CN115808942B - 用于水质检测仪的温度调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于水质检测仪的温度调节方法及系统，包括以下步骤：预设污水处理的反应温度值，将常温到温度值标注为常温值、升温值、反应值；在常温值至升温值时，加热模块调整对应的加热功率，使得污水的温度快速到达升温值；温度记录模块采集当前污水的温度数据，并将温度数据发送至控制模块；基于上述温度数据，控制模块发出对应的命令至加热模块，加热模块调整对应的加热功率，使污水温度到达至预设的温度值，投放与该温度值相对应的化学反应剂，进行污水处理。本发明通过分段式加热，有效的节约加热电能，同时使得化学反应试剂的反应温度更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及污水检测技术领域，尤其是一种用于水质检测仪的温度调节方法及系统。
背景技术
在污水处理和检测领域，需要确定水质内的主要成分以及元素，为了有效处理污水，在实验室往往需要多种化学试剂进行反应，最终给出一种合理的污水处理方案。而多种化学试剂的最佳反应温度不同，所需要的反应时间也不同，现代污水处理往往是通过加热装置直接加热，导致在污水处理时，化学试剂的化学反应远低于预期。例如公开号为CN107585943A，专利名称为一种温度可调节的污水反应设备，给出一种解决方案，但是经技术人员研究返修，首先污水处理添加化学试剂，需要添加多种，最优的方案，往往是保证多种化学试剂先后投入的顺序，而投入顺序的改变则意味着，先后化学试剂的反应温度可能升高，可能降低，对于温度身高，加热即可完成，对于温度降低，该专利并未给出一种较好的解决方案，同时对于温度的升温，也是传统的加热，事实上较难调节至化学试剂的最佳反应温度。另外，现有的PID加热系统，采用电压和功率恒定，控制工作时间的方式，在加热时，容易导致温度在设定值上下波动，从而影响反应温度的精度。
故，本申请想要解决的是，如何精准控制污水处理时，化学反应的温度。
发明内容
发明目的：基于上述背景技术总提到的问题，本申请提出一种用于水质检测仪的温度调节方法及系统，用于精准控制多种化学试剂的最佳反应温度，使得污水处理效果最好，同时对污水处理后的余热进行处理，进一步节约能源。
技术方案：用于水质检测仪的温度调节方法，包括：
S1、预设污水处理的反应温度值，将常温到所述温度值标注为常温值、升温值、反应值；
S2、构建加热模块，在常温值至升温值时，所述加热模块调整对应的加热功率，使得污水的温度快速到达升温值；
S3、构建温度记录模块、控制模块，所述温度记录模块采集当前污水的温度数据，并将温度数据发送至控制模块；
S4、基于上述温度数据，所述控制模块发出对应的命令至加热模块，所述加热模块调整对应的加热功率，使污水温度到达至预设的温度值，投放与该温度值相对应的化学反应剂，进行污水处理。
进一步地，还包括以下步骤：
S5、构建投放模块，所述投放模块包括至少一种化学反应剂；
基于化学反应剂的设定值，构建反应数据模块：
S6、基于所述反应数据模块，所述控制模块通过加热模块按照预设的投放顺序，将污水的温度加热到预设的温度区间。
进一步地，还包括以下步骤：
S7、构建至少一个恒温空间，所述恒温空间用于存放污水；基于恒温空间，在常温到所述温度值的曲线上标注余热值；
S8、构建热交换模块，所述热交换模块用于恒温空间之间的热传递的控制；
S9、构建温度修正模块，所述温度修正模块记录接收热交换后的第二批次污水的当前温度，并计算该温度与余热值的差值Δt，并发送至控制模块；所述控制模块发出修正命令，所述加热模块将第二批次污水温度加热至余热值；
