电路板达3块之多，单片机功能单一，使用数量多，价格贵，而且不具有仪器加药一体化特点，使用时需要配置信号转换器、流量测量仪和单体隔膜泵，通用性受到限制，使用不方便。国外同类仪器的技术水平由于TFC探头的电化学反应原理，尚存在影响仪器精度和稳定的问题。
现在国内仪器设计和生产水平较国外还有较大的差距。据目前了解的情况，国内仅有一、两种测氯的仪器，仪器稳定性和测量精度因无T和pH修正，功能而受到影响，使用中容易出现故障，并且没有阈值设定，输出控制信号不能连接和控制加药装置。因此，现在多使用塑料泵固定流量向储水池加氯，当配制的氯液浓度高或出水量减少时，水中余氯含量大大增高，而无法实现定量控制，造成药液浪费，超量加氯也有害人体健康，水中余氯含量不足又达不到杀灭细菌和病毒的作用。
如上所述，由于进口同类仪器价格贵，大多用户承受不起，而国内尚无此类仪器供选择，造成需要实时监测水中TFC的场合，如宾馆中水处理后加氯消毒，游泳池循环水处理加氯消毒及饮用水二次供水消毒的监测加药设备市场渴求空缺。少部分使用进口设备，大部分无监测仪器监测水中TFC含量，无法根据国家标准控制加药，造成用泵盲目加药，以至加药量不够达不到消毒作用，或加药过量使用场合氯气味大，对人体有害和运行费用增加。
本实用新型的目的是设计一种水中余氯监测、投药自控仪，解决当前水处理加氯消毒工艺中缺少自动监测、显示水中余氯含量的仪器，实现自动控制加药，满足国内市场对测量精度高、自控性能好、使用方便、价格合理的仪器的需求。
本实用新型设计的水中余氯监测、投药自控仪，该自控仪由余氯监测和投药自控二部分组成；其中的余氯监测部分包括总游离氯传感器、pH传感器、温度传感器、单片机、程序存储器、地址锁存器、地址译码器和液晶显示器，三个传感器分别通过放大器与单片机相连；程序存储器通过地址锁存器与单片机相联，地址译码器与液晶显示器分别直接与单片机相联；所述的投药自控部分包括电磁泵及其电磁泵控制电路，电磁泵及其电磁泵控制电路通过光耦继电器与单片机相联。
本实用新型设计的水中余氯监测、投药自控仪，从技术设计上充分考虑了测量放大线路的优化和单片机的智能特性，并选择性能好的电子元件，使控制电路简单、体积小、数量少，抗干扰和数据处理功能强。TFC传感器选用进口ROSEMOUNT原件，pH传感器应用国内产品。仪器一次测量元件测量精度高，T和pH修正功能使仪器测定显示数据准确，仪器和加药设备一体化、体积小，板面设计精巧，使用方便。在使用性能上接近或优于国外同类产品水平，在价格上远低于国外仪器，属国内首创此类性能的产品，具有其使用领域广泛的市场前景和使用价值。
图1是本实用新型的电路方框图。
图2是余氯监测电路图。
图3是电磁泵控制电路。
以下结合附图，详细介绍本实用新型的内容。
如图1所示，本实用新型设计的水中余氯监测、投药自控仪，由余氯监测和投药自控二部分组成，其中的余氯监测部分包括总游离氯传感器、pH传感器、温度传感器、单片机、程序存储器、地址锁存器、地址译码器和液晶显示器。三个传感器分别通过放大器与单片机相连。程序存储器通过地址锁存器与单片机相联，地址译码器与液晶显示器分别直接与单片机相联。其中的投药自控部分包括电磁泵及其电磁泵控制电路，电磁泵及其电磁泵控制电路通过光耦继电器与单片机相联。
本实用新型设计的仪器中，余氯监测部分的电路如图2所示，图2中1、温度参量测试温度传感器为PT100的铂电阻，测量线路为典型的电阻桥式电路和两级放大。线路中有两个电位器，W1用于调整放大输出的零点，W2用于调整放大器的增益。该线路线性很好，精度和稳定度都很高。
2、pH参量测试为避免PH探头与同溶液中的TFC探头的电位相互影响，pH测试的第一级是用AD620仪表放大器对pH传感器的输出进行隔离放大。随后一级是有加法电路的放大线路。加法电路用来调整输出的偏置(调整W4)，放大器的增益可通过调整R24来确定。
3、TFC参量测试根据TFC探头的特性，线路为探头提供了-200mv的偏置电压，通过测试传感器电流来确定TFC含量。第一级放大采用MOSFET的运放CA3140，其输入阻抗非常高，并配有调零偏线路。第二级放大器同样有加法偏置线路和增益调整电路。第三级为固定增益放大线路。
