CN105170545A - 一种用于ph值检测的传感器探头清洗方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于PH值检测的传感器探头清洗方法与装置，待检测液体水池下部经第一水泵连接检测容器上部，待检测液体水池顶部经第二电磁阀和检测容器底部相连；检测容器上部通过连通管道以及第二水泵连接清洗水水桶下部，清洗水水桶顶部经第一电磁阀连接检测容器底部；清洗水水桶内装有清洗水、液位传感器并且嵌有过滤装置，清洗水的高度低于过滤装置；在检测容器外壁上沿圆周方向均匀布置4个相同的超声波换能器；将检测溶液的PH值检测和清洗传感器探头的操作步骤都在一个容器中完成，利用超声波自动清洗来有效清除探头处的污垢；清洗探头所用的清洗水不需要外部提供，清洗PH传感器探头的水经过滤装置过滤后可以被重复利用。

Description

一种用于PH值检测的传感器探头清洗方法与装置

技术领域

本发明涉及一种PH值传感器探头的清洗技术，PH值传感器探头浸泡在待测溶液中用于检测溶液的PH值，主要应用于需要PH值在线检测的现代工业生产和环境监测领域。

背景技术

PH值检测常用于工业生产中的质量控制和环境保护等场合，在大多数工业生产或者环境监测领域中待检测溶液或多或少都有一定的污染性，如悬浊液、乳浊液、易结晶溶液、粘度大的溶液以及含油污、纤维、颗粒的溶液等，这类介质常会污染PH传感器的探头，会在探头表面结垢，导致探头电极零点的漂移，灵敏度降低，响应时间延长，使得测量精度下降，乃至测量失真。由于长时间的浸泡在待测溶液中使得探头表面结垢，目前最常用的的解决方法是溶液PH值的检测和PH传感器探头的清洗是分开进行的，即将PH传感器探头先在一个清洗容器中清洗干净后，再把PH传感器移动到盛有待检测溶液的容器中进行溶液的PH值测量，使得测量步骤繁琐，测量时间加长，并且由于每次清洗探头的自来水不能循环利用，从一定程度上造成了水资源的浪费。传统的清洗探头的方法是用机械刷子或者刮片清洗，由马达带动做反复运动，来刮除电极表面的结垢，这些方法对PH传感器的电极的寿命有影响并且不可靠。还有的用化学药物清洗，虽然采用的清洗液应能迅速高效的溶解传感器电极上的结垢，但是每次清洗时需要取下传感器。以上方法给实际在线快速测量都带来很大不便。

发明内容

针对目前工业生产中PH值测量过程中出现的一系列问题，尤其是PH值传感器探头的清洗维护和测量精度问题，本发明提出了一种利用超声波自动清洗PH传感器探头的装置及方法，PH传感器探头的清洗以及PH值的检测都是在一个容器中完成，每次清洗探头的清洗水经过过滤装置的过滤后可以循环利用，使得操作步骤简单，更具实用性，确保PH值传感器的测量精度。

为达到上述目的，本发明一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置采用的技术方案是：具有待检测液体水池和检测容器，待检测液体水池中是待检测溶液，检测容器内部中心轴处设置PH传感器，待检测液体水池下部经第一水泵连接检测容器上部，待检测液体水池顶部经第二电磁阀和检测容器底部相连；检测容器上部通过连通管道以及第二水泵连接清洗水水桶下部，清洗水水桶顶部经第一电磁阀连接检测容器底部；清洗水水桶内装有清洗水、液位传感器并且嵌有过滤装置，清洗水的高度低于过滤装置；在检测容器外壁上沿圆周方向均匀布置4个相同的超声波换能器，4个相同的超声波换能器通过信号线连接超声波发生器；PH传感器、液位传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、超声波发生器与单片机直接相连。

所述传感器探头清洗装置的清洗方法采用的技术方案是包括以下步骤：

A、单片机控制关闭第一电磁阀和第二电磁阀，控制第二水泵开启，使清洗水被抽送至检测容器内，然后控制第二水泵的抽水功率和第一电磁阀的开度，使得经过第二水泵抽送进检测容器中的水量和经过第一电磁阀排放的水量相同，检测容器中的水高度不变；

