CN112083133A - 非线性的水质溶解性总固体补偿方法及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法及检测装置，该方法包括：S1：获取温度区域与温度补偿系数的关系表；S2：获取待测水溶液的检测信号频率和当前温度值；S3：通过比较查询的方式在温度区域与温度补偿系数的关系表中获取与当前温度值对应的温度补偿系数；S4：基于温度补偿系数对待测水溶液的检测信号频率进行补偿；S5：根据补偿后的检测信号频率获取对应的水质溶解性总固体。实施本发明可以降低水质溶解性总固体的测量误差，得到测量精度较高的测量结果。

Description

非线性的水质溶解性总固体补偿方法及检测装置
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法及检测装置。
背景技术
溶解性总固体(Total Dissolved Solids，TDS)，测量单位为mg/L，表示1升水中溶有多少毫克的溶解性固体，一般情况下，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。通俗来讲，TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，说明水中的杂质含量越大，水质较差；反之，说明书水中的杂质含量小，水质较好。因此，净水器一般通过检测水的TDS值来判断水质的好坏，而国家饮用水标准要求水的TDS值不超过1000mg/L。由于TDS与电导率存在正相关性，因此也常用水的电导率值表征水水质的好坏。
由于在不同温度下测得的TDS值不同，因此需要进行温度补偿。但是，传统的净水器很少对其检测的TDS值做温度补偿，即使做了温度补偿也只是做线性补偿。不进行温度补偿或只是做线性补偿都会造成检测结果误差过大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法及检测装置。
一方面，提供一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法，包括：
S1：获取温度区域与温度补偿系数的关系表；
S2：获取待测水溶液的检测信号频率和当前温度值；
S3：通过比较查询的方式在所述温度区域与温度补偿系数的关系表中获取与所述当前温度值对应的温度补偿系数；
S4：基于所述温度补偿系数对所述待测水溶液的检测信号频率进行补偿；
S5：根据补偿后的检测信号频率获取对应的水质溶解性总固体。
在一些可能的实施例中，所述温度区域与温度补偿系数的关系表通过以下方式预先建立：
将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为分割得到的每一温度区域配置对应的温度补偿系数；所述温度补偿系数为根据未进行温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体检测值与标准检测仪器检测所述样本水溶液的检测值确定的误差系数。
在一些可能的实施例中，所述步骤S4包括：
S41：获取检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表；
S42：通过比较查询的方式在所述检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表中获取与所述检测信号频率对应的频率补偿系数；
S43：将所述当前温度值与预设基准温度进行比较，若所述当前温度值小于或等于预设基准温度则总补偿系数Kt＝TKPn+KPn，若所述当前温度值大于预设基准温度，则总补偿系数Kt＝TKPn-KPn，其中n表示待测水溶液的当前温度，TKPn为与所述当前温度对应的温度补偿系数，KPn为与所述检测信号频率对应的频率补偿系数；
S44：根据所述总补偿系数Kt对所述待测水溶液的检测信号频率进行补偿。
在一些可能的实施例中，所述步骤S44包括：
根据所述待测水溶液的检测信号频率M0与所述总补偿系数Kt计算得到进行补偿后的待测水溶液的检测信号频率M，其中，M＝Kt×M0。
在一些可能的实施例中，所述检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表通过以下方式预先建立：
根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率变化对预设检测信号频率区域进行分割，并为分割得到的每一检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数；所述溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线通过标准检测仪器在预设基准温度下检测不同浓度的样本水溶液获取。
在一些可能的实施例中，所述频率补偿系数为根据进行了温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体与标准检测仪器检测样本水溶液的检测值确定的误差系数。
在一些可能的实施例中，所述步骤S5包括：