S10、所述控制模块发出升温命令，所述加热模块快速将第二批次污水温度加热至升温值；进行步骤S3到S4，使得第二批次污水处理温度达到预设的温度值。
进一步地，步骤S6的具体步骤包括：
S61、基于多种化学反应试剂，至少获取对应的最佳化学反应温度区间、反应时长、投放次序；
S62、至少基于化学反应试剂的最佳反应温度区间，投放次序，设计污水处理时的温度的加热过程，以及在预设温度区间的反应时长。
进一步地，在步骤S62中，当需要对污水进行降温时，所述控制模块控制热交换模块进行热交换，将污水的温度降低至对应区间。
进一步地，还包括步骤S63、所述控制模块基于最佳反应温度区间和加热过程，将加热过程分成至少K个加热区间和每一加热区间终点时刻的预定温度，所述加热区间至少包括第一加热速度区间、第二加热速度区间和第三加热速度区间，第一加热区间的加热速度大于第二加热区间的加热速度，第二加热区间的加热速度大于第三加热区间的加热速度，K为大于等于3的正整数。
进一步地，基于多批次的污水同步处理，构建总控模块，所述总控模块对多批次污水处理对应的控制模块进行控制。
用于水质检测仪的温度调节系统，基于上述任意一种用于水质检测仪的温度调节方法，包括：
恒温空间，用于污水的流入、流出以及临时存储；
加热模块，至少包括加热设备，所述加热设备的加热端设置在恒温空间内；
温度记录模块，至少包括温度传感器，设置在恒温空间内；
上位机，内置控制模块，所述控制模块接收温度传感器测量的温度数据，并按照预设的规则调整加热设备的功率；
投放模块，包括投料设备，设置在所述恒温空间内。
进一步地，还包括：温度修正模块、总控模块以及热交换模块，其中，所述温度修正模块接入上位机，所述总控模块用于对多个上位机的集成，所述热交换模块用于不同批次污水之间的热交换。
进一步地，对多批次的污水进行处理时，将污水先后流入至指定数量的恒温空间，加热模块对第一批次的污水进行加热，首先调大加热模块的功率，使其快速升温至第一升温值，随后降低加热模块的功率，使其缓慢升温至指定的第一反应温度区间，此时投放第一批化学反应试剂，设置指定的第一反应时长；再次进行加热升温，投放第二批化学反应试剂；需要降温时，则控制热交换模块进行不同批次污水间的热交换，进行降温。
进一步地，将多个恒温空间进行连续组装，在其中一个恒温空间内设置管道结构，所示管道结构连通另一个恒温空间，使其成为一体结构，第二批次的污水经过管道结构流入至另一个恒温空间，实现热交换。
有益效果
1、能够批次检测和处理污水，增加处理速度；同时使用多种化学反应试剂，污水检测和处理效果更好；
2、基于多种化学反应试剂的反应特性，设计污水处理的温度流程，使得多种化学反应试剂在最佳的温度进行化学反应；
3、通过分段式加热，有效的节约加热电能，同时使得化学反应试剂的反应温度更加精确；处理和检测的结果更加精确。
4、设计热交换，使得先处理后的污水的余热用于下批次污水处理和检测，可有效节约能源，同时通过热交换，能够实现污水处理时反应温度的降低，以适用于实际污水处理和检测。
附图说明
图1是本发明的工作流程图。
图2是本发明的热交换流程图。
图3是本发明的温度设计原理图。
图4是本发明的恒温空间其中一种实施图。
图5是本发明的恒温空间另一种实施图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步地说明。
实施例1
基于上述背景技术中提出的问题，在污水检测过程中，需要用氧化剂等物质与污染物反应，获得待检测的产物，通过产品判断污水的污染程度。另外，在污水处理中，常常使用各种催化剂来催化有毒物质，将其转化为安全的物质，为了加速该反应过程，需要对含催化加的污水进行加热，而催化剂反应有最佳温度，为了达到该温度，需要对污水进行加热，与常见的污水加热处理不同的是，本实施例为了节约能源，将该加热温度分段进行，首先进行快速加热，使得污水的温度快速升温，随后进行缓慢升温，使其到达理想值，以完成较好的化学反应。
