CN113667999A - 一种电解水的臭氧浓度控制方法及电解水箱 - Google Patents

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Abstract

本发明属于口腔清洁技术领域，提供了一种电解水的臭氧浓度控制方法，包括步骤：控制元件在电解过程中实时接收经A/D转换后的所述传感器模块采集的环境数据；控制元件对获得的数据进行处理并判断当前电解水箱内的环境是否出现异常状态，若否，则继续获取环境数据；控制元件根据预设算法获得优化调整后的控制命令，通过所述控制命令调节电解组件的工作状态，并继续获取环境数据。本发明还提供了一种电解水箱，本发明的优点在于通过PID参数分析当前情况下最好的臭氧水制作环境，通过相应的调整，配置最佳环境(恒温恒压)。同时保留PID参数值，记录臭氧溶解的极限值，通过内部环境的变化判断当前臭氧浓度是否继续上升，防止出现臭氧浓度逸散现象。

Description

一种电解水的臭氧浓度控制方法及电解水箱
技术领域
本发明涉及口腔清洁技术领域，尤其涉及一种电解水的臭氧浓度控制方法及电解水箱。
背景技术
臭氧漱口水有清除口腔异味、牙齿漂白、杀灭口腔细菌的作用，没有杀口感和异味感，长期使用可以明显减少牙痛发生次数，对牙周病患者有很好的治疗作用，未见口腔粘膜、牙龈、牙齿、味觉异常等副作用，是理想的预防和治疗口腔疾病的漱口水。
现有的漱口水制备装置一般都是将空气中的氧气转化为臭氧，或者采用射流法混合水与臭氧来制备臭氧水，在臭氧浓度控制方面，只能通过臭氧生成时间粗略估计，因为市面上的臭氧浓度检测多为昂贵的臭氧浓度电子检测仪，体积和价格都不适合本产品设计，并且通过臭氧时间来判断臭氧浓度，容易造成臭氧浓度溢出，容易出现危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解水的臭氧浓度控制方法，用以解决电解水箱臭氧浓度控制的问题；
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电解水的臭氧浓度控制方法，包括步骤：
S1、传感器模块上电工作，获取当前电解水箱内的环境数据；
S2、启动控制元件和电解组件，由控制器控制电解组件执行臭氧水电解工作；
S3、控制元件在电解过程中实时接收经A/D转换后的所述传感器模块采集的环境数据；
S4、控制元件对获得的数据进行处理并判断当前电解水箱内的环境是否出现异常状态，若否，则返回步骤S1继续获取；若是，则执行步骤S5；
S5、控制元件根据预设算法获得优化调整后的控制命令，通过所述控制命令调节电解组件的工作状态，并返回步骤S1继续获取。
进一步的，所述传感器模块包括：臭氧浓度传感器、液位传感器、温度传感器、TDS传感器和气压传感器。
进一步的，步骤S2中执行臭氧水电解工作的具体步骤包括：
S21、通过液位传感器获取当前水箱内的水位数据；
S22、当水箱内的水位为满水状态时，控制元件根据预设满水电解臭氧浓度值执行对应的电解时间；
S23、当水箱内的水位为残留状态，控制元件根据水位数据、预设电解臭氧浓度值以及上一次的电解时间计算出水中的臭氧含量；
S24、根据所述的臭氧含量计算出当前所需的电解时间和净水水量，若所需的净水水量超过剩余水箱容量则提醒用户排空当前水箱中的水。
进一步的，步骤S5中预设算法为：
Figure BDA0003231594440000021
其中，P(t)是执行器调节时间,Kp是比例调节系数,μ是平衡系统误差值,K1α2Pα是气压调节,K2L+l0是液位调节,K3TDS是TDS值调节,K4T是温度调节,
Figure BDA0003231594440000022
是对系统总体的调整。
本发明的目的还在于提供一种电解水箱，包括：
箱体；
电解组件，用于电解箱体内的水制备臭氧水；
