CN104281186B - 一种智能型电解控制电路 - Google Patents

Abstract

一种智能型电解控制电路，包括：电源、稳压装置、主控制器、电解电流检测器、开关元件、电解电极。稳压装置连接电源支路一与主控制器电源端口；开关元件连接电源支路二与电解电极，按照主控制器的控制信息接通或断开支路二对电解电极的供电；电解电流检测器的电流取样装置的取样环节安装在支路二的总电流通道中；电解电流检测器检测电解电流即时值输入主控制器；主控制器从即时电流信息和时间信息得到即时电量信息，逐步计算实际通入的电解电量，并与期望通入的电解电量相比较；当实际值≥期望值时发出电解工作完成控制信息；与现有控制电路相比，可以取得降低消耗，提高质量的有益效果。

Description

一种智能型电解控制电路

技术领域

本发明涉及一种电解工艺设备，特别是涉及一种电解控制电路。

背景技术

电解控制电路是一种广泛应用的电路。根据法拉第电解定律，对于某种确定的物质，电解生成物的量与通入的电量成正比。因此，控制电解生成物的量的主要方法就是控制通入的电解电量。原有的控制电解电量的方法，主要是采取稳压，并调节电流在一定范围内变化，同时计时，然后以平均电流乘以通电时间计算出电量；或者按平均电流、所需电量确定所需通电时间，然后控制通电时间；或者采取稳流措施；稳压或稳流在带来好处的同时也要付出代价，代价就是既要加大设备输入功率又要浪费相当一部分电能，尤其是稳流。而对于小型、微型电解设备，往往因为造价以及体积、重量受限的原因，省略稳压或稳流环节。例如自GB28233-2011规定“使用次氯酸钠发生器产生的次氯酸钠消毒液进行消毒处理，应现用现制备。”以来，大量的小型、微型次氯酸钠发生器电解设备应运而生。目前市面上在售的一些家用次氯酸钠发生器就是采用市电降压整流滤波后经过一个开关元件供电给电解电极，另外一个用小功率稳压电源供电的定时电路，按照设定的时间控制开关元件的接通、断开。根据GB12325-90，市电供电电压(衡量点为供用电产权分界处或电能计量点)可在±10％范围变化，而电解液是非线性阻抗，当电压变化10％时，电流变化约20％，则实际通入的电量的最高量和最低量将会相差约40％。在有些地方，用电器受电端实际获得的市电供电电压还低于-10％。而且电解液还是一个时变阻抗，随着电解过程的进行电解液成分发生变化，阻抗也发生变化，即使有稳压，电解电流也会不断变化；电极制造和安装的允许误差也会引起同一电压下电流的差异；这些都影响现有控制方法对电解电量的控制准确度。

发明内容

本发明的目的，是提供一种无论是给电解电极供电的电源有稳压、稳流还是无稳压、稳流，都能比较准确地控制电解电量的智能型电解控制电路。

一种智能型电解控制电路，包括：电源、稳压装置、主控制器、电解电流检测器、开关元件、电解电极。所述电源，其输出包括：给主控制器供电的直流支路一，给电解电极供电的直流支路二；稳压装置连接于电源支路一与主控制器电源端口之间，对主控制器提供稳压电源；开关元件连接于电源支路二与电解电极之间，按照主控制器的控制信息接通或断开支路二对电解电极的供电；所述电解电流检测器，包括：电流取样装置，信息转换装置，信息校正装置；其中、电流取样装置的取样环节安装在支路二的总电流通道中，以保证对电解电流取样的完整性和唯一性；电流取样装置对电解电流进行取样，通过信息转换装置把取样信息转换成适合于控制器识别的形式，经过信息校正装置校正后，输入主控制器；主控制器从即时电流信息和时间信息得到即时电量信息，逐步计算实际通入的电解电量，并与期望通入的电解电量相比较；当实际值≥期望值时，发出电解工作完成控制信息。

所述的主控制器，包括：

用于输入信息的输入装置，包括：输入电解电流允许最大值的输入装置一，输入电解电量等效量初值的输入装置二，输入开始工作信息的输入装置三；

用于存储电解电量等效量初值的存储装置一；

用于存储电解电流允许最大值的存储装置二；

用于控制开关元件接通的接通控制装置；

用于每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的定时装置；

用于把电解电流检测值进行模/数转换为电解电流当前值的模/数转换装置；

用于存储电解电流当前值的存储装置三；

用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四

用于把电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较的比较器一；

用于根据电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至电解电流过流报警的程序跳转控制装置一；

用于输出电解电流过流报警信息的输出装置一；

用于根据电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至，启动运算装置进行运算的程序跳转控制装置二；

