CN102358638B - 一种电解水机及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电解水机及其方法，包括中央控制单元，产生检测电压信号和基准电压信号；数模转换和放大单元，对检测电压信号和基准电压信号数模转换和放大；开关电源，根据检测电压信号和基准电压信号提供电解槽电压；电解槽采样单元，对电解槽采样点电压采样，将采样值反馈中央控制单元；中央控制单元定时（T）产生一个检测电压信号，根据采样值调整对应TDS值的基准电压信号，通过基准电压信号调整电解电压，以保持不同TDS值时电解水pH值仍恒定。
Description
技术领域
本发明涉及饮水终端处理领域，特别是一种能产生恒PH值电解水的电解水机，本发明还包括该电机水机的控制方法。
背景技术
电解水机就是以自来水为水源，通过前置过滤器对水进行过滤，然后得到的净水进入电解槽。以分离膜为媒介在水中施以直流电压，利用电解板使水分解，既而分离出弱碱性水与弱酸性水的一种电器。
电解制水装置输出电解水的PH值是衡量电解制水装置产品质量的一个重要指标，如果输出的电解水PH值变动过大，将会影响电解水的使用效果。目前，国内水质差异较大，水质差异一个重要方面是不同地区水的TDS值（可溶性物质总含量mg/L）差别较大，水的TDS值与水的电导率成正比关系，即水的TDS值越大，单位水中的可溶性物质多，则水较易导电，水的电阻越小；水的TDS值越小，单位水中的可溶性物质少，则水较难导电，水的电阻越大。如果不考虑这种差异，在电解槽电极上只是施加恒定的直流电压，则当水的TDS值变化时，电解水的PH值也会改变。这不但会影响电解水的使用效果，严重时甚至会对电解水装置造成影响。
发明内容
发明目的在于提供一种能够动态控制电解槽电压，以生产恒定PH值电解水的电解水机，本发明还包括该电机水机的控制方法。
本发明包括的技术方案为，一种电解水机，其特征在于，包括：
中央控制单元，产生检测电压信号和基准电压信号；
数模转换和放大单元，对检测电压信号和基准电压信号数模转换和放大；
开关电源，根据检测电压信号和基准电压信号提供电解槽电压；
电解槽采样单元，对电解槽采样点电压采样，将采样值反馈中央控制单元；
中央控制单元定时产生一个恒定检测电压信号，根据采样值调整对应此时TDS值的基准电压信号，并通过基准电压信号调整电解电压，以保持不同TDS值时电解水PH值仍恒定。
本发明通过开关电源向电解槽提供电压，由于在相同的负载和基准电压情况下，开关电源输出电压是定值，那么当电解水的TDS值变化时，也即负载发生变化时，调整输出电压的大小，即可保持电解水PH值恒定。本发明通过对TDS值进行定时检测，由中央控制单元输出一个检测电压信号（由于检测信号只是用于检测，时间短，对电解槽平均电压不造成影响），该检测电压信号通过开关电源输出电压提供给电解槽，由于电解槽水的TDS值变化会导致电解槽电阻值的变化，即反映在采样值上，电解槽采样单元将该采样值采集输入到中央控制单元后，中央控制单元根据采样值计算对应出此时TDS值的基准电压值，再将该基准电压作为控制电解槽电压的依据。中央控制单元每隔一定时间进行发出检测电压信号，根据采样值调整基准电压信号，通过基准电压信号调整电解电压，保持在不同TDS值时电解水PH值仍恒定。
优选的，所述开关电源为脉冲频率调制式开关电源；所述基准电压信号经过非反相闭环运算放大器放大后输出给开关电源，运算放大器的正向输入端与开关电源的输出端连接形成闭环正回馈；所述开关电源采用NCP1396A调频芯片，开关电源通过LLC半桥驱动电路输出。
本发明以脉冲频率调制式（PFM）开关电源的对电解槽供电，脉冲频率调制式（PFM）通过改变频率而改变输出电压，相对于PWM具有更高的效率和更快的响应速度，可以实现当检测信号周期尽可能短时，仍实现检测采样的正常进行。
优选的，所述中央控制单元包括TDS计算单元，所述TDS计算单元以采样值计算TDS值。所述中央控制单元储存有对应不同TDS值的采样值经验数据，所述TDS值计算单元将采样值与采样值经验数据匹配，以获得对应的TDS值。