传感器模块，用于获取当前电解水箱内的环境数据；
控制元件，用于控制电解组件执行臭氧水电解工作，并且根据获取的当前环境数据实时调节电解组件的工作状态。
进一步的，传感器模块包括：
臭氧浓度传感器，用于检测水箱内气体中的臭氧浓度数据；
液位传感器，用于检测水箱内的水位；
温度传感器，用于检测水箱内的温度；
TDS传感器，用于检测水中电解质值；
气压传感器，用于检测水箱箱体内的气压值。
进一步的，所述箱体内还设置有温度控制片，所述温度控制片与所述控制元件电连接。
本发明与现有技术相比，至少包含以下有益效果：
(1)能够高效可靠的生成臭氧水，制备出来的臭氧水的浓度精确稳定，使用也很方便，并且臭氧水中的臭氧不易溢散，臭氧的浓度也比较高；
(2)箱体中可保持恒温恒压，因此温度气压已经稳定。水中TDS值可用TDS值传感器检测。在这些条件都相对稳定的情况下再通过水位传感器检测水位，控制水量和电解时间，就能生产出浓度相对稳定的臭氧水；
(3)通过PID参数分析当前情况下最好的臭氧水制作环境(包括温度，气压，TDS)，通过相应的调整，配置最佳环境(恒温恒压)。同时保留PID 参数值，记录臭氧溶解的极限值，通过内部环境的变化判断当前臭氧浓度是否继续上升，防止出现臭氧浓度逸散现象；
(4)当出现两个及两个以上变量发生变化，遵循“幅度越大，调节越优先；误差越多，调节力度越大”的原则，以达到快速稳定臭氧浓度的作用。
附图说明
图1是本发明实施例一的总体流程图；
图2是本发明实施例一的步骤S2中执行臭氧水电解工作的流程图；
图3是本发明实施例二中电解水箱的结构示意图；
图中，100、箱体；110、温度控制片；200、电解组件；310、臭氧浓度传感器；320、水位传感器；330、TDS值传感器；340、温度传感器；350、气压传感器。
具体实施方式
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，一种电解水的臭氧浓度控制方法，包括步骤：
S1、传感器模块上电工作，获取当前电解水箱内的环境数据。
其中，传感器模块包括：臭氧浓度传感器、液位传感器、温度传感器、 TDS传感器和气压传感器。
臭氧浓度传感器用于检测水箱内气体中的臭氧浓度数据，液位传感器用于检测水箱内的水位，温度传感器用于检测水箱内的温度，TDS传感器用于检测水中电解质值，气压传感器用于检测水箱箱体内的气压值。
通过检测水箱内气体中的臭氧浓度数据能够防止出现臭氧浓度逸散现象，而对用户产生一定的危险。
S2、启动控制元件和电解组件，由控制器控制电解组件执行臭氧水电解工作。
其中，如图2所示，步骤S2中执行臭氧水电解工作的具体步骤包括：
S21、通过液位传感器获取当前水箱内的水位数据；
S22、当水箱内的水位为满水状态时，控制元件根据预设满水电解臭氧浓度值执行对应的电解时间；
S23、当水箱内的水位为残留状态，控制元件根据水位数据、预设电解臭氧浓度值以及上一次的电解时间计算出水中的臭氧含量；
S24、根据所述的臭氧含量计算出当前所需的电解时间和净水水量，若所需的净水水量超过剩余水箱容量则提醒用户排空当前水箱中的水。
在制作臭氧水时，如果电解水箱为满水状态，则根据满水电解浓度分配电解时间。如果电解水箱有预留水，即残留状态，控制元件会根据液位数据、用户所选择的浓度值以及上一次电解的时间，首先计算出当前水中的臭氧含量，进而计算出所需要的电解时间和净水水量，但是所需要的净水水量超过剩下的水箱空间，会提示用户“请选择排空模式”，即让用户排空当前水箱中的水，使得电解水箱重新进水至满水位，然后根据满水电解浓度分配电解时间进行制备。
S3、控制元件在电解过程中实时接收经A/D转换后的所述传感器模块采集的环境数据；
S4、控制元件对获得的数据进行处理并判断当前电解水箱内的环境是否出现异常状态，若否，则返回步骤S1继续获取；若是，则执行步骤S5；
