CN103383369A - 净水机的tds检测装置及净水机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种净水机的TDS检测装置及净水机。本发明的净水机的TDS检测装置包括电导率传感器，设置在出水管路中，用于将出水管路中水的电导率信息转换为第一电信号；第一调理电路与电导率传感器连接，用于将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；AD转换模块与第一调理电路连接，用于将第一电压信号转换为第一数字信号；控制器与AD转换模块连接，用于根据第一数字信号计算TDS值。从而可以将TDS检测装置集成到净水机中，实时对净水机滤出的纯水进行TDS值检测，为净水机的过滤效果进行判断，自动判断滤芯的失效时间，保证了净水机出水的过滤质量。解决了现有技术中净水机无法检测TDS值的问题。

Description

净水机的TDS检测装置及净水机

技术领域

本发明涉及净水机领域，特别地，涉及一种净水机的TDS检测装置及净水机。

背景技术

生活饮用水质的好坏与人们的身体健康密切相关。目前，净水机等净水设备在日常生活中，越来越被消费者重视。RO(Reverse Osmosis，反渗透)净水机作为目前最常用的净水机形式。

现阶段的RO反渗透净水机的核心部件RO膜孔径小至纳米级，自来水在进入净水机后，经过前几级滤芯(PP棉滤芯、活性炭滤芯)的过滤，然后进入RO滤芯，在一定的压力下，水分子可通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质均无法通过RO膜，这样纯水与浓水便实现了分离。作为净水机的核心部件，RO膜的使用寿命就成为了用户最关注的问题，净水机的RO膜的使用寿命是否已到期的判定方法大致有以下两种：

1、根据使用时间来判定，根据经验值设定RO膜的使用寿命(如18个月)，到了寿命期限后进行更换。使用这种方法更换RO膜，一方面需要人工记录净水机的实际使用时间，容易出错；另一方面各地区水质不同，用户用水量不同，滤芯的生产厂商不同，质量参差不齐，由时间经验值来判定RO滤芯的使用寿命不准确。如果RO滤芯的质量好，过滤效果还很好就进行了更换，就会造成浪费；如果RO滤芯未到寿命期限就功能已经达不到要求，或者RO滤芯意外受损以及RO膜膜丝破裂，就会造成纯水水质达不到直接饮用水的标准。

2、根据RO滤芯所出纯水量来判定，通过流量计统计RO膜所出纯水的总容积量，再和设定出水量进行比较，总容积量大于设定值后控制器发出提示更换，这种方法可解决了第一种方法中的人为记忆使用时间以及由时间经验值判定不准确的问题，但是，对不同地区的不同水质，用同一总容积量判定RO滤芯的使用寿命同样存在问题。因为RO滤芯的使用寿命应由其过滤效果来决定，也就是过滤后纯水的水质来定。采用这种方法还有一种方式是将流量计安装在RO滤芯的入水口或前几级滤芯的管路上，再根据RO滤芯过滤的纯水和入水的比例关系将RO滤芯的纯水总容积量折算成RO滤芯的入水量。

实际上，RO滤芯过滤效果可以通过TDS来判断，TDS(Total Dissolved Solids)意为溶解性总固体，数值表示1升水中含多少毫克溶解性总固体，测量单位为毫克/升(mg/L)。TDS一般使用TDS测定仪进行测量，其测量原理是通过测量水的电导率(单位：μS/cm，微西门子/厘米)间接反映出TDS值。从物理意义上说，水中溶解物越多，水的TDS值越大，水的导电性也越好，其电导率值也越大。通过RO滤芯的水的TDS超过一定限值，就说明RO滤芯的使用效果达不到使用预期，需要进行更换。

但目前还没有TDS检测设备集成到净水机的控制系统中的应用，主要原因是，一方面一般TDS的检测设备较为复杂，安装在净水机中难度较大，另一方面成本高，造成净水机的制造成本上升。因此，现有的净水机无法检测TDS值以对滤芯的功能进行判断。

针对现有技术中存在的净水机无法检测TDS值的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种净水机的TDS检测装置及净水机，以解决现有技术中净水机无法检测TDS值的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种净水机的TDS检测装置。该净水机的TDS检测装置，其特征在于，包括：电导率传感器，设置在出水管路中，用于将出水管路中水的电导率信息转换为第一电信号；第一调理电路，与电导率传感器连接，用于将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；AD转换模块，与第一调理电路连接，用于将第一电压信号转换为第一数字信号；控制器，与AD转换模块连接，用于根据第一数字信号计算TDS值。

