专利名称：软化水硬度与pH值监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可连续监测软化水硬度及PH值的监测仪器。
按照国家要求在低压锅炉、食品厂、化工厂及酒厂等大量使用软化水的地方，需对其软化水质进行残硬度测定，同时也对PH进行检查，以提示管理人员加强水的软化处理，以保证水的质量，保护运行设备，使之不被损坏延长使用寿命，例如国家GB1576－85《低压锅炉水质标准》中就要求锅炉给水总硬度小于等于0.03毫克当量。目前国内常用的是EDTA滴定化验法检测水硬度与PH值，中国专利CN2074916还公开了一种锅炉水质硬度监测仪，该监测仪仅适用对锅炉给水采用钠离子交换软化水的监测，其原理是经离子交换后，水中离子发生变化，由于各种离子适移率不同，而导电性不同，使用一种特别的金属探测电极探测水的电导致率变化，来测定水硬度，该仪器采用指针式表头显示，准确性差，只能设标定点，超标报警，不能连续数字实时显示水硬度值大小，特别是它受水中的Fe、Al、Cu、Mn等少数离子的干扰，因此以测定水中电导率的变化不能完全反映水硬度的变化，此外该监测仪开机预热15分钟以上方能测量，预热时间太长，使用不便。
本实用新型的目的在于提供一种可连续监测软化水硬度和PH值的监测仪器，该仪器可连续实时数字显示硬度值与PH值，并可准确地进行超标声光报警。
本实用新型由动态平衡流水槽、pca－1钙离子选择电极、212参比电极、E201复合电极及监测软化水硬度和PH值的电子控制电路组成，pca钙离子选择电极和212参比电极的输入端分别插入动态平衡流水槽中，其输出端通过电缆与电子控制电路中监测硬度部分的输入端相接，E201复合电极的输出端与电子控制电路中监测PH值部分的输入端相接。本实用新型的原理是应用pca－1钙离子选择电极和212参比电极探入在动态平衡流水槽中流动的软化水中，这样组成化学电池，对被测水样的钙离子活度响应，形成测量电极的电动势，当水硬度变化时，电动势大小也随之变化，其电动势与被测水样钙离子浓度的关系符合能斯特方程，呈对数规律变化，因此通过测量电动势的变化即可监测水硬度的变化，之后通过电子控制电路中设置的函数转换电路即负指数转换电路，使输出特性在一定范围内呈线性，再经电子控制电路中的A／D转换和显示电路，使水硬度连续显示其数值的大小，PH值通过E201复合电极探测，经电子控制电路后显示其数值的大小。
以下结合附图及实施例对本实用新型进一步详细说明。
图1为本实用新型的动态平衡流水槽结构示意图；图2为本实用新型的电子控制电路的原理框图；图3为本实用新型的电子控制电路的电原理图。
参见附图1，动态平衡流水槽是采用有机玻璃制成的双腔流水槽，感应水硬度的pca－1钙离子选择电极和212参比电极安装在该水槽上部的两个插孔a和a′中，并通过螺钉e固定，在水槽内腔b和外腔b′的四周均匀分布着调整进出水压力的若干个小孔c，软化水从水槽内腔b进水口d进入，从外腔b′出水口d′流出，调整进水流动速度保持出入水动态平衡，以保证两个电极实时探测流动的软化水硬度。
参见附图2，电子控制电路由水硬度监测部分和PH值监测部分组成，上部为监测硬度电路，下部为监测PH值电路，pca－1钙离子选择电极和212参比电极通过电缆与水硬度部分的阻抗匹配器1的输入端相接，经阻抗匹配器1和倒相放大器2后接到函数转换电路3中即负指数电路中，使输出特征在一定范围内呈线性，保证水硬度能连续数字显示其数值的大小，函数转换电路3的输出信号接标度变换大4，使输出变成符合国家标准的水硬度单位，其输出同时接至报警电路5和A／D转换及数显电路6的Vin模拟量输入端，以实现A／D变换、译码和驱动显示硬度测量数字值，E201复合电极探测到的PH信号经阻抗匹配器7后也接至A／D转换及数显电路6，测硬度和测PH值共用一个A／D转换及数显电路6，中间用六刀开关K2进行转换，从而完成显示水硬度和PH值的的两种功能，同时PH值标定与测量网络8接至A／D转换及数显电路7的基准电位端VR，以灵活地标定调整测量PH值。