用于把存储装置四的数据减去电解电流当前值，也即减去电解电量等效量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四得到新的电解电量等效量当前值的运算装置；

用于把电解电量等效量当前值存储装置的数据与零进行比较的比较器二；

用于根据电解电量等效量当前值存储装置的数据大于零时控制下一步骤程序跳转至每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的程序跳转控制装置三；

用于根据电解电量等效量当前值存储装置的数据不大于零时控制下一步骤程序跳转至输出工作完成信息的程序跳转控制装置四；

用于输出工作完成信息的输出装置二；

用于控制开关元件断开的断开控制装置。

所述的组成主控制器的各装置的相互关系及信息流向关系是：

通过用于输入信息的输入装置输入电解电量等效量初值至存储装置一中，输入电解电流允许最大值至存储装置二中，输入开始工作信息；

把存储装置一中的电解电量等效量初值存储进用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四中；

通过接通控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极接通开始电解；

通过定时装置每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换；

通过通过模/数转换装置把电解电流检测器输入的电解电流检测值进行模/数转换；

把电解电流检测值进行模数转换后得到的电解电流当前值存储进存储装置三；

通过比较器一，把电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较，并对下述二种后续步骤进行选择；

如果电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置一，控制下一步骤程序跳转至电解电流过流报警；并通过断开控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极断开；

如果电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置二，控制下一步骤程序跳转至，启动运算装置，把存储装置四的数据减去电解电流当前值，也即减去电解电量等效量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四得到新的电解电量等效量当前值；

通过比较器二，把新的电解电量等效量当前值与零进行比较，并对下述二种后续步骤进行选择；

如果存储电解电量等效量当前值的存储装置四的数据大于零时，通过程序跳转控制装置三，控制下一步骤程序跳转至每隔一个微分时间段启动一次电解电流进行模/数转换；

如果电解电量等效量当前值存储装置的数据不大于零时，通过程序跳转控制装置四，控制下一步骤程序跳转至输出工作完成信息；

通过用于输出工作完成信息的输出装置二，输出工作完成信息；

通过断开控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极断开。

所述电解电量等效量，是把以“安时(Ah)”为计量单位的电解电量转换成以“安*微分时间段”为计量单位表示得到的新数值。设：电解电量Q＝bAh(其中b为正有理数，A为电流单位：安培，h为时间单位：小时)；微分时间段为τS(其中τ为正数、一般是正分数，S为时间单位：秒)；则有：Q＝bAh＝bA*3600S＝bA*3600S*τS*(1/τS)＝3600b(1/τ)*[A(τS)]；记：D＝3600b(1/τ)；为Q的电解电量等效量。再用一个具体数值实例来说明“电解电量等效量”的定义。例如：电解电量Q＝1Ah；微分时间段为0.1S；则有：Q＝1Ah＝1A*3600S＝1A*3600S*0.1S*(1/0.1S)＝36000*[A(0.1S)]；则：D＝36000，为Q的电解电量等效量。所述电解电量等效量初值，是指期望通入的电解电量的电解电量等效量。

所述电解电流当前值，是指当前微分时间段实际检测到的电解电流值，经模/数转换后得到的数值；电解电流和当前微分时间段的乘积，就是电解电量在当前微分时间段的增量；由于电解电量等效量的计量单位是“安*微分时间段”，因此，电解电流当前值的数值和电解电量等效量在当前微分时间段的增量的数值是相同的；例如：电解电流I＝pA；微分时间段为τS；则有：ΔQ＝pA*(τS)＝p*[A(τS)]。即电解电流当前值和电解电量等效量在当前微分时间段的增量都是p。再用一个具体数值实例来说明。例如：电解电流I＝6A；微分时间段为0.1S；则有：ΔQ＝6A*(0.1S)＝6*[A(0.1S)]。即电解电流当前值和电解电量等效量在当前微分时间段的增量都是6。由此，得到一种不用乘法运算，由电流数据直接作为相应的电量数据，与其它电量数据进行电量运算的数据处理方法：把参加运算的电量用电量等效量来表示，把任一微分时间段的电流当前值等同为当前微分时间段的电量等效量的增量值；所述电量等效量，是把以“安时(Ah)”为计量单位的电量转换成以“安*微分时间段”为计量单位表示得到的新数值；所述电流当前值，是指当前微分时间段实际检测到的电流值，经模/数转换后得到的数值；所述微分时间段是指一系列相邻的时长相等的细分时间间隔；所述数值是指纯数字值。

