CN106153847B - 一种水质检测仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水质检测仪，包括控制器、第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路、第二隔离回路、TDS探头和PH探头；所述控制器根据预置时间向所述第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路和第二隔离回路输出电平信号，所述电平信号为高电平信号或者低电平信号，所述控制器还用于读取所述TDS探头和PH探头的数据；第一、第二、第三控制回路和第一、第二隔离回路用于根据电平信号控制TDS探头和PH探头所在回路的导通或断开，使得TDS探头和PH探头能分时工作。该水质检测仪实现了同一产品能够同时测试PH值和TDS值，提高了产品的利用率、节约了成本，并且可以提高测试的精确度和测试效率。

Description

一种水质检测仪
技术领域
本发明涉及溶液检测技术领域，尤其涉及一种水质检测仪。
背景技术
PH：氢离子浓度指数(hydrogen ion concentration)是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比值。表示溶液酸碱度的数值，pH＝-lg(H+)即所含氢离子浓度的常用对数的负值。PH仪采用复合PH电极，PH复合探头的原理为：用氢离子玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差，来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得被测液体的PH值。
TDS：(Total dissolved solids，总溶解固体)，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。TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。总溶解固体指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。TDS仪采用电方法测出液体的电导率，根据电导率来评估液体的TDS值。
目前需要测量PH值和TDS值时，一般都是使用单独的测试PH值测试计、单独的TDS值测试计，分开进行测试。很少有能同时测试PH值与TDS值的产品，能够同时测试PH值与TDS值的测试计，一般是通过物理方式隔离测试，无法实现同时测试液体的PH值与TDS值。
无法同时测试PH值和TDS值，或者不能先在同一杯测试溶液中先测试PH值再测试TDS值，或者不能在同一杯测试溶液中先测试TDS值再测试PH值，主要存在如下问题：
(1)PH探头放于液体测试时，必先给PH参考电极提供一参考电压，参考电极及测试电极与被测液体发生离子交换，PH测试探头与参考电极间会产生电压差，不同的电压差值对应不同的PH值。由于被测液体经过离子交换，带有一定的电荷，此时，被测液体如果有TDS探头放入，因TDS有不同的电势，且PH探头离子交换缓慢，被测试液体电荷被改变，从而使PH测试探头与参考电极间的电压无法真实反应被测试的PH值。
(2)TDS探头放于被测液体测试时，TDS两个探头间产生一定的电压差，根据此时的电压差，可以评估被测液体的TDS值。此时再放入PH探头，代电的PH探头影响水中电离情况。使TDS两个探头间产生一定的电压差发生改变，从而无法客观反应被测液体的电导率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种水质检测仪，旨在解决不能同时检测溶液中PH值和与TDS值的问题。
本发明是这样实现的，一种水质检测仪，包括控制器、第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路、第二隔离回路、TDS探头和PH探头；
所述控制器根据预置时间向所述第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路和第二隔离回路输出电平信号，所述电平信号为高电平信号或者低电平信号，所述控制器还用于读取所述TDS探头和PH探头的数据；
所述第一控制回路分别与所述控制器、所述第一隔离回路相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第一控制回路导通；
所述第二控制回路分别与所述控制器、所述第二隔离回路相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第二控制回路导通；