通过比较查询的方式在检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表中获取与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；其中，所述检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表为基准温度下根据多个样本水溶液的检测信号频率与所述多个样本水溶液的水质溶解性总固体的对应关系预先建立的。
在一些可能的实施例中，所述补偿方法还包括：
S6：获取多组与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；
S7：将多组溶解性总固体与标准检测仪器的检测值分别进行比较；
S8：若比较结果的偏差一致性相同，则对与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体进行整体的平移性补偿。
另一方面，还提供一种水质溶解性总固体检测装置，包括水质检测模块、水温检测模块、系统控制器模块，所述水质检测模块用于检测水质溶解性总固体并输出检测信号给所述系统控制器模块，所述水温检测模块用于检测待测水溶液的当前温度，所述系统控制器模块包括处理单元和存储单元；所述存储单元中存储有计算机程序；所述计算机程序被所述处理单元执行时，实现如上述所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法。
在一些可能的实施例中，所述水质检测模块包括具有两个探针的探头、电容、反相器，所述探头与所述电容连接，所述电容经所述反相器与所述系统控制器模块连接，所述水温检测模块为NTC温度传感器。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明通过将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为每个温度区域配置一个的温度补偿系数，从而根据不同的温度值选择对应的温度补偿系数对对检测信号频率进行非线性的温度补偿以获得补偿后的TDS值，达到减少误差，提高测量精度的效果。进一步，根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率对预设检测信号频率区域进行分割，并为每一检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数，以对温度补偿系数进行修正得到总补偿系数，从而进一步减少误差，提高测量精度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的一种水质溶解性总固体检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种水质溶解性总固体检测装置中系统控制器模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种水质溶解性总固体检测装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种水质溶解性总固体检测装置的结构示意图。参见图1，本发明实施例的水质溶解性总固体检测装置，包括水质检测模块、水温检测模块、系统控制器模块，水质检测模块用于检测水质溶解性总固体并输出检测信号给系统控制器模块，水温检测模块用于检测待测水溶液的当前温度。该检测装置可以为水质检测仪、净水器等带有水质TDS检测功能的设备。
如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种水质溶解性总固体检测装置中系统控制器模块的结构示意图。
参见图2，系统控制器模块包括处理单元和存储单元；存储单元中存储有计算机程序，计算机程序被处理单元执行时可实现本发明提供的非线性的水质溶解性总固体补偿方法。
如图3所示，图3是本发明实施例提供的另一种水质溶解性总固体检测装置的结构示意图。
参见图3，本实施例中的检测装置是在图1、图2实施例的基础上，水质检测模块包括具有连个探针的探头、电容、反相器，探头与电容连接，电容经反相器与系统控制器模块连接，水温检测模块为NTC温度传感器。在一些实施例中，系统控制器模块可以是集成的MCU模块。
具体的，使用时将探头的两个探针插入水中，使水成为连接两个探针的电阻R以形成回路，再和电容C结合，就可以形成RC电路，然后通过反相器，即可形成一个自激RC振荡电路，从而MCU接收到反相器输出端输出的脉冲信号以获取脉冲信号频率，即检测信号频率，同时获取NTC温度传感器测得的待测水溶液的当前温度值，从而根据检测信号频率和当前温度值获得补偿后的水质TDS。可以理解，本发明提供的非线性的水质溶解性总固体补偿方法不限于应用在前述自激RC振荡电路的检测装置方案，也可应用在例如RC充放电的它激检测方案等本发明未示出的检测装置方案上。
下面结合附图详细描述本发明实施例提供的非线性的水质溶解性总固体补偿方法。
如图4所示，图4是本发明实施例提供的一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图，该方法可以基于如图1-3相应的实施例提供的检测装置来实现，该方法包括以下步骤：
S1：获取温度区域与温度补偿系数的关系表；
在一些实施例中，温度区域与温度补偿系数的关系表可以通过以下方式预先建立：
将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为分割得到的每一温度区域配置对应的温度补偿系数；温度补偿系数为根据未进行温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体检测值与标准检测仪器检测样本水溶液的检测值确定的误差系数。
