CN109765272A - 多功能水质水态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能水质水态检测装置，属于水质检测装置技术领域，包括同时测定电导率和水温，根据被测水的电导率和被测水的温度，计算得到被测水的TDS值和对应的pH值；存储被测水的TDS值、pH值，以及与TDS值对应的TDS‑pH水质水态标准关系表；根据被测水的TDS值、pH值以及TDS‑pH水质水态标准关系表，获取被测水的水质水态标准。本发明可完成不同温度时TDS‑pH、水质水态等指标测量的温度自动补偿，应用温度范围广；无线通信模块与客户端相匹配，为人们显示、使用、交换、实时保存与传输数据提供便利；利用TDS与pH值、以及与水质水态的关系对应表，对水质水态做出宏观分析评价，使人们能够直观的认识到被测水源的可饮用性。

Description

多功能水质水态检测装置

技术领域

本发明涉及水质检测装置技术领域，具体涉及一种多功能水质水态检测装置。

背景技术

TDS是英文total dissolved solids的缩写，中文解释为溶解性总固体，又称总含盐量，定义为水中含有各种溶解性矿物盐类的总量，它包含无机盐和有机物的总量，测量单位为毫克/升(1mg/L＝1ppm)，它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说1升水中的离子总量。通俗的说，TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，水中溶解物杂质越多，说明水中的可导电物质的杂质含量大。就自来水而言，TDS值越高越表明水不纯。TDS水质测试仪就是一种通过测量水的电导率来反映水质矿化程度的仪器。

设计TDS水质检测软件主要检测溶解于水中的总固体含量，从而达到对水质进行检测试，软件通过测量水的电导率来间接的反映TDS值。水的导电性越好，TDS值越大。理论上，相同的水质不同的温度下的TDS值是一致的，而相同水质、不同温度下的电导率是不同的，因此，在不同温度下，通过测量水质电导率获取的相同水质的TDS值是不一样的，所以要精确测量不同水质不同水温下的TDS值，必须有温度补偿，通过测定的水温来进行TDS值的校正。

目前市场上传统TDS测试笔仅能测试单项TDS值，不能测试被测水源的其他指标，如，pH值等，且笔上开数据液晶窗口直接显示其数值，无法实时保存与传输数据，不能对水质水态作出分析，无法使人们能够直观的认识到被测水源是否适于被人们饮用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可检测水源TDS值、pH值等水质水态数据，并能实时保存水质水态数据，使人们能够直观认识到被测水源是否适于饮用的多功能水质水态在线检测装置，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种多功能水质水态检测装置，该装置包括：

电导率测量模块，用于测量被测水的电导率；

水温检测模块，用于检测被测水的温度；

中央处理模块，用于根据被测水的电导率和被测水的温度，计算得到被测水的TDS值，并根据所述TDS值获取对应的被测水的pH值；

存储模块，用于存储被测水的TDS值、pH值以及与TDS值、pH值对应的TDS-pH水质水态标准关系表；

获取模块，用于根据被测水的TDS值、pH值以及TDS-pH水质水态标准关系表，获取被测水的水质水态标准；

显示模块，用于显示被测水的TDS值、pH值，以及与所述TDS值、pH值对应的水质水态标准。

优选的，所述中央处理模块包括：

判断单元，用于确定所述水温检测模块检测到的水温处于的预设温度范围，确定与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系；

补偿计算单元，用于根据所述电导率、所述水温检测模块检测到的水温以及与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系，计算被测水的TDS值，计算出被测水的pH值。

优选地，所述装置包括有外壳，所述电导率测量模块、所述水温检测模块和所述中央处理模块均设于所述外壳内；所述电导率测量模块包括设于所述外壳一端的电极探头；所述水温检测模块为以所述电极探头作为探针的温度传感器；所述中央处理模块为单片机。

优选地，外壳内安装有声光报警模块，声光报警模块与中央处理模块电连接。

优选地，所述外壳上设有与所述中央处理模块连接的功能按键模块，所述功能按键模块包括开关按键、自来水模式按键、冷饮水/可烧水模式按键。

优选地，所述装置还包括电源模块，用于为所述装置的功能实现提供电源。

优选地，所述电源模块为蓄电池。

优选地，所述外壳上设有充电口，所述外壳上还设有充电指示灯和工作指示灯。

优选地，所述外壳上设有电极探头的一端设有端盖。

优选地，所述装置还包括无线通信模块，用于实现所述中央处理模块与所述存储模块间的数据无线传输。

本发明有益效果：体积小、重量轻，携带方便，应用温度范围广，使用精巧裸式的传感元件，5-15秒可完成一次测量，测量快速，可完成不同温度时TDS-pH、水质水态等指标测量的温度自动补偿；应用无线通信模块与客户端相匹配，比现有TDS测量笔更加智能化，为人们显示、使用、交换、实时保存与传输数据提供便利；利用TDS与pH值、以及与水质水态的实验逻辑关系，推导并同步显示水的四项指标——TDS-矿化度、pH值-酸碱度，并能对水质水态做出宏观分析评价，分析水中分子团状态以及对人体健康可能产生的影响等，使人们能够直观的认识到被测水源是否适于饮用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的多功能水质水态检测装置的功能原理框图。