S5、控制元件根据预设算法获得优化调整后的控制命令，通过所述控制命令调节电解组件的工作状态，并返回步骤S1继续获取。
其中，步骤S5中预设算法为PID控制方式，其具体公式为：
Figure BDA0003231594440000061
其中，P(t)是执行器调节时间,Kp是比例调节系数,μ是平衡系统误差值,K1α2Pα是气压调节,K2L+l0是液位调节,K3TDS是TDS值调节,K4T是温度调节,
Figure BDA0003231594440000062
是对系统总体的调整。
例如，当液位恒定，温度在室温23°左右，气体压强恒定时，TDS值上升，系统内溶液电导率上升，臭氧水产生效率提高，故需要通过控制执行器减少工作时间控制臭氧水浓度稳定在目标值。
当液位恒定，气体压强恒定，TDS值恒定时，臭氧水浓度随温度升高呈下降趋势，需要同时调整系统温度和执行器的工作时间。
当气体压强恒定，温度在室温23°左右，TDS值恒定，液位监控系统内溶液剩余量，当液位下降，臭氧浓度不变，但饱和时间减少，可以通过调整液位，增加净水水量至目标值或减少执行器的工作时间。
当液位恒定，温度在室温23°左右，TDS值恒定，气体压强变大，说明电解效率偏高，电解出的气体饱和溢出，需要调整执行器的工作效率，对气体压强进行持续的判断和控制，使其稳定在目标值，确保臭氧水浓度恒定。
当出现两个及两个以上变量发生变化，遵循“幅度越大，调节越优先；误差越多，调节力度越大”的原则以达到快速稳定臭氧浓度的作用。
本发明通过PID参数分析当前情况下最好的臭氧水制作环境(包括温度、气压和TDS)，通过相应的调整，配置最佳环境(恒温恒压状态)。同时保留PID参数值，记录臭氧溶解的极限值，通过内部环境的变化判断当前臭氧浓度是否继续上升，防止出现臭氧浓度逸散现象。
实施例二
如图3所示，一种电解水箱，包括：包括：箱体100、电解组件200、传感器模块以及控制元件(图中未画出)。其中，电解组件200用于电解箱体100内的水制备臭氧水，传感器模块用于获取当前电解水箱内的环境数据，控制元件用于控制电解组件200执行臭氧水电解工作，并且根据获取的当前环境数据实时调节电解组件200的工作状态。
箱体100就是电解水箱本体，其内部可以储存水，当水进入到箱体100 后，可以进行电解从而生成臭氧水；在实际工作过程中，首先将储水水箱内的水抽取至箱体内，然后在箱体100内进行电解从而生成绵密的臭氧气泡。
本发明能够通过电解水的方式在水中生成臭氧，然后形成臭氧水，所以其效率非常高，臭氧存在的时间也比较长，而且制备出来的臭氧水浓度也很高。
如图3所示，在上述实施方式的基础上，传感器模块包括：臭氧浓度传感器310、液位传感器320、TDS传感器330、温度传感器340和气压传感器350。
臭氧浓度传感器310用于检测水箱内气体中的臭氧浓度数据，液位传感器320用于检测水箱内的水位，温度传感器340用于检测水箱内的温度， TDS传感器330用于检测水中电解质值，气压传感器350用于检测水箱箱体内的气压值。
水位传感器320能够感应到箱体100的水位，并且当箱体100的水位达到设定水位时自动启动臭氧水电解组件200进行电解。
温度传感器340、气压传感器350与TDS值传感器330检测数据通过算法计算水中臭氧的浓度，控制元件控制电解组件200电解产生臭氧的时间与速度来调节臭氧浓度，从而达到稳定产生一定浓度臭氧水的功能。
温度传感器340和气压传感器350，TDS值传感器330能够检测水箱内的环境状态，通过一定时间的电解后臭氧浓度的检测，来判断当前环境下臭氧浓度的产生效率。多次臭氧水制作后，通过PID参数分析当前情况下最好的臭氧水制作环境(包括温度，气压，TDS)，通过相应的调整，配置最佳环境(恒温恒压)。同时保留PID参数值，记录臭氧溶解的极限值，通过内部环境的变化判断当前臭氧浓度是否继续上升，防止出现臭氧浓度逸散现象。