本发明具有对电解电量进行动态跟踪、对每一微分时间段的电解电流进行检测进而得到电解电量增量值，并与所期望的电解电量进行运算比较的功能；采用一种不用乘法运算，由电流数据直接作为相应的电量数据，与其它电量数据进行电量运算的数据处理方法，省略由电流和时间求电量时的乘法运算环节，简化运算过程，提高系统反应速度。相对于原有稳压或稳流的情况，在保证控制精度的前提下，可以节约设备投资和降低能源消耗；相对于原无稳压或稳流尤其是外部电源电压偏离额定值较大的情况，可以比原有控制方式的控制精度提高一个数量级以上，取得降低消耗，提高质量的有益效果。

附图说明

附图1为本发明的一个实施例的方框图。

附图2为本发明的一个实施例的主控制器的细分方框图。

附图3为本发明的一个实施例的方法流程图。

附图4为本发明图1的一个具体电路图。

具体实施方式

图1为本发明一个实施例的方框图，包括：电源110、控制电源稳压装置120、主控制器200、电解电流检测器130、开关元件140、电解电极150。所述电源110的输出支路包括：给主控制器供电的支路一111，给电解电极供电的支路二112；控制电源稳压装置120连接于电源支路一111与主控制器200电源端口之间；开关元件140连接于电源支路二112与电解电极150之间，按照主控制器200的控制信息接通或断开支路二112对电解电极150的供电；所述电解电流检测器130，包括：电流取样装置131，信息转换装置132，信息校正装置133；其中、电流取样装置131的取样环节安装在支路二112的总电流通道中，以保证对电解电流取样的完整性和唯一性；电流取样装置131对电解电流当前值进行取样，通过信息转换装置132把取样信息转换成适合于控制器识别的形式，经过信息校正装置133校正后，输入主控制器200；主控制器从即时电流信息和时间信息得到即时电量信息，逐步计算实际通入的电解电量，并与期望通入的电解电量相比较；当实际值≥期望值时，发出电解工作完成控制信息。

图2为本发明的一个实施例的主控制器的细分方框图，包括：

用于输入信息的输入装置，包括：输入电解电流允许最大值的输入装置一202，输入电解电量等效量初值的输入装置二213，输入开始工作信息的输入装置三201；

用于存储电解电流允许最大值的存储装置一204；

用于存储电解电量等效量初值的存储装置二212；

用于控制开关元件接通的电解电源接通控制装置203；

用于每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的定时装置205；

用于把电解电流检测值进行模/数转换为电解电流当前值的模/数转换装置206；

用于存储电解电流当前值的存储装置三207；

用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四211；

用于把电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较的比较器一208；

用于根据电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至电解电流过流报警的程序跳转控制装置一214；

用于输出电解电流过流报警信息的输出装置一219；

用于根据电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至，启动运算装置209进行运算的，程序跳转控制装置二210；

用于把存储装置四的数据减去电解电流当前值，也即减去电解电量等效量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四得到新的电解电量等效量当前值的运算装置209；

用于把存储电解电量等效量当前值的存储装置四的数据与零进行比较的比较器二215；

用于根据存储装置四的数据大于零时，控制下一步骤程序跳转至每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的程序跳转控制装置三217；

用于根据电解电量等效量当前值存储装置的数据不大于零时，控制下一步骤程序跳转至输出工作完成信息的程序跳转控制装置四216；

用于输出工作完成信息的输出装置二218；

用于控制开关元件断开的电解电源断开控制装置220。

图3为本发明的一个实施例的方法流程图，图3将结合图1和图2进行描述。

在步骤301中，通过用于输入信息的输入装置一202输入电解电流允许最大值至存储装置一204中、输入装置二213输入电解电流允许最大值至存储装置二212中；步骤302，输入装置三输入开始工作信息；

在步骤303中，把存储装置二212中的电解电量等效量初值存储进用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四211中；

在步骤304中，电解电源接通控制装置203控制开关元件140接通电源支路二112与电解电极150开始电解；

在步骤305中，通过定时装置205每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换；

在步骤306中，通过电解电流检测器130检测电解电流并通过模/数转换装置206把电解电流检测值进行模/数转换为电解电流当前值；

在步骤307中，把进行模/数转换后的电解电流当前值存储进存储装置三207；

在步骤308中，通过比较器一208，把存储装置三207的电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较；