4、单片机及外围线路控制部分为Intel公司的8098单片机，体积小，控制灵活；其内有4路A/D输入端，3个用于三种模拟量的输入，一个用于开关量的输入；27个I/O线分别连接控制程序存储器、地址译码线路、液晶显示器、按键、E2PROM存储器和光耦继电器。液晶显示接口可方便的显示各测量结果和控制输入的界面；提供五个按键，作为输入接口，可选择工作方式或输入参数；采用E2pROM存储参数，具有掉电保持功能，擦写寿命在10万次以上，存储参数不需电池。光耦继电器用于控制泵投药，并在交流电源上加滤波，使单片机系统不易受泵、交流浪涌等的干扰。整个线路很紧凑，体积很小，器件少。
具体电路如图2所示，仪器的硬件由仪器放大器及单片机两部分构成。放大器部分由三组独立的放大器组成(1)TFC放大器、前级IC7高阻抗运算放大器CA3140，在同相端处接一个-200mv的电压，使得TFC在这一级上有最大的响应，且避免其他离子引起的干扰，反馈电阻W6是与运放IC7构成电流转换成电压的放大器、IC8A与IC8B选用FET双运放IC，IC8A的作用是把IC7的输出电压进一步放大，W8的作用是给一个可以调节的偏压在TFC含量为零时，调节W8使IC8B的输出(即单片机8098的AD输入端)电压接近零电平，采用IC8B的目的是它作一次反向放大，以保证输入8098AD端的电压为正。
(2)pH放大器IC5采用AD620仪表放大器，它有极高的阻抗＞1014Ω，此放大器作跟随器使用，把pH电极的电压信号同向放大，经过IC6A反相放大及IC6 B跟随仪后，使pH这一路信号进入CPU8098的AD时保持正电平，W4是调零电位器。
(3)测温电路这一路放大器的前级是典型的桥式放大器，IC4A、IC4B为TL072双运放构成，W1是调零电位器(0℃是使IC4A输出为OV)，W2是调整斜率即标定电位器，IC4B反相放大，使输到CPU8098AD的电压保持正电平。
单片机部分IC1为CPU8098与IC2(74LS73)译码器及IC3(EPROM2764)是典型接法，本部分的特点是采用93C46EEPROM存储测量及校正参数，具有掉电功能，(不需用锂或镍镉电池维持掉电功能)，本部分主要是程序软件写入EPROM2764，包括TFC的传感器误差PH校正，根据测量到的PH值换算显示HOCL的值。
本仪器采取的技术线路是，研制技术先进，适用经济的pH、TFC和HOCL的实时检测、投药自控仪。把可靠性放在设计的第一位，注重设计、制造和调试的每个环节，立足于仪器的实际工程市场应用。
本仪器配有温度传感器、pH传感器、TFC传感器三种探头，可对溶液中的三种参量进行测试；测试的量经放大和偏置调整到适当范围，送单片机的A/D输入端供单片机采样；单片机对采集到的参量进行计算、补偿和处理，得到pH、TFC和HOCL等的测试结果，并根据投药控制设置的范围来控制一个泵的启停，从而控制投药量。在仪器调试阶段可通过电位器调整放大电路的偏置和增益，改变参量的测试，在仪器使用阶段可通过键盘接口调整程序中用于计算的参数，达到较准的目的。
投药自控部分电路如图3所示，S14K桥式整流电路，把220V变成直流，与R1D4007构成一个降压稳压源给电磁泵供电，电磁泵的动作频率由定时电路555控制，定时电路的充放电时间由W1、W2、W3及C3决定。经过放大器BC237B触发可控硅C06M1，使得电磁泵随充放电时间间歇动作(吸合、释放)，牵动隔膜位移，吸排液开关K1是选样电磁泵的动作频率。
权利要求1.一种水中余氯监测、投氯自控仪，其特征在于，该自控仪由余氯监测和投药自控二部分组成；其中的余氯监测部分包括总游离氯传感器、pH传感器、温度传感器、单片机、程序存储器、地址锁存器、地址译码器和液晶显示器，所述的三个传感器分别通过放大器与单片机相连；所述的程序存储器通过地址锁存器与单片机相联，所述的地址译码器与液晶显示器分别直接与单片机相联；所述的投药自控部分包括电磁泵及其电磁泵控制电路，电磁泵及其电磁泵控制电路通过光耦继电器与单片机相联。
专利摘要本实用新型涉及一种水中余氯监测、投氯自控仪,该自控仪其中的余氯监测部分包括总游离氯传感器、pH传感器、温度传感器、单片机、程序存储器、地址锁存器、地址译码器和液晶显示器。三个传感器分别通过放大器与单片机相连。程序存储器通过地址锁存器与单片机相联,地址译码器与液晶显示器分别直接与单片机相联。投药自控部分包括电磁泵及其电磁泵控制电路。本仪器测量精度高、自控性能好、使用方便、价格合理。
文档编号C02F1/76GK2361626SQ9920129
公开日2000年2月2日 申请日期1999年2月4日 优先权日1999年2月4日
发明者刘启才, 庄群猛, 孟光辉, 曲永强 申请人:清华大学, 北京市节约用水办公室