B、单片机控制超声波发生器工作，超声波发生器带动4个相同的超声波换能器在检测容器上振动，超声波换能器产生的振动经由水传导至PH传感器的探头处，清洗PH传感器的探头上污垢；

C、单片机控制关闭超声波发生器和第二水泵，完全打开第一电磁阀，使污垢流至清洗水水桶中，经过滤装置过滤后，污垢与清洗水分离。

与已有方法和技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中的清洗探头所用的清洗水不需要外部提供。清洗PH传感器探头的水经过滤装置过滤后可以被重复利用，实现了清洗水的循环使用，不需要外部水源，解决了有些应用场合检测PH值清洗水短缺的问题。

2、本发明在PH传感器探头的清洗全程采用嵌入式系统智能控制清洗传感器探头，实现了清洗过程的全自动化，避免了人工清洗操作。

3、本发明利用超声波自动清洗来有效清除探头处的污垢，减少了因探头污垢而影响测量精度的问题。

4、本发明考虑到清洗水由于蒸发而日渐减少，过滤堵塞清洗水水位下降等原因，设计了清洗水低液位报警装置，当清洗水水桶中的水位低于一定的液位时，可以自动通知人工加水。

5、本发明将检测溶液的PH值检测和清洗传感器探头的操作步骤都在一个容器中完成，避免PH传感器来回移动造成传感器损坏。

附图说明

图1为本发明一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置的整体结构示意图；

图2为图1中超声波换能器在检测容器上的分布俯视示意图；

图3为图1中清洗水低液位时的报警装置结构放大示意图；

图4为本发明一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置的控制结构框图；

图5为本发明一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置的工作流程图。

附图中各部件的序号和名称：

1、待检测液体水池，2清洗水水桶，3、水泵，4、水泵，5、电磁阀，6、电磁阀，7，单片机，8、超声波发生器，9、超声波换能器，10、检测容器，11、PH传感器，12、下水平固定板，13、清洗水，14、过滤装置，15、竖直固定板，16、上水平固定板，17、PH传感器固定支架，18、三角铁，19、三角铁，20、螺丝孔，21、连通管道，22、悬挂固定钢丝，23、报警器，24、待检测溶液，26、信号线，27、上铜片电极，28、下铜片电极，29、过孔，30、液位传感器，31、导线，32、防溢导流管。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置的整体结构示意图，具有待检测液体水池1和检测容器10，待检测液体水池1中是待检测溶液24，待检测液体水池1的下部经水泵3和对应的管道连接检测容器10上部，在待检测液体水池1和检测容器10之间的管道上安装水泵3，管道接口处用防水胶完全密封。待检测液体水池1的顶部经防溢导流管32连接待检测液体水池1，防溢导流管32用于防止抽送到检测容器10中的待检溶液24高过一定的液位，并且防溢导流管32与检测容器10中与其对应的过孔相接的管道接口处同样用防水胶完全密封，用于防止漏水。待检测液体水池1的顶部还经电磁阀6及对应的管道和检测容器10的底部相连。检测容器10的上部还通过连通管道21以及水泵4连接清洗水水桶2的下部，水泵4安装在连通管道21上。清洗水水桶2的顶部经对应的管道和管道上安装的电磁阀5连接检测容器10的底部，清洗水水桶2和检测容器10与管道接口处用防水胶完全密封，用于防止漏水。

清洗水水桶2内装有清洗水13并且嵌有过滤装置14，清洗水13的高度低于过滤装置14。过滤装置14将清洗水水桶2分成上下两半，清洗水13在下半腔内。清洗水水桶2是上部半径大、下部半径小的圆台形状，便于嵌入过滤装置14，安装过滤装置14时，清洗水水桶2的内壁上设计固定槽，过滤装置14被嵌入固定到清洗水水桶2中的固定槽里，过滤装置14的材质是具有良好过滤能力的生物膜。

