CN114167019B - 一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法及清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法及清洗装置，由监测方法、水质监测仪和自动清洗装置三部分构成。即通过云服务器远程操作水质监测仪对待测水样进行检测、校准、上传和自动清洗传感器。本发明的水质监测仪与现有的技术相比，本发明的水质监测仪解决了现有水质检测仪设备体积大，应用场合受限，多参数测量时功耗大，传感器清洗困难和人工清洗易损坏等问题。本发明的水质监测仪体积小，适用于多种场合，功耗低使用的时间长，监测的数据准确。尤其是每次采样后能自动清洗传感器。检测方法简单易操作，远程操作节省了人力和物力，极大地降低了监测成本。

Description

一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法及清洗装置

技术领域

本发明涉及一种环境监测装置及监测方法，尤其是能自动清洗水质监测仪的传感器的装置及方法。

背景技术

水是人类生存的重要资源；一直以来我国都是水资源极度贫乏的国家，人均占有量不及世界平均水平的三分之一；而作为北方重要水源的黄河，有38.7％基本丧失使用功能，尽管如此，近年来，我国水资源污染的新闻还是会时常出现。由此可见，水资源问题已经成为我们生活中不可忽视的问题了。为了监测水体是否受到污染，人们便设立了水质监测站。但是由于水质监测站建设费用高昂、体积较大等原因，水质监测站无法普及到我国的各个区域。

目前我国市面上已经成型的水质在线监测系统WQMS是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。WQMS可尽早发现水质的异常变化，为防止下游水质污染迅速做出预警预报，及时追踪污染源，从而为管理决策服务。但是WQMS在体积、监测范围、功耗、成本和清洗传感器等方面仍存在极大优化空间，对于水质监测不是最优选择。

上述相关技术的实现成本高昂，对水质参数测量范围较小，无法对传感器实现自动清洗，体积太大并且功耗太高，其并不适用于特殊场景，例如狭小地段、野外环境以及农村乡镇水质监测的普及使用。

CN112924636A公开了水质监测装置和方法，但其主要针对野外进行水质监测，并且不能实现自动清洗传感器的功能。

CN214097400U公开了一种水质监测装置，其通过浮力箱来实现对各种环境水质的监测，但不能实现自动清洗传感器的功能。

CN201910482368.9公开一种水动力水质监测传感器清洗装置，解决了现有技术中传感器清洗装置使用寿命短和价格高的问题，但是其本身拥有清洗速度慢的缺点，而且它还利用毛刷作为清洗工具是极容易损坏采样传感器的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能自动清洗的水质监测记录仪的监测方法；

本发明的另一目的是提供一种与本发明方法相配套的水质监测仪；

本发明的再一目的是提供一种实现本发明方法的水质监测仪自动清洗装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法，包括以下步骤：

A、初始化完成后，云服务端远程操作；

B、云服务端对水质监测仪下发指令；

C、水质监测仪在接收到指令后，判断指令是否正确，若不正确则返回云服务端重新下发指令；若指令正确，水质监测仪响应该指令：具体响应为：

C1、接收到指令1，打开需要测量参数的开关；

C2、接收到指令2，启动监测设备，抽取待测液体，控制传感器采集数据，将原始数据计算、校准并保存；

C3、接收到指令3，读取数据，将校准后的标准数据上传至云服务器；

C4、接收到指令4，启动清洗，排出采样后的被监测液体，抽取清洗液，设定冲洗高度和冲洗力度，冲洗传感器；排出清洗液。

步骤C4中所述的设定冲洗高度和冲洗力度，包括以下步骤获得：

冲洗喷头喷出的水流速度，使冲洗喷头在清洗传感器时能达到所需清洗高度以及力度；

冲洗喷头的数量J应等于传感器的数目Z；

冲洗喷头在清洗时水流的清洗速度应大于等于最小清洗速度，清洗速度的公式为：

V_c cosθ×t＝r (1)

