CN104535622A - 水质突变的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质突变的监控方法。该监控方法包括以下步骤：首先，通过实测初始水质的电压和电流，计算出初始水质的电阻值，并由该电阻值计算出初始水质的电导率；其次，在电压不变的前提下，采集被监控水质的电流，计算出被监控水质的电阻值，并由该电阻值计算出被监控水质的电导率；最后，将初始水质的电导率与被监控水质的电导率进行差值比较，如果该差值大于设定值时，则判定水质发生突变；反之，则判定水质稳定。该水质突变的监控方法的通过监控水的电导率变化来监控水质突变，监控成本低，适用范围广。

Description

水质突变的监控方法

技术领域

本发明涉及水质检验领域，特别涉及一种水质突变的监控方法。

背景技术

现有水质检验领域通常采用测量水中溶解的总固体含量(总溶解固体)来监控水质突变，总溶解固体(英文：Total dissolved solids，缩写TDS)，又称溶解性固体总量，测量单位为毫克/升(mg/L)，它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。水中TDS能有效反映水质的情况，纯净的水中含有的溶解总固体是很少的，每升只有零到几十毫克左右；若水被污染或已经溶进许多其他电解物质后，其总固体含量增多，TDS值越高，表示水中含有的杂质越多。

测量水中溶解的总固体含量需要使用TDS测试仪。TDS测试仪虽然可以快捷、方便的将该型指标直接测量出来。但TDS测试仪的价格昂贵，采用TDS测试仪(TDS传感器)测量水中溶解的总固体含量的成本较高，限制了测量水中溶解的总固体含量(总溶解固体)来监控水质突变的方法应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步骤简单合理的水质突变的监控方法，该水质突变的监控方法的通过监控水的电导率变化来监控水质突变，监控成本低，适用范围广。

为实现上述目的，本发明提供了水质突变的监控方法，包括以下步骤：

首先，通过实测初始水质的电压和电流，计算出初始水质的电阻值，并由该电阻值计算出初始水质的电导率；

其次，在电压不变的前提下，采集被监控水质的电流，计算出被监控水质的电阻值，并由该电阻值计算出被监控水质的电导率；

最后，将初始水质的电导率与被监控水质的电导率进行差值比较，如果该差值大于设定值时，则判定水质发生突变；反之，则判定水质稳定。

优选地，上述技术方案中，初始水质的电导率与被监控水质的电导率的差值设定值的范围为0～1000。

优选地，上述技术方案中，差值设定值为50～200。

优选地，上述技术方案中，施加给初始水质的电压分为两阶段，一阶段是随着电压增加相对应的电阻变小的斜率大，当进入第二段时，随着电压的增大，电阻变化的斜率急骤减小为平缓段，水质测量使用电阻变化平缓段的数据。

优选地，上述技术方案中，用来计算出初始水质及被监控水质电导率的电阻值通过修正系数进行修正，所述修正系数的范围为0～1。

优选地，上述技术方案中，初始水质的电导率和被监控水质的电导率均先进行温度补偿后再进行差值比较。

优选地，上述技术方案中，温度补偿公式为：

Ks＝Kt/(0.022t+0.45)，

公式中的Kt和Ks分别为t℃和25℃下溶液的电导率，t为测量时水的温度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该水质突变的监控方法的通过监控水的电导率变化来监控水质突变，监控成本低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的水质突变的监控方法的流程图。

图2是本发明的水质突变的监控方法的实测装置结构示意图。

图3是本发明的饮水设备的水质测量系统的根据实测的电流和电压数据计算电阻的第一分析图。

图4是本发明的饮水设备的水质测量系统的根据实测的电流和电压数据计算电阻的第二分析图。

图5是本发明的饮水设备的水质测量系统的根据实测的电流和电压数据计算电阻的第三分析图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的水质突变的监控方法的包括以下步骤：