如图1所示，包括以下步骤：
S1、预设污水处理的反应温度值，将常温到温度值标注为常温值、升温值、反应值；本实施例中的反应温度值、反应值可进一步表述为温度反应区间，部分化学反应试剂的有最佳反应温度，但是在实际操作中，很难精准控制，往往是一个温度区间；
S2、构建加热模块，在常温值至升温值时，加热模块调整对应的加热功率，使得污水的温度快速到达升温值；
S3、构建温度记录模块、控制模块，温度记录模块采集当前污水的温度数据，并将温度数据发送至控制模块；
S4、基于上述温度数据，控制模块发出对应的命令至加热模块，加热模块调整对应的加热功率，使污水温度到达至预设的温度值，投放与该温度值相对应的化学反应剂。用于处理污水。
在本实施例中，相较于传统的加热，能节省更多的能源，同时在本实施中设置了恒温空间，用于保存热量。
实施例2
由于在污水处理过程中，往往是针对多种有害物质，投放对应的反应试剂，因此在实施例1的基础上，需要预先进行样本实验，获得对应的反应计量、反应温度、反应时间等，包括以下步骤：
S5、构建投放模块，投放模块包括至少一种化学反应剂；
基于化学反应剂的设定值，构建反应数据模块：
S6、基于反应数据模块，控制模块通过加热模块按照预设的投放顺序，将污水的温度加热到预设的温度区间。
通过上述方案，预先设定对应的投放规则，进而实现多种化学反应试剂的稳步投放。
实施例3
相较于传统的污水加热处理，除了加热时造成的能源的浪费，同时无法精确加热到最佳化学反应温度值，而在加热后，同时针对污水的余热也未作处理，这其中的浪费更是巨大，因此在实施例1的基础上，本实施例对余热进行处理，采用热交换的方法，如图2所示，包括以下步骤：
S7、构建至少一个恒温空间，恒温空间用于存放污水；基于恒温空间，在常温到温度值的曲线上标注余热值；
S8、构建热交换模块，热交换模块用于恒温空间之间的热传递的控制；
S9、构建温度修正模块，温度修正模块记录接收热交换后的第二批次污水的当前温度，并计算该温度与余热值的差值Δt，并发送至控制模块；控制模块发出修正命令，加热模块将第二批次污水温度加热至余热值；
S10、控制模块发出升温命令，加热模块快速将第二批次污水温度加热至升温值；进行步骤S3到S4，使得第二批次污水处理温度达到预设的温度值。
在本实施例中，提出了余热值的概念，为了更好的阐述这一内容，本实施例以先后两批次的污水处理进行说明，即两批次污水进行热交换，那么两批次热交换的理论温度就是，温度值/2，如果三批次及以上同时交换，那就是温度值/批次，在实际生产来说，两批次的交换热热量损失较少，且工程量较少。
与传统不同的是，为了减少控制模块的工作类型，即减少对应的算法框架，在本实施例中，引入了温度修正模块，即由温度修正模块对第二批次的污水进行温度的调节，通过加热模块将污水的温度调整到理论余热值，本实施例中的理论余热值为温度值的一半。那么控制模块只需如实施例1中的进行，进行对应温度的控制即可，无需再增加新的算法。
实施例4
在实施例2的基础上，本实施例提出一种化学反应试剂的投放规则，如图3所示，包括以下步骤：
S61、基于多种化学反应试剂，至少获取对应的最佳化学反应温度区间、反应时长、投放次序；
S62、至少基于化学反应试剂的最佳反应温度区间，投放次序，设计污水处理时的温度的加热过程，以及在预设温度区间的反应时长。
通过上述的技术方案，对污水处理设计了一个完整的投放方案，该投放顺序基于污水的温度进行投放，并控制相应的反应时间。