所述第一隔离回路分别与所述控制器、所述TDS探头的第一端相连，用于在接收到所述控制器的电平信号时，导通或关闭所述第一隔离回路；
所述第二隔离回路分别与所述控制器、所述TDS探头的第二端相连，用于在接收到所述控制器的电平信号时，导通或关闭所述第二隔离回路；
所述TDS探头将采集到的待测溶液中溶解性物质的数据输出到所述控制器；
所述第三控制回路分别与所述控制器、所述PH探头的第一端相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第三控制回路与所述PH探头之间的线路导通；
所述PH探头的第二端与所述控制器相连，所述PH探头用于将采集到的待测溶液的PH数值输出到所述控制器。
进一步地，所述水质检测仪还包括PH放大跟随模块，所述PH放大跟随模块分别与所述控制器、所述PH探头的第二端相连，用于将采集到的PH数据信号进行放大。
进一步地，所述第三控制回路包括NPN型的三极管Q6、P沟道的MOS管Q5、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；
所述三极管Q6的基极通过所述电阻R11与所述控制器相连，所述三极管Q6的集电极通过所述电阻R10、电阻R9与所述PH放大跟随模块的第一端相连，所述三极管Q6的发射极接地，所述三极管Q6的基极还通过所述电阻R12接地；
所述MOS管Q5的栅极通过所述电阻R10与所述三极管Q6的集电极相连，所述MOS管Q5的源极与所述PH放大跟随模块的第一端相连，所述MOS管Q5的漏极与所述PH探头的第一端相连；
所述PH放大跟随模块的第二端接所述PH探头的第二端，所述PH放大跟随模块的第三、第四端与所述控制器相连。
进一步地，所述第一控制回路包括电阻R3、电阻R4和NPN型的三极管Q3；
所述三极管Q3的基极通过所述电阻R3与所述控制器相连，所述三极管Q3的集电极与所述第一隔离回路的一端相连，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的基极还通过所述电阻R4接地。
进一步地，所述第一隔离回路包括电阻R2、PNP型的三极管Q1和二极管D1；
所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2与所述三极管Q3的集电极相连，所述三极管Q1的集电极与所述TDS探头的第一端相连，所述三极管Q1的发射极与所述控制器相连；
所述二极管D1的正极与所述TDS探头的第一端相连，所述二极管D1的负极与所述控制器相连。
进一步地，所述第二控制回路包括电阻R5、电阻R6和NPN型的三极管Q4；
所述三极管Q4的基极通过所述电阻R6与所述控制器相连，所述三极管Q4的集电极与所述第二隔离回路的一端相连，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的基极还通过所述电阻R5接地。
进一步地，所述第二隔离回路包括电阻R7、PNP型的三极管Q2和二极管D2；
所述三极管Q2的基极通过所述电阻R7与所述三极管Q4的集电极相连，所述三极管Q2的集电极与所述TDS探头的第二端相连，所述三极管Q2的发射极与所述控制器相连；
所述二极管D2的正极与所述TDS探头的第二端相连，所述二极管D2的负极与所述控制器相连。
进一步地，所述水质检测仪还包括电阻R1和电阻R8；
所述第一隔离回路通过所述电阻R1与所述控制器相连；
所述第二隔离回路通过所述电阻R8与所述控制器相连。
进一步地，所述控制器为单片机。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：所述的水质检测仪采用第一、第二、第三控制回路和第一、第二隔离回路相结合的结构与所述TDS探头和PH探头相连，控制器根据预置时间输出不同的电平信号，使得TDS探头和PH探头分时工作，实现了在同一检测仪上能够同时测试PH值与TDS值，提高了检测仪的利用率、检测的效率，以及简化了对溶液检测操作步骤。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的水质检测仪的电路模块示意图；
图2是本发明第二实施例提供的水质检测仪的电路结构示意图；
图3是本发明实施例中控制器内其中一种预置时间的示意图；
图4是图2的第一种导通情况示意图；
图5是图2的第二种导通情况示意图；
图6是图2的第三种导通情况示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种水质检测仪，包括控制器101、第一控制回路102、第二控制回路104、第三控制回路106、第一隔离回路103、第二隔离回路105、TDS探头107和PH探头108。各个回路以及各个器件的详细说明如下：
