一种管网水质检测装置及方法与流程

本发明涉及水质检测领域，尤其涉及一种管网水质检测装置及方法。

背景技术：

饮用水的安全问题关系到千家万户，保障饮水安全刻不容缓。城镇供水管网的管道敷设漫长且复杂，饮用水需要经过长距离、长时间的输送才能到达用户，而输送过程中由于各种物理、化学、微生物等作用，饮用水极易被污染，水质恶化。所以在关键管网上对水质进行实时在线检测是非常必要的。

现有技术中水质在线监测的设备通常是对管网中的水进行取样，取出的水样使用外部的检测设备进行检测。这种检测装置无法直接安装在管道上，其需要独立的安装空间，而且取样的过程较为复杂，增加了检测成本。

市场上也出现了一种直插式的水质检测设备，其可以直接插入到管道中对水质进行检测，但是这种检测方法受水流速的限制，精度不高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种管网水质检测装置，其适于直接连接在管道上对管道内的水质进行检测。

本发明的目的之二在于提供一种管网水质检测方法，该方法在主水流上分出小股低流速支流，通过检测支流内的水质，得到主水流的水质情况。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种管网水质检测装置，包括主管道、检测管以及水质检测模块，所述水质检测模块包括至少一个用于检测水质的传感器，各所述传感器设于所述检测管内，所述检测管具有进水口以及出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述主管道连通，所述主管道的两端适于与管网连通，以使得管网中的水进入所述主管道以及所述检测管。

当管网中的水流经所述主管道时，一部分水经过所述进水口进入所述检测管，所述传感器对进入所述检测管的水进行水质检测，然后水流通过所述出水口再进入所述主管道中。所述检测管内的水流与管网内的水流相比更为稳定，使得本发明水质检测的准确度较高。此外，由于本发明的检测基本是在密闭的空间内完成的，检测过程不会将污染物质带入到水流中，因此检测后的水可以再次进入所述主管道内，这样既避免了水资源的浪费，同时也省略了检测后水样的处理步骤，使得检测装置的结构得到简化。

本发明的所述主管道可以直接连接在管网中的管道上，有利于减小检测设备整体占用的空间。而且由于本发明的管网水质检测装置安装方便，可以根据需要安装在管网的各处，增强了对管网水质的监控。

进一步地，所述主管道包括进水段和出水段，所述进水段的内径大于所述出水段的内径，所述检测管的进水口与所述进水段连通，所述检测管的出水口与所述出水段连通，从而所述检测管在所述进水口与所述出水口产生水压差。由于所述进水口与所述出水口具有水压差，从而所述主管道内的水流在水压的作用下，更容易进入所述检测管内，使得所述检测管内的水不断更新的，也即所述水质检测模块始终检测到的是管网中最新的水质数据。

进一步地，所述主管道还包括处于所述进水段与所述出水段之间的第一过渡管段以及处于所述出水段下游的第二过渡管段，所述第一过渡管段的内径从上游至下游逐渐变小，所述第二过渡管段的内径从上游至下游逐渐变大。通过在所述出水段的两侧增加第一过渡管段以及第二过渡管段，使得所述主管道的内径缓慢地变化，避免了急速变化造成的水流不稳定。

进一步地，所述第一过渡管段的长度小于所述第二过渡管段的长度。这样可以使所述出水段下游的水体少形成漩涡。

进一步地，所述进水口与所述进水段通过第一支管连通，所述出水口与所述出水段通过第二支管连通，所述第一支管与所述第二支管上分别设有阀门。通过设置阀门，使得所述主管道与所述检测管可以根据使用者的需求选择是否连通，提高了管网水质检测装置的使用灵活性。

进一步地，所述水质检测模块包括温度传感器、余氯传感器、ph传感器、电导率传感器、浊度传感器；所述余氯传感器、所述ph传感器、所述电导率传感器设置在所述检测管的中部。本发明的管网水质检测装置将多种检测传感器集成，可以检测多种水质参数，满足对于各种水质的检测要求。其集成度高，整体体积较小，便于安装。此外，由于水质的检测均可以利用现有的传感器实现，大大降低了管网水质检测装置的成本，有利于大范围推广。

进一步地，所述水质检测模块还包括自动排气阀，所述自动排气阀设于所述检测管上部靠近出口处，用于收集并排出所述检测管内的气体，所述浊度传感器设置在所述自动排气阀的下游。通过增加所述自动排气阀，可以提高所述浊度传感器的测量准确度。

进一步地，所述管网水质检测装置还包括控制模块、通讯模块、显示模块、控制面板以及电源；所述控制模块与各所述传感器信号连接，用于处理所述传感器的信息；所述控制模块得到的水质数据通过所述通讯模块传送至控制中心；所述显示模块与所述控制模块信号连接，用于显示水质信息；所述控制模块与所述控制面板信号连接，通过所述控制面板对所述控制模块的参数进行设置；所述控制面板还与所述显示模块信号连接，所述显示模块为所述控制面板提供显示；所述电源用于给所述控制模块、所述通讯模块、所述显示模块以及所述控制面板供电。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种管网水质检测方法，包括以下步骤：