其中g为重力加速度，r为清洗环圆孔半径，θ为喷水孔101与储水槽12内底面夹角，V_c为清洗速度，t为清洗液从出水口到最高清洗高度的时间，h为清洗高度；

当h＝0时，由公式(1)和(2)联立得到最小清洗速度：

根据清洗速度V_c来求得清洗水泵功率N：

N＝Q_z×H×ρ×g (4)

其中，清洗液的密度ρ和重力加速度g为固定参数值，水泵流量Q_z和扬程H通过计算求得；

水泵流量Q_z和扬程H的确定过程如下：

a)对每个冲洗喷头喷射的水流量进行求和可得到水泵流量Q_z：

Q_z＝J×Q_f (5)

Q_f为每个冲洗喷头喷射的水流量，每个冲洗喷头喷射的水流量Q_f由清洗速度V_c(V_min≤V_c≤2V_min)通过流量方程公式得到：

R_c为冲洗喷头的半径，π为圆周率，n为每个冲洗喷头上的冲洗孔数量；

b)根据a)中求出的水泵流量V_z和冲洗喷头水流量Q_f得到冲洗喷头所需的水流量，即主流管流速V_z和每个冲洗喷头所需水流量即分流管流速V_f：

R_z和R_f为主流导管半径和分流管的半径。

c)水泵扬程H有吸水扬程Z₁，压水扬程Z₂和损失扬程h三部分组成：

H＝Z₁+Z₂+h (9)

吸水扬程Z₁通过测量水泵和清洗液存储盒连接管的距离得到，压水扬程Z₂通过测量水泵和喷头连接支架连接管的距离得到，损失扬程h需通过计算得到，其计算步骤如下：

1)计算主流管道损失扬程：

h_f1为主流管沿程阻力，h_j1为主流管局部水头损失，V_z为主流管的流速，λ₁为主流管沿程阻力系数，ζ₁为主流管局部水头损失系数，L₁为主流管的总长度，其中，λ₁，ζ₁，L₁皆为固定参数。

2)计算冲洗喷头分流管的损失扬程：

h_f2为分流管沿程阻力，h_j2为分流管局部水头损失，V_f为分流管的流速，λ₂为冲洗喷头分流管沿程阻力系数，ζ₂为局部水头损失系数，L₂为冲洗喷头分流管的单位长度，其中，λ₂，ζ₂和L₂皆为固定参数。

最后将计算过程1)和计算过程2)结合得到的损失扬程:

h＝h_f1+h_j1+h_f2+h_j2 (14)

当V_c＝V_min时，由公式(1)到(14)得到最小功率N_min，功率即视为力度。

根据冲洗喷头内环半径的大小以及出水孔坡度θ，获得冲洗喷头清洗的最高位置为rtanθ，

θ为出水孔的坡度角、r为冲洗喷头内环半径，h为清洗到的最高位置。通过公式(15)可知，冲洗喷头清洗时清洗到的最高位置为rtanθ。

水质监测仪，是由云服务端经通讯模块、控制模块分别连接信号调理共享模块a、电源模块和清洗模块，信号调理共享模块a经多路传感器模块与信号调理共享模块b连接构成。

所述的信号调理共享模块a包括参比传感器电路、恒流源信号电路和pwm信号电路；

所述的多路传感器模块包括电导传感器、温度传感器和离子传感器；

所述的信号调理共享模块b由多路选择器a经放大电路、多路选择器b与低通滤波电路连接构成。

自动清洗装置，是由设有传感器插孔的上层传感器固定板3及与其对应且相同规格、相同传感器插孔的下层传感器固定板4和与其固定连接的四根立柱13通过上层传感器固定板螺栓7及下层传感器固定板螺栓6相互固定构成监测装置框架；传感器8穿过上层传感器固定板3和下层传感器固定板4所设的感器插孔抵近冲洗喷头1，传感器8通过乳胶卡箍将其分别固定在上层传感器固定板3和下层传感器固定板4的传感器插孔中，传感器8与冲洗喷头1中心同轴；监测装置框架置于储水槽12中，储水槽12内底面固定有与传感器8相同数量的冲洗喷头1，冲洗喷头1设有八个等角度分布的喷水孔101，喷水孔101与储水槽12内底面夹角θ为45°—65°，喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ45°的与喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ65°相邻布设；监测装置框架下部设有横梁2，横梁2中部装有与冲洗喷头1连接的清洗水管5，清洗水管5通过储水槽12底部设有的清洗液进水孔10与清洗水泵连接，储水槽12设有与排水泵连接的排水孔9，进水孔11与抽水水泵连接。