参见附图3，交流220V电源经变压器B1、整流桥G1、稳压器G3－G6及电容C7－C18滤波后，提供＋5V、－5V、＋9V、－9V直流电压，集成运放N1及其周围的电阻作为监测硬度电路的阻抗匹配器1，N1的正向输入端接pca－1钙离子选择电极，212参比电极接至公用地端，，N1的输出经R4接至N2的反向输入端，N2及其周围电阻组成倒相放大器2，N2的输出端经R9接至晶体管V1的的基极，N3、N4、晶体管V1、V2及周围的电阻组成函数转换电路3，即负指数电路，其输出通过开关J2连通，经R14接至N5，N5及周围电阻组成标度变换器4，其输出同时接至由N6及周围电阻组成的报警电路6和经K3及六刀开关K2接至A／D转换及数显电路6，其中N6为比较放大器，其正向输入端为报警点的设置电路，硬度测量信号接到反向输入端，当来自测量通道的信号超过设置电位时，比较器N6翻转工作，驱动其输出端的蜂呜器FM1与发光二极管V3，实现超标声光报警，A／D转换及数显电路6由大规模集成电块D1，即ICL7107完成，此一个芯片加外围电路即可完成A／D转换、BCD七位译码、锁存、驱动和显示功能，ICL7107的输出的模拟量变成三位半的LED数字显示(个、十、百位为0－9，千位为0.1)，其中的A／D变换部分为双积分式具有较高的转变精度和较强的抗干扰能力，ICL7107芯片内同时还有数码管驱动电路，其管脚2－25输出四位数码管的a－g七位，C4、C6、R30组成基准电位的积分电路，C3、R29和片中的时基电路组成时钟脉冲发生器，以每秒50Hz的频率进行A／D转换和显示刷新，VR＋(36点)和VR－(35点)是外接基准电压输入端，当基准电压为1V时，量程显示2V，本仪器水硬度监测时取基准电压为1V，而PH值基准电压可调不是一个固定值。IN＋(31点)IN－(30点)是被测模拟量Vin的输入端，两种电极的输出电压均应经过变换后才加到这里。
PH值监测电路部分中的复合电极E201接至N7的正向输入端，N7完成阻抗变换，通过电阻R47并经六刀K2转换接至ICL7107，而由电阻R33－R43与电位器W12－W16组成的PH值标定与测量网络8给出不同参考电位加到ICL7107的各输入端，通过改变网络阻值来改变基准VR＋和VR－，以取得和PH值输入电压保持恰当比例关系，使PH显示在1－14范围，通过网络中的电位器作微调接至D1各输入点电位，来标定和调整测量PH值。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点1.适用范围不受锅炉水钠离交换软化水的局限，其测试对象不管什么方法软化水，只要是含钙为主的软化水均可监测其硬度。
2.现有技术只能超标报警，而本实用新型监测水硬度能连续实时地数字显示其硬度值的大小，也同时具有超标报警的功能。
3.现有技术不能测PH值，而本实用新型还具有监测PH值的功能，可一机两用。
4.本实用新型不受水中少数离子干扰，准确度好，此外不需预热，开机即可使用，稳定时间小于1分钟。
权利要求1.一种监测水硬度和PH的值监测仪，其特征在于它由动态平衡流水槽、pca-1钙离子选择电极、212参比电极、E201复合电极及监测软化水硬度和PH值的电子控制电路组成，pca钙离子选择电极和212参比电极的输入端分别插入动态平衡流水槽中，其输出端通过电缆与电子控制电路中的监测硬度部分的输入端相接，E201复合电极的输出端与电子控制电路中监测PH值部分的输入端相接。
2.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于动态平衡流水槽是采用有机玻璃制成的双腔流水槽，感应水硬度的pca－1钙离子选择电极和212参比电极安装在该水槽上部的两个插孔中，在水槽内外腔的四周均匀分布着调整进出水压力的若干个小孔，软化水从水槽内腔进水口进入，从外腔出水口流出。
3.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于电子控制电路由水硬度监测部分和PH值监测部分组成，pca－1钙离子选择电极和212参比电级通过电缆与水硬度部分的阻抗匹配器相接，阻抗匹配器的输出端经倒相放大器后接到函数转换电路中，函数转换电路后进入标度变换器中，标度变换器的输出同时接至报警电路和A／D转换及数显电路，E201复合电极接至监测PH值部分的阻抗匹配器的输入端，其输出端也接至A／D转换及数显电路，监测水硬度部分与监测PH值部分共用一个A／D转换及数显电路，中间用开关进行转换。
4.根据权利要求1或3所述的监测仪，其特征在于电子控制电路中的A／D转换、译码、锁存及显示采用一块大规模集成电路ICL7107。
专利摘要一种监测软化水硬度和pH值的监测仪由动态平衡流水槽、Pca钙离子选择电极、212参比电极E301复合电极及监测软化水硬度和pH值的电子控制电路组成，Pca钙离子选择电极和212参比电极的输入端分别插入动态平衡流水槽中，其输出端通过电缆与电子控制电路中的监测硬度部分的输入端相接，E301复合电极的输出端与电子控制电路中监测pH值部分的输入端相接，该仪器能连续实时地数字显示其硬度值和pH值的大小，同时还具有超标报警的功能。
文档编号G01N27/416GK2203457SQ9422081
公开日1995年7月12日 申请日期1994年9月8日 优先权日1994年9月8日
发明者张致敷, 张子禾, 刘焕明 申请人:北京泰德隆科技发展公司