使管网中的主水流在至少一管段处形成至少一支流；

所述支流流经至少一水质检测传感器后，再次汇入所述主水流中。

进一步地，使所述主水流在所述支流入口处的内径大于所述主水流在所述支流出口处的内径，从而所述支流上游的水压大于其下游的水压。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的管网水质检测装置可以直接安装在管网的管道上，并与管道连通，可以在管网进行水输送的同时对管网内的水质进行检测，其检测精度良好、成本低廉、集成度高、占用的空间小且便于安装与维护。

(2)由于检测管内的水流(或支流)是随着主管道内水流(或主水流)的流动不断更新的，因此检测管内的水流(或支流)的水质基本可以看做是管网的实时水质，从而实现了实时实地检测水质。

附图说明

图1为本发明的管网水质检测装置的一个优选实施例的示意图；

图2为本发明的管网水质检测装置的一个优选实施例的部分示意图；

图3为本发明的管网水质检测方法的一个优选实施例的示意图；

图4为本发明的管网水质检测方法的另一个优选实施例的示意图；

图5为本发明的管网水质检测方法的另一个优选实施例的示意图；

图中：1、主管道；11、进水段；12、出水段；13、第一过渡管段；14、第二过渡管段；15、第一支管；16、第二支管；17、阀门；18、阀门；19、法兰；2、检测管；21、进水口；22、出水口；3、水质检测模块；31、传感器；4、控制模块；41、信号调理单元；42、a/d转换单元；43、微处理器；5、通讯模块；6、显示模块；7、控制面板；91、主水流；92、支流。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，提供一种管网水质检测装置，包括主管道1、检测管2以及水质检测模块3。

水质检测模块3包括至少一个用于检测水质的传感器31，各传感器31设于检测管2内。检测管2具有进水口21以及出水口22，进水口21和出水口22分别与主管道1连通。

主管道1的两端适于连接在管网中的管道上，以使得主管道1与管网连通。主管道1的两端可通过法兰19与管道连接。当然，主管道1也可以是管网中的一段管道。

主管道1包括进水段11与出水段12，进水段11的内径大于出水段12的内径，检测管2的进水口21与进水段11连通，出水口22与出水段12连通，从而在进水口21与出水口22之间形成水压差，主管道1内的水流在水压的作用下不断进入检测管2内，使检测管2内的水不断更新。

主管道1还包括处于出水段12上游的第一过渡管段13以及处于出水段12下游的第二过渡管段14。也即第一过渡管段13位于进水段11与出水段12之间。第一过渡管段13的内径从上游至下游逐渐变小，第二过渡管段14的内径从上游至下游逐渐变大。第一过渡管段13与第二过渡管段14的作用是使主管道1内径的变化较为缓慢，避免急速变化引起的水流明显不稳定。

此外，由于主管道1的两端是直接与管网的管道连接，因此主管道1的两端的横截面需要与管网中的管道的横截面相适应，这也是为什么需要增加第二过渡管段14，以将主管道1的内径恢复到常规管段。

第一过渡管段13的长度小于第二过渡管段14的长度，这样设计的目的是使出水段12下游的水体少形成漩涡，平缓地恢复常规管段中的流体特征。

进水口21与进水段11通过第一支管15连通，出水口22与出水段12通过第二支管16连通。第一支管15与第二支管16上分别设有阀门17、18，阀门17、18用于使进水口21、出水口22与主管道1连通或不连通。

阀门17、18可以为手动阀门，也可以是电子阀门。阀门17、18通常为打开状态，当水质检测模块3需要维护、校准或更换零件时，可以将阀门17、18关闭。

所述水质检测模块3包括温度传感器、余氯传感器、ph传感器、电导率传感器、浊度传感器。由于温度传感器对流速基本无要求，可以视空间安装在检测管2内。基于电化学原理的余氯传感器、ph传感器、电导率传感器需要比较稳定的水流，适于设置在检测管2的中部。

检测管2内还可以设置压力传感器，用于检测水压。

水质检测模块3还包括自动排气阀(图中未示出)，自动排气阀设置在检测管2的上部靠近出口处，紧挨着浊度传感器的上游安装，用于收集并排除管道内的气体。自动排气阀的增加，主要是为了提高浊度传感器的测量准确度，其主要是利用气体在水中自动上浮的特性消除水中的气泡。自动排气阀的存在也可以确保所述检测模块的各传感器始终浸没在水中。浊度传感器需要考虑消除水中气泡，适于安装在自动排气阀的下游。