有益效果：发明的水质监测仪与现有的技术相比，本发明的水质监测仪解决了现有水质检测仪设备体积大，应用场合受限，多参数测量时功耗大，传感器清洗困难和人工清洗易损坏等问题。本发明的水质监测仪体积小，适用于多种场合，功耗低使用的时间长，监测的数据准确。尤其是每次采样后能自动清洗传感器。检测方法简单易操作，远程操作节省了人力和物力，极大地降低了监测成本。

附图说明

图1是一种能自动清洗的水质监测仪监测方法流程图；

图2是一种能自动清洗的水质监测仪结构框图；

图3是一种能自动清洗的水质监测仪运行框图；

图4是一种能自动清洗的水质监测仪清洗装置结构图；

图5是图4中冲洗喷头1的结构图；

图6是图3中离子传感器--多路选择电路图；

图7是图3中参比传感器多路选择器电路图；

图8是图3中离子传感器信号调理电

图9是图3中温度传感器电路图；

图10是图3中电导传感器电路图；

图11是图3中LTC1062低通滤波电路图；

图12是图3中无线通讯模块电路图；

图13是复位电路图；

图14是图3中控制模块电路图；

图15是图3中电源模块电路图；

1冲洗喷头，2横梁，3上层传感器固定板，4下层传感器固定板，5清洗水管，6下层传感器固定板螺栓，7上层传感器固定板螺栓，8传感器，9排水孔，10清洗液进水孔，11待测水进水孔，12储水槽，13立柱，101清洗孔，102螺纹，O圆心。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明

一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法，包括以下步骤：

A、初始化完成后，云服务端远程操作；

B、云服务端对水质监测仪下发指令；

C、水质监测仪在接收到指令后，判断指令是否正确，若不正确则返回云服务端重新下发指令；若指令正确，水质监测仪响应该指令：具体响应为：

C1、接收到指令1，打开需要测量参数的开关；

C2、接收到指令2，启动监测设备，抽取待测液体，控制传感器采集数据，将原始数据计算、校准并保存；

C3、接收到指令3，读取数据，将校准后的标准数据上传至云服务器；

C4、接收到指令4，启动清洗，排出采样后的被监测液体，抽取清洗液，设定冲洗高度和冲洗力度，冲洗传感器；排出清洗液。

步骤C4中所述的设定冲洗高度和冲洗力度，通过以下步骤获得：

冲洗喷头喷出的水流速度，使冲洗喷头在清洗传感器时能达到所需清洗高度以及力度；

冲洗喷头的数量J应等于传感器的数目Z；

冲洗喷头在清洗时水流的清洗速度应大于等于最小清洗速度，清洗速度的公式为：

V_c cosθ×t＝r (1)

其中g为重力加速度，r为清洗环圆孔半径，θ为喷水孔101与储水槽12内底面夹角，V_c为清洗速度，t为清洗液从出水口到最高清洗高度的时间，h为清洗高度；

当h＝0时，由公式(1)和(2)联立得到最小清洗速度：

根据清洗速度V_c来求得清洗水泵功率N：

N＝Q_z×H×ρ×g (4)

其中，清洗液的密度ρ和重力加速度g为固定参数值，水泵流量Q_z和扬程H通过计算求得；

水泵流量Q_z和扬程H的确定过程如下：

a)对每个冲洗喷头喷射的水流量进行求和可得到水泵流量Q_z：

Q_z＝J×Q_f (5)

Q_f为每个冲洗喷头喷射的水流量，每个冲洗喷头喷射的水流量Q_f由清洗速度V_c(V_min≤V_c≤2V_min)通过流量方程公式得到：

Q_f＝n×V_c×R_c ²×π (6)