在步骤308中，如果电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置一214，跳转至步骤311中，通过输出装置一219输出电解电流过流报警信息；并执行步骤313，通过电解电源断开控制装置220控制开关元件140把电源支路二112与电解电极150断开；

在步骤308中，如果电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置二210，控制跳转至步骤309中，启动运算装置209，把电解电量等效量当前值存储装置四211的数据，减去存储装置三207中的电解电流当前值也即电解电量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四211得到新的电解电量等效量当前值；

在步骤310中，通过比较器二215，把存储电解电量等效量当前值的存储装置四211的数据与零进行比较；在步骤310中，如果存储装置四211的数据大于零时，通过程序跳转控制装置三217，控制跳转至步骤305中，通过定时装置205每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的步骤；

在步骤310中，如果存储装置四211的数据不大于零时，通过程序跳转控制装置四216，跳转至步骤312中，输出装置二218输出工作完成信息；并执行步骤313，通过电解电源断开控制装置220控制开关元件140把电源支路二112与电解电极150断开；

其中，步骤309中的运算，是[0008]中所述的“一种不用乘法运算，由电流数据直接作为相应的电量数据，与其它电量数据进行电量运算的数据处理方法”的一个具体实施例。

图4为本发明图1的一个具体电路图，图4将结合图1和图2进行描述。

由F1、T1、F2、D1～D4、C1、C2、BRIDGE、C8组成电源对应图1的电源110，其中D1～D4、C1、C2组成输出支路一对应图1的输出支路一111，BRIDGE、C8组成输出支路二对应图1的输出支路二112；

由R1、C3、78L05、C4、C5组成稳压装置对应图1的稳压装置120；

由T2、R2、C6、D5～D8、C7、R3、R4、R5、RV组成电解电流检测器对应图1的电解电流检测器130，其中T2、R2、C6组成电流取样装置对应图1的电流取样装置131，D5～D8、C7、R3组成信息转换装置对应图1的信息转换装置131，R4、R5、RV组成信息校正装置对应图1的信息转换装置133；其中、电流取样装置的取样环节电流互感器T2的电流线圈安装在支路二的总电流通道中；

K1对应图1的开关元件140；“+”、“一”电极对应图1的电解电极150。

其余元器件及其连接，对应图1的主控制器200。

其中S1、R7和MCU的相应端口组成输入开始工作信息的输入装置三对应图2的输入装置三201；

本实施例中电解电流允许最大值和电解电量等效量初值，都是在烧写程序时固化在MCU的相应ROM中，烧写器和MCU内部的有关功能单元在本实施例中对应图2的输入装置一202、存储装置一204、输入装置二213、存储装置二212；

MCU与R6连接的端口、R6、Q1、D9组成的单元电路控制K1的接通和断开，对应图2的用于控制开关元件接通的电解电源接通控制装置203，用于控制开关元件断开的电解电源断开控制装置220；

MCU与R8连接的端口、R8、D10、组成的单元电路，MCU与R9连接的端口、R9、D11组成的单元电路，MCU与R10连接的端口、R10、Q2、U1、R11组成的单元电路，按照MCU的控制和事先的编码约定，输出代表电解电流过流报警、工作完成等声光信号，对应图2的输出装置一219、输出装置二218；

MCU与RV中心抽头连接的端口及内部模/数转换功能单元对应图2的模/数转换装置206；

MCU内部相应功能单元对应图2的定时装置205、存储装置三207、比较器一208、运算装置209、程序跳转控制装置一210、程序跳转控制装置二214、存储装置四211、比较器二215、程序跳转控制装置四216、程序跳转控制装置三217；

需要说明的是：所述对应，并不一定是物理单元的一一对应，而是电路功能上的对应。

图4电路的工作过程，如本说明书图3和[0016]所述。其中步骤301的电解电量等效量初值和电解电流允许的最大值的输入，是在MCU烧写程序时固化在MCU的ROM中；电解电量等效量初值，根据[0007]所述电解电量等效量的定义和计算方法算出，例如：期望通入的电解电量Q＝2Ah；微分时间段为0.1S；则有：Q＝2Ah＝2A*3600S＝＝72000*[A(0.1S)]；则电解电量等效量初值为72000。