首先，通过实测初始水质的电压和电流，计算出初始水质的电阻值，并由该电阻值计算出初始水质的电导率；

其次，在电压不变的前提下，采集被监控水质的电流，计算出被监控水质的电阻值，并由该电阻值计算出被监控水质的电导率；

最后，将初始水质的电导率与被监控水质的电导率进行差值比较，如果该差值大于设定值时，则判定水质发生突变；反之，则判定水质稳定。

如图2所示，该水质突变的监控方法需要在平行相对放置的第一隋性电极板2和第二隋性电极板3中间设置离子膜1。为了说明方案，先确定如下的参数：电极板的面积为S，电极板的距离为D。

我们在电解工作时，给电极板加上直流电源，水在如图所示的两块电极板之间流过。因为电压的作用，阳离子穿过离子膜向阴极移动，阴离子穿过离子膜向阳极移动。这样水就形成了阻抗。

为了采集数据，我们将两极板并联一个电压表，再串联一个电流表，这时，可以读出工作过程中的电压U和电流I。

根据电阻定律和欧姆定律：

水的电阻R＝U/I＝ρL/S，其中，

ρ——制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆·米(Ω·m)；

L——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米(m)；

S——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米(m2)；

R——电阻值，国际单位制为欧姆，简称欧(Ω)；

U——电压值，国际单位制为伏特，简称伏(v)；

I——电流值，国际单位制为安培，简称安(A)；

k——电导率，单位以西门子每米(S/m)表示，电阻率的倒数为电导率，k＝1/ρ。

理论数据：已知电解槽的面积为0.003m2，两极板距离为0.003m，在电导率为0.04S/m(400μS/cm)的水质下，那么，理论上计算出来的水的电阻值R＝ρL/S＝L/(Sk)＝0.003/(0.003*0.04)＝25Ω。

实测数据：水以800毫升/分钟的流速通过上述电解槽，在电导率k为0.04S/m的水质下，实测的电流和电压数据并计算出的电阻为：

实测电压(V)	实测电流(A)	计算电阻值(Ω)
			4	0.062	64.52
5	0.084	59.52
			6	0.108	55.56
7	0.139	50.36
			8	0.16	50.00
9	0.182	49.45
			10	0.206	48.54

上表对应的分析图如图3所示，其中，4～7V为第一阶段，7～10V为第二 阶段。

如果把电解时的水作为纯电阻的话，按理论计算，两种方式的电阻R应该相等，但实际上两种结果出来的R相差很大，这么大的相差，不属于误差或偏差，而是因为有离子膜的影响。因为离子膜的穿透性能和没有膜的情况下相比，通畅性肯定是要差一些，从而导致导率电阻偏大。

从上表和理论值的对比来看，实际上也是实测的电阻偏大，这是第一个问题。

第二个问题是，实际计算出来的电阻是不相等的。这种现象在于，当电压对离子的驱动不足以达到另一极时，所消耗的电流就小。换一种说法就是液体所能导电，是因为液体中的离子运动的原因。但当电压达到一定强度时，对所有离子具有的驱动力足够时，这时的电阻值就趋向稳定了。

结合我们所要达到的目的，是通过电阻的变化来反馈水质的变化。所以在电压驱动力足够时，只需要修正相对的电阻值就能达到目标。

结合上面的实际案例，我们将修正系数定为0.5，当电压在8V及以上时，我们的实测结果和理论结果是一致的。那么通过更多的数据也证明了这一点。

再次验证： 

在电导率k为0.02S/m(200μS/cm)的水质下，理论上计算出来的水的电阻值R＝ρL/S＝L/(Sk)＝0.003/(0.003*0.02)＝50Ω。

实测的电流和电压数据并计算出的电阻为：

实测电压	实测电流	修正系数	计算电阻值
				4V	0.03A	0.5	66.67
5V	0.05A	0.5	50
				6V	0.06A	0.5	50
7V	0.07A	0.5	50
				8V	0.08A	0.5	50
9V	0.09A	0.5	50
				10V	0.1A	0.5	50