如图2所示，所述管网水质检测装置还包括控制模块4、通讯模块5、显示模块6、控制面板7以及电源(图中未示出)。

控制模块4与各传感器31信号连接，各传感器31得到的水质数据适于传送至控制模块4。控制模块4与通讯模块5信号连接，控制模块4得到的水质数据可通过通讯模块5传送至控制中心。控制模块4与显示模块6信号连接，显示模块6用于显示得到的水质数据。控制模块4与控制面板7信号连接，通过控制面板7对控制模块4的参数进行设置。控制面板7还与显示模块6信号连接，显示模块6为控制面板7提供显示。所述电源用于给控制模块4、通讯模块5、显示模块6以及控制面板7供电。

控制模块4包括信号调理单元41、a/d转换单元42以及微处理器43。各传感器31的电信号经过信号调理单元41、a/d转换单元42以及微处理器43的处理，转换为各水质参数对应的值。

控制模块4可以将检测到的各水质参数的值与预设的标准限值进行对比，当检测到的值不超过标准限值时，不进行报警；当检测到的值超过标准限值时，控制模块4根据值的范围对水质参数的超标情况进行分级，以发出不同级别的报警。

控制模块4的工作流程为：控制模块4开始工作时，先进行系统初始化，然后进行系统自检测，自检时若存在异常，则进行报警，若无异常，则继续进行水质参数的检测；水质参数检测无异常时，继续判断是否需要发送水质数据，若未设置定时发送数据，则系统直接进入低功耗状态，等待下一次检测，若设置定时发送数据，则定时将水质数据传送至控制中心；水质参数检测发现异常时，先确定异常等级，然后报警，并通过通讯模块5将水质数据发送至控制中心，然后系统进入低功耗状态，等待下一次检测。

控制模块4确定异常等级的方法为：

(1)为每一水质参数设置多个标准限值b1、b2、b3……；

(2)水质检测模块3将检测到水质数据发送至控制模块4，控制模块4处理水质数据后，将得到的水质参数的值分别与相应水质参数的最低限值b1进行对比，当水质参数的值不超过b1时，判断为水质正常，当水质参数的值超过b1时，进入下一步；

(3)水质检测模块3再次检测水质，并将检测到水质数据发送至控制模块4，控制模块4处理水质数据后，将得到的水质参数的值分别与相应水质参数的最低限值b1进行对比，当水质参数的值不超过b1时，判断为水质正常，当水质参数的值超过b1时，判断水质为异常，并进入下一步；

(4)将异常的水质参数的值与次低的水质标准b2进行对比，如果不超过b2，则其异常级别为轻度污染预警，如果超过b2，则再与更低的水质标准b3进行对比，依此类推，确定水质的异常级别；

(5)确定水质的异常级别后，控制模块4将之前采集但未发送的水质数据打包并标记异常级别后发送至控制中心。

通讯模块5与控制模块4信号连接，用于将控制模块4的信息通过有线或无线的方式传送至控制中心。通讯模块5可以是近距离的无线通讯模块，也可以是远距离的无线通讯模块，比如，蓝牙通讯模块、zigbee通信模块、无线射频通讯模块、4g通讯模块等。

显示模块6以及控制面板7设置在检测管2的外部，便于操作人员进行观察以及操作。控制面板7可以对控制模块4进行以下设置：时间设置、检测频率设置、水质参数的分级标准的设置、各水质参数超标时的高频检测设置、各水质参数的量程设置、参数的单位设置、数据传输的频率设置等。

进一步地，当阀门17、18为电子阀门时，控制模块4还与阀门17、18信号连接，从而通过控制模块4控制阀门17、18的开关。

本发明还提供一种管网水质检测方法，包括以下步骤：

使管网中的主水流91在至少一管段处形成至少一支流92；

支流92流经水质检测模块3后，再次汇入主水流91中。

使支流92上游的水压大于其下游的水压，从而支流92内的水不断更新。

为使支流92上游的水压大于其下游的水压，使主水流91在支流92入口处的内径大于主水流91在支流92出口处的内径。

如图3所示，为管网水质检测方法的一个优选实施例，管网中的水流在管段a处形成一个支流92，该支流92流经水质检测模块3，水质检测模块3可对流经的水流进行水质检测，从而得到管网中水流的水质信息。

如图4所示，为管网水质检测方法的另一个优选实施例，管网中的水流在管段b处形成两个支流92，两个支流92分别流经一水质检测模块3，水质检测模块3对流经的水流进行水质检测。两水质检测模块3可以分别检测不同的水质参数，也即两水质检测模块3可以包括不同的传感器。

如图5所示，为管网水质检测方法的另一个优选实施例，管网中的水流在管段c、管段d以及管段e处分别形成一个支流92，各支流92流经水质检测模块3，水质检测模块3可以对各管段的水质进行检测，从而得到管网中各处水流的水质信息。该实施例尤其适用于大型管网系统，防止长距离输送时，水质出现恶化而不能及时得知的问题。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。