为了配合该电解水机的电解水过程，本发明还提供一种电解水机制水方法，该方法包括：
产生一个恒定的检测电压信号；
该检测电压信号经数模转换和放大处理后输出到开关电源；
开关电源根据检测电压信号向电解槽输出电压；
对电解槽采样点的电压采样；
根据采样值产生对应此时水槽水TDS值的基准电压信号，将该基准电压信号提供给开关电源输出电解电压；
间隔时间T，再产生一个检测电压信号，检测对应此时水槽水TDS值的基准电压信号，开关电源根据此时的基准电压信号控制输出的电解电压，保持不同TDS值时电解水PH值恒定。
优选的，是将采样值与对应不同TDS值的经验数据匹配以获得TDS值。且为保持在不同TDS值时电解水PH值仍恒定，当TDS值变大时，基准电压信号值变小，当TDS值变小时，基准电压信号值变大。所述检测输出时间为5-10ms，间隔时间T为2-3s。
综合可见，本发明的有益效果在于提供了一种可根据水TDS变化，动态地调整电解槽输出电压，以保持电解水PH值恒定的电解水机和该电解水机的制水方法。
附图说明
图1为本发明的电路模块原理图。
具体实施方式
以下将根据说明书附图1对本发明的实施例进一步说明。
如图1所示，本发明的电路连接结构包括控制部分1、开关电源部分2、电解槽3和采样反馈部分4和供电部分5。
所述的控制部分1包括中央控制单元10、数模转换器11、运算放大器12；所述中央控制单元10依次与数模转换器11、运算放大器12连接。中央控制单元10向数模转换器11输出的是数字信号，数模转换器11将此数字信号转换输出为0-5V的电压信号，经过运算放大器12放大后向开关电源输出基准电压。
所述的开关电源部分2包括隔离电路21、开关电源反馈电路22、开关电源20、半桥LLC驱动电路23以及能量转换、输出滤波电路24。所述隔离电路21对控制部分1和开关电源部分2起强弱电隔离保护的作用；基准电压作为控制信号在输入开关电源20前，经过开关电源反馈电路的调整，以达到开关电源20的反馈脚对输入信号的要求；所述开关电源20为采用NCP1396A调频芯片的脉冲频率调制式开关电源，该开关电源根据输入信号的幅值变化而使输出信号的频率发生变化，该输出信号经过半桥LLC驱动电路23以及能量转换、输出滤波电路24，输出电解槽电解电压，该电压范围为2.7-40V。进一步的，所述运算放大器12为非反相闭环运算放大器，运算放大器12的正向输入端与开关电源的输出端连接形成闭环正回馈。
所述电解槽3为现有电解水机电解槽，电解槽3的负极通过电阻R接地,电解槽3负极与电阻R之间设有采样点40，采样点40经过放大电路41与中央控制单元40的单片机AD采样接口连接，上述的采样点40、电阻R和放大电路41形成采样反馈部分4。
本发明还包括供电部分5，此部分为PFC电路，为输入在90—260V范围内，输到NCP1396的电压恒定为400V，所述供电部分采用NCP1653芯片的PFC电路供电。
本发明的恒PH值控制原理，是根据水的TDS值动态地控制电解电压，使得PH值保持恒定。
其中，中央控制单元10输出的检测电压信号和基准电压信号作为开关电源20的控制端电压，采取是相同的输入路径。开关电源20的控制端电压与开关电源20的输出的电解电压是对应且呈非线性正比例关系。根据实验数据，相同TDS的水在相同电解电压，相同水流量下电解出来的PH值是恒定的。在PH值相同情况下，TDS值大小与电解电压为非线性的反比例关系。因此，本发明的设计思路是，在相同的水流量下，当TDS值变大时，则输出的电解电压变小；当TDS值变小时，则输出的电解电压变大，以保持恒PH值。由于保持水的流量恒定控制是基于现有的水流控制技术，因此以下控制思路的说明，是基于水流量恒定的基础上进行，实践中，可通过安装流量计或其它水流恒流装置对电解水机的水流量进行恒定控制。
为此，本发明的控制方法在于，中央控制单元10定时T输出一个恒定的检测电压信号，检测电压信号经过数模转换和放大后，成为开关电源20的控制信号，控制开关电源20输出电解电压V0，该电解电压V0施加在电解槽上对水进行电解。