再参见图2，在检测容器10外壁上沿圆周方向均匀布置4个相同的超声波换能器9，4个相同的超声波换能器9两两相隔90度通过高粘度的树脂被固定在检测容器10外壁上，并且4个超声波换能器处于同一水平高度上，以达到清洗干净PH传感器11探头的目的。超声波换能器9是超声波清洗的关键部件，采用特种耐振动、耐高温材料制成。4个相同的超声波换能器9通过信号线26连接超声波发生器8。超声波发生器8连接外接电源，能够将流入的市电转化为与超声波换能器9相匹配的高频交流电信号输出装置，考虑到温度等因素的影响，目前常用频率在20kHz~70kHz之间。

在检测容器10的内部中心轴处设置PH传感器11，PH传感器11的中心与检测容器10的中心共线，PH传感器11上端伸出检测容器10顶部外，并且通过悬挂固定钢丝22固定连接PH传感器固定支架17。PH传感器固定支架17和悬挂固定钢丝22通过焊接而垂直相连，悬挂固定钢丝22通过PH传感器11上自带的固定孔相连接，并将PH传感器11放入到检测容器10中，其中PH传感器固定支架17的材质为钢材。

由上水平固定板16、下水平固定板12和竖直固定板15组成本装置的固定放置架。上水平固定板16和下水平固定板12均与竖直固定板15相垂直连接，上水平固定板16位于水平固定板12的正上方，两者相互平行。上水平固定板16、下水平固定板12与竖直固定板15的材质全是钢材并由焊接制成，其中下水平固定板12和上水平固定板16之间留有一定的距离，并且都与竖直固定板15成正交90度焊接而成，为保证固定放置架的稳定性对其使用了三角铁18对上水平固定板16进行加固处理、用三角铁19对下水平固定板12进行加固处理，下水平固定板12使用了4个相同的螺丝穿过对应的4个螺丝孔20进行固定。

将检测容器10放置在固定放置架的上水平固定板16上，上水平固定板16还放置有超声波发生器8、单片机7和报警器23。固定放置架的下水平固定板12上放置清洗水水桶2和水泵4。PH传感器固定支架17穿过竖直固定板15上的过孔，并且与竖直固定板15相垂直，固定焊接在竖直固定板15上。

连通管道21和防溢导流管32的材质都为耐腐蚀、耐高温的聚四氟乙烯材料，检测容器10的材质为由一定厚度的耐腐蚀透明的石英玻璃制成，清洗水水桶2的材质是塑料。

如图3所示，在清洗水水桶2内部，除设有过滤装置14外还安装液位传感器30，液位传感器30通过防水胶被固定在清洗水水桶2的内壁上。液位传感器30经导线31连接位于清洗水水桶2外部的单片机7，单片机7连接报警器23。液位传感器30下段有露出的上铜片电极27和下铜片电极28，液位传感器30的外部保护套为PVC材质的防水软管，内部有两根铜线分别与上铜片电极27和下铜片电极28相连，内部两根铜线同样用防水材质的PVC塑料包裹着，并且露出的上铜片电极27、下铜片电极28与液位传感器30外部保护套接口处使用防水胶完全密封，以达到液位传感器30的信号线完全防水的目的。液位传感器30下部通过过滤装置14上的过孔29被放置到清洗水水桶2的底部。由于水也是导体，当清洗水13水位高过上铜片电极27处时，由于上铜片电极27和下铜片电极28都处于清洗水13中，单片机7可以检测到其构成回路。当清洗水13液位低于上铜片电极27处时，上铜片电极27与清洗水13分离，从而暴露在空气中，单片机7检测不到其与下铜片电极28构成回路，此时可以由单片机7智能控制报警器23自动报警以达到通知人工加水的目的。

如图4所示，本装置采用单片机7控制各部件的工作状态，实现了设备的智能化，其中的PH传感器11、液位传感器30、电磁阀5、电磁阀6、超声波发生器8、报警器23都与单片机7直接相连，水泵3通过对应的驱动电路与单片机7相连，水泵4通过对应的驱动电路与单片机7相连；超声波换能器8通过信号线与超声波发生器9相连。电源模块为整个控制电路板和各个模块提供驱动电能。水泵3和水泵4由单片机7控制其工作时间和功率以达到清洗水或待检测溶液在检测容器中的高度，单片机7可以编程控制超声波发生器8的振动频率、振动时间和振动幅值的大小，用以驱动超声波换能器9以达到清洗传感器探头的目的。电磁阀5和电磁阀6的开启和关闭也由单片机7控制，以达到进水和排水的目的，实现全自动化操作。由液位传感器30反馈来的信号经信号线传到单片机7，经单片机7分析处理后作出相应的报警动作，以达到通知人工加水的目的。PH传感器11检测到的PH值最后也经信号线传回到单片机7里，进行数据分析和处理。

