KR960010695B1 - 자동 온도 보정 기능을 갖는 수질 측정 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동 온도 보정 기능을 갖는 수질 측정 장치

제1도는 본 발명에 의한 수질측정 장치의 전체 블럭 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 수질측정 장치의 측정, 보정 및 표시동작을 설명하기 위한 플로우 차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수소이온 농도(pH) 측정전극 2 : 온도 측정 센서

3 : 전기 전도도 측정전극 4 : 탁도 감지부

5 : 용존 산소량(DO)측정전극 6 : 수소이온 농도 신호 컨디셔닝 회로부

7 : 온도 신호 컨디셔닝 회로부

8 : 전기전도도 신호 컨디셔닝 회로 및 구동 회로부

9 : 발광부 구동회로 및 탁도 신호 처리 회로부

10 : 용존 산소량 신호 컨디셔닝 회로 및 구동 회로부

11 : 다중화 선택 회로부 12 : 기능선택 스위치

13 : 아날로그/디지탈 변환기 14 : 단일칩 마이크로 컴퓨터

15 : 외부 원격지 전송용 출력단자 16 : 디스플레이부

본 발명은 물의 수소이온농도(pH), 온도, 전기 전도도, 용존 산소량(DO) 및 탁도(Turbidity) 등 다섯가지 항목을 선택적으로 감지하여 단일칩 마이크로 컴퓨터로 처리 및 표시하고, 수소 이온 농도와 용존 산소량 측정에서는 온도 보정표를 이용하는 기존 측정장치와는 달리 수온을 동시에 측정하여 마이크로 컴퓨터에 의한 프로그래밍기법으로 자동온도 보정방법을 채택하여 수질을 측정하도록 하는 자동온도 보정기능을 갖는 수질측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 수질의 어느 항목 하나를 측정하기 위해서는 측정용 센서와 신호의 적절한 증폭, 조절 및 측정치를 표시하는 디스플레이부가 필요하다.

종래의 수질측정 장치는 4가지의 구성 유형이 있는데 첫째, 측정 항목별 개벌 측정기들로 구성되는 경우, 둘째, 아날로그 방식의 신호처리를 수행하는 경우, 세째, 온도 보정을 위하여 기준표를 사용하거나 수동조정을 행하는 경우, 네째, 다수의 측정항목을 하나의 장치로써 통합측정은 하되. 센서, 신호처리부, 컴퓨터, 표시 등이 개별장치로 구성된 거치식 (일본국 특개평 1-141351호)으로 나뉘어진다.

상기 첫번째 경우는 다섯가지 항목을 측정하고자 할때 개별적으로 다섯가지의 측정기를 이용하는 경우로서 측정을 위한 필요장비의 수가 많아지고, 측정에 소요되는 경비와 사용상 불편이 상대적으로 증가하는 불리한 점이 있다.

또한 수소이온 농도나 용존 산소량을 측정할때 물의 온도를 추가로 측정해야만 하는 단점이 있다.

두번째 경우는 개별 소요회로가 증가되고, 수소이온 농도의 경우 강산성이나 강염기성을 비선형성에 의한 대책이 마련되지 못하는 경우가 있다.

또한 개별적인 신호처리부를 구성하는 복잡성이 발생한다.

특히, 수소이온 농도나 용존 산소량 측정시 온도 보정을 행하여야 하는데 수동조작에 의해 이루어지므로 불편하여 미숙한 조작의 경우에는 오차를 유발하게 되는 단점이 있다. 이와 같은 기술은 일본국 특개소 51-33693호에 소개되고 있고, 이에 의하면 수동절환 스위치에 의한 수동조작으로 수온을 측정하고 있어 조작의 미숙에 따른 오차 유발은 물론 별도의 온도 보정표를 이용하여야 하는 불편함이 지적된다.

세번째 경우는 첫번째와 유사한 것으로서 대상 수질의 온도에 따른 기준표를 이용하는 번거로움과 두 번째 경우에서 서술한 바와 같이 수동 온도보상이 어려운 문제점이 있다.