为了详细说明本发明，本说明书举例描述了一些具体结构和数据，这些都仅仅是为了说明而非限定，在本发明权利要求的基本思想范围内所做的各种改变、替换和更改所产生的全部或部分等同物，都在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种智能型电解控制电路，包括：电源、控制电源稳压装置、主控制器、电解电流检测器、开关元件、电解电极；其特征在于，

所述电源，其输出包括：给主控制器供电的直流支路一，给电解电极供电的直流支路二；稳压装置连接于电源支路一与主控制器电源端口之间，对主控制器提供稳压电源；开关元件连接于电源支路二与电解电极之间，按照主控制器的控制信息接通或断开支路二对电解电极的供电；所述电解电流检测器，包括：电流取样装置，信息转换装置，信息校正装置；其中、电流取样装置的取样环节安装在支路二的总电流通道中，以保证对电解电流取样的完整性和唯一性；电流取样装置对电解电流进行取样，通过信息转换装置把取样信息转换成适合于控制器识别的形式，经过信息校正装置校正后，输入主控制器；主控制器从即时电流信息和时间信息得到即时电量信息，逐步计算实际通入的电解电量，并与期望通入的电解电量相比较；当实际值≥期望值时，发出电解工作完成控制信息；

所述的主控制器，包括：

用于输入信息的输入装置，包括：输入电解电流允许最大值的输入装置一，输入电解电量等效量初值的输入装置二，输入开始工作信息的输入装置三；

用于存储电解电量等效量初值的存储装置一；

用于存储电解电流允许最大值的存储装置二；

用于控制开关元件接通的接通控制装置；

用于每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的定时装置；

用于把电解电流检测值进行模/数转换为电解电流当前值的模/数转换装置；

用于存储电解电流当前值的存储装置三；

用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四；

用于把电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较的比较器一；

用于根据电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至电解电流过流报警的程序跳转控制装置一；

用于输出电解电流过流报警信息的输出装置一；

用于根据电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，控制下一步骤程序跳转至，启动运算装置进行运算的程序跳转控制装置二；

用于把存储装置四的数据减去电解电流当前值，也即减去电解电量等效量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四得到新的电解电量等效量当前值的运算装置；

用于把电解电量等效量当前值存储装置的数据与零进行比较的比较器二；

用于根据电解电量等效量当前值存储装置的数据大于零时控制下一步骤程序跳转至每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换的程序跳转控制装置三；

用于根据电解电量等效量当前值存储装置的数据不大于零时控制下一步骤程序跳转至输出工作完成信息的程序跳转控制装置四；

用于输出工作完成信息的输出装置二；

用于控制开关元件断开的断开控制装置；

组成主控制器的各装置的相互关系及信息流向关系是：

通过用于输入信息的输入装置输入电解电量等效量初值至存储装置一中，输入电解电流允许最大值至存储装置二中，输入开始工作信息；

把存储装置一中的电解电量等效量初值存储进用于存储电解电量等效量当前值的存储装置四中；

通过接通控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极接通开始电解；

通过定时装置每隔一个微分时间段启动一次电流检测值进行模/数转换；

通过模/数转换装置把电解电流检测器输入的电解电流检测值进行模/数转换；

把电解电流检测值进行模数转换后得到的电解电流当前值存储进存储装置三；

通过比较器一，把电解电流当前值与电解电流允许最大值进行比较，并对下述二种后续步骤进行选择；

如果电解电流当前值大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置一，控制下一步骤程序跳转至电解电流过流报警；并通过断开控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极断开；

如果电解电流当前值不大于电解电流允许最大值时，通过程序跳转控制装置二，控制下一步骤程序跳转至，启动运算装置，把存储装置四的数据减去电解电流当前值，也即减去电解电量等效量在当前微分时间段的增量值，然后把运算结果存储进存储装置四得到新的电解电量等效量当前值；

通过比较器二，把新的电解电量等效量当前值与零进行比较，并对下述二种后续步骤进行选择；

如果存储电解电量等效量当前值的存储装置四的数据大于零时，通过程序跳转控制装置三，控制下一步骤程序跳转至每隔一个微分时间段启动一次电解电流进行模/数转换；

如果电解电量等效量当前值存储装置的数据不大于零时，通过程序跳转控制装置四，控制下一步骤程序跳转至输出工作完成信息；

通过用于输出工作完成信息的输出装置二，输出工作完成信息；

通过断开控制装置控制开关元件把电源支路二与电解电极断开。