进一步地，还包括步骤S63、所述控制模块基于最佳反应温度区间和加热过程，将加热过程分成至少K个加热区间和每一加热区间终点时刻的预定温度，所述加热区间至少包括第一加热速度区间、第二加热速度区间和第三加热速度区间，第一加热区间的加热速度大于第二加热区间的加热速度，第二加热区间的加热速度大于第三加热区间的加热速度，第一加热区间、第二加热区间和第三加热区间的加热电压依次减小，第一加热区间、第二加热区间和第三加热区间的加热时间依次减小，K为大于等于3的正整数。
在本实施例中，为了解决现有技术存在的问题，提供一种新的加热控制方案，即在加热的过程中，针对不同的反应过程，设定不同的电压、反应加热区间，从而达到精准加热的目的。
具体而言，现有的PID加热采用电压或功率恒定的模式，通过控制工作时间∆t的比例来控制反应功率，比如需要功率大时，∆t控制在80—100%，需要功率小时，∆t控制在20-40%，采用这种方式，在分析仪检测过程中，由于电压等参数是比较高的，比如说36V或者更高，因此需要对时间控制非常精确，在实际使用过程中，发现会出现温度突破预设值，然后下降到低于预设值，温度振荡幅度比较大，从而造成反应过程不稳定，影响检测结果。
在本实施例中，通过对反应物和反应条件的分析，针对每种反应设计反应温度调控过程，然后配置在控制模块中。
比如在一个反应过程中，基于反应体系，设定加热至反应温度的时间为15分钟，然后基于反应过程和反应环境的因素，将反应分成四个过程，在前60%的时间中，采用全速加热的方法，将电压设置为24V，在60-70%的时间段内，将电压调整为20V，在70-80%的时间内，将电压调整为15V，在80-100%的时间段内，将电压调整为12V。如果采用功率的方式进行调整，也是类似的。
换句话说，本实施例中，不仅可以通过PID调整反应时间∆t，还通过对反应过程和反应环境的分析统计，调整反应电压或功率的方式，对反应过程进行控制，从而精确调整反应温度，减小反应温度的振荡，让反应更加平稳，从而获得更为准确的结果。
在一些实施例中，如果可以调节最优反应温度的范围在相对窄的区间，从而将反应温度控制在其中，不仅能够提高检测的准确度，还能为温度控制增加冗余。
在其他实施例中，对反应过程参数的统计过程如下：
S60、针对每一反应过程，采集反应物、反应环境和检测精度的参数；设计至少M组反应过程，每组反应过程包括反应周期、每个反应周期的电压（功率）的参数，M大于等于9；采集各个反应过程下的温度曲线并查找最优曲线对应的反应周期和每个反应周期的电压（功率）的参数，并在上下调整各个参数，重新统计最优曲线，获得最终的最优反应周期的参数和每个周期的电压（功率）参数。
换句话说，针对每个反应过程，基于反应物的状态、物质的量，以及反应环境的参数，设置若干组反应过程参数和电压参数，大致寻找到相对最优的参数范围，然后在相对最优参数范围上下寻找出最终的最优反应周期和每个周期的电压（功率）参数，然后进行对比，从而为每个反应过程提供最优的反应参数，使得每个反应能够达到预设值，提高最终反应产物的精度。
实施例5
在实施例4的基础上，由于温度升温比较容易，但是不同化学反应试剂的投放顺序以及反应温度可能不是正相关，在下一个投放的过程中需要的温度较低，如果自然冷却，那么时间较长，如果进行降温处理，那么需要额外的降温设备，无疑成本和操作都会复杂，结合实施例3提到的热交换模块。本实施例提出以下解决方案，步骤为：
在步骤S62中，当需要对污水进行降温时，控制模块控制热交换模块进行热交换，将污水的温度降低至对应区间，在该温度区间内投放对应的化学反应试剂。
通过上述的技术方案，不仅能够对污水进行降温，同时节约了能源。
实施例6