R_c为冲洗喷头的半径，π为圆周率，n为每个冲洗喷头上的冲洗孔数量；

b)根据a)中求出的水泵流量V_z和冲洗喷头水流量Q_f得到冲洗喷头所需的水流量，即主流管流速V_z和每个冲洗喷头所需水流量即分流管流速V_f：

R_z和R_f为主流导管半径和分流管的半径。

c)水泵扬程H有吸水扬程Z₁，压水扬程Z₂和损失扬程h三部分组成：

H＝Z₁+Z₂+h (9)

吸水扬程Z₁通过测量水泵和清洗液存储盒连接管的距离得到，压水扬程Z₂通过测量水泵和喷头连接支架连接管的距离得到，损失扬程h需通过计算得到，其计算步骤如下：

1)计算主流管道损失扬程：

h_f1为主流管沿程阻力，h_j1为主流管局部水头损失，V_z为主流管的流速，λ₁为主流管沿程阻力系数，ζ₁为主流管局部水头损失系数，L₁为主流管的总长度，其中，λ₁，ζ₁，L₁皆为固定参数。

2)计算冲洗喷头分流管的损失扬程：

h_f2为分流管沿程阻力，h_j2为分流管局部水头损失，V_f为分流管的流速，λ₂为冲洗喷头分流管沿程阻力系数，ζ₂为局部水头损失系数，L₂为冲洗喷头分流管的单位长度，其中，λ₂，ζ₂和L₂皆为固定参数；

最后将计算过程1)和计算过程2)结合得到的损失扬程:

h＝h_f1+h_j1+h_f2+h_j2 (14)

当V_c＝V_min时，由公式(1)到(14)得到最小功率N_min，功率即视为力度。

根据冲洗喷头内环半径及出水孔夹角θ大小，获得冲洗喷头清洗的最高位置为rtanθ，

θ为喷水孔101与储水槽12内底面夹角，r为冲洗喷头内环半径，h为清洗到的最高位置。通过公式(15)可知，冲洗喷头清洗时清洗到的最高位置为rtanθ。

水质监测仪，是由云服务端经通讯模块、控制模块分别连接信号调理共享模块a、电源模块和清洗模块，信号调理共享模块a经多路传感器模块与信号调理共享模块b连接构成。

所述的信号调理共享模块a包括参比传感器电路、恒流源信号电路和pwm信号电路；

所述的多路传感器模块包括电导传感器、温度传感器和离子传感器；

所述的信号调理共享模块b由多路选择器a经放大电路、多路选择器b与低通滤波电路连接构成。

自动清洗装置是由设有不少于4个传感器插孔的上层传感器固定板3及与其对应的且相同规格、相同传感器插孔的下层传感器固定板4和与其固定连接的四根立柱13通过上层传感器固定板螺栓7及下层传感器固定板螺栓6相互固定构成监测装置框架，传感器8穿过上层传感器固定板3和下层传感器固定板4抵近冲洗喷头1，传感器8通过乳胶卡箍将其分别固定在上层传感器固定板3和下层传感器固定板4的传感器插孔中，传感器8与冲洗喷头1中心同轴，监测装置框架置于储水槽12中，储水槽12内底面固定有与传感器8相同数量的冲洗喷头1，冲洗喷头1设有八个等角度分布的喷水孔101，喷水孔101与储水槽12内底面夹角θ为45°—65°，喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ45°的与喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ65°相邻布设，监测装置框架下部设有横梁2，横梁2中部装有与冲洗喷头1连接的清洗水管5，清洗水管5通过储水槽12底部设有的清洗液进水孔10与清洗水泵连接，储水槽12设有与抽水水泵连接的排水孔9，进水孔11与抽水水泵连接。