进一步地，第一调理电路包括：第一连接件，该第一连接件的两端分别与电导率传感器的两端连接；第一电阻，设置第一连接件的第一端和地之间；第二电阻，设置第一连接件的第二端和直流电源之间，AD转换模块与第一连接件的第二端连接。

进一步地，第一调理电路还包括：第一电容，连接在第一连接件的第一端和第二端之间；第三电阻，连接在第一连接件的第二端与AD转换模块之间。

进一步地，温度传感器，设置在出水管路中，用于将出水管路中的水温信息转换为第二电信号；第二调理电路，与温度传感器和AD转换模块分别连接，用于将第二电信号转换为电压值在预定电压范围内的第二电压信号；AD转换模块，还用于将第二电压信号转换为第二数字信号，控制器，还根据第二数字信号计算温度值，并利用温度值对TDS值进行修正。

进一步地，第二调理电路包括：第二连接件，该第二传感器连接件的第一端和第二端分别与温度传感器的两端对应连接，且该第二连接件的第二端还与直流电源连接；第四电阻，设置第二连接件的第二端和地之间；AD转换模块还与第二连接件的第一端连接。

进一步地，第二调理电路还包括：第二电容，连接在第二连接件的第一端和地之间；第三电容，连接在第二连接件的第一端和地之间；第五电阻，连接在第二连接件的第一端和AD转换模块之间，其中该第五电阻的第一端与第二连接件的第一端连接，该第五电阻的第二端与AD转换模块连接；第四电容，连接在第五电阻的第二端与地之间。

进一步地，第四电阻为精密电阻。

进一步地，控制器还用于：保存电导率信息与TDS值的对照表；按照第一数字信号查询对照表得出TDS值。

进一步地，控制器还用于：当TDS值大于TDS预设阀值时发出提示信号。

根据本发明的一个方面，提供了一种净水机，其特征在于，包括上述的任一净水机TDS检测装置。

根据本发明的技术方案，净水机的TDS检测装置包括电导率传感器，设置在出水管路中，用于将出水管路中水的电导率信息转换为第一电信号；第一调理电路，与电导率传感器连接，用于将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；AD转换模块，与第一调理电路连接，用于将第一电压信号转换为第一数字信号；控制器，与AD转换模块连接，用于根据第一数字信号计算TDS值。从而可以将TDS检测装置集成到净水机中，实时对净水机滤出的纯水进行TDS值检测，为净水机的过滤效果进行判断，自动判断滤芯的失效时间，保证了净水机出水的过滤质量。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例一的净水机的TDS检测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例一的电导率传感器安装位置的示意图；

图3是根据本发明实施例一的第一调理电路结构示意图；

图4是根据本发明实施例二的净水机的TDS检测装置的示意图；

图5是根据本发明实施例二的温度传感器安装位置的示意图；

图6是根据本发明实施例二的第二调理电路结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例一的净水机的TDS检测装置的示意图，如图1所示，本发明实施例的TDS检测装置包括：电导率传感器11，设置在出水管路中，用于将出水管路中水的电导率转换为第一电信号；第一调理电路13，与电导率传感器11连接，用于将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；AD(Analog-to-Digital，模拟数字)转换模块15，与第一调理电路13连接，用于将电压信号转换为第一数字信号；控制器17，与AD转换模块15连接，用于根据第一数字信号计算TDS值。

图2是根据本发明实施例一的电导率传感器安装位置的示意图，如图2所示，电导率传感器11，设置在出水管路中，该出水管路位于RO滤芯21的出水口之后，该电导率传感器11用于将出水管路中水的电导率转换为第一电信号，常见的电导率传感器类型有：电极型电导率传感器、电感型电导率传感器、超声波电导率传感器，其中电极型电导率传感器根据电解导电原理采用电阻测量法，对电导率实现测量，其电导测量电极在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统；电感型电导率传感器依据电磁感应原理实现对液体电导率的测量；超声波电导率传感器根据超声波在液体中变化对电导率进行测量，本发明实施例净水机优选采用前两种电导率传感器。

电导率传感器11的测量得到的电压信号在接入控制器17进行计算以及其它处理之前，需要首先通过第一调理电路，将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号，避免电压信号超出AD转换模块15的转换范围，同时对该第一电压信号进行保护处理，防止出现故障时造成数字电路的损坏。

