TW201337263A - 複合式水質感測裝置及感測方法 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種複合式水質感測裝置及感測方法，而感測水質之步驟係透過控制系統操控第一驅動電路，啟動顆粒濃度感測器開始感測水質之顆粒濃度，顆粒濃度感測器傳送訊號至控制系統的比較電路、訊號過濾器，且由比較電路將接收之訊號與內建參考電壓值進行比對，若訊號值大於(或小於)參考電壓值，即顆粒濃度感測器繼續感測水質；反之，若訊號值小於(或大於)參考電壓值，即利用比較電路操控第二驅動電路，啟動離子濃度感測器開始感測水質之離子濃度，並傳輸訊號至訊號過濾器、訊號處理器，達到準確感測水質的顆粒濃度及離子濃度之目的。

Description

複合式水質感測裝置及感測方法

本發明係提供一種複合式水質感測裝置及感測方法，尤指利用不同水質感測器、分別感測水質顆粒濃度及離子濃度之感測方法，在水質產生變化時，透過顆粒濃度感測器與離子濃度感測器配合進行水質感測，供準確判斷水質之目的。

按，隨著電子科技時代的不斷進步，許多電子、電氣的家電產品問世，提供人們在生活上的舒適與便捷，在日常生活中的衣、食、住、行及娛樂等，透過不同的家電產品，進行快速的處理，減少人工手動的耗時、費工且不完善，而在一般的家電產品中，部分需要連接水源進行作業，如：洗衣機、洗碗機等，利用水流配合清潔液、洗滌劑等進行清洗作業，即可不必動手而將衣物、碗盤餐具等予以清洗乾淨，但在清洗過程中，洗衣機內部的水流因衣物上的灰塵、細屑或清潔液、洗滌劑等影響，造成水質的濁度提高，或者洗碗機內部的水流因碗盤餐具上的食物殘渣、細屑或清潔液、洗滌劑等，亦會導致水質的濁度、顆粒濃度便會提高，而必須透過數次的清水進行洗清的作業，達到將衣物或碗盤餐具等清洗乾淨之目的，以供水質的離子濃度符合檢測標準，則目前在洗衣機或洗碗機中，都會加裝水質感測設備，透過投射光源感測水質後反射接收，藉以感測水質顆粒濃度(水中顆粒濃度值，如：未溶解之清潔劑、雜質或灰塵或毛髮或衣物毛屑、棉絮等)值，以供判斷水質混濁的情況，再設定洗衣機或洗碗機等家電產品的清洗作業模式；然而現今使用之清潔劑仍持續提升與改良洗淨能力，僅偵測水中之顆粒濃度，並無法偵測出洗衣機或洗碗機運轉過程中清潔劑之殘留。

若欲偵測水中殘留之清潔劑，可透過檢測固體溶解於水中後產生之離子濃度變化得知；當水中溶有可解離之鹽類例如鹽、汗水、糖、飲料、色素等，以及清潔劑、漂白水或柔軟精時，該溶液即具有導電性，導電能力越高者，即代表融入水中的固體量越多，導電度(Electrical Conductivity，EC)的量測值越高。

而所謂水質感測，係針對離子濃度與顆粒濃度等二大類進行感測，其中離子濃度以電極方式感測，可感測水中可溶解物質之濃度(TDS)，而電極感測又可分為直接訊號(即導電度)與比較訊號(如酸鹼度)方式。顆粒濃度即表示水中不可溶解之懸浮固體總量(TSS)，通常可由濁度感測值推算得之。通常水質的濁度值介於1NTU～10000NTU之間，洗滌家電一般檢測濃度則為濁度值介於100NTU～4000NTU之間，乃依據製造廠商、清潔機具的機型等不同，而有數據上的差別；而水質的離子濃度值為低於1mS/cm度以下，洗滌家電因考慮清潔劑的使用狀況，一般檢測濃度則為導電度介於0.1～10mS/cm之間；但一般用以偵測水質感測器，並不能同時偵測水質的顆粒濃度、離子濃度(濁度及導電度)，因濁度感測器係針對水質的顆粒濃度進行偵測，對於水質的離子濃度即無法偵測；至於離子濃度度感測器，則是針對水質的離子濃度進行偵測，對於水質的顆粒濃度較不易測得；在實際應用實施時，存在些許缺失與困擾，如：