上层传感器固定板3和下层传感器固定板4上相邻两个传感器插孔的横向中心距为43.5mm纵向中心距为82mm，传感器8穿过上层传感器固定板3和下层传感器固定板4抵于冲洗喷头1之上2-4mm，检测装置框架下部设有横梁2，横梁2中部装有与冲洗喷头1连接清洗水管5,清洗水管5与清洗液进水孔10连接，装置框架置于待测液储水槽12中，清清洗水管5通过螺纹固定有与传感器8相同数量的冲洗喷头1，冲洗喷头1设有八个等角度分布的喷水孔101，喷水孔101与储水槽12内底面夹角θ为45°—65°，喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ45°的与喷水孔101与储水槽12内地面夹角θ65°相邻布设；监测装置框架下部设有横梁2，横梁2中部装有与冲洗喷头1连接的清洗水管5，清洗水管5通过储水槽12底部设有的清洗液进水孔10与清洗水泵连接，储水槽12设有与排水水泵连接的排水孔9，进水孔11与抽水水泵连接。

上层传感器固定板3通过上层传感器固定板螺栓7与立柱13固定连接，下层传感器固定板4通过下层传感器固定板螺栓6与立柱13固定连接，上层传感器固定板3中的传感器8和下层传感器固定板4中的传感器8与其下方的冲洗喷头1公轴；每个冲洗喷头1上有8个清洗孔，每个清洗孔之间的弧度为45°。

本发明的电路设计采取了集成多类传感器共享电路方案，不同类型的传感器混合使用，连接在多路选择器(如CD4051芯片)，共用一个输出电路，通过此方案来简化电路，进而达到低功耗的性能；当控制模块对信号调理模块发送信号调理指令时，控制模块将分别输出PWM信号、恒流源信号和选择参比传感器。PWM信号作为电导传感器激励信号，恒流源信号作为温度传感器激励信号，对应的参比传感器与对应的离子传感器配合使用；电导传感器、温度传感器和离子传感器将分别输出三个模拟信号经多路选择器a和放大电路后，三个模拟信号再次经过多路选择器b，温度传感器和离子传感器输出的模拟信号将经过低通滤波电路后再返回给控制模块转换为数字信号保存，而电导传感器输出的模拟信号将直接送给控制模块转换为数字信号并保存。

无线通讯模块采用WH-LTE-7S4型4G模块，实现云服务端的无线通讯，达到远程控制水质监测仪的功能。

控制模块采用MSP430F169嵌入式微控制器，实现低功耗，处理各个指令和数据，并将命令下达到信号调理共享模块a、清洗模块和无线通讯模块。

水质监测仪通电，待其初始化完成后，在云服务端开始远程操作。通过云服务端对水质监测仪下发指令；

用户对需要测量的参数在云服务端界面进行打开参数测量开关的操作，与此同时，云服务端下发功能码为0x05写单个线圈功能的指令1，待下位机响应后分别打开待测参数的开关；待测参数开关开启后，点击云服务端界面中的开始按钮，之后，云服务端下发功能码为0x06写单个寄存器功能的指令2，将控制寄存器值写为1后，待下位机响应后水质监测仪开始工作；在按下开始按钮后，云服务端开始下发功能码为0x03读保持寄存器功能的指令3，待下位机响应后对标准数据处理结果进行获取；在按下清洗按钮后，云服务端开始下发功能码的0x06写单个寄存器功能的指令4，将控制寄存器值写为2后，待下位机响应后水质监测仪对传感器进行清洗；云服务端会将每次上传的标准数据处理结果加上时间戳进行保存并以曲线图的形式展现出来，以达到便于观测某一参数或多个参数在一定时间段内的变化范围，数据也会以Excel表格的形式保存展现出某一时间获取的标准数据处理结果；此时，若在某一时刻有标准数据处理结果大于该参数的设定值时，云服务端则会以网页和微信公众号平台同时发出报警以及短信通知的方式通知操作人员，使操作人员及时对该地方水域某一参数进行治理；当报警参数恢复到设定值以下范围内，则报警取消，恢复正常；

云服务端下发的指令，是云服务端根据用户选择的功能下发不同的Modbus Rtu通讯协议指令，Modbus Rtu通讯协议将以十六进制的形式下发指令；

若指令1或指令2或指令3或指令4在下发过程中，外界产生干扰致使指令错误，水质监测仪将不执行该错误指令。

水质监测仪在接收到指令后，判断指令是否正确，若不正确则返回云服务端重新下发指令；若指令正确，则水质监测仪响应该指令，其具体响应为：如果接收到指令1，则打开需要测量参数的开关；如果接收到指令2，则启动设备，开始监测；如果接收到指令3，则将标准数据处理结果上传至云服务器；如果接收到指令4，则开始对传感器进行清洗；