图3是根据本发明实施例一的第一调理电路结构示意图，如图3所示，第一调理电路13包括：第一连接件CN1，该第一连接件CN1的两端分别与电导率传感器11的两端连接；第一电阻R1，设置第一连接件CN1的第一端和地之间；第二电阻R2，设置第一连接件CN1的第二端和直流电源之间，AD转换模块15与第一连接件CN1的第二端连接。直流电源经过R1通过第一连接件CN1与电导率传感器11连接，最终经由R2接地。因为水中溶解物越多，水的TDS值越大，水的导电性也越好，其电导率值也越大，所以电导率传感器11因为水的导电性不同而输出的电信号的不同，从而使第一连接件CN1的第二端的电压值不同，通过调整R1和R2的阻值可以设定第一连接件CN1的第二端的电压值的范围，使接入AD转换模块的电压在AD转换模块的输入电压范围内。其中电导率传感器11输出的电信号可以根据电导率传感器11的不同形式而不同，可能是电压信号，也可以是电流信号。

本发明实施例一的第一调理电路还可以包括：第一电容C1，连接在第一连接件CN1的第一端和第二端之间；第三电阻R3，连接在第一连接CN1件的第二端与AD转换模块15之间。该第一电容C1可以滤除电导率传感器11输出的干扰信号，R3用于对输出信号进行限流，以进一步保证电路工作的可靠性。

控制器17接收到经过AD转换模块15采样为第一数字信号，并根据该第一数字信号还原为电导率参数，利用电导率参数与TDS的对应关系计算得出TDS值。尽管电导率和TDS的关系在全范围内并不呈线性关系，但在某些区段内，可采用线性公式表示。所以控制器17在计算TDS时，可以使用分段拟合的方式进行，利用电导率和TDS的关系在某些区段内可用线性公式表达来计算，按照电导率的大小进行分段，在各段中利用电导率的不同线性公式计算TDS。

另外一种方式是，将不同水质经过精密TDS测试仪器的校准后制成电导率值与TDS值的对照表，存储于控制器17中，控制器在接收到AD转换模块15采样的第一数字信号后，按照第一数字信号对应的电导率值查询上述的对照表得出实际的TDS值。这种方式是通过预先的实验得出测量数值与实际物理量的对应关系进行查询，得到的TDS数值更加准确。

利用上述装置，可以在净水机中实时监测水质TDS值。进一步地，可以预先设定TDS预设阀值，当出水计算所得的TDS值超过上述TDS预设阀值可以认为RO滤芯已经达不到使用要求，应当更换该净水机的RO滤芯。所以控制器还用于比较计算所得TDS值与预设阀值的大小，当TDS值大于TDS预设阀值时发出提示信号。该提示信号可以利用显示部分进行提醒，或者利用声音方式进行提醒，或者是两者结合。用户得到以上提示信息后就得知，RO滤芯过滤出的纯水已经达不到直接饮用用水的标准，应及时更换RO滤芯，从而给用户的饮用水卫生提供保障。利用TDS值可以及时合理地判断RO滤芯的效果，解决了现有技术中提前或滞后更换RO滤芯的问题。

实施例一中给出的净水机的TDS检测装置没有考虑温度对TDS值的影响，实际上电导率微观上是由分子的运动决定的，而分子的运动和温度有关系，所以实施例一的TDS检测装置可以应用于水温基本恒定的场合下。在水温因季节等因素受环境影响而变化较大的情况下，需要根据温度对计算得出的TDS值进行校准。

实施例二的净水机的TDS检测装置是在实施例一的基础上进行了改进，增加了温度传感器，并利用水温对TDS值进行校正。图4是根据本发明实施例二的净水机的TDS检测装置的示意图，如图4所示，本发明实施例二的净水机的TDS检测装置包括了实施例一的净水机的TDS检测装置的所有部件，除此之外，还包括有温度传感器41，设置在出水管路中，用于将出水管路中的水温转换为第二电信号；第二调理电路43，与温度传感器41和AD转换模块15分别连接，用于将第二电信号转换为电压值在预定电压范围内的第二电压信号；AD转换模块15还用于将第二电压信号转换为第二数字信号，控制器17还根据第二数字信号计算温度值，并利用温度值对TDS值进行修正。