在实施例1-5的基础上，相较于传统的单一处理，为了加快污水处理速度，本实施例对多批次的污水进行同步处理。设置多个恒温空间，每个恒温空间对应设置控制模块、加热模块、温度记录模块、投放模块以及温度修正模块，以及对应数量的热交换模块，因此在本实施例中，基于多批次的污水同步处理，构建总控模块，总控模块对多批次污水处理对应的控制模块进行控制，同时总控模块控制对应的热交换模块，那么在实际操作时，有总控模块实现污水的处理，同时调价不同批次之间五十的热交换。在此基础上，不仅实现对污水的快速处理，同时对将污水的总量分开，也便于加热。
在本实施例中，通过总控模块还可以采集各个终端的反应参数，基于各个终端的反应参数，提取最优的反应加热参数。从而形成终端智能管控系统，通过对大数据的分析，获得最优反应参数，不断优化调整反应控制过程。
实施例7
在实施例1-6的基础上，本实施例给出一种用于污水处理的系统，基于上述方法实现，包括恒温空间、加热模块、温度记录模块、上位机以及投放模块，其中恒温空间用于污水的流入、流出以及临时存储，为一个密封的反应空间，加热模块至少包括加热设备，加热设备的加热端设置在恒温空间内，例如内置加热板等结构，温度记录模块自身包括温度传感器，设置在恒温空间内，用于检测恒温空间内的温度，上位机内嵌控制模块，控制模块接收温度传感器测量的温度数据，并按照预设的规则调整加热设备的功率，投放模块至少包括投料设备，设置在恒温空间内，用于对不同化学反应剂的先后投放。通过上述方案，实现对污水的系统话处理。
实施例8
在实施例7的基础上，还包括温度修正模块、总控模块以及热交换模块，其中，温度修正模块接入上位机，总控模块用于对多个上位机的集成，热交换模块用于不同批次污水之间的热交换。
通过上述技术方案，当先后批次的污水进行热交换后，由于热量的损失，使得第二批次的污水的温度并非理论值，因此通过温度修正模块进行温度调整，使其升温到理论值，便于控制模块进行直接操作。同时通过总控模块用于对多个上位机的集成，实现对污水的批量处理。
实施例9
对多批次的污水进行处理时，将污水先后流入至指定数量的恒温空间，加热模块对第一批次的污水进行加热，首先调大加热模块的功率，使其快速升温至第一升温值，随后降低加热模块的功率，使其缓慢升温至指定的第一反应温度区间，此时投放第一批化学反应试剂，设置指定的第一反应时长；再次进行加热升温，投放第二批化学反应试剂；需要降温时，则控制热交换模块进行不同批次污水间的热交换，进行降温。
实施例10
在上述的实施例中，由于使用了热交换模块，则需要相应的热交换设备，热交换结构等，例如构建管道通过冷热循环来实现，其中本身增加了额外的设备，则需要更多的成本以及维护方案，如图4所示，本实施例给出分层设计、错层设计等，其中阴影部分、无阴影部分为不同批次的污水，从结构上增加先后批次的污水的接触面积，进行热交换。同时本实施例还给出，将多个恒温空间进行连续组装，在其中一个恒温空间内设置管道结构，所示管道结构连通另一个恒温空间，使其成为一体结构，第二批次的污水经过管道结构流入至另一个恒温空间，实现热交换。如图5所示，使用管道结构通过第一批次的污水，使得第二批次的污水经过管道结构进行热交换。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包括这些改动和变型在内。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.用于水质检测仪的温度调节方法，其特征在于，包括：
S1、预设污水处理的反应温度值，将常温到所述温度值标注为常温值、升温值和反应值；
S2、构建加热模块，在常温值至升温值时，所述加热模块调整对应的加热功率，使得污水的温度快速到达升温值；
S3、构建温度记录模块、控制模块，所述温度记录模块采集当前污水的温度数据，并将温度数据发送至控制模块；
S4、基于上述温度数据，所述控制模块发出对应的命令至加热模块，所述加热模块调整对应的加热功率，使污水温度到达至预设的温度值，投放与该温度值相对应的化学反应剂，进行污水处理；
