CN112834722A - 一种水质ph在线监测分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质PH在线监测分析系统，解决现有PH值检测方法存在或对环境二次污染，或时效性较差、使用环境受限，或随时间推移检测精度下降的问题。该系统包括控制单元及与控制单元相连的电源模块、取水泵、原液预处理装置、原液储存池、PH传感器、自动清洗装置、信息采集与处理模块、信号传输模块和远程控制端；取水泵进水口与待测水样相连通，出水口通过原液预处理装置与原液储存池的进水口相连通，原液储存池上设有出水口；原液预处理装置包括一级处理机构、二级处理机构和三级处理机构，PH传感器检测原液储存池内水质PH值；信息采集与处理模块采集PH传感器获得PH值，并通过信号传输模块传输给远程控制端；自动清洗装置对PH传感器进行清洗。

Description

一种水质PH在线监测分析系统

技术领域

本发明涉及水质监测技术，具体涉及一种水质PH在线监测分析系统。

背景技术

水质监测是重要的环境监测工作之一，而水质PH的监测是水质监测的重要参数之一。根据《生活饮用水卫生标准》相关规定，正常的饮用水PH为6.5～8.5，因为PH较低易腐蚀金属的输水管道，而PH较高则水中的钙、镁离子易沉淀形成水垢，对人体健康造成不良影响。且PH超标率与水质中多个指标存在相关性，PH的变化可能会影响其他指标的变化。水的pH值随着所溶解物质的多少而定,因此PH值能灵敏地指示出水质的变化情况。PH值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响,同时还严重影响活性污泥生化作用,即影响处理效果。因此在废水处理中,大量运用PH计来监控水质的变化。

目前，将高新科技技术运用于PH测试设备的研究，特别突出的变化主要在工业方面，企业将工业自动化技术和计算机技术结合生产出了高质量的现代工业设备。特别是近年来，微型控制器技术的高速发展使得智能控制设备的性能提升了一个档次，而且设备的成本不高，操作较为方便，功能更加丰富，对监测对象的测试更加精准，这些对于水环境的保护都具有着非常重大的意义。PH值测量技术的发展不但对于环境保护方面有着重要的意义，而且在医学上面的应用也是非常广泛的，从人体体液的PH值数据，可以看出一个人的健康状况，正常状况人体各个体液的PH值波动范围很小，当PH值超过了恰当的范围，人就会处于生病状态，有时还会有生命危险，所以人体PH值的检测在医学上的应用意义也很重大。总的来说，不论是在工业生产、环境保护，还是医学治疗方面，对PH值的检测都是必不可少的内容之一。

现有对于PH值的检测主要有以下几种方式：

1、化学检测法。该方法检测方式简单、结果可视化，但是容易对环境造成二次污染，且所得到的化学反应产物需要额外处理。

2、玻璃电极检测法。该方法检测速度快、精度较高，但水质处理过程中，对原水进行过滤的装置需要配置标准缓冲液，时效性较差，使用环境受限。

3、水质传感器检测法。该方法灵敏度高，时效性好。但是由于水中杂质沉积，随着时间推移检测精度会逐步下降。

发明内容

为了解决现有PH值检测方法，或对环境存在二次污染，或存在时效性较差、使用环境受限，或存在随时间推移检测精度下降的技术问题，本发明提供了一种水质PH在线监测分析系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种水质PH在线监测分析系统，其特殊之处在于：包括控制单元、电源模块、取水泵、原液预处理装置、原液储存池、PH传感器、自动清洗装置、信息采集与处理模块、信号传输模块和远程控制端；

所述控制单元与取水泵、原液预处理装置、PH传感器、自动清洗装置、信息采集与处理模块、信号传输模块分别相连；

所述电源模块与控制单元、取水泵、原液预处理装置、PH传感器、自动清洗装置、信息采集与处理模块、信号传输模块分别相连；

所述取水泵的进水口Ⅰ与待测水样相连通，出水口Ⅰ通过所述原液预处理装置与原液储存池的进水口Ⅱ相连通，原液储存池上设有出水口Ⅱ；

所述原液预处理装置包括沿待测水样流通方向依次设置的一级处理机构、二级处理机构和三级处理机构，一级处理机构用于将待测水样中大颗粒杂质滤除，二级处理机构用于将待测水样中小颗粒杂质滤除，三级处理机构用于将待测水样中部分溶解性杂质滤除；