如图5所示，为本发明所述的一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置的工作流程图。本发明装置的清洗原理是借助超声波发生器8产生超声波，超声波产生的空化气泡作用于液体和污染物之间进行分散、乳化、剥离污染层，从而实现对目标物的清洗。其中超声波属于机械波，在液体中以一种纵向震荡的方式传播，其波长短、频率高、传播范围广，可传递巨大的能量。在传播过程中能够在物体界面上产生强烈的空化现象，对污物表面进行清洗的原理就可以用这种“空化作用”来解释。另外，本发明利用单片机7编程控制超声波发生器8的工作时间和功率、频率大小以更有效的清除探头表面的结垢，并且利用水泵对待测容器中的清洗水进行循环流动以达到对探头表面冲洗的功能，从而起到将探头表面振动下来的结垢带走的目的。此方法可以减少因传感器探头处结垢而影响测量精度的问题，解决了实际测量过程中传感器探头污染严重、清洗维护难和有些应用场合清洗水不足的缺陷。具体清洗过程如下：

PH值开始检测之前，首先需要清洗PH传感器11的探头。单片机7发出指令信号分别送至电磁阀5和电磁阀6，控制关闭电磁阀5和电磁阀6，单片机7控制水泵4开启并工作一定时间后，使清洗水13被抽送至检测容器10内一定高度后，然后打开电磁阀5。通过单片机7控制水泵4的抽水功率和电磁阀5的开度，清洗水13在检测容器10中形成流动水，使得检测容器10中的水达到循环流动平衡状态，即经过水泵4抽送进检测容器10中的水量和经过电磁阀5排放的水量相同，使得检测容器10中的水高度不变。随后单片机7控制超声波发生器8工作，由超声波发生器8带动4个相同的超声波换能器9在检测容器10上振动，超声波换能器9产生的振动经由水传导至PH传感器11的探头处，起到清洗PH传感器11的探头上污垢的作用，由单片机7编程来控制超声波发生器8的振动功率、振动频率和振动时间以达到充分清洗干净PH传感器11探头处污垢的目的。另一方面，由于水泵4和电磁阀5在超声波发生器8振动期间一直处于开启状态，使得清洗水13一直处于循环流动状态，可以起到冲洗PH传感器11的探头处污垢的目的。污垢经管道流至清洗水水桶2中，经过滤装置14过滤后，污垢与清洗水13分离，使得清洗水13可以被循环利用。超声波发生器8和水泵4工作一定时间后，再由单片机7控制其关闭，完全打开电磁阀5，此时清洗水13经管道排入清洗水水桶2中。由单片机7定时控制电磁阀5的开启时间，待清洗水13完全排入水桶2中一段时间后，再关闭电磁阀5和打开水泵3，目的是让PH传感器11探头上的清洗水13挥发干，以防止对后来测量待检测溶液24的PH值有影响。由单片机7控制水泵3的工作功率和时间，水泵3开始工作一定时间后，使得待检测溶液24被抽送至检测容器10中一定高度后关闭水泵3。待检测溶液24达到预定的液位高度后，启动PH传感器11开始检测注入到检测容器10中的待检测溶液24的PH值，并将数据传送给单片机7做分析处理。最后开启电磁阀6，将待检测溶液24经管道全部排入待待检测液体水池1中，随后关闭电磁阀6，实现了PH传感器11的探头的自动清洗与PH值的检测。

为防止清洗水水桶2中的水由于长时间的蒸发而日渐减少的问题，本发明在此设计了低液位报警装置，当液位传感器30检测到清洗水水桶2中的水位低于一定的预先设定的液位时，会由单片机7自动启动报警器23报警以达到通知人工加水的目的。为防止抽送的待检测溶液24超过一定的液位高度，在此设计了防溢导流管31，当待检测溶液24超过防溢导流管31处的液位时，会由防溢导流管31引流到待检测液体水池1中。