图5是根据本发明实施例二的温度传感器安装位置的示意图，如图5所示，温度传感器41也设置在RO滤芯21的出水口之后的出水管路中，将水温信号转换为第二电信号，本实施例可以使用各种形式的温度传感器，如热电偶、PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏电阻、NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻，以及集成温度传感器，由于安装位置的限制，本发明实施例二可以优选热电偶、PTC、NTC几种结构简单占用空间小而且适用于水温测量的温度传感器。

温度传感器41的测量得到的反映温度的第二电信号在接入控制器17进行计算之前，需要首先通过第二调理电路，将第二电信号调理为电压值在预定电压范围内的第二电压信号，避免电压信号超出AD转换模块15的转换范围，同时对该第二电压信号进行保护处理，防止出现故障时造成数字电路的损坏。其中AD转换模块15中可以利用一个AD转换芯片，采用该芯片的不同采集通道对第一电压信号和第二电压信号进行采集，也可以分别使用不同的AD转换芯片单独对一种信号进行采集，当然如果控制器的主芯片附带AD功能，也可以直接使用主芯片的AD转换管脚，从而更加节省硬件的开销。

图6是根据本发明实施例二的第二调理电路结构示意图，如图3所示，第二调理电路43包括：第二连接件CN2，该第二传感器连接件CN2的第一端和第二端分别与温度传感器41的两端对应连接，且该第二连接件CN2的第二端还与直流电源VCC连接；第四电阻R4，设置第二连接件CN2的第二端和地GND之间。AD转换模块15还与第二连接件CN2的第一端连接。

温度传感器41的输出信号随温度的变化而变化，对于热电偶温度传感器，随温度变化，通过传感器的电流变化，从而流过第四电阻R4的电流变化；对于PTC温度传感器，随着温度的升高，传感器的阻值增大，从而流过第四电阻R4的电流变小；对于NTC温度传感器，随着温度的升高，传感器的阻值减小，从而流过第四电阻R4的电流增大。由此可以得知，R4两端的电压随着温度值的变化而相应变化，也就是说R4的作用相当于采样电阻，通过检测R4两端的电压就可以实现对温度值的检测。通过调整R4的阻值匹配温度传感器41的阻抗就可以将第二电压信号调整到预定电压范围内。

为了保证检测温度的精确度，R4优先选择使用精密电阻，比如精度误差在千分之一以上的电阻，而且要求有较好的温度稳定度，即要求电阻的阻值不随温度的变化产生较大的变动。

优选地，第二调理电路还可以设置有第二电容C2，连接在第二连接件CN2的第一端和地GND之间；第三电容C3，连接在第二连接件CN2的第一端和地GND之间；第五电阻R5，连接在第二连接件CN2的第一端和AD转换模块15之间；第四电容C4，连接在AD转换模块15与地之间，其中该第五电阻R5的第一端与第二连接件CN2的第一端连接，该第五电阻R5的第二端与AD转换模块15连接。第四电容C4，一端连接第五电阻R5的第二端，另一端接地。从图6中可以看出C3和C4的作用相同，但实际上在电路板布局时，这两个电容的位置是不同的：第三电容C3应尽可能靠近CN2附近，以减少电源VCC的纹波；第四电容C4的位置应尽可能靠近主芯片引脚，避免干扰信号会耦合到长距离PCB印制线中导致第二电压信号输入不稳定。第五电阻R5的作用实施例一中的R3的作用相同，用于对输出信号进行限流，以进一步保证电路工作的可靠性。

电阻R5和电容C4的参数可以根据EFT(Electrical Fast Transient，电快速脉冲群)实验测试情况进行调整，电阻R5阻值上限一般不能超过10kΩ，所选参数必须符合AD芯片的资料参数要求。

控制器17接收到经过AD转换模块15采样为第二数字信号，并根据该第二数字信号还原为温度，具体做法为预先进行试验，测量不同温度对应R4两端电压值的大小，做成温度电压关系查询表的形式保存到控制器17或外设的存储装置中，净水机在正常工作时，控制器17接收到第二数字信号还原为R4两端电压值，按照R4两端电压值查询温度电压关系查询表就可以得到实际水温。也可以将温度和电压的关系总结成公式，根据R4两端电压值按照公式计算得到实际水温。

控制器17计算得到实际水温后可以对按照实施例一得到的TDS值进行补偿，补偿计算得到的TDS补偿值为当前温度下实际水质的参数。进一步地，控制器还可以用于比较计算所得TDS补偿值与预设TDS阀值的大小，当TDS值大于TDS预设阀值时发出提示信号。