如图3所示，在上述实施方式的基础上，所述箱体100内还设置有温度控制片110，所述温度控制片110与控制元件电连接。
在箱体100中插入温度传感器340检测箱体100中的温度，检测温度异常时温度控制片110启动，调节水箱温度达到适宜温度，使水箱保持恒温。
需要补充的是，水中臭氧逃逸以及水位变化会导致水箱中气压变化此时箱体100中的气压传感器350检测到气压变化，箱体100控制进气口排气进气调节水箱内气压平衡使箱体100中形成恒压环境。
影响臭氧水浓度的因素有很多，温度，气压，水中TDS值(水中电解质值)，电解时间和水量多少。箱体100中可保持恒温恒压因此温度气压已经稳定。水中TDS值可用TDS值传感器330检测。在这些条件都相对稳定的情况下再通过水位传感器320检测水位，控制水量和电解时间，就能生产出浓度相对稳定的臭氧水。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种电解水的臭氧浓度控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、传感器模块上电工作，获取当前电解水箱内的环境数据；
S2、启动控制元件和电解组件，由控制器控制电解组件执行臭氧水电解工作；
S3、控制元件在电解过程中实时接收经A/D转换后的所述传感器模块采集的环境数据；
S4、控制元件对获得的数据进行处理并判断当前电解水箱内的环境是否出现异常状态，若否，则返回步骤S1继续获取；若是，则执行步骤S5；
S5、控制元件根据预设算法获得优化调整后的控制命令，通过所述控制命令调节电解组件的工作状态，并返回步骤S1继续获取。
2.根据权利要求1所述的一种电解水的臭氧浓度控制方法，其特征在于，所述传感器模块包括：臭氧浓度传感器、液位传感器、温度传感器、TDS传感器和气压传感器。
3.根据权利要求2所述的一种电解水的臭氧浓度控制方法，其特征在于，步骤S2中执行臭氧水电解工作的具体步骤包括：
S21、通过液位传感器获取当前水箱内的水位数据；
S22、当水箱内的水位为满水状态时，控制元件根据预设满水电解臭氧浓度值执行对应的电解时间；
S23、当水箱内的水位为残留状态，控制元件根据水位数据、预设电解臭氧浓度值以及上一次的电解时间计算出水中的臭氧含量；
S24、根据所述的臭氧含量计算出当前所需的电解时间和净水水量，若所需的净水水量超过剩余水箱容量则提醒用户排空当前水箱中的水。
4.根据权利要求1所述的一种电解水的臭氧浓度控制方法，其特征在于，步骤S5中预设算法为：
Figure FDA0003231594430000021
其中，P(t)是执行器调节时间,Kp是比例调节系数,μ是平衡系统误差值,K1α2Pα是气压调节,K2L+l0是液位调节,K3TDS是TDS值调节,K4T是温度调节,
Figure FDA0003231594430000022
是对系统总体的调整。
5.一种电解水箱，基于权利要求1～4任一项所述的电解水的臭氧浓度控制方法，其特征在于，包括：
箱体；
电解组件，用于电解箱体内的水制备臭氧水；
传感器模块，用于获取当前电解水箱内的环境数据；
控制元件，用于控制电解组件执行臭氧水电解工作，并且根据获取的当前环境数据实时调节电解组件的工作状态。
6.根据权利要求5所述的一种电解水箱，其特征在于，传感器模块包括：
臭氧浓度传感器，用于检测水箱内气体中的臭氧浓度数据；
液位传感器，用于检测水箱内的水位；
温度传感器，用于检测水箱内的温度；
TDS传感器，用于检测水中电解质值；
气压传感器，用于检测水箱箱体内的气压值。
7.根据权利要求5所述的一种电解水箱，其特征在于，所述箱体内还设置有温度控制片，所述温度控制片与所述控制元件电连接。
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