在控制模块接收到指令1后，控制模块响应，云服务端的界面显示待测参数开关被打开；在控制模块接收到指令2后，控制模块响应，对信号调理共享模块发送控制信号调理指令，控制抽水水泵抽取待测液体，对待测液体进行监测，最后将监测的数据经控制模块计算校准后，作为标准数据处理结果存储在保持寄存器中；在控制模块接收到指令3后，控制模块响应，将标准数据处理结果上传至云服务端并显示在界面上；在控制模块接收到指令4后，清洗模块开始工作；

若指令1或指令2或指令3或指令4在执行过程中，若水质监测仪响应指令时发生干扰致使数据错误，响应不符合Modbus Rtu通讯协议，云服务端不响应该操作。在每执行完一条指令后，水质监测仪会等待云服务端继续下发指令。

水质监测仪在接收指令2之后，水质监测仪启动，并抽取待测液体，然后对待测液体进行监测，并将监测的数据经计算校准后保存，在接收到指令3后，则将经过计算校准后的数据，即为标准数据上传至云服务端；

在水质监测仪在完成抽水，监测，上传数据三个步骤后，即为结束一次完整的监测过程，然后云服务端下发清洗指令，对传感器表面进行冲洗，清洗模块驱动高压水泵使水流高速通过冲洗喷头的清洗孔对传感器进行冲洗，具体步骤为：

Ⅰ)控制模块接收到清洗指令后，清洗模块开始工作；

Ⅱ)抽水水泵将水质监测仪中已监测过的水源排出；

Ⅲ)清洗水泵抽取清洗液后，通过传感器周围围绕的冲洗喷头对传感器进行冲洗，将传感器的表面冲洗干净；

Ⅳ)抽水水泵再将清洗废液排出至储存盒中；

Ⅴ)等待云服务端下发指令，进行下一次监测。

本发明通过控制冲洗喷头喷射出的水流速度，使冲洗喷头在清洗传感器时能达到最佳清洗高度以及力度；

冲洗喷头的数量J应等于传感器的数目Z(推荐数目为6个冲洗喷头)；

冲洗喷头在清洗时水流的清洗速度应大于等于最小清洗速度，清洗速度的公式为：

V_ccosθ×t＝r (1)

g为重力加速度(g＝9.8)，r为清洗环圆孔半径(r＝12mm)，θ为冲洗喷头出水孔角θ＝60°，V_c为清洗速度，t为清洗液从出水口到最高清洗高度的时间，h为清洗高度；

当h＝0时，可以得到最小速度，由公式(16)和(17)联立得到最小清洗速度：

其中V_min为最小清洗速度；

通过控制清洗水泵功率来控制水流的速度大小，其具体公式如下：

N＝Q_z×H×ρ×g (4)

其中，清洗液的密度ρ(ρ取1.19gcm^-3)和重力加速度g为固定参数值，水泵流量Q_z和扬程H通过计算求得；

水泵流量Q_z和扬程的计算过程如下：

a)对每个冲洗喷头喷射的水流量进行求和可得到水泵流量Q_z，如下公式：

Q_z＝J×Q_f (5)

每个冲洗喷头喷射的水流量Q_f可由水流初速度V_c(V_min≤V_c≤2V_min)通过流量方程公式得到,具体公式如下：

R_c为冲洗喷头的半径(R_c＝20mm)，V_c为水流初速度,n为每个冲洗喷头上的冲洗孔数量(n＝8)；

b)根据a)中求出的水泵流量Q_z和冲洗喷头流量Q_f可以得到所有冲洗喷头所需的水流量即主流管流速V_z和每个冲洗喷头所需水流量即分流管流速V_f，公式如下：

R_z和R_f为主流导管半径和分流管的半径(R_z＝10mm，R_f＝6mm)。

c)水泵扬程H有吸水扬程、压水扬程和损失扬程三部分组成，计算过程如下：

H＝Z₁+Z₂+h (9)