[0052] 通过修正后，两者一致了。

上表的分析图如图4所示，在分析图中，4～5V为第一阶段，5～10V为第二阶段。

更多的：

在电导率为0.06S/m(600μS/cm)的水质下，理论上计算出来的水的电阻值R＝ρL/S＝L/(Sk)＝0.003/(0.003*0.06)＝16.67Ω。

实测的电流和电压数据并计算出的电阻为：

上表格的分析图如图5所示，其中4～7V为第一阶段，7～10V为第二阶段。

通过大量的数据，我们我们取第二阶段中的任意值，对初始水质的电流进行记忆存储，后面的水质通过同一值的监测电流，进行判定是否水质突变。

比如我们确定水质突变时，当电导率变化值为100时，提示用户水质突变，得检查水质是否出问题了。通过实测电压和电流，计算出电阻值R＝0.5*U/I。由电阻值得出水质的电导率k＝L/(RS)，当初始存储的k0与当前的K差值大于100时，就提示用户水质变化了。

需要指出的是，这里只做了一种电解槽的几组数据，如果再更换一种不同型号的电解槽，本发明仍然成立，但电阻值的系数是与电解槽一一对应的，它的修正值会是在0～1之间的一个值。

在被测溶液固定的情况下，为了使所测电导率数值之间具有可比性，需要溶液统一在25℃这个基准温度下的电导率进行比较以判断水质。因此，溶 液在电导率测定时，要求被测溶液温度调至25℃，但实际应用在饮水设备中，无法将溶液样品温度控制并稳定在基准温度范围内，此时，对测量所得结果，需要进行温度补偿。

又因为我们所测的饮用水的水质一般为常温水，一般不会超过40℃，根据温度补偿的特性，我们将其分为4段，是为使测量更为准确，采用温度补偿。

溶液的温度每升高1℃，电导率增加约为2％，温度校正系数与温度成一元线性关系，温度补偿公式为：

Ks＝Kt/(0.022t+0.45)，

公式中的Kt和Ks分别为t℃和25℃下溶液的电导率，t为测量时水的温度。

当测量温度偏离25℃时，根据以上公式计算所得的电导率误差较大，为了提高测量精度，对不同的温度范围，采用不同的温度校正系数公式进行计算：

式中Kt和Ks分别为t℃和25℃下溶液的电导率，t为测量时水的温度。

举例说明，如：测量时水的温度为15℃时，所测电导率为400μS/cm，那么在25℃时电导率补偿后为：Ks＝Kt/(0.018t+0.5473)＝400/(0.018×15+0.5473)＝489.4μS/cm。

综上，该水质突变的监控方法的通过监控水的电导率变化来监控水质突变，监控成本低，适用范围广。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种水质突变的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，通过实测初始水质的电压和电流，计算出初始水质的电阻值，并由该电阻值计算出初始水质的电导率；

其次，在电压分不变的前提下，采集被监控水质的电流，计算出被监控水质的电阻值，并由该电阻值计算出被监控水质的电导率；

最后，将初始水质的电导率与被监控水质的电导率进行差值比较，如果该差值大于设定值时，则判定水质发生突变；反之，则判定水质稳定。

2.根据权利要求1所述的水质突变的监控方法，其特征在于，所述初始水质的电导率与被监控水质的电导率的差值设定值的范围为0～1000。

3.根据权利要求2所述的水质突变的监控方法，其特征在于，所述差值设定值为50～200。

4.根据权利要求1所述的水质突变的监控方法，其特征在于，施加给初始水质的电压分为两阶段，一阶段是随着电压增加相对应的电阻变小的斜率大，当进入第二段时，随着电压的增大，电阻变化的斜率急骤减小为平缓段，水质测量使用电阻变化平缓段的数据。

5.根据权利要求1所述的水质突变的监控方法，其特征在于，用来计算出初始水质及被监控水质电导率的电阻值通过修正系数进行修正，所述修正系数的范围为0～1。

6.根据权利要求1所述的水质突变的监控方法，其特征在于，所述初始水质的电导率和被监控水质的电导率均先进行温度补偿后再进行差值比较。

7.根据权利要求6所述的水质突变的监控方法，其特征在于，所述温度补偿公式为：

Ks＝Kt/(0.022t+0.45)，

公式中的Kt和Ks分别为t℃和25℃下溶液的电导率，t为测量时水的温度。