(1)顆粒濃度感測器僅偵測水質的顆粒濃度，對於水質的離子濃度即無法偵測，容易造成水質中殘留異物或清潔用的洗滌劑影響水質，此外，可溶解之物質如糖、鹽、咖啡、茶鹼、色素等難以分辨，導致清潔作業不確實。

(2)離子濃度感測器則只偵測水質之離子濃度，對於水質的顆粒濃度並無法偵測，也因為水質中的顆粒濃度值若較高，易造成離子濃度感測器的偵測電極氧化或老化的現象發生，可能導致離子濃度感測器的使用壽命縮短。

是以，如何解決目前水質偵測之濁度感測器使用時，受到水質感測(顆粒濃度、離子濃度)之限制、影響偵測水質的品質變差之問題與困擾，並造成水質感測器感測效果不正確之缺失及不便，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可同步感測水質之濁度，並依據水質的顆粒濃度(濁度，NTU)，啟用不同感測器，確保感測值的準確度之複合式水質感測裝置及感測方法的發明專利誕生者。

本發明之主要目的乃在於該水質感測之步驟，係透過控制系統操控第一驅動電路，啟動顆粒濃度感測器開始感測水質之顆粒濃度值(濁度值)，若感測值大於預設值、繼續感測水質之顆粒濃度值，若感測值小於預設值，即由顆粒濃度感測器傳送訊號至控制系統的比較電路、訊號過濾器，透過比較電路與內建參考電壓值，進行比對，而訊號值大於參考電壓值、即顆粒濃度感測器繼續感測水質，若訊號值小於參考電壓值、為利用比較電路操控第二驅動電路，啟動離子濃度感測器開始感測水質之離子濃度、水質之直接訊號(即導電度)與比較訊號(如酸鹼度)，並傳輸訊號至訊號過濾器、訊號處理器，避免離子濃度感測器長時間處於高顆粒濃度水質的感測環境中，達到延長離子濃度感測器使用壽命之目的。

本發明之次要目的乃在於該水質感測裝置，係利用控制系統分別操控第一驅動電路啟動顆粒濃度感測器、操控第二驅動電路啟動離子濃度感測器，依據水質顆粒濃度與預設訊號值(濁度100NTU)比對，當水質顆粒濃度值(濁度值，可預設為50NTU、30NTU或10NTU等，可依實際使用情況進行調整數據值高低)高於預設值時，係由顆粒濃度感測器持續感測水質濁度，若水質顆粒濃度值低於預設值時，即利用離子濃度感測器感測水質離子濃度，達到依據水質之顆粒濃度(濁度)、離子濃度(總固體溶解量、導電度)不同，利用不同水質感測器進行感測之目的，得到較準確的感測數據。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造、實施之方法，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二圖所示，係為本發明之流程圖、方塊圖，由圖中所示可以清楚看出，本發明之複合式水質感測方法，係包括控制系統1、水質感測系統2，而其進行水質感測之步驟係：

(100)利用控制系統1之電壓調節器11操控第一驅動電路12，進而啟動水質感測系統2之顆粒濃度感測器21，開始感測水質之顆粒濃度(濁度)。

(101)而顆粒濃度感測器21感測水質之顆粒濃度值，判斷顆粒濃度值是否大於預設值(濁度感測值約介於50度～300度之間，而當濁度值大於50度即屬於高濁度)。

(102)由顆粒濃度感測器21傳送訊號至控制系統1的比較電路13、並執行步驟(103)；且顆粒濃度感測器21亦同步將訊號傳送至訊號處理器23並執行步驟(106)。

(103)以供比較電路13接將接收之顆粒濃度感測器21的訊號，予以與收控制系統1的參考電壓值單元14內建參考電壓值，進行比對。

(104)比較電路13比對顆粒濃度感測器21之訊號值大於參考電壓值(+5V或+3V等)、即執行步驟(101)；而訊號值若小於參考電壓值(例如：0)、即執行步驟(105)。

(105)再透過比較電路13操控第二驅動電路15，進而啟動離子濃度感測器22，開始感測水質之離子濃度，並由離子濃度感測器22傳輸訊號至訊號處理器23。

(106)透過訊號處理器24，判斷顆粒濃度感測器21或離子濃度感測器22運作，並向外輸出訊號以顯示水質感測系統2的作業狀態。

上述步驟(101)中，水質之顆粒濃度值的檢測數據，係本發明預設之檢測數據，並非以此限制檢測數據之範圍，檢測數據係可依據不同製造廠商、清潔機具機型等，有所變化，均可供本發明變更預設數據應用。