네번째 경우는 휴대형이 아닌 거치식 장치 구성으로 인한 경제적 비용 소모가 크며, 일반 사용자의 조작시 상당한 기술이 요구되고, 무엇보다도 동시 수온측정을 행하지 않으므로 자동온도 보정기능을 가능케 하지 못하고 있어 수동 온도보정으로 인한 높은 오차 발생의 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 제반 문제점을 감안하여 띠루어진 것으로 수질의 다섯가지 측정 항목(수소이온농도, 온도, 전기 전도도, 탁도, 용존 산소량)을 외부 선택 스위치를 이용하여 각 항목에 대한 감지 신호를 발생시키고, 이를 적절히 증폭 조절 및 디지탈 신호 변환후 단일칩 마이크로 컴퓨터를 이용하여 처리 표시한다. 또한 프로그램을 이용한 자동온도 보정을 거쳐 표시할 수 있도록 구성된 휴대용 측정장치를 제공하는 것으로, 특히, 수소이온 농도와 용존산소량 측정시 수온을 동시에 측정토록 함으로써, 수집 측정시의 오차 범위를 줄이고, 그 측정의 정확성을 도모하기 위한 목적을 가진 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명에 의한 수질측정 장치의 전체 블럭 구성도를 나타탠 것으로서, 수소이온농도(pH), 온도, 전도도, 탁도, 용존 산소농도의 5가지 분석 항목을 감지하여 적절한 전압 크기로 출력시키는 각 측정전극(1-5)과, 각 측정 전극(1-5)에 의해 감지된 미세한 신호를 적절히 증폭하거나 센서 구동을 위하여 일정 신호를 발생시키고 또한 측정치가 표준치와 일치하도록 초기 상태를 조정하는 수소이온 농도 신호 컨디셔닝 회로부(6), 온도 신호 컨디셔닝 회로부(7), 전기 전도도 신호 컨디셔닝 회로 및 구동회로부(8), 발광부 구동회로 및 탁도 신호처리 회로부(9) 및 용존 산소량 신호컨디셔닝 회로 및 구동 회로부(10)와, 기능선택 스위치(12)의 입력에 따라 각 감지신호를 아날로그/디지탈 변환기(13)에 연결시켜주는 다중화 선택 회로부(11)와, 5가지 분석 항목을 선택하는 기능선택 스위치(12)와 단일칩 마이크로 컴퓨터 (14)로 처리하기 위해 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기(13)와, 각각의 측정된 측정치를 출력하기 위하여 온도 보정, 단위 계산등의 계산프로그램을 수행하며 그 결과를 표시하기 위하여 십진 변환한 후 디스플레이부(16)로 출력시키는 마이크로 컴퓨터 (14)와, 마이크로 컴퓨터 (14)에서 처리된 데이터를 원거리 외부장치로 보낼 수 있도록 하기 위한 외부 전송용 출력단자(15)와, 단일칩 마이크로 컴퓨터 (14)에서 처리된 데이타를 사용자가 인식할 수 있도록 표시하는 디스플레이부(16)를 구비하고 있다.

제2도에서는 본 발명에 의한 수질 측정 장치에서 마이크로 컴퓨터(14)가 수행하는 메인 처리 루틴과 서브처리 루틴을 나타내는 플로우 챠트로서, 메인 처리 루틴은 처음에 시스템을 초기화 한 다음 항목을 선택하는 스위치인 기능 선택 스위치 (12) 값을 받아들이고. 이 기능 선택 스위치 (12) 값에 따라 만일 그 값이 1이면 수소이온 농도(pH) 측정 서브 프로그램을 수행하고, 그 값이 2이면 온도 측정 서브 프로그램을 수행하며, 그 값이 3이면 전도도 측정 서브 프로그램을 수행한다.

또한 4이면 탁도 측정 서브 프로그램을 수행하고, 5이면 용존 산소량 측정 서브 프로그램을 수행하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 수질 측정 장치의 동작 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

pH 측정전극(1)은 기준 전극과 유리전극이 일체형으로 되어 있는 조합형(Combination type) 전극이며 개발형 유리전극 특성과 마찬가지로 단위 pH당 발생기전력은 온도에 따라 변하며 온도가 높을 수록 커진다.

온도 측정센서(2)는 정밀급이고 선형성이 양호하여 온도 표준계로 이용되는 백금처항체를 사용한다.

전기 전도도 측정전극(3)은 4전극법은 사용하여 직경 1mm의 백금선을 3mm 간격으로 배치시킨다.