控制器101根据预置时间向第一控制回路102、第二控制回路104、第三控制回路106、第一隔离回路103和第二隔离回路105输出电平信号，电平信号为高电平信号或者低电平信号。控制器101还用于读取TDS探头107和PH探头108的数据。
第一控制回路102分别与控制器101、第一隔离回路103相连，用于在接收到控制器101的高电平信号时，使第一控制回路102导通。
第二控制回路104分别与控制器101、第二隔离回路104相连，用于在接收到控制器101的高电平信号时，使第二控制回路104导通。
第一隔离回路103分别与控制器101、TDS探头107的第一端相连，用于在接收到控制器101的电平信号时，导通或关闭第一隔离回路103。
第二隔离回路105分别与控制器101、TDS探头107的第二端相连，用于在接收到控制器101的电平信号时，导通或关闭第二隔离回路105。
TDS探头107将采集到的待测溶液中溶解性物质的数据输出到控制器101。
第三控制回路106分别与控制器101、PH探头108的第一端相连，用于在接收到控制器101的高电平信号时，使第三控制回路106与PH探头108之间的线路导通。
PH探头108的第二端与控制器101相连，PH探头108用于将采集到的待测溶液的PH数值输出到控制器101。
该水质检测仪为了避免两路信号互相干扰，TDS探头107采样数据与PH探头108采样数据采用分时工作的方式，即，TDS探头107采样数据时，PH探头108停止采样数据，避免了PH探头108与被测液体间的离子交换影响测试结果；PH探头108采样数据时，TDS探头107停止采样数据，从而提高了检测仪的利用率和检测效率。
在上述实施例的基础上，水质检测仪还包括PH放大跟随模块，PH放大跟随模块分别与控制器101、PH探头108的第二端相连，用于将采集到的PH数据信号进行放大。
请参阅图2，图2是本发明第二实施例提供的水质检测仪的电路结构示意图。与第一实施例相同的部分内容，请参考上述实施例，在此不再赘述。
第三控制回路106包括NPN型的三极管Q6、P沟道的MOS管Q5、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12。三极管Q6的基极通过电阻R11与控制器101相连，三极管Q6的集电极通过电阻R10、电阻R9与PH放大跟随模块U1的第一端相连，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极还通过电阻R12接地。MOS管Q5的栅极通过电阻R10与三极管Q6的集电极相连，MOS管Q5的源极与PH放大跟随模块U1的第一端相连，MOS管Q5的漏极与PH探头108的第一端相连。PH放大跟随模块U1的第二端接PH探头108的第二端，PH放大跟随模块U1的第三、第四端与控制器101相连。
第一控制回路102包括电阻R3、电阻R4和NPN型的三极管Q3。三极管Q3的基极通过电阻R3与控制器101相连，三极管Q3的集电极通过电阻R2与三极管Q1的基极相连，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极还通过电阻R4接地。
第一隔离回路103包括电阻R2、PNP型的三极管Q1和二极管D1。三极管Q1的基极通过电阻R2与三极管Q3的集电极相连，三极管Q1的集电极与TDS探头107的第一端相连，三极管Q1的发射极与控制器101相连。二极管D1的正极与TDS探头107的第一端相连，二极管D1的负极与控制器101相连，二极管D1的负极还使用TDS信号采样与控制器101相连。
第二控制回路104包括电阻R5、电阻R6和NPN型的三极管Q4。三极管Q4的基极通过电阻R6与控制器101相连，三极管Q4的集电极通过电阻R7与三极管Q2的基极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极还通过电阻R5接地。
第二隔离回路105包括电阻R7、PNP型的三极管Q2和二极管D2。三极管Q2的基极通过电阻R7与三极管Q4的集电极相连，三极管Q2的集电极与TDS探头107的第二端相连，三极管Q2的发射极与控制器101相连。二极管D2的正极与TDS探头107的第二端相连，二极管D2的负极与控制器101相连。
水质检测仪还可以包括电阻R1和电阻R8。第一隔离回路103通过电阻R1与控制器101相连。第二隔离回路105通过电阻R8与控制器101相连。具体的，电阻R1的一端与控制器101相连，电阻R1的另一端与二极管D1的负极相连，电阻R1的另一端还与三极管Q1的发射极相连。电阻R8的一端与控制器101相连，电阻R8的另一端与二极管D2的负极相连，电阻R8的另一端还与三极管Q2的发射极相连。
上述各个回路可以做成单独的各个模块，或者将几个回路集成在一个模块内部，或者也可以将各个回路都集成在IC内部。