图2为本发明实施例所述的多功能水质水态检测装置的结构图。

图3为本发明实施例所述的多功能水质水态检测装置的工作流程图。

图4为本发明实施例所述的多功能水质水态检测装置的电导率测量流程图。

其中：1-外壳；2-电极探头；3-开关按键；4-自来水模式按键；5-冷饮水/可烧水模式按键；6-充电口；7-充电指示灯；8-工作指示灯；9-端盖。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供了一种多功能水质水态检测装置，该多功能水质水态检测装置包括：

电导率测量模块，用于测量被测水的电导率；

水温检测模块，用于检测被测水的温度；

中央处理模块，用于根据被测水的电导率和被测水的温度，计算得到被测水的TDS值，并根据所述TDS值获取对应的被测水的pH值；

存储模块，用于存储被测水的TDS值、pH值以及与TDS值、pH值对应的TDS-pH水质水态标准关系表；

获取模块，用于根据被测水的TDS值、pH值以及TDS-pH水质水态标准关系表，获取被测水的水质水态标准；

显示模块，用于显示被测水的TDS值、pH值，以及与所述TDS值、pH值对应的水质水态标准。

TDS值表示为1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说1升水中含有的离子总量。

在本发明实施例中，被测水的TDS值通过测量被测溶液的电导率计算得出。电导率是表示物质导电性能的物理指标。电导率越大物质的导电性能越强，相应的电阻就越小，反之物质导电性能越小，电阻越大，电导率也越小。溶液的电导率等于溶液中各种离子电导率之和。在水样经过过滤后，在一定温度下烘干所得的固体残渣，其中包括不易挥发的可溶性盐类、有机物及能通过过滤器的不溶解微粒等，都称为溶解性总固体。

导体的导电能力与导体本身的自由电荷在电场作用下的运动有关，所以其导电能力与导体的性质及它的长度和横截面积有关。其关系式为：

式(3.1)中，R为电阻，L为导体有效长度，S为导体的有效横截面积，ρ为电阻率。而电导为：

令则我们称K为电导率，是电阻率的倒数。令所以

电导率K的单位为每厘米西门子，符号为S·cm-1.电导率是指导体长度为1cm，横截面积为1cm2所具有的电导值，对电解质导体来说相当于1cm3的溶液再相距1cm的两电极间所具有的电导量。测量溶液时，由于水质测试仪的确定，使得测量仪器探针的有效长度L和有效横截面积A不变，探针之间水的体积就可以固定，通过式(3.4)可得到电导率K。

K＝S·J (3.4)

由于TDS与电导率之间存在显著地相关关系，溶解固体与电导之间的关系可用下面的经验公式估算：

TDS＝(0.55～0.70)·K (3.5)

式(3.5)中：TDS为水中溶解固体(mg/L)；K为25℃时水的电导率(S/m)。上式只是粗略的反映了溶解性总固体与电导率之间的数量关系，系数0.55～0.70随水质的不同而异。

在本发明的实施例中，所述中央处理模块包括：

判断单元，用于确定所述水温检测模块检测到的水温处于的预设温度范围，确定与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系；

补偿计算单元，用于根据所述电导率、所述水温检测模块检测到的水温以及与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系，计算被测水的TDS值，推导计算出被测水的pH值。

具体的，计算被测水的TDS值如下：

被测水的温度每升高1℃，电导率就增加约2％，温度校正系数与温度成一元线性关系，当测量温度为25℃左右时，其温度补偿公式为：

Ks＝Kt/[0.22t+0.45)] (3.6)

式(3.6)中，Ks为25℃下溶液的电导率，Kt为t℃下溶液的电导率，t为被测溶液的温度。

当测量温度偏离25℃时，由于以上公式所得的电导率误差较大，为了提高测量精度，所以采用不同的温度校正系数来进行计算，不同温度范围内的温度校正系数也不同。因此，在本发明的具体实施例一中，采用软件拟合公式补偿法计算相应温度下的TDS值。

