CN104535630A - 饮水设备的水质测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种饮水设备的水质测量系统。该水质测量系统包括：水箱；电解槽组件，其进水端通过管路与所述水箱连通，该管路上设置有水泵，所述电解槽组件的出水端分别设置有碱水电磁阀和酸水电磁阀；温控，其设置在所述水箱内，用于对水箱内的待测量水进行加热或制冷，并检测待测量水的温度；以及电控组件，其与所述温控的输出端连接，并向所述电解槽组件施加工作电压对待测量水进行电解，并采集所述电解槽组件反馈的电流值，再根据施加工作电压值、电流值和温控所测的水温计算出待测量水的电导率。该饮水设备的水质测量系统利用饮水设备中的直流电源、电解槽和温控等固有元件来实现水质的测量，测量成本低，适用范围广。

Description

饮水设备的水质测量系统

技术领域

本发明涉及水质检验领域，特别涉及一种饮水设备的水质测量系统。

背景技术

近些年来水环境的污染使得人们对水质越来越关注。水质检测对帮助人们了解水质情况起到了重要的作用。特别是饮用水方面，饮水设备有水质参数的显示，使用户喝上放心水，明明白白喝水，是用户的急切需求，也是生产厂家的追求。

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)或电导率来监控水质突变，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。同样的，电导率的值越高，表示水中含有的杂质越多。

现有饮水设备通过增加电导率传感器或增加TDS测试仪来进行水质检测(检测TDS值或电导率值)，以达到水质的变化的监控目标。TDS测试仪及电导率传感器虽然可以快捷、方便的将该型指标直接测量出来。但TDS测试仪及电导率传感器的价格昂贵，采用TDS测试仪(TDS传感器)及电导率传感器测量水中溶解的总固体含量的成本较高，限制了TDS测试仪及电导率传感器在饮水设备上的应用。

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结构简单合理的饮水设备的水质测量系统，该饮水设备的水质测量系统利用饮水设备中的直流电源、电解槽和温控等固有元件来实现水质的测量，测量成本低，适用范围广。

为实现上述目的，本发明提供了饮水设备的水质测量系统，包括：水箱；电解槽组件，其进水端通过管路与所述水箱连通，该管路上设置有水泵，所述电解槽组件的出水端分别设置有碱水电磁阀和酸水电磁阀；温控，其设置在所述水箱或水箱内的管道内，用于检测待测量水的温度；以及电控组件，其与所述温控的输出端连接，并向所述电解槽组件施加工作电压对待测量水进行电解，并采集所述电解槽组件反馈的电流值，再根据施加工作电压值、电流值和温控所测的水温计算出待测量水的电导率。

优选地，上述技术方案中，计算出的所述待测量水的电导率通过修正系数进行修正，该修正系数是根据电压、电极的长度和面积、电极的间距所计算出来。

优选地，上述技术方案中，待测量水的电导率的温度补偿公式为：

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：该饮水设备的水质测量系统利用饮水设备中的直流电源、电解槽和温控等固有元件来实现水质的测量，测量成本低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的饮水设备的水质测量系统的流程图。

图2是本发明的饮水设备的水质测量系统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。

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饮水设备的水质测量系统的包括：碱水电磁阀1、电解槽组件2、酸水电磁阀3、电控组件4、水泵5、温控6和水箱7，其中，水箱7通过水泵5向电解槽组件2内供给待测量水，电控组件4会给施加一个工作电压给电解槽组件2，电解槽组件2对其内的待测量水进行电解，电解好的水从碱水电磁阀1和酸水电磁阀3中排出。在这个施加电压下，电解槽组件2会反馈一个电流值，采集该电流值，即可计算出被待测量水的电阻值，并由该电阻值计算出待测量水的电导率，进而实现水质的测量，该饮水设备的水质测量系统利用饮水设备中的固有元件进行水质测量的成本低，适用范围广。

其中，电解槽组件2用于对待测量水进行电解，其进水端通过管路与水 箱7连通，该管路上设置有水泵5，水泵5由水箱7向电解槽组件2内抽取待测量水。碱水电磁阀1和酸水电磁阀3均与电解槽组件2的出水端连接，用于排出电解槽组件2中电解好的待测量水。