控制器101可以为单片机201。采用单片机201分时段向各个回路输出电平信号，以及对TDS探头107和PH探头108采集到的数据进行读取、分析。
本发明的水质检测仪，第一、第二和第三控制回路102、104和106，以及第一、第二隔离回路103、105在设计时，采用了PN结(PN junction)单向导电性的特点，在与TDS探头107连接的回路中外加了有PN结的三极管，在与PH探头108连接的回路中也外加了有PN结的三极管。PN结，采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面就形成了空间电荷区。在进行PH测试时，由于三极管Q3、Q4、Q1、Q2的PN结形成反向电动势，形成背离，阻碍离子交换，使TDS探头107停止工作，并与被测液体隔离。从而使PH值可以精确测试。同理，在进行TDS测试时，由于三极管Q6、Q5的PN结形成反向电动势，形成背离，阻碍离子交换，使PH探头108停止工作，并与被测液体隔离。从而使TDS值可以精确测试。
控制器101的预置时间根据实际的检测需要来设定，比如，预置时间的一个周期可以设定为第一时间段对PH值进行测试，第二时间段从PH值测试切换到TDS值测试，第三时间段对TDS值进行测试，第四时间段从TDS值测试切换到PH值测试。或者，也可以先测试TDS值，再测试PH值。各个时间段中测试时间的长短根据实际情况做相应的调整。
为了更清楚地说明预置时间中各个时间段内各回路的工作情况及探头的工作情况，设预置时间中一个采样工作周期为100ms，其中，第一时间段1ms至92ms为PH采样期，第二时间段93ms至94ms为切换期，第三时间段95ms至98ms为TDS采样期，第四时间段99ms至100ms为切换期，如图3所示。下面根据该列举的周期，对各个回路的具体工作情况进行说明：
第一时间段(1ms至92ms)：如图4所示，单片机201将PH控制信号置高电平，TDS控制信号置为零电平，TDS检测信号1与TDS检测信号2置高电平。①、TDS控制信号置为零电平，使三极管Q3、Q4开路，三极管Q3与Q4的C极分别通过电阻与三极管Q1、Q2连接，有大于零电位，则三极管Q3、Q4的B极与C极背离，存在相应电动势，阻碍两端离子交换。②、TDS检测信号1与TDS检测信号2置高电平，液体点位小于此高电位，此电位差使P型三极管Q1、Q2的B极与E极的PN结背离，存在相应电动势，阻碍三极管Q1、Q2两端离子交换，同理二极管D1、D2背离，它们的PN结背离，存在相应电动势，阻碍两端离子交换。由上①②两点，TDS探头107在此状态下，完全从测试系统背离，无离子交换。③、PH控制信号输出高压电平，驱动MOS管Q5导通，单片机201可以通过PH放大跟随模块U1后采集到需要的PH数据。
第二时间段(93ms至94ms)：TDS控制信号与PH控制信号均为低电平，单片机201停止采样信号，为系统切换及恢复时间。
第三时间段(95ms至98ms)：如图5和图6所示，该时间段为TDS探头107进行数据的采样。
95ms至96ms，如图5所示，单片机201将PH控制信号置为零电平，TDS控制信号置为高电平，TDS测试信号1置为高电平，TDS测试信号2置为零电平。PH控制信号零电平驱动MOS管Q5关闭，使PH参考电极与测试系统断开，无电压输出。TDS控制信号驱动三极管Q3、Q4导通，三极管Q3与三极管Q4导通的C极为零电位。TDS测试信号1为高电平，TDS测试信号2置为零电平，测试电流从TDS测试信号1经过电阻R1、三极管Q1、TDS探头107、被测液体、二极管D2、电阻R8到TDS测试信号2。单片机201通过TDS检测信号口读取相关数据。
97ms至98ms，如图6所示，单片机201将PH控制信号置为零电平，TDS控制信号置为高电平，TDS测试信号2置为高电平，TDS测试信号1置为零电平。PH控制信号零电平驱动MOS管Q5关闭，使PH参考电极与测试系统断开，无电压输出。TDS控制信号驱动三极管Q3与三极管Q4导通，三极管Q3与三极管Q4导通的C极为零电位。TDS测试信号2为高电平，TDS测试信号1置为零电平，测试电流从TDS测试信号2经过电阻R8、三极管Q2、TDS探头107、被测液体、二极管D1、电阻R1到TDS测试信号1。单片机201通过TDS检测信号口读取相关数据。
根据95ms到98ms读取的相关数据，经过相应处理，可以得出液体对应的TDS值。
第四时间段(99ms至100ms)：TDS控制信号与PH控制信号均为低电平，单片机201停止采样信号，为系统切换及恢复时间。
经过多次如上的周期测试，即可以得到对应液体的TDS值和PH值。