控制器17计算得到的水温除了用于TDS补偿计算外，还可以用于其它功能，如实时显示出水的温度，使用户获知水温，避免用水时出现过冷或过热的情况。

控制器17计算TDS补偿值还有另外一种方式：预先对不同温度下的不同水质的TDS值在经过精密TDS测试仪器的校准后，保存为形成TDS值与温度值的对应表存储于控制器17或外设存储器中，控制器17在接收到上述电导率和温度采样信号后进行处理，然后查询到TDS值与温度值的对应表，直接输出补偿后的的TDS值，控制器17再将此TDS补偿值与设定的阀值进行比较，当TDS补偿值满足大于或等于设定的阀值的条件时，控制器17将通过显示部分(或结合声音)给用户做出提示：RO滤芯过滤出的纯水已经达不到直接饮用用水的标准，应及时更换RO滤芯，从而给用户的饮用水卫生提供保障。

本发明的实施例还提供了一种净水机，包括了实施例一或实施例二的净水机TDS检测装置，使用净水机TDS检测装置实时检测出水的水质情况，用于判断RO滤芯的工作效果。当该滤芯达不到预先的使用效果时，自动进行提示，从而使净水机出水能保证质量，以保证用户的健康用水。

根据本发明的技术方案，净水机的TDS检测装置包括电导率传感器，设置在出水管路中，用于检测出水管路中水的电导率信息，并将电导率信息转换为第一电信号；第一调理电路，与电导率传感器连接，用于将第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；AD转换模块，与第一调理电路连接，用于将第一电压信号转换为第一数字信号；控制器，与AD转换模块连接，用于根据第一数字信号计算TDS值。从而可以将TDS检测装置集成到净水机中，实时对净水机滤除的纯水进行TDS值检测，为净水机的过滤效果进行判断，自动判断滤芯的失效时间，保证了净水机出水的过滤质量。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种净水机的TDS检测装置，其特征在于，包括：

电导率传感器，设置在出水管路中，用于将所述出水管路中水的电导率信息转换为第一电信号；

第一调理电路，与所述电导率传感器连接，用于将所述第一电信号调理为电压值在预定电压范围内的第一电压信号；

AD转换模块，与第一调理电路连接，用于将所述第一电压信号转换为第一数字信号；

控制器，与所述AD转换模块连接，用于根据所述第一数字信号计算TDS值。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述第一调理电路包括：

第一连接件，该第一连接件的两端分别与所述电导率传感器的两端连接；

第一电阻，设置所述第一连接件的第一端和地之间；

第二电阻，设置所述第一连接件的第二端和直流电源之间，

所述AD转换模块与所述第一连接件的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第一调理电路还包括：

第一电容，连接在所述第一连接件的第一端和第二端之间；

第三电阻，连接在所述第一连接件的第二端与AD转换模块之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，设置在出水管路中，用于将所述出水管路中的水温信息转换为第二电信号；

第二调理电路，与所述温度传感器和所述AD转换模块分别连接，用于将所述第二电信号转换为电压值在预定电压范围内的第二电压信号；

所述AD转换模块，还用于将所述第二电压信号转换为第二数字信号，

所述控制器，还根据所述第二数字信号计算温度值，并利用所述温度值对TDS值进行修正。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，

所述第二调理电路包括：

第二连接件，该第二传感器连接件的第一端和第二端分别与所述温度传感器的两端对应连接，且该第二连接件的第二端还与直流电源连接；

第四电阻，设置所述第二连接件的第二端和地之间；

所述AD转换模块还与所述第二连接件的第一端连接。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述第二调理电路还包括：

第二电容，连接在所述第二连接件的第一端和地之间；

第三电容，连接在所述第二连接件的第一端和地之间；

第五电阻，连接在所述第二连接件的第一端和AD转换模块之间，其中该第五电阻的第一端与所述第二连接件的第一端连接，该第五电阻的第二端与所述AD转换模块连接；

第四电容，连接在第五电阻的第二端与地之间。

7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述第四电阻为精密电阻。

8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制器还用于：

保存电导率信息与TDS值的对照表；

按照第一数字信号查询所述对照表得出TDS值。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述控制器还用于：

当所述TDS值大于TDS预设阀值时发出提示信号。

10.一种净水机，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的净水机TDS检测装置。

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