CN111474115A - 内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置 - Google Patents

内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置 Download PDF

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Abstract

一种内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，包括罩盒、发光二极管和光电池，所述罩盒上带有连接管，连接管的上端伸出消毒液桶顶部，罩盒内设置有玻璃片，光电池和发光二极管固定在罩盒并处于玻璃片上相对的两侧，光电池和发光二极管与在线检测电路连接。所述在线检测电路包括恒流源电路、光电池信号放大电路、主控电路、基准源电路和通讯电路，恒流源电路、光电池信号放大电路、基准源电路和通讯电路均与主控电路相连。将罩盒置入消毒液桶中浸入液面，光电池接收二极管发出的信号通过在线检测电路得到被测溶液的浓度。该装置内置于消毒液体内，无需繁琐的取出液体进行检测，节约时间，更加精准的测量二氧化氯消毒液的浓度。

Description

内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于二氧化氯消毒液浓度自动检测的装置，属于二氧化氯消毒液浓度检测技术领域。
背景技术
二氧化氯一般是采用盐酸与氯酸钠(或亚氯酸钠)定量注入到反应罐内，反应罐在加热的情况下发生化学反应生成二氧化氯与氯气。一定浓度的氯酸钠水溶液(或者一定浓度的亚氯酸钠水溶液，A原料)和一定浓度的盐酸(B原料)被定量输送到反应罐内，在一定温度下反应后生成二氧化氯和氯气的气液混合物，经过曝气技术制成一定浓度的二氧化氯混合消毒液，再通过水射器吸入投加到消毒水体中或投加到需要消毒的物体中，完成二氧化氯和氯气的协同消毒.氧化等作用。
现有技术中，二氧化氯消毒液的浓度由制取设备(二氧化氯发生器)自行通过原料的泵入量控制，没有实时检测，二氧化氯消毒液的浓度得不到精确控制，不能根据环境状况实时提供所需的精确浓度的二氧化氯消毒液。
发明内容
本发明针对现有二氧化氯消毒液浓度检测技术存在的不足，提供一种结构简单、检测方便准确的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置。
本发明的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，采用以下技术方案：
该装置，包括罩盒、发光二极管和光电池，所述罩盒上带有连接管，连接管的上端伸出消毒液桶顶部，罩盒内设置有玻璃片，光电池和发光二极管固定在罩盒并处于玻璃片上相对的两侧，光电池和发光二极管与在线检测电路连接。
所述罩盒上连接反冲管，反冲管上连接冲洗泵。
所述罩盒上设置有挡板，用于对玻璃片的表面溅水冲洗。
所述罩盒上设置有连接管，显示屏与硅光电池的连线置于该连接管内。
所述在线检测电路包括恒流源电路、光电池信号放大电路和主控电路，恒流源电路和光电池信号放大电路均与主控电路相连。
所述恒流源电路包括低压差电压调节器U5、三极管Q1、电阻R2和电阻R14，低压差电压调节器U5的ADJ端与输出端通过电阻R2连接所述发光二极管提供恒定电流，所述发光二极管通过三极管Q1和电阻R14与主控电路中单片机的连接，控制所述发光二极管的发光或关闭。
所述光电池放大电路包括运算放大器U3、运算放大器U4、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R15和电阻R16，所述光电池与运算放大器U4连接，电阻R12与运算放大器U4输入和输出管脚相连组成I-V电路，将所述光电池接收到的发光二极管光源产生的电流信号转换成电压，运算放大器U4通过电阻R10与运算放大器U3的输入管脚连接，运算放大器U3与电阻R15和电阻R16组成同向放大电路，将信号放大后通过电阻R13输入给主控电路中单片机U1，进行AD转换。
所述主控电路包括单片机U1，单片机U1与光电池放大电路的输出端连接。
所述主控电路还连接基准源电路和通讯电路。
所述基准源电路包括精密带隙基准电压源U2、电阻R1、电阻R5和三极管Q2。精密带隙基准电压源U2控制端与所述主控电路的单片机U1通过电阻R1、电阻R5和三极管Q2连接，精密带隙基准电压源U2输出端连接单片机U1的VREF管脚，给单片机U1内部AD转换提供基准电压。
所述通讯电路包括低功耗半双工收发器芯片U6、电阻R11、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和电容C14。低功耗半双工收发器芯片U6的输入端和控制端与所述主控电路的单片机U1相连，将单片机U1输出的TTL电平转换为RS-485标准电平，与显示屏或控制器进行实时通讯。
检测时，将罩盒置入消毒液桶中浸入液面，消毒液浓度的变化会影响检测管透明段的透光率，发光二极管受到光照的程度就会发生变化，光电池接收二极管发出的信号通过在线检测电路得到被测溶液的浓度，并传递给显示屏，在显示屏上实时显示当前消毒液的浓度。
本发明的装置用于二氧化氯消毒液实时在线检测，简洁巧妙，内置于消毒液体内，有别于其他检测装置，可置于二氧化氯消毒液体内，无需繁琐的取出液体进行检测，节约时间，更加精准的测量二氧化氯消毒液的浓度，尺寸可定制，适用于各种容器，拆卸更换方便。
附图说明
图1是本发明内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置的结构示意图。
图2是检测电路中的恒流源电路的原理图。
图3是检测电路中的光电池信号放大电路的原理图。
图4是检测电路中的主控电路的原理图。
图5是检测电路中的基准源的原理图。
图6是检测电路中的通讯电路的原理图。
图中：1.冲洗泵，2.显示屏，3.消毒液桶，4.连接管，5.罩盒，6.玻璃片，7.光电池，8.挡板，9.二极管，10.冲洗管，11.在线检测电路。