本发明的水质检测仪能够使TDS探头107和PH探头108分时工作，实现了同一产品能够同时测试PH值和TDS值，提高了产品的利用率，节约了成本，并且还提高了测试的精确度和测试效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水质检测仪，其特征在于，包括控制器、第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路、第二隔离回路、TDS探头和PH探头；
所述控制器根据预置时间向所述第一控制回路、第二控制回路、第三控制回路、第一隔离回路和第二隔离回路输出电平信号，所述电平信号为高电平信号或者低电平信号，所述控制器还用于读取所述TDS探头和PH探头的数据；
所述第一控制回路分别与所述控制器、所述第一隔离回路相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第一控制回路导通；
所述第二控制回路分别与所述控制器、所述第二隔离回路相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第二控制回路导通；
所述第一隔离回路分别与所述控制器、所述TDS探头的第一端相连，用于在接收到所述控制器的电平信号时，导通或关闭所述第一隔离回路；
所述第二隔离回路分别与所述控制器、所述TDS探头的第二端相连，用于在接收到所述控制器的电平信号时，导通或关闭所述第二隔离回路；
所述TDS探头将采集到的待测溶液中溶解性物质的数据输出到所述控制器；
所述第三控制回路分别与所述控制器、所述PH探头的第一端相连，用于在接收到所述控制器的高电平信号时，使所述第三控制回路与所述PH探头之间的线路导通；
所述PH探头的第二端与所述控制器相连，所述PH探头用于将采集到的待测溶液的PH数值输出到所述控制器；
所述第一控制回路包括电阻R3、电阻R4和NPN型的三极管Q3；
所述三极管Q3的基极通过所述电阻R3与所述控制器相连，所述三极管Q3的集电极与所述第一隔离回路的一端相连，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的基极还通过所述电阻R4接地；
所述第一隔离回路包括电阻R2、PNP型的三极管Q1和二极管D1；
所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2与所述三极管Q3的集电极相连，所述三极管Q1的集电极与所述TDS探头的第一端相连，所述三极管Q1的发射极与所述控制器相连；
所述二极管D1的正极与所述TDS探头的第一端相连，所述二极管D1的负极与所述控制器相连；
所述第二控制回路包括电阻R5、电阻R6和NPN型的三极管Q4；
所述三极管Q4的基极通过所述电阻R6与所述控制器相连，所述三极管Q4的集电极与所述第二隔离回路的一端相连，所述三极管Q4的发射极接地，所述三极管Q4的基极还通过所述电阻R5接地；
所述第二隔离回路包括电阻R7、PNP型的三极管Q2和二极管D2；
所述三极管Q2的基极通过所述电阻R7与所述三极管Q4的集电极相连，所述三极管Q2的集电极与所述TDS探头的第二端相连，所述三极管Q2的发射极与所述控制器相连；
所述二极管D2的正极与所述TDS探头的第二端相连，所述二极管D2的负极与所述控制器相连。
2.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述水质检测仪还包括PH放大跟随模块，所述PH放大跟随模块分别与所述控制器、所述PH探头的第二端相连，用于将采集到的PH数据信号进行放大。
3.根据权利要求2所述的水质检测仪，其特征在于，所述第三控制回路包括NPN型的三极管Q6、P沟道的MOS管Q5、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；
所述三极管Q6的基极通过所述电阻R11与所述控制器相连，所述三极管Q6的集电极通过所述电阻R10、电阻R9与所述PH放大跟随模块的第一端相连，所述三极管Q6的发射极接地，所述三极管Q6的基极还通过所述电阻R12接地；
所述MOS管Q5的栅极通过所述电阻R10与所述三极管Q6的集电极相连，所述MOS管Q5的源极与所述PH放大跟随模块的第一端相连，所述MOS管Q5的漏极与所述PH探头的第一端相连；
所述PH放大跟随模块的第二端接所述PH探头的第二端，所述PH放大跟随模块的第三、第四端与所述控制器相连。
4.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述水质检测仪还包括电阻R1和电阻R8；
所述第一隔离回路通过所述电阻R1与所述控制器相连；
所述第二隔离回路通过所述电阻R8与所述控制器相连。
5.根据权利要求1所述的水质检测仪，其特征在于，所述控制器为单片机。
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