所述PH传感器用于检测原液储存池内待测原液的水质PH值；

所述信息采集与处理模块和PH传感器相连，用于采集PH传感器获得的水质PH值，并通过信号传输模块传输给所述远程控制端；

所述自动清洗装置用于对PH传感器进行清洗。

进一步地，还包括箱体和水平设置在箱体内的隔板，隔板将箱体分为上区域和下区域；

所述控制单元、电源模块、信息采集与处理模块及信号传输模块位于上区域内；

所述取水泵、原液预处理装置、原液储存池、PH传感器及自动清洗装置位于下区域内。

进一步地，所述取水泵、原液预处理装置、原液储存池沿水平方向依次设置；

所述原液储存池的进水口Ⅱ位于原液储存池的底部，出水口Ⅱ位于原液储存池的顶部；

所述原液预处理装置的顶部设有与取水泵出水口Ⅰ相连通的进水口Ⅲ，底部设有与原液储存池进水口Ⅱ相连通的出水口Ⅲ；

所述PH传感器设置在原液储存池上方，且检测头伸入原液储存池内。

进一步地，所述自动清洗装置包括基座、输水管、吸水泵和旋转清洗喷头；

所述基座设置在原液储存池的底部外侧；

所述旋转清洗喷头的底部穿过原液储存池设置在基座上，且可相对基座旋转，旋转清洗喷头的喷头部位于原液储存池内，且出口朝向PH传感器；

所述吸水泵设置在基座上，吸水泵的进口通过输水管与原液储存池内腔连通，出口与喷头部连通。

进一步地，所述一级处理机构采用4目过滤网；

所述二级处理机构包括沿待测水样流通方向依次设置的10目过滤网和20目过滤网；

所述三级处理机构采用石墨层结构。

进一步地，电源模块包括蓄电池模块和太阳能电池模块。

进一步地，所述取水泵位于原液储存池的下方。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明在线监测分析系统采用物理方法(原液预处理装置过滤)对水质进行预处理，通过PH传感器对待测原液水质PH进行检测，全程避免使用化学物品，从根源上避免了对环境造成影响，同时采用PH传感器检测，具有灵敏度高、时效性好和环境友好的优点；以及采用自动清洗装置对PH传感器进行清洗，以改善因水中杂质沉积导致探测精度逐步下降的问题；远程控制端可实现远程监控，更好的适应各种应用环境。

2、本发明原液预处理装置采用物理方法过滤待测水样，三重过滤技术对水样进行预处理，滤除水样中的杂质，但不会影响水质原有的PH值，提高检测的准确性。

3、本发明箱体可实现系统的保护，提高使用寿命，以及通过隔板将箱体进行分区，并将控制单元、电源模块、信息采集与处理模块、信号传输模块这些电器件设置密封的上区域内，并与水样流通的器件进行分区布置，提高安全性；即使在取水泵、原液预处理装置、原液储存池出现损坏，导致水质流出，也不会对控制单元、电源模块、信息采集与处理模块、信号传输模块产生影响，提高使用安全性。