可以理解的，未进行温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体检测值通过本发明实施例提供的水质溶解性总固体检测装置在不进行温度补偿的情况下直接检测样本水溶液得到。标准检测仪器为市面上现有的TDS精密校准仪器。
在一些实施例中，可以以1℃的温度间隔将0～50℃的预设温度补偿区域分割成Tab[]＝{0～1℃，1～2℃，…，48～49℃，49～50℃}共50个温度区域。那么，例如1～2℃这个温度区域的温度补偿系数即为样本水溶液的水温为1～2℃时分别通过本发明提供的水质溶解性总固体检测装置在不进行温度补偿的情况下直接检测得到的水质溶解性总固体检测值与标准检测仪器检的检测值之间的误差系数。可以理解的，实际应用时，预设温度补偿区域和预设温度间隔可以根据检测装置的检测范围和检测精度的需要进行选择，这里不做限定。
在一个实施例中，若以1℃的温度间隔将0～50℃的温度补偿区域进行分割，那么相应的温度区域与温度补偿系数的关系表如下表1所示：
表1：
Figure BDA0002639001320000071
Figure BDA0002639001320000081
注：0～1℃温度区域即为大于0℃小于等于1℃，其他温度区域以此类推。
在一些实施例中，上述预先建立的温度区域与温度补偿系数的关系表可以预先存储在本发明实施例提供的检测装置的系统控制器模块的存储单元中。其中，若系统控制器模块是集成的MCU模块，存储单元可以是集成的MCU模块的内部存储单元，例如内存。若系统控制器模块是非集成的模块，存储单元也可以是外部存储单元，例如与系统控制器模块的处理单元建连接的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
S2：获取待测水溶液的检测信号频率和当前温度值；
具体的，待测水溶液的检测信号频率即为反相器输出端输出至系统控制器模块的脉冲信号的频率。
S3：通过比较查询的方式在温度区域与温度补偿系数的关系表中获取与当前温度值对应的温度补偿系数；
S4：基于温度补偿系数对待测水溶液的检测信号频率进行补偿；
S5：根据补偿后的检测信号频率获取对应的水质溶解性总固体或电导率。
在一些实施例中，步骤S5包括：
通过比较查询的方式在检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表中获取与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；其中，检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表为基准温度下根据多个样本水溶液的检测信号频率与多个样本水溶液的水质溶解性总固体的对应关系预先建立的。其中，基准温度为常温，优选25℃。
可以理解的，检测不同TDS值的样本水溶液得到的检测信号的频率不同，因此检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表用于表征检测信号频率与水质溶解性总固体的对应关系。实际应用中可以根据测量范围和测量精度的需要建立具体的检测信号频率与水质溶解性总固体(TDS)关系表。在一些实施例中，若使用电导率来表征水质的好坏，则可以建立检测信号频率与电导率的关系表。
国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中要求饮用自来水的溶解性总固体(TDS)≤1000mg/L，因此TDS的检测范围通常设置为0～1000PPM。
在一个可能的实施例中，检测信号频率与水质溶解性总固体(TDS)关系表在基准温度为25℃时建立，TDS的检测范围在0～1000PPM，TDS的最小间隔设置设置为1PPM以尽可能提高检测装置的测量精度。由于数据过多，为便于说明，下面仅示出TDS范围在200～400PPM时的检测信号频率与水质溶解性总固体(TDS)关系表，如下表2所示。
表2：
Figure BDA0002639001320000091
Figure BDA0002639001320000101
Figure BDA0002639001320000111
上述实施例通过将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为每个温度区域配置一个温度补偿系数，以对TDS值或电导率值进行非线性的温度补偿，从而减少误差，提高测量精度。
进一步地，同一温度区域内，检测信号频率对应的水质TDS值的变化趋势(即斜率)是不同的，若该温度区域内均使用同一个温度补偿系数对不同的检测信号频率进行补偿，最终测量得到的TDS值会有较大的偏差，因此还需要进行频率补偿。
具体的，如图5所示，图5是本发明实施例提供的另一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图；本实施例是在图4对应的实施例的基础上，为进一步降低TDS值的测量偏差，步骤S4具体包括：
S41：获取检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表；