式(3.7)-式(3.10)为不同温度范围下的温度补偿公式：

Ks＝Kt/(0.0169t+0.5583) 1℃≤t≤10℃ (3.7)

Ks＝Kt/(0.18t+0.5473) 10℃＜t≤20℃ (3.8)

Ks＝Kt/(0.0189t+0.5281) 20℃＜t≤30℃ (3.9)

Ks＝Kt/(0.022t+0.45) t＞30℃ (3.10)

进一步的，分别利用式(3.7)-式(3.10)结合式(3.5)即可计算得到相应温度下的TDS值。

根据上述被测水的TDS值，计算被测水的pH值如下：

1)当被测水为“冷饮水”时，即在“冷饮水”模式下：

2)当被测水为“可烧水”时，即在“可烧水”模式下：

在本发明实施例中，所述水温检测模块为DS18B20防水型温度传感器，温度传感器选择：NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此，在实现小型化的同时，还具有电阻值、温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点，可进行高灵敏度、高精度的检测。负温度系数热敏电阻简称NTC(是Negative Temperature Coefficient的缩写)，它的阻值是随着温度的升高而下降的。主要是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。NTC热敏电阻和固定电阻构成分压电路STC15W408AS通过测量NTC热敏电阻分得电压便可检测温度。

通过测量电导率和通过DS18B20防水型温度传感器测量溶液温度，借助数据拟合的方法拟合出经验公式进行软件温度补偿。这种方法不但使硬件电路变得没有那么复杂，而且使该TDS水质测量仪使用更加方便，测量也更加精确。

所述中央处理模块为STC89C52单片机，该单片机沿用MCS-51内核，芯片有12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任选，还具有8k字节可编程FLash存储器和512字节RAM；该芯片不需要专用编程器或专用仿真器，可以直接使用串口下载。

如图2所示，所述电导率测量模块、所述水温检测模块和所述中央处理模块均集成安装于一外壳1内；所述电导率测量模块包括设于所述外壳1一端的电极探头2；所述水温检测模块为以所述电极探头作为探针的温度传感器；所述外壳1上设有与所述中央处理模块连接的功能按键模块，所述功能按键模块包括开关按键3、自来水模式按键4、冷饮水/可烧水模式按键5。

所述装置还包括电源模块，用于为所述装置的功能实现提供电源。所述电源模块为安装于外壳1内的蓄电池。在外壳1上设有充电口6，用于通过电源线为蓄电池充电，所述外壳1上还设有充电指示灯7和工作指示灯8。当充电指示灯变暗或不亮，则应检查电池电压，使用5V电源将micro USB线插入TDS-pH测试笔的USB口进行充电，充电时充电指示灯显示蓝色，待电池充满电时充电指示灯熄灭。当工作指示灯亮时，说明处于正常工作状态。

当饮用水水质超标后，有时人们不能及时注意到，不能在第一时间内发现，所以本装置还能配接外壳1内安装有声光报警模块，声光报警模块与中央处理模块电连接，由中央处理模块进行统一控制、执行，可以采用声音或灯光声音混合型，当然也可以采用纯灯光型的。

所述外壳1上设有与所述中央处理模块连接的功能按键模块，所述功能按键模块包括开关按键3、自来水模式按键4、冷饮水/可烧水模式按键5。通过功能按键模块可实现对不同水源的水质水态的检测。

如图2所示，存储模块、获取模块和显示模块可集成于一智能终端上，如智能手机，利用无线通信模块，实现中央处理模块与存储模块间的数据无线传输。

具体的，无线通信模块选择JDY-08蓝牙透传模块，JDY-08透传模块是基于蓝牙4.0协议标准，工作频段为2.4GHZ范围，调制方式为GFSK，最大发射功率为0db，最大发射距离60米，采用TICC2541芯片设计，支持用户通过AT命令修改设备名、服务UUID、发射功率、配对密码等指令，方便快捷使用灵活。

在存储模块中，存储有与中央处理模块获取的TDS值对应的水质水态标准关系表。

具体的，当被测水为“冷饮水”时，水质水态标准关系表如下：

A、pH值与TDS关系：

B、分子团状态与TDS关系：

C、TDS分析评价：

当被测水为“可烧水”时，水质水态标准关系表如下：

A、pH值与TDS关系：

B、TDS分析评价：

当为“自来水”时：

显示TDS值，并显示：“水中可能含’余氯’，请妥善处理后再饮用”。

如图3所示，该装置工作流程为：系统初始化，按键开始测量时，计数器开始工作，测量并计算被测溶液电导率的数值，读取温度数据，对采集来的温度信号和电导率的值进行软件算法补偿，将所得补偿后的电导率值数据进行处理和计算，得到TDS值，按键锁定计算结果，最后将计算得到的结果存储并通过蓝牙通讯传输到手机端显示。