Claims (8)

1.一种用于PH值检测的传感器探头清洗装置，具有待检测液体水池（1）和检测容器（10），待检测液体水池（1）中是待检测溶液（24），其特征是：检测容器（10）内部中心轴处设置PH传感器（11），待检测液体水池（1）下部经第一水泵（3）连接检测容器（10）上部，待检测液体水池（1）顶部经第二电磁阀（6）和检测容器（10）底部相连；检测容器（10）上部通过连通管道（21）以及第二水泵（4）连接清洗水水桶（2）下部，清洗水水桶（2）顶部经第一电磁阀（5）连接检测容器（10）底部；清洗水水桶（2）内装有清洗水（13）、液位传感器（30）并且嵌有过滤装置（14），清洗水（13）的高度低于过滤装置（14）；

在检测容器（10）外壁上沿圆周方向均匀布置4个相同的超声波换能器（9），4个相同的超声波换能器（9）通过信号线连接超声波发生器（8）；PH传感器（11）、液位传感器（30）、第一电磁阀（5）、第二电磁阀（6）、超声波发生器（8）与单片机（7）直接相连。

2.根据权利要求1所述的传感器探头清洗装置，其特征是：待检测液体水池（1）顶部经防溢导流管（32）连接待检测液体水池（1）。

3.根据权利要求1所述的传感器探头清洗装置，其特征是：清洗水水桶（2）是上部半径大、下部半径小的圆台形状，内壁上设有嵌入过滤装置（14）的固定槽，过滤装置（14）将清洗水水桶（2）分成上下两半腔，清洗水（13）在下半腔内。

4.根据权利要求1所述的传感器探头清洗装置，其特征是：4个相同的超声波换能器（9）处于同一水平高度。

5.根据权利要求1所述的传感器探头清洗装置，其特征是：检测容器（10）、超声波发生器（8）、单片机（7）均固定放置在上水平固定板（16）上，第二水泵（4）、清洗水水桶（2）均固定放置在下水平固定板（12）上，上水平固定板（16）和下水平固定板（12）均与竖直固定板（15）垂直连接，上水平固定板（16）位于水平固定板（12）的正上方，两者相互平行且之间留有距离；PH传感器（11）上端伸出检测容器（10）顶部外，通过悬挂固定钢丝（22）固定连接PH传感器固定支架（17），PH传感器固定支架（17）与竖直固定板（15）相垂直固定连接。

6.一种如权利要求1所述用于PH值检测的传感器探头清洗装置的传感器探头清洗方法，其特征是包括以下步骤：

A、单片机（7）控制关闭第一电磁阀（5）和第二电磁阀（6），控制第二水泵（4）开启，使清洗水（13）被抽送至检测容器（10）内，然后控制第二水泵（4）的抽水功率和第一电磁阀（5）的开度，使得经过第二水泵（4）抽送进检测容器（10）中的水量和经过第一电磁阀（5）排放的水量相同，检测容器（10）中的水高度不变；

B、单片机7控制超声波发生器（8）工作，超声波发生器（8）带动4个相同的超声波换能器（9）在检测容器（10）上振动，超声波换能器（9）产生的振动经由水传导至PH传感器（11）的探头处，清洗PH传感器（11）的探头上污垢；

单片机（7）控制关闭超声波发生器（8）和第二水泵（4），完全打开第一电磁阀（5），使污垢流至清洗水水桶（2）中，经过滤装置（14）过滤后，污垢与清洗水（13）分离。

7.根据权利要求6所述的传感器探头清洗方法，其特征是：步骤C后，单片机（7）控制第一水泵（3），待检测溶液（24）被抽送至检测容器（10）中，启动PH传感器（11）检测注入到检测容器（10）中的待检测溶液（24）的PH值，并将数据传送给单片机（7）做分析处理。

8.根据权利要求6所述的传感器探头清洗方法，其特征是：液位传感器（30）检测清洗水水桶（2）中的水位，当液位传感器（30）检测到清洗水水桶（2）中的水位低于预设的液位时，单片机（7）自动启动报警器报警。