在一些实施例中，检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表可以通过以下方式预先建立：
根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率变化对预设检测信号频率区域进行分割，并为分割得到的每一检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数；溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线通过标准检测仪器在预设基准温度下检测不同浓度的样本水溶液获取。其中，溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线可通过标准仪器检测不同浓度的水质，获取对应点的水质TDS，再将多点拟合绘制成线。预设检测信号频率区域通常为0～5000Hz，具体视TDS的检测范围而定。
在一个实施例中，频率补偿区域与频率补偿系数关系表如下表3所示：
注：由于数据较多，为便于说明，表3中仅示出部分温度区域的频率补偿区域与频率补偿系数关系表。
表3：
Figure BDA0002639001320000121
S42：通过比较查询的方式在检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表中获取与检测信号频率对应的频率补偿系数。
具体的，频率补偿系数为根据进行了温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体与标准检测仪器检测样本水溶液的检测值确定的误差系数。可以理解的，频率补偿系数即通过本发明提供的检测装置测得的进行了温度补偿的样本水溶液的TDS与通过标准检测仪器检测样本水溶液获得的TDS值之间的误差系数。
S43：将当前温度值与预设基准温度进行比较，若当前温度值小于等于预设基准温度则总补偿系数Kt＝TKPn+KPn，若当前温度值大于预设基准温度，则总补偿系数Kt＝TKPn-KPn，其中n表示待测水溶液的当前温度，TKPn为与当前温度对应的温度补偿系数，KPn为与检测信号频率对应的频率补偿系数。其中，预设基准温度优选25℃。
S44：根据总补偿系数Kt对待测水溶液的检测信号频率进行补偿。
在一个具体实施例中，步骤S44包括：
根据待测水溶液的检测信号频率M0与总补偿系数Kt计算得到进行补偿后的待测水溶液的检测信号频率M，其中，M＝Kt×M0。
下面结合前文的内容，通过一个具体例子详细说明本发明的非线性的水质溶解性总固体补偿方法：
若获取待测水溶液的检测信号频率M0＝1800Hz，当前温度值n＝7℃；
通过比较查询的方式在表1中获取与7℃对应的温度补偿系数TKPn＝0.7，通过比较查询的方式在表2中获取7℃时与1800Hz对应的频率补偿系数KPn＝0.08；
由于7℃＜25℃，因此总补偿系数Kt＝TKPn+KPn＝0.7+0.08＝0.78；
那么补偿后的检测信号频率M＝Kt×M0＝0.78×1800＝1404Hz；
通过比较查询的方式在表3中获取补偿后的检测信号频率M＝1404Hz对应的TDS值为226PPM。
若不进行补偿，查询表3可以知道，原检测信号频率M0＝1800Hz所对应的水质TDS值为348PPM，相差较大。
本实施例中，根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率变化对预设检测信号频率区域进行分割，并为每个检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数，以对温度补偿系数进行修正得到总补偿系数，从而进一步减少误差，提高测量精度。
更进一步的，由于检测装置存在传感器差异等的结构差异，因此可能导致测量结果存在整体误差。
如图6所示，图6是本发明实施例提供的又一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法的流程示意图。在第一实施例或第二实施例的基础上，本发明的方法还包括以下步骤：
S6：获取多组与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；
S7：将多组溶解性总固体与标准检测仪器的检测值分别进行比较；
S8：若比较结果的偏差一致性相同，则对与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体进行整体的平移性补偿。
例如，若获取的多组补偿后的TDS值与标准检测仪器的检测值相比，均偏大，且偏大的量几乎相等，则说明偏差一致性相同，则将获取的水质溶解性总固体进行整体的平移性补偿，即减去偏大的量。
综上，本发明通过将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为每个温度区域配置一个的温度补偿系数，从而根据不同的温度值选择对应的温度补偿系数对对检测信号频率进行非线性的温度补偿以获得补偿后的TDS值，达到减少误差，提高测量精度的效果。进一步，根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率对预设检测信号频率区域进行分割，并为每一检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数，以对温度补偿系数进行修正得到总补偿系数，从而进一步减少误差，提高测量精度。另外，针对检测系统的结构差异引起的测量误差可以进行整体性平移补偿对检测数据进行修正，保证测量精度。