如图4所示，对电导率进行测量时，该装置的工作对电导率进行测量，首先启动T0、T1，T0为系统设置的定时时间值，当测量时间到设定时间T0时，关闭T0、T1输出端口，系统自动读取T1，既T0时间内所产生的脉冲个数值。从而得到周期，既得到输出频率，系统运用电导率与输出频率之间的计算公式程序得到电导率值。从而系统通过频率输出转换得到电导率值。

本发明实施例所述的装置可用于测试经水厂加工过的桶装、袋装、瓶装水以及未被污染的水源地冷饮水——这些水包含适于冷饮的纯净水、包装饮用水、矿泉水和可烧开水(含较多矿物质元素但烧开不起碱)、自来水及水源地冷饮水等；测量时调节“冷/烧水”键(此时手机屏幕水滴右上部显示“冷饮水”或“可烧水”字样)时，可对应测量冷饮水或烧开不起碱的(含矿物质)可烧水；而对于自来水则只给出TDS值和pH值，测量时按“自来水”键(此时手机屏幕水滴右上角显示“自来水”)、对应测量自来水TDS和pH值(对水质水态不作评价)。

在本发明实施例中，智能终端可以为智能手机，在外壳1上设有电极探头的一端设有端盖。在使用时取下端盖，按下“开机”按键，装置的“工作指示灯”点亮为红色；打开手机APP软件，单击“WELFARE”链接相应的蓝牙设备，转入通信显示界面，按照将要测试的水的类别(冷饮水/可烧水、自来水)对应按动功能按键，稍等片刻可在手机屏幕上显示“冷饮水、可烧水、自来水”其中一种对应的字样。

再将测量装置的头部(电极探头)放入测试水液中，水液高度以刚好浸没双电极柱为佳，不般不超过15毫米(一定要避免将仪器探头浸没线(笔帽盖好时盖口接触的边缘)以上的部分浸入水中)，将笔在溶液中轻轻放稳，待读数稳定(2-6秒)后，TDS数值将会显示在手机屏幕上；需要对所检测的TDS数据进一步分析，则单击屏幕上的数字即可显示出水质水态标准结果分析界面，使用完毕后用纯净水清洗干净并甩擦干净电极探头上的水，将端盖盖回即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多功能水质水态检测装置，其特征在于，包括：

电导率测量模块，用于测量被测水的电导率；

水温检测模块，用于检测被测水的温度；

中央处理模块，用于根据被测水的电导率和被测水的温度，计算得到被测水的TDS值，并根据所述TDS值获取对应的被测水的pH值；

存储模块，用于存储被测水的TDS值、pH值以及与TDS值、pH值对应的TDS-pH水质水态标准关系表；

获取模块，用于根据被测水的TDS值、pH值以及TDS-pH水质水态标准关系表，获取被测水的水质水态标准；

显示模块，用于显示被测水的TDS值、pH值，以及与所述TDS值、pH值对应的水质水态标准。

2.根据权利要求1所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述中央处理模块包括：

判断单元，用于确定所述水温检测模块检测到的水温处于的预设温度范围，确定与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系；

补偿计算单元，用于根据所述电导率、所述水温检测模块检测到的水温以及与所述预设温度范围对应的TDS-温度计算关系，计算被测水的TDS值，并根据TDS值，计算出被测水的pH值。

3.根据权利要求2所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述装置包括有外壳(1)，所述电导率测量模块、所述水温检测模块和所述中央处理模块均设于所述外壳(1)内；所述电导率测量模块包括设于所述外壳(1)一端的电极探头(2)；所述水温检测模块为以所述电极探头作为探针的温度传感器；所述中央处理模块为单片机。

4.根据权利要求3所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，外壳(1)内安装有声光报警模块，声光报警模块与中央处理模块电连接。

5.根据权利要求4所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述外壳(1)上设有与所述中央处理模块连接的功能按键模块，所述功能按键模块包括开关按键(3)、自来水模式按键(4)、冷饮水/可烧水模式按键(5)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，用于为所述装置的功能实现提供电源。

7.根据权利要求6所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述电源模块为蓄电池。

8.根据权利要求7所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述外壳(1)上设有充电口(6)，所述外壳(1)上还设有充电指示灯(7)和工作指示灯(8)。

9.根据权利要求8所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述外壳上设有电极探头的一端设有端盖(9)。

10.根据权利要求1所述的多功能水质水态检测装置，其特征在于，所述装置还包括无线通信模块，用于实现中央处理模块与存储模块间的数据无线传输。