具体实施方式
本发明的装置用于二氧化氯消毒液实时在线检测，如图1所示，包括罩盒5、硅光电池7、显示屏2和反冲管10，罩盒5上带有连接管4，连接管4的上端伸出消毒液桶3顶部，罩盒5内设置有玻璃片6，光电池7及发光二极管9固定在罩盒5内并密封住，并处于玻璃片6上相对的两侧。罩盒5的底部设置有挡板8，用于对玻璃片6的表面喷溅冲洗水。反冲管10的一端连接罩盒5，另一端伸入消毒液桶3的底部，反冲管10在消毒液桶3外部的部分连接有冲洗泵1。光电池7为硅光电池。
光电池7与发光二极管3均与在线检测电路11连接，光电池7及发光二极管9两者与在线检测电路11的连线由连接管4内穿入。在线检测电路11包括恒流源电路、光电池信号放大电路、主控电路、基准源电路和通讯电路，恒流源电路、光电池信号放大电路、基准源电路和通讯电路均与主控电路相连，具体参见图2、图3、图4、图5和图6。
如图2所示，恒流源电路包括低压差电压调节器U5、三极管Q1、电阻R2、电阻R8、电阻R14、电容C3、电容C18和电容C19，D3为发光二极管(图1中的3)。低压差电压调节器U5的输入端VIN通过电阻R8输入5V电压，并通过电容C18接地。ADJ端与输出端VOUT的电压是1.25V，两端(ADJ端与输出端)分别与电阻R2和电容C3相连，发光二极管D3连接电阻R2，可给发光二极管D3提供恒定电流。输出端VOUT通过电容C19接地。发光二极管D3通过三极管Q1和电阻R14与主控电路中单片机U1连接，可通过单片机U1的输入管脚P2.6控制发光二极管D3发光或关闭。平时使D3处于关闭状态，检测时开启发光二极管D3发光，可避免发光二极管因长时间工作发热，信号输出漂移问题。
如图3所示，光电池放大电路包括运算放大器U3、运算放大器U4、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电容C1、电容C2、电容C10、电容C11和光电池D2(图1中的4)，电阻R12与运算放大器U4输入和输出管脚相连，组成I-V电路，将光电池接收到的发光二极管光源产生的电流信号转换成电压，然后通过电阻R10与运算放大器U3输入管脚连接。电阻R15、电阻R16和运算放大器U3组成同向放大电路，将信号放大后通过电阻R13输入给主控电路中单片机U1的AOUT管脚，进行AD转换。
如图4所示，主控电路包括单片机U1、电容C5、电容C6、电容C8和电阻R3。单片机U1的管脚P1.0输入光电池放大电路输出的模拟信号，由单片机U1内部自带的12位ADC，参考电压采用基准源电路的2.5V，转换成的数字信号(即读取的单片机U1的AD数值)作为二氧化氯在线检测电路11的测量数值(下面所述计算公式中的(N、D23、D1和D))，通过以下所述的算法，计算出浓度值，由单片机U1串口RX与通讯电路相连，将浓度值发送给显示屏1或控制器。
二氧化氯浓度计算采用配置三种浓度(一般为0ppm、250ppm、800ppm)的溶液，并获取三种溶液浓度的测量数值和比色计测量数值，通过此三种溶液数据的对比，根据下式(1)计算出系数K，根据下式(2)计算出系数B，然后根据下式(3)计算出被测溶液浓度。
K＝[(D23-N)/B23-(D1-N)/B1]/((D23-D1)/1000)，(1)
B＝[(D23-N)/B23]-[(D23-N)/1000]*K，(2)
Y＝(D-N)/((K*(D-N)/1000)+B))，(3)
其中：
N：基值，为在线检测电路11在0ppm浓度溶液中的测量数值；
D23：读数高值，为在线检测电路11在高浓度(800ppm)溶液中的测量数值；
B23：比色计读数高值，为比色计在高浓度(800ppm)溶液中的测量数值；
D1：读数中值，为在线检测电路11在中浓度(250ppm)溶液中的测量数值；
B1：比色计读数中值，为比色计在中浓度(250ppm)溶液中的测量数值；
Y：实际浓度值，为被测溶液的实际浓度值；
D：采样值，为在线检测电路11在被测溶液中的测量数值；
二氧化氯在线检测电路11的测量数值(N、D23、D1和D)是通过单片机U1管脚P1.0输入的光电池放大电路输出的模拟信号，由单片机U1内部自带的12位ADC，参考电压采用基准源电路的2.5V，转换成的数字信号，即读取的单片机U1的AD数值。
如图5所示，基准源电路包括精密带隙基准电压源U2、电阻R1、电阻R4、电阻R5、电容C12、电容C13、电容C14和三极管Q2。精密带隙基准电压源U2输入端与5V电源连接，单片机U1的管脚P1.3通过电阻R1、电阻R5、三极管Q2与精密带隙基准电压源U2控制端连接，可由单片机U1控制基准源输出，输出连接单片机U1的VREF管脚，给单片机U1内部AD转换提供基准电压。
如图6所示，通讯电路包括低功耗半双工收发器芯片U6、电阻R11、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和电容C14。低功耗半双工收发器芯片U6的输入管脚与单片机U1的RX、TX信号相连，控制管脚与单片机U1的P0.6相连，可将单片机U1输出的TTL电平转换为RS-485标准电平，与显示屏1或控制器进行实时通讯。
以上涉及的各种芯片均为现有技术。
上述装置的检测过程如下所述。
通过连接管4将罩盒5及与罩盒5连接的反冲管10置入消毒液桶3中，浸入液面。消毒液桶3中，消毒液浓度的变化会影响玻璃片6的透光率，发光二极管9受到光照的程度就会发生变化。发光二极管9发出信号，信号透过玻璃片6和消毒液后被光电池7接收。
光电池7接收到光信号，由在线检测电路11中的光电池放大电路将光电池的信号放大后输入给主控电路中单片机U1进行AD转换，转换成的数字信号(即读取的单片机U1的AD数值)作为二氧化氯在线检测电路11的测量数值，单片机U1根据其存储的算法，计算出浓度值，由在线检测电路11中的通讯电路将浓度值发送给显示屏2或控制器，在显示屏2上实时显示当前消毒液的浓度。由控制器控制二氧化炉反应器排入消毒液桶3内的二氧化氯气体量。
冲洗泵1定时开启，高压水流喷射到挡板8上经过反弹后对玻璃片6表面进行清洗。