温控6设置在水箱7内，用于对水箱7内的待测量水(饮用水)进行加热或制冷，并检测待测量水的温度；温控6的输出端与电控组件4连接，用于将测得的待测量水的水温传递给电控组件4。

电控组件4用于向电解槽组件2施加一个工作电压对待测量水进行电解，并采集电解槽组件2反馈的电流值，再根据该电压值、电流值和温控6所测的水温计算出待测量水的电导率，进而实现对水质的测量。如图2所示，具体过程为：电控组件4(直流电源)给电解槽组件2上电，这时会有一个基本的设定电压值U已知，然后通电反馈电路，捕捉到电流反馈I值，通过这两个值，我们可以计算出电阻R值。这个电阻R值为把水当作电阻的水电阻值。如果把整个电解槽看作为一个电阻的话，那么，极板就是电阻的端子，极板的面积就是电阻的截面积S，极的距离就是电阻的长度L。再根据电阻定律和欧姆定律：

水的电阻R＝U/I＝ρL/S，那么未知的电阻率ρ＝RS/L，而电阻率的倒数为电导率，即电导率k＝1/ρ。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，

初始状态下，水箱7加好水，在水泵5的运行下，水经过管路到达电解 槽组件2内，这时电解槽组件2开始工作，电解好的水从碱水电磁阀1和酸水电磁阀3出来。在工作的过程中，电控组件4会给施加一个工作电压给电解槽组件2，在这个施加电压下，电解槽组件2会反馈一个电流值，电控组件4将对应的电压、电流和温控6所测的水温按上述方法进行运算。

在设计阶段，我们先把水的电导率(或TDS值)测出来，以电导率k为0.04S/m的水质为例，水以800毫升/分钟的流速通过上述电解槽，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)	电导率(S/m)
				4	0.062	64.52	0.0155
5	0.084	59.52	0.0168
				6	0.108	55.56	0.0180
7	0.139	50.36	0.0199
				8	0.16	50.00	0.0200
9	0.182	49.45	0.0202
				10	0.206	48.54	0.0206

上表对应的分析图如图3所示，我们把这条线分为两个阶段：4～7V线性斜率变化大的为第一阶段，7～10V线性斜率变化小的为第二阶段，我们可以选取7V以上的任意电压值作为固定电压值。

在实际的应用中：通过上述的过程，在我们应用系统中所测的电导率要增加修正系数η，才会和真实值一致，这里所说的真实值是通过其它电导率专业仪器所测值。结合上面的实际案例，我们将修正系数定为2，当电压在7V及以上时，我们的实测结果和理论结果是一致的。如果说在我们应用系统中所测的电导率标记为K，那么显示值就是K′＝2K。那么通过更多的数据也证明了同一电解槽，这个修正系数是固定的。这个修正系数是一种电解槽通过设计前的测试确定的，一种电解槽对应一个修正系数。

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，该饮水设备的水质测量系统利用饮水设备中的直流电源、电解槽 和温控等固有元件来实现水质的测量，测量成本低，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 (3)

1.一种饮水设备的水质测量系统，其特征在于，包括：

水箱；

电解槽组件，其进水端通过管路与所述水箱连通，该管路上设置有水泵，所述电解槽组件的出水端分别设置有碱水电磁阀和酸水电磁阀；

温控，其设置在所述水箱或水箱内的管道内，用于检测待测量水的温度；以及

电控组件，其与所述温控的输出端连接，并向所述电解槽组件施加工作电压对待测量水进行电解，并采集所述电解槽组件反馈的电流值，再根据施加工作电压值、电流值和温控所测的水温计算出待测量水的电导率。

2.根据权利要求1所述的饮水设备的水质测量系统，其特征在于，计算出的所述待测量水的电导率通过修正系数进行修正，修正系数是根据电压、电极的长度和面积、电极的间距所计算出来。

3.根据权利要求2所述的饮水设备的水质测量系统，其特征在于，所述待测量水的电导率的温度补偿公式为：

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。