전류원은 분극작용을 고려하며 1kHz의 정전류원으로 설계한다.

탁도 측정전극(4)은 저탁도 측정에서 표준 방식으로 규정된 네프로메트리(nephelometry)방식을 채택한다.

광원의 파장은 부유입자 크기를 고려하여 400-600mm대가 권장되고 있다.

광원으로는 발과소자(LED)를 사용하며 수광소자는 포토 다이오드를 사용하여 입자 광축에 대하여 90℃방향으로 산란되는 광을 감지하도록 한다.

용존 산소농도 측정전극(5)은 투광막 전극으로 폴라로그래프형을 사용하며, 고분자 투파막은 불화탄소계인 페트론필름을 사용하여 구성한다.

음극은 금이고, 양극은 은이며, 전해액으로는 KCL용액을 사용한다.

수소이온 농도 신호 컨디셔닝 회로부(6)는 매우 높은 입력 입피던스(최소 10¹²이상)를 갖는 것이 필수적이다.

25℃ 상온의 pH 7에서 제로(zero) 전압이 발생되도록 조종하는 조종단자와 단위 pH당 0.1V가 되도록 조정된다.

이 경우에는 인가되는 pH 기전력의 전류가 너무 미소하므로 잡음 대책으로 pH 측에는 차폐용 케이블을 사용하며 입력 단자측으로 PCB 패턴상에 차폐패턴을 형성한다.

온도 신호 컨디셔닝 회로부(7)는 온도측정 센서(2)에 흐르는 전류의 크기를 일정한 정전류(constantcurrent)가 되도록 회로를 구성하며, 상용 온도 범위에서 온도 아날로그 출력이 0-2[v]가 되도록 한다.

전기 전도도 신호 컨디셔닝 회로 및 구동회로부(8)는 순수교류 1kHz 구형파를 발생시킨 후 정전류 변환회로를 거쳐 피 측정체의 전도도에 무관하게 정전류가 공급되도록 하여 4개 전류 중 두개의 백금으로 된 전극에 인가한다.

나머지 두개의 전극간에 피측정체의 저항에 의한 전압 강하 크기를 디지탈 처리부에서 처리 가능한 전압의 크기로 자동증폭시키고, 교류 전압을 정류하여 출력을 안정시킨 후 출력한다.

발광부 구동회로 및 탁도 신호 처리회로부(9)는 탁도를 측정하기 위한 회로로서 발광부 구동회로에서는 발광소자의 바이어스 전압을 일정하게 유지하기 위하여 특히 전원 변동을 유의하여 제너 다이오드를 사용한다.

탁도 감응신호인 수광부의 출력전압이 디지탈 처리부에서 처리가 가능하도록 적정한 범위내의 전압이 되도록 조절한다.

용존 산소량 신호 컨디셔닝 회로 및 구동 회로부(10)는 용존 산소를 측정하기 위해서는 6시간 전에 전원을 인가하여 감지기의 준비(stand-by)상태를 유지시켜 주어야 한다.

감지 전류는 전류-전압 변환기를 거쳐 전압으로 변환되며 저역 여파기를 거쳐 출력된다.

다중화 선택 회로부(11)는 기능선택 스위치 (12)의 입력에 따라 각 감지 신호를 아날로그/디지탈 변환기(13)에 연결시켜주는 기능을 행하는 회로이다

pH 측정이 선택되면 온도에 따라 pH 값도 변하기 때문에 이를 보정하기 위하여 pH 감지부와 온도 감지부를 동시에 연결시켜 준다.

용존 산소량을 측정할때에도 위의 pH 측정시와 마찬가지로 온도 보정이 필요하다. 온도에 따른 측정값의 보정은 마이크로 컴퓨터(14)에서 프로그램을 수행하여 소정한다.

아날로그/디지탈 변환기(13)는 감지부에서 측정된 아날로그 신호를 마이크로 프로세서로 처리하기 위하여 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 기능을 수행한다.

단일칩 마이크로 컴퓨터(14)는 각각의 측정된 측정치를 출력하기 위하여 온도보정, 단위계산 등의 계산 프로그램을 수행하며, 그 결과를 표시하기 위하여 십진변환한 후 디스플레이부(16)를 통해 출력한다.

상기한 단일칩 마이크로 컴퓨터 (14)의 제어동작을 제2도를 참조하여 설명한다.