Claims (10)

1.一种内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：包括罩盒、发光二极管和光电池，所述罩盒上带有连接管，连接管的上端伸出消毒液桶顶部，罩盒内设置有玻璃片，光电池和发光二极管固定在罩盒并处于玻璃片上相对的两侧，光电池和发光二极管与在线检测电路连接。
2.根据权利要求1所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述罩盒上连接反冲管，反冲管上连接冲洗泵。
3.根据权利要求1所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述罩盒上设置有挡板。
4.根据权利要求1所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述检测管上通过标定阀连接标定泵。
5.根据权利要求1所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述在线检测电路包括恒流源电路、光电池信号放大电路和主控电路，恒流源电路和光电池信号放大电路均与主控电路相连。
6.根据权利要求5所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述恒流源电路包括低压差电压调节器U5、三极管Q1、电阻R2和电阻R14，低压差电压调节器U5的ADJ端与输出端通过电阻R2连接所述发光二极管提供恒定电流，所述发光二极管通过三极管Q1和电阻R14与主控电路中单片机的连接，控制所述发光二极管的发光或关闭。
7.根据权利要求5所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述光电池放大电路包括运算放大器U3、运算放大器U4、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R15和电阻R16，所述光电池与运算放大器U4连接，电阻R12与运算放大器U4输入和输出管脚相连组成I-V电路，将所述光电池接收到的发光二极管光源产生的电流信号转换成电压，运算放大器U4通过电阻R10与运算放大器U3的输入管脚连接，运算放大器U3与电阻R15和电阻R16组成同向放大电路，将信号放大后通过电阻R13输入给主控电路中单片机U1，进行AD转换。
8.根据权利要求5所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述主控电路包括单片机U1，单片机U1与光电池放大电路的输出端连接。
9.根据权利要求5所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述主控电路还连接基准源电路和通讯电路。
10.根据权利要求9所述的内置式二氧化氯消毒液浓度在线检测装置，其特征是：所述基准源电路包括精密带隙基准电压源U2、电阻R1、电阻R5和三极管Q2，精密带隙基准电压源U2控制端与所述主控电路的单片机U1通过电阻R1、电阻R5和三极管Q2连接，精密带隙基准电压源U2输出端连接单片机U1的VREF管脚，给单片机U1内部AD转换提供基准电压。
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