由于电解槽内的水电导率的存在，故电解槽电极有电流，电解槽上存在一个电压降V1，同时，采样点40上也存在一个电压电压值V2，VO和V1的关系为：V2=V0-V1。其中，采样值V2是一个跟TDS相关的数值，因为当TDS变大-电解槽电阻值变小-V1变小-V2变大；当TDS变小时-电解槽电阻值变大-V1变大-V2变小。因此通过对采样点40采样V2，可以获得TDS变化值的数据。
然后，V2经过信号放大后输入中央控制单位10，中央控制单元根据根据采样值，产生对应采样时水槽水TDS值的基准电压数字信号。在中央控制单元10内部，设有多组采样值-TDS值的实验数据，中央控制单元将获得的采样值与之前输出的基准电压值与内部存储的实验数据进行比较，获得TDS值，然后以该TDS值为依据，输出基准电压，并以该基准电压作为新的开关电源控制电压，开关电源的输出电压随之变化，以调整加在电解槽上的电解电压值。
当电解工作进行2-3秒后，中央控制单元10再次输出恒定的检测电压信号，并检测对应此时的水槽水TDS值，为保持在不同TDS值时电解水PH值仍恒定，当TDS值变大时，基准电压信号值变小，当TDS值变小时，基准电压信号值变大。即中央控制单元通过调整基准电压信号的大小，调整电解电压值大小，从而控制电解槽电解PH值大小。
以上可知，中央控制单元同时提供检测电压信号和基准电压信号的输出，两组信号采取的是相同的输出通道。其中，检测电压信号是一个短时的恒定电压信号，只有5-10毫秒，且间隔时间T为2-3秒，由于检测电压信号时间很短所以对电解槽平均电压不造成影响，也就是实时检测情况下不影响控制电接电压的输出。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种电解水机制水方法，其特征在于包括如下步骤：
产生一个恒定的检测电压信号；
该检测电压信号经数模转换和放大处理后输出到开关电源；
开关电源根据检测电压信号向电解槽输出电压；
对电解槽采样点的电压采样；
根据采样值产生对应此时水槽水TDS值的基准电压信号，将该基准电压信号提供给开关电源输出电解电压；
间隔时间T，再产生一个检测电压信号，检测对应此时水槽水TDS值的基准电压信号，开关电源根据此时的基准电压信号控制输出的电解电压，保持不同TDS值时电解水pH值恒定。
2.根据权利要求1所述的电解水机制水方法，其特征在于，是将采样值与对应不同TDS值的经验数据匹配以获得TDS值。
3.根据权利要求1所述的电解水机制水方法，其特征在于，为保持在不同TDS值时电解水pH值仍恒定，当TDS值变大时，基准电压信号值变小，当TDS值变小时，基准电压信号值变大。
4.根据权利要求1所述的电解水机制水方法，其特征在于，所述检测电压信号输出时间为5-10ms，间隔时间T为2-3s。
5.一种电解水机，其特征在于，包括：
中央控制单元，产生检测电压信号和基准电压信号；
数模转换和放大单元，对检测电压信号和基准电压信号数模转换和放大；
开关电源，根据检测电压信号和基准电压信号提供电解槽电压；
电解槽采样单元，对电解槽采样点电压采样，将采样值反馈中央控制单元；
中央控制单元定时产生一个恒定检测电压信号，根据采样值调整对应此时TDS值的基准电压信号，并通过基准电压信号调整电解电压，以保持不同TDS值时电解水pH值仍恒定。
6.根据权利要求5所述的电解水机，其特征在于，所述开关电源为脉冲频率调制式开关电源。
7.根据权利要求6所述的电解水机，其特征在于，所述基准电压信号经过非反相闭环运算放大器放大后输出给开关电源，运算放大器的正向输入端与开关电源的输出端连接形成闭环正回馈。
8.根据权利要求6或7所述的电解水机，其特征在于，所述开关电源采用NCP1396A调频芯片，开关电源通过LLC半桥驱动电路输出。
9.根据权利要求5所述的电解水机，其特征在于，所述中央控制单元包括TDS计算单元，所述TDS计算单元以采样值计算TDS值。
10.根据权利要求9所述的电解水机，其特征在于，所述中央控制单元储存有对应不同TDS值的采样值经验数据，所述TDS值计算单元将采样值与采样值经验数据匹配，获得对应的TDS值。
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