附图说明

图1是本发明水质PH在线监测分析系统的原理框图；

图2是本发明水质PH在线监测分析系统中电源模块框图；

图3是本发明水质PH在线监测分析系统中原液预处理装置框图；

图4是本发明水质PH在线监测分析系统中自动清洗装置结构示意图；

图5是本发明水质PH在线监测分析系统的结构示意图(未示出远程控制端)；

其中，附图标记如下：

1-控制单元，2-电源模块，21-蓄电池模块，22-太阳能电池模块，3-取水泵，31-进水口Ⅰ，32-出水口Ⅰ，4-原液预处理装置，41-一级处理机构，411-4目过滤网，42-二级处理机构，421-10目过滤网，422-20目过滤网，43-三级处理机构，431-石墨层结构，44-进水口Ⅲ，45-出水口Ⅲ，5-原液储存池，51-进水口Ⅱ，52-出水口Ⅱ，6-PH传感器，7-自动清洗装置，701-基座，702-吸水泵，703-输水管，704-旋转清洗喷头，8-信息采集与处理模块，9-信号传输模块，10-远程控制端，11-箱体，12-隔板，13-上区域，14-下区域，15-导线管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1所示，本发明基于改善水质传感器检测法的一种水质PH在线监测分析系统，主要由控制单元1、电源模块2、取水泵3、原液预处理装置4、原液储存池5、PH传感器6、自动清洗装置7、信息采集与处理模块8、信号传输模块9和远程控制端10组成；本发明通过PH传感器6对与处理后得到的待测原液进行检测，具有灵敏度高、时效性好和环境友好的优点，又设置自动清洗装置7，以改善因水中杂质沉积导致探测精度逐步下降的不足，以及远程控制端10可实现远程监控，更好的适应各种应用环境。

控制单元1与取水泵3、原液预处理装置4、PH传感器6、自动清洗装置7、信息采集与处理模块8、信号传输模块9相连，控制单元1采用中央控制芯片，中央控制芯片负责控制整个系统的运行以及信息交互。

电源模块2与控制单元1、取水泵3、原液预处理装置4、PH传感器6、自动清洗装置7、信息采集与处理模块8、信号传输模块9相连，电源模块2负责为整个系统提供稳定的电力来源；如图2所示，本实施例电源模块2包括蓄电池模块21和太阳能电池模块22，使得系统可以适应天气变化，实现稳定工作。

取水泵3的进水口Ⅰ31与待测水样相连通，出水口Ⅰ32通过原液预处理装置4与原液储存池5的进水口Ⅱ51相连通，取水泵3负责采水，并将所得待测水样经原液预处理装置4进行预处理，所得待测原液送入原液储存池5，工作模式为持续工作模式，可调节待测水样的流量。

如图3所示，本实施例原液预处理装置4包括沿待测水样流通方向依次设置的一级处理机构41、二级处理机构42和三级处理机构43，一级处理机构41具体以4目过滤网411实现，用于过滤待测水样中4.75mm以上的大颗粒杂质以及水草等不可溶解杂质；二级处理机构42具体以10目过滤网421和20目过滤网422实现，10目过滤网421和20目过滤网422分别过滤两毫米以上和0.8毫米以上的小颗粒杂质；三级处理机构43具体以石墨层结构431实现，用于将待测水样中部分溶解性杂质滤除，三级处理机构43的石墨层可采用市面上提供的石墨过滤板实现；本实施例原液预处理装置4采用物理方法过滤待测水样，用三重过滤技术对水样进行预处理，滤除水样中的杂质，但不会影响水质原有的PH值。在其它实施例中，一级处理机构41、二级处理机构42中过滤网的目数可根据水样中的含杂情况，进行适应性的调整。

PH传感器6通过传感检测头检测经原液预处理装置4处理后进入原液储存池5内的原液水质PH值，并将数据传输到信息采集与处理模块8。

信息采集与处理模块8与PH传感器6相连接，对PH传感器6得到的数据进行预处理，并将预处理信号传输至信号传输模块9。

信号传输模块9通过中央控制芯片的控制，将设备运行情况、所得数据传输至远程控制端10。

自动清洗装置7由中央控制芯片控制，定期对PH传感器6进行清洗。如图4所示，本实施例自动清洗装置7包括基座701、输水管703、吸水泵702和旋转清洗喷头704；基座701设置在原液储存池5上且位于原液储存池5下方，旋转清洗喷头704的底部穿过原液储存池5设置在基座701上，旋转清洗喷头704的底部可相对基座701旋转，旋转清洗喷头704的喷头部位于原液储存池5内，且出口朝向PH传感器6；吸水泵702设置在基座701上，吸水泵702的进口通过输水管与原液储存池5内腔连通，出口与喷头部连通。吸水泵的作用是吸取原液储存池5内的水并将水输送至旋转清洗喷头，通过旋转清洗喷头射出，旋转清洗喷头喷出的水的流速可以实现PH传感器6清洁，并且由于使用的是原液储存池5内的水，旋转清洗喷头喷出的水可以带动池内的水流动进行水循环，促进新旧待测原液的交替。