Z₁为吸水扬程，通过测量水泵和清洗液存储盒连接管的距离可以得到固定参数Z₁，Z₂为压水扬程，通过测量水泵和喷头连接支架连接管的距离可以得到固定参数Z₂，h为损失扬程需通过计算可得到，计算步骤如下：

d)计算本发明主流管道损失扬程：

h_f1为主流管沿程阻力，h_j1为主流管局部水头损失，V_z为主流管的流速，λ₁为主流管沿程阻力系数，ζ₁为主流管局部水头损失系数，L₁为主流管的总长度，其中，λ₁，ζ₁，L₁皆为固定参数,且λ₁取0.0356，ζ₁取0.0289，L₁取1000mm。

e)计算冲洗喷头分流管的损失扬程：

h_f2为分流管沿程阻力，h_j2为分流管局部水头损失，V_f为分流管的流速，λ₂为冲洗喷头分流管沿程阻力系数，ζ₂为局部水头损失系数，L₂为冲洗喷头分流管的单位长度，其中，λ₂，ζ₂，L₂皆为固定参数，且λ₂取0.0256，ζ₂取12.36，L₂取10mm。

最后将d)和e)计算得到的损失扬程h:

h＝h_f1+h_j1+h_f2+h_j2 (14)

当V_c＝V_min时，由公式(1)到(14)得到最小功率N_min，功率即可视为力度。

根据冲洗喷头内环半径的大小以及出水孔坡度0的大小，可得到冲洗喷头喷射的最高位置，公式如下：

θ为出水孔的坡度角(θ取65°)，r为冲洗喷头内环半径(r取12mm)，h为清洗到的最高位置，通过公式(15)可知，冲洗喷头清洗时的最高位置为rtanθ。

Claims (4)

1.一种能自动清洗的水质监测仪的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、初始化完成后，云服务端远程操作；

B、云服务端对水质监测仪下发指令；

C、水质监测仪在接收到指令后，判断指令是否正确，若不正确则返回云服务端重新下发指令；若指令正确，水质监测仪响应该指令，具体响应为：

C1、接收到指令1，打开需要测量参数的开关；

C2、接收到指令2，启动监测设备，抽取待测液体，控制传感器采集数据，将原始数据计算、校准并保存；

C3、接收到指令3，读取数据，将校准后的标准数据上传至云服务器；

C4、接收到指令4，启动清洗，排出采样后的被监测液体，抽取清洗液，设定冲洗高度和冲洗力度，冲洗传感器；排出清洗液；

所述的设定冲洗高度和冲洗力度，通过以下步骤获得：

冲洗喷头喷出的水流速度，使冲洗喷头在清洗传感器时能达到所需清洗高度以及力度；

冲洗喷头的数量J应等于传感器的数目Z；

冲洗喷头在清洗时水流的清洗速度应大于等于最小清洗速度，清洗速度的公式为：

V_ccosθ×t＝r (1)

其中g为重力加速度，r为清洗环圆孔半径，θ为喷水孔(101)与储水槽(12)内底面夹角，V_c为清洗速度，t为清洗液从出水口到最高清洗高度的时间，h为清洗高度；

当h＝0时，由公式(1)和(2)联立得到最小清洗速度：

根据清洗速度V_c来求得清洗水泵功率N：

N＝Q_z×H×ρ×g (4)

清洗液的密度ρ和重力加速度g为固定参数值，水泵流量Q_z和扬程H通过计算求得；

水泵流量Q_z和扬程H的确定过程如下：

a)对每个冲洗喷头喷射的水流量进行求和可得到水泵流量Q_z：

Q_z＝J×Q_f (5)