S5、构建投放模块，所述投放模块包括至少一种化学反应剂；基于化学反应剂的设定值，构建反应数据模块：
S6、基于所述反应数据模块，所述控制模块通过加热模块按照预设的投放顺序，将污水的温度加热到预设的温度区间；
S7、构建至少一个恒温空间，所述恒温空间用于存放污水；基于恒温空间，在常温到所述温度值的曲线上标注余热值；
S8、构建热交换模块，所述热交换模块用于恒温空间之间的热传递的控制；
S9、构建温度修正模块，所述温度修正模块记录接收热交换后的第二批次污水的当前温度，并计算该温度与余热值的差值Δt，并发送至控制模块；所述控制模块发出修正命令，所述加热模块将第二批次污水温度加热至余热值；
S10、所述控制模块发出升温命令，所述加热模块快速将第二批次污水温度加热至升温值；进行步骤S3到S4，使得第二批次污水处理温度达到预设的温度值。
2.如权利要求1所述的用于水质检测仪的温度调节方法，其特征在于，步骤S6的具体步骤包括：
S61、基于多种化学反应试剂，至少获取对应的最佳化学反应温度区间、反应时长、投放次序；
S62、至少基于化学反应试剂的最佳反应温度区间，投放次序，设计污水处理时的温度的加热过程，以及在预设温度区间的反应时长；
在步骤S62中，当需要对污水进行降温时，所述控制模块控制热交换模块进行热交换，将污水的温度降低至对应区间。
3.如权利要求2所述的用于水质检测仪的温度调节方法，其特征在于，还包括步骤S63、所述控制模块基于最佳反应温度区间和加热过程，将加热过程分成至少K个加热区间和每一加热区间终点时刻的预定温度，所述加热区间至少包括第一加热速度区间、第二加热速度区间和第三加热速度区间，第一加热区间的加热速度大于第二加热区间的加热速度，第二加热区间的加热速度大于第三加热区间的加热速度，K为大于等于3的正整数。
4.如权利要求3所述的用于水质检测仪的温度调节方法，其特征在于，基于多批次的污水同步处理，构建总控模块，所述总控模块对多批次污水处理对应的控制模块进行控制。
5.用于水质检测仪的温度调节系统，基于权利要求1至4任一项所述的用于水质检测仪的温度调节方法，其特征在于，包括：
恒温空间，用于污水的流入、流出以及临时存储；
加热模块，至少包括加热设备，所述加热设备的加热端设置在恒温空间内；
温度记录模块，至少包括温度传感器，设置在恒温空间内；
上位机，内置控制模块，所述控制模块接收温度传感器测量的温度数据，并按照预设的规则调整加热设备的功率；
投放模块，包括投料设备，设置在所述恒温空间内。
6.如权利要求5所述的用于水质检测仪的温度调节系统，其特征在于，还包括：温度修正模块、总控模块以及热交换模块，其中，所述温度修正模块接入上位机，所述总控模块用于对多个上位机的集成，所述热交换模块用于不同批次污水之间的热交换。
7.如权利要求6所述的用于水质检测仪的温度调节系统，其特征在于，对多批次的污水进行处理时，将污水先后流入至指定数量的恒温空间，加热模块对第一批次的污水进行加热，首先调大加热模块的功率，使其快速升温至第一升温值，随后降低加热模块的功率，使其缓慢升温至指定的第一反应温度区间，此时投放第一批化学反应试剂，设置指定的第一反应时长；再次进行加热升温，投放第二批化学反应试剂；需要降温时，则控制热交换模块进行不同批次污水间的热交换，进行降温。
8.如权利要求5所述的用于水质检测仪的温度调节系统，其特征在于，将多个恒温空间进行连续组装，在其中一个恒温空间内设置管道结构，所示管道结构连通另一个恒温空间，使其成为一体结构，第二批次的污水经过管道结构流入至另一个恒温空间，实现热交换。
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