먼저 메일 프로그램의 수행순서는 처음에 시스템을 초기화한다.

그 다음에 항목선택을 위한 기능선택 스위치 (12) 값을 받아들이고, 그 스위치값에 따라 1이면 pH 측정 서브 프로그램을 수행한다.

만일 2이면 온도 측정 서브 프로그램을 수행하고, 3이면 전도도 측정 서브 프로그램을 수행하며, 4이면 탁도 측정 서브 프로그램을 수행한다.

그리고 5이면 용존 산소량 측정 서브 프로그램으로 분기한다.

수소이온 농도(pH)를 계산하기 위해서는 수소이온 농도 측정값을 받아들인 후, 온도 측정값을 입력받아 온도를 계산하고, 온도에 따른 단위 pH 당 전압값을 구한다.

여기서 실제 구하고자 하는 수소이온농도(pH)는 수소이온농도 측정값을 단위 수소 이온농도당 전압값으로 나누어서 계산된다.

계산과정은 계산에 필요한 전기화학 정수값을 사전에 단일칩 마이크로 컴퓨터 (14)에 입력시키고 온도에 따른 보정을 수행하도록 한다.

온도를 계산하는 것은 입력된 온도 측정값으로부터 단일칩 마이크로 컴퓨터 (14)에서 계산할 수 있도록 적절한 상수를 이용하고, 심지변환을 한 후 디스플레이부(16)를 통해 표시하도록 되어 있다.

한편, 전기 전도도의 계산은 입력된 전압 형태의 전도도를 전도도 상수를 이용하여 계산하게 되며, 십진변환을 한 후 디스플레이부(1b)를 통해 표시하도록 되어 있다.

탁도를 계산하기 위해서는 표준 탁도 용액을 이용한 탁도 정수를 사용하여 단일칩 마이크로 컴퓨터(14)에 입력된 탁도 측정값에 연산을 하고, 십진 변환한 후 디스플레이부(16)를 통해 표시한다.

용존 산소량의 계산은 수소이온 농도에 대한 것과 유사하며, 온도에 대한 보상을 한다.

용존 산소량은 농도에 반비례하는 특성을 이용한다.

계산결과를 표시하기 위해서는 십진변환을 하며, 그 결과를 디스플레이부(16)를 통해 표시한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수질의 다섯가지 측정항목(수소이온 농도, 온도, 전기 전도도, 탁도, 용존 산소량)을 하나의 장치내에서 측정하며, 단일칩 마이크로 컴퓨터와 그의 특정 프로그램을 이용하여 온도에 따른 변화를 자동적으로 보상할 수 있게 함과 동시에 원격측정을 할 수 있도록 외부 전송기능을 갖는 휴대용 측정기로서 제품의 신뢰도 및 활용성을 향상시킬 수가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 각 측정 전극(1-5)에 의해 감지된 미세한 신호를 중폭시키고 또한 측정치가 표준치와 일치하도록 초기상태를 조정하는 수소이온 농도 신호 컨디셔닝 회로부(6), 온도 신호 컨디셔닝 회로부(7), 전기 전도도 신호 컨디셔닝 회로 및 구동 회로부(8), 발광부 구동회로 및 차도신호 처리 회로부(9) 및 용존 산소량 신호 컨디셔닝 회로 및 구동 회로부(10)와, 기능 신호 스위치(12)의 입력에 따라 각 감지신호를 아날로그/디지탈 변환기(13)에 연결시켜 주는 다중화선택 회로부(11) 및 아날로그/디지탈 변환기(13)와, 단일칩 마이크로 컴퓨터(14)에서 처리된 데이타를 원거리 외부장치로 보낼수 있도록 하기 위한 외부 전송용 출력단자(15)와, 단일 칩 마이크로 컴퓨터(14)에서 처리된 데이타를 사용자가 인식할 수 있도록 표시하는 디스플레이부(16)를 구비하여 구성시키는 것에 있어서, 수소이온 농도(pH)와 용존산소량(DO)을 수소이온농도 측정전극(1)과, 용존산소량 측정전극(5)으로 측정시 수온을 동시에 측정하여 공지의 단일칩 마이크로 컴퓨터(14)에 의해 처리토록 함을 특징으로 하는 수질측정장치.