本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，包括：
S1：获取温度区域与温度补偿系数的关系表；
S2：获取待测水溶液的检测信号频率和当前温度值；
S3：通过比较查询的方式在所述温度区域与温度补偿系数的关系表中获取与所述当前温度值对应的温度补偿系数；
S4：基于所述温度补偿系数对所述待测水溶液的检测信号频率进行补偿；
S5：根据补偿后的检测信号频率获取对应的水质溶解性总固体。
2.根据权利要求1所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述温度区域与温度补偿系数的关系表通过以下方式预先建立：
将预设温度补偿区域按预设温度间隔分割成多个温度区域，并为分割得到的每一温度区域配置对应的温度补偿系数；所述温度补偿系数为根据未进行温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体检测值与标准检测仪器检测所述样本水溶液的检测值确定的误差系数。
3.根据权利要求1所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41：获取检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表；
S42：通过比较查询的方式在所述检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表中获取与所述检测信号频率对应的频率补偿系数；
S43：将所述当前温度值与预设基准温度进行比较，若所述当前温度值小于或等于预设基准温度则总补偿系数Kt＝TKPn+KPn，若所述当前温度值大于预设基准温度，则总补偿系数Kt＝TKPn-KPn，其中n表示待测水溶液的当前温度，TKPn为与所述当前温度对应的温度补偿系数，KPn为与所述检测信号频率对应的频率补偿系数；
S44：根据所述总补偿系数Kt对所述待测水溶液的检测信号频率进行补偿。
4.根据权利要求3所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述步骤S44包括：
根据所述待测水溶液的检测信号频率M0与所述总补偿系数Kt计算得到进行补偿后的待测水溶液的检测信号频率M，其中，M＝Kt×M0。
5.根据权利要求3所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述检测信号频率区域与频率补偿系数的关系表通过以下方式预先建立：
根据溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线的斜率变化对预设检测信号频率区域进行分割，并为分割得到的每一检测信号频率区域配置对应的频率补偿系数；所述溶解性总固体随水溶液浓度变化的曲线通过标准检测仪器在预设基准温度下检测不同浓度的样本水溶液获取。
6.根据权利要求5所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述频率补偿系数为根据进行了温度补偿的样本水溶液的溶解性总固体与标准检测仪器检测样本水溶液的检测值确定的误差系数。
7.根据权利要求1所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
通过比较查询的方式在检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表中获取与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；其中，所述检测信号频率与水质溶解性总固体的关系表为基准温度下根据多个样本水溶液的检测信号频率与所述多个样本水溶液的水质溶解性总固体的对应关系预先建立的。
8.根据权利要求1所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法，其特征在于，所述补偿方法还包括：
S6：获取多组与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体；
S7：将多组溶解性总固体与标准检测仪器的检测值分别进行比较；
S8：若比较结果的偏差一致性相同，则对与补偿后的检测信号频率对应的水质溶解性总固体进行整体的平移性补偿。
9.一种水质溶解性总固体检测装置，其特征在于，包括水质检测模块、水温检测模块、系统控制器模块，所述水质检测模块用于检测水质溶解性总固体并输出检测信号给所述系统控制器模块，所述水温检测模块用于检测待测水溶液的当前温度，所述系统控制器模块包括处理单元和存储单元；所述存储单元中存储有计算机程序；所述计算机程序被所述处理单元执行时，实现如权利要求1-8任一项所述的非线性的水质溶解性总固体补偿方法。
10.根据权利要求9所述的水质溶解性总固体检测装置，其特征在于，所述水质检测模块包括具有两个探针的探头、电容、反相器，所述探头与所述电容连接，所述电容经所述反相器与所述系统控制器模块连接，所述水温检测模块为NTC温度传感器。
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