由于吸水泵702需要在中央控制芯片的控制下间歇工作，实现对PH传感器6的定期清洗，吸水泵702与中央控制芯片需要电连接，因此本实施例将自动清洗装置7的基座701、输水管703、吸水泵702设置在原液储存池5的外部，并在吸水泵与中央控制芯片的连接线外侧设置导线管15，起到保护与支撑作用。以及在其它与中央控制芯片相连的连接线外侧也设有导线管15，该导线管15用于保护中央控制芯片与各用电设备的连接线与电源线，也是起到保护与支撑作用。

本实施例自动清洗装置7为2个，分别位于PH传感器6检测头底部左右两边。吸水泵702在中央控制芯片的控制下吸水，输水管703连通原液储存池5与旋转清洗喷头704，吸水泵702将水通过输水管703输送至旋转清洗喷头704，借助流速将水流从喷头射出，旋转清洗喷头704可以在图4示平面上实现160°范围内的旋转，实现对PH传感器6探头的清洗，从而延长系统的工作寿命。

如图5所示，本实施例在线监测分析系统还包括箱体11以及水平设置在箱体11内的隔板12，隔板12将箱体11分为上区域13和下区域14；控制单元1、电源模块2、信息采集与处理模块8、信号传输模块9位于上区域13内；取水泵3、原液预处理装置4、原液储存池5、PH传感器6、自动清洗装置7位于下区域14内。本实施例箱体11可实现器件的保护，提高使用寿命，以及通过隔板12将箱体11进行分区，并将控制单元1、电源模块2、信息采集与处理模块8、信号传输模块9这些电器件设置密封的上区域13内，并与水样流通的器件进行分区布置，提高安全性。即使在取水泵3、原液预处理装置4、原液储存池5出现损坏，导致水质流出，也不会对控制单元1、电源模块2、信息采集与处理模块8、信号传输模块9产生影响。

本实施例取水泵3、原液预处理装置4、原液储存池5沿水平方向依次设置，且取水泵3位于原液储存池5的下方；原液储存池5连接了原液预处理装置4以及信息采集模块，原液储存池5在底部开有进水口Ⅱ51，顶部开有出水口Ⅱ52，随着取水泵3的持续工作，多余的水通过顶部的出水口Ⅱ52排出；原液预处理装置4的顶部设有与取水泵3出水口Ⅰ32相连通的进水口Ⅲ44，底部设有与原液储存池5进水口Ⅱ51相连通的出水口Ⅲ45；PH传感器6设置在原液储存池5上方，且检测头伸入原液储存池5内，对原液储存池5内的原液进行PH值检测，自动清洗装置7的旋转清洗喷头位于原液储存池5内部，对PH传感器6的检测头进行定期清洗。

本实施例在线监测分析系统的工作过程：

通过中央控制芯片的控制，取水泵3将待测水域中的水样抽送至原液预处理装置4，水样通过原液预处理装置4的三重过滤技术进行预处理，并输送至原液储存池5，随着取水泵3的持续工作，原液储存池5经内径原液预处理装置4预处理的原液稳定的输入与排除。同时PH传感器6对原液水质PH进行检测并将所得数据实时传输给信息采集与处理模块8，信息采集与处理模块8对所得数据进行预处理并将处理过的数据传输至信号传输模块9，并通过信号传输模块9传输到远程控制端10。整个系统运转过程中，电源模块2为整个系统提供持续又稳定的电力支撑。在PH传感器6工作一段时间需要清洗时，中央控制芯片控制吸水泵702工作，吸水泵702将原液储存池5内的原液通过输水管703输送至旋转清洗喷头704，借助流速将水流从喷头射出，实现对PH传感器6探头的清洗。

本发明采用物理方法对水质进行预处理，采用水质传感器检测法对水质PH进行检测，全程避免使用化学物品，从根源上避免了对环境造成影响；水质传感器检测法时效性强，且采用前端后端一体化，将信息及时回馈给远程控制端10，可以实现较大范围的应用，使用场景广泛；采用清洗装置定时对PH传感器6表面进行清洗，避免了由于杂质堆积而引起的探测精度下降。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (7)