Q_f为每个冲洗喷头喷射的水流量，每个冲洗喷头喷射的水流量Q_f由清洗速度V_c(V_min≤V_c≤2V_min)通过流量方程公式得到：

R_c为冲洗喷头的半径，π为圆周率，n为每个冲洗喷头上的喷水孔(101)数量；

b)根据a)中求出的水泵流量V_z和冲洗喷头水流量Q_f得到冲洗喷头所需的水流量，即主流管流速V_z和每个冲洗喷头所需水流量即分流管流速V_f：

R_z和R_f为主流导管半径和分流管的半径；

c)水泵扬程H有吸水扬程Z₁，压水扬程Z₂和损失扬程h三部分组成：

H＝Z₁+Z₂+h (9)

吸水扬程Z₁通过测量水泵和清洗液存储盒连接管的距离得到，压水扬程Z₂通过测量水泵和喷头连接支架连接管的距离得到，损失扬程h需通过计算得到，其计算步骤如下：

1)计算主流管道损失扬程：

h_f1为主流管沿程阻力，h_j1为主流管局部水头损失，V_z为主流管的流速，λ₁为主流管沿程阻力系数，ζ₁为主流管局部水头损失系数，L₁为主流管的总长度，其中，λ₁，ζ₁，L₁皆为固定参数；

2)计算冲洗喷头分流管的损失扬程：

h_f2为分流管沿程阻力，h_j2为分流管局部水头损失，V_f为分流管的流速，λ₂为冲洗喷头分流管沿程阻力系数，ζ₂为局部水头损失系数，L₂为冲洗喷头分流管的单位长度，其中，λ₂，ζ₂和L₂皆为固定参数；

最后将计算过程1)和计算过程2)结合得到的损失扬程：

h＝h_f1+h_j1+h_f2+h_j2 (14)

当V_c＝V_min时，由公式(1)到(14)得到最小功率N_min，功率即视为力度；

根据冲洗喷头内环半径的大小以及出水孔坡度θ，获得冲洗喷头清洗的最高位置为rtanθ，

θ喷水孔(101)与储水槽(12)内底面夹角、r为冲洗喷头内环半径，h为清洗到的最高位置。

2.一种实现权利要求1所述能自动清洗的水质监测仪的监测方法的水质监测仪，其特征在于，是由云服务端经无线通讯模块、控制模块分别连接信号调理共享模块a、电源模块和清洗模块，信号调理共享模块a经多传感器模块与信号调理共享模块b连接构成。

3.按照权利要求2所述的水质监测仪，其特征在于，所述的信号调理共享模块a包括参比传感器电路、恒流源信号电路和pwm信号电路；

所述的多传感器模块包括电导传感器、温度传感器和离子传感器；

所述的信号调理共享模块b由多路选择器a经放大电路、多路选择器b与低通滤波电路连接构成。

4.一种实现权利要求1所述能自动清洗的水质监测仪的监测方法的自动清洗装置，其特征在于，是由设有传感器插孔的上层传感器固定板(3)及与其对应且相同规格、相同传感器插孔的下层传感器固定板(4)和与其固定连接的四根立柱(13)通过上层传感器固定板螺栓(7)及下层传感器固定板螺栓(6)相互固定构成监测装置框架；传感器(8)穿过上层传感器固定板(3)和下层传感器固定板(4)所设的感器插孔抵近冲洗喷头(1)，传感器(8)通过乳胶卡箍将其分别固定在上层传感器固定板(3)和下层传感器固定板(4)的传感器插孔中，传感器(8)与冲洗喷头(1)中心同轴；监测装置框架置于储水槽(12)中，清清洗水管(5)通过螺纹固定有与传感器(8)相同数量的冲洗喷头(1)，冲洗喷头(1)设有八个等角度分布的喷水孔(101)，喷水孔(101)与储水槽(12)内底面夹角θ为45°—65°，喷水孔(101)与储水槽(12)内地面夹角θ45°的与喷水孔(101)与储水槽(12)内地面夹角θ65°相邻布设；监测装置框架下部设有横梁(2)，横梁(2)中部装有与冲洗喷头(1)连接的清洗水管(5)，清洗水管(5)通过储水槽(12)底部设有的清洗液进水孔(10)与清洗水泵连接，储水槽(12)设有与排水水泵连接的排水孔(9)，进水孔(11)与抽水水泵连接。

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