1.一种水质PH在线监测分析系统，其特征在于：包括控制单元(1)、电源模块(2)、取水泵(3)、原液预处理装置(4)、原液储存池(5)、PH传感器(6)、自动清洗装置(7)、信息采集与处理模块(8)、信号传输模块(9)和远程控制端(10)；

所述控制单元(1)与取水泵(3)、原液预处理装置(4)、PH传感器(6)、自动清洗装置(7)、信息采集与处理模块(8)、信号传输模块(9)分别相连；

所述电源模块(2)与控制单元(1)、取水泵(3)、原液预处理装置(4)、PH传感器(6)、自动清洗装置(7)、信息采集与处理模块(8)、信号传输模块(9)分别相连；

所述取水泵(3)的进水口Ⅰ(31)与待测水样相连通，出水口Ⅰ(32)通过所述原液预处理装置(4)与原液储存池(5)的进水口Ⅱ(51)相连通，原液储存池(5)上设有出水口Ⅱ(52)；

所述原液预处理装置(4)包括沿待测水样流通方向依次设置的一级处理机构(41)、二级处理机构(42)和三级处理机构(43)，一级处理机构(41)用于将待测水样中大颗粒杂质滤除，二级处理机构(42)用于将待测水样中小颗粒杂质滤除，三级处理机构(43)用于将待测水样中部分溶解性杂质滤除；

所述PH传感器(6)用于检测原液储存池(5)内待测原液的水质PH值；

所述信息采集与处理模块(8)和PH传感器(6)相连，用于采集PH传感器(6)获得的水质PH值，并通过信号传输模块(9)传输给所述远程控制端(10)；

所述自动清洗装置(7)用于对PH传感器(6)进行清洗。

2.根据权利要求1所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：还包括箱体(11)和水平设置在箱体(11)内的隔板(12)，隔板(12)将箱体(11)分为上区域(13)和下区域(14)；

所述控制单元(1)、电源模块(2)、信息采集与处理模块(8)及信号传输模块(9)位于上区域(13)内；

所述取水泵(3)、原液预处理装置(4)、原液储存池(5)、PH传感器(6)及自动清洗装置(7)位于下区域(14)内。

3.根据权利要求2所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：所述取水泵(3)、原液预处理装置(4)、原液储存池(5)沿水平方向依次设置；

所述原液储存池(5)的进水口Ⅱ(51)位于原液储存池(5)的底部，出水口Ⅱ(52)位于原液储存池(5)的顶部；

所述原液预处理装置(4)的顶部设有与取水泵(3)出水口Ⅰ(32)相连通的进水口Ⅲ(44)，底部设有与原液储存池(5)进水口Ⅱ(51)相连通的出水口Ⅲ(45)；

所述PH传感器(6)设置在原液储存池(5)上方，且检测头伸入原液储存池(5)内。

4.根据权利要求3所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：所述自动清洗装置(7)包括基座(701)、输水管(703)、吸水泵(702)和旋转清洗喷头(704)；

所述基座(701)设置在原液储存池(5)的底部外侧；

所述旋转清洗喷头(704)的底部穿过原液储存池(5)设置在基座(701)上，且可相对基座(701)旋转，旋转清洗喷头(704)的喷头部位于原液储存池(5)内，且出口朝向PH传感器(6)；

所述吸水泵(702)设置在基座(701)上，吸水泵(702)的进口通过输水管(703)与原液储存池(5)内腔连通，出口与喷头部连通。

5.根据权利要求1至4任一所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：所述一级处理机构(41)采用4目过滤网(411)；

所述二级处理机构(42)包括沿待测水样流通方向依次设置的10目过滤网(421)和20目过滤网(422)；

所述三级处理机构(43)采用石墨层结构(431)。

6.根据权利要求5所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：电源模块(2)包括蓄电池模块(21)和太阳能电池模块(22)。

7.根据权利要求6所述水质PH在线监测分析系统，其特征在于：所述取水泵(3)位于原液储存池(5)的下方。

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