且上述本發明之水質感測方法，在控制系統1的電壓調節器11，係連接於供電源111，以供應控制系統1所需之電能，且供電源111則可為乾電池、鋰電池、充電電池、蓄電池或外部之市電等，可供控制系統1運作之供電源111。

而水質感測系統2之顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22，係分別感測水質之顆粒濃度[濁度感測範圍設定介於50NTU～300NTU(洗衣機)或100NTU～3000NTU(洗碗機)]，且水質顆粒濃度為水中無法溶解之懸浮顆粒濃度(總懸浮固體TSS)，依水中懸浮顆粒濃度的數量多寡，決定水質之顆粒濃度值是否大於或小於預設值(可預設為水質濁度50NTU、30NTU或10NTU等，並可依實際使用情況進行調整數據值高低)，再啟動顆粒濃度感測器21或離子濃度感測器22，進行水質的顆粒濃度、離子濃度之感測：並在水質顆粒濃度高於預設值(濁度大於50NTU)時，啟動顆粒濃度感測器21進行感測水質；且當水質顆粒濃度(濁度小於50NTU)低於預設值時，則啟動離子濃度感測器22進行感測水質，可以避免在水質顆粒濃度(濁度大於50NTU)過高，則啟動離子濃度感測器22，即不致造成離子濃度感測器22因處在水質顆粒濃度高(濁度大於50NTU[亦可為30NTU或10NTU等，並可依實際使用情況進行調整數據值高低]之低導電度、高酸鹼度等)的環境中，而氧化或老化，確保離子濃度感測器22的使用壽命會不縮短，因水中可解離的鹽類，使水質具有導電性，而導電能力越高，導電度的量測值越高，導電值常用單位包括：導電度(EC)、導電因子(CF)與總固體溶解量(TDS)，且導電度與導電因子之間的換算：

1mS/cm(EC)=10CF。

至於導電度與總固體溶解量之間的換算，則因各國家、地域而有不同通常，例如：

1mS/cm(EC)=500ppm(美國)。

1mS/cm(EC)=640ppm(歐洲)。

1mS/cm(EC)=700ppm(澳洲)。

以上各種換算數據僅供參考，並非用以限制本案之技術或申請專利範圍，實際數據將依實際使用時之條件變化。

再者，本發明之複合式感測裝置，係包括控制系統1、水質感測系統2，而控制系統1為設有電壓調節器11，電壓調節器11並連設有供電源111、且分別連設於第一驅動電路12、參考電壓單元14及第二驅動電路15，則利用第一驅動電路12，連設於水質感測系統2之顆粒濃度感測器21，第二驅動電路15即連設於離子濃度感測器22，再將顆粒濃度感測器21、參考電壓單元14共同連設於比較電路13，而透過比較電路13再連設於第二驅動電路15；另，水質感測系統2之顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22，即分別連設於訊號過濾器231，並由訊號過濾器231連設於訊號處理器23，藉上述各構件組成本發明之複合式感測裝置，供進行水質之顆粒濃度(水中雜質、清潔液或衣物毛屑、水中清潔液或清潔劑等之殘留量等)、離子濃度(導電度、總固體溶解量或酸鹼度)之感測。

而透過上述複合式感測裝置，供安裝於各種用水之家電產品，如：洗衣機或洗碗機等，透過控制系統1之電壓調節器11，驅動第一驅動電路12啟動水質感測系統2之顆粒濃度感測器21，利用顆粒濃度感測器21進行水質感測，在感測水質的顆粒濃度大於預設值{水質濁度[介於50NTU～300NTU(家用洗衣機)或100NTU～3000NTU(洗碗機)}，濁度高於50NTU，即屬高濁度}時，顆粒濃度感測器21即持續感測水質的混濁度；而當顆粒濃度感測器21，進行感測水質中的顆粒濃度小於預設值(水質之濁度低於50NTU、30NTU或10NTU等，並可依實際使用情況進行調整數據值高低)時，係感測水質中不可溶解於水中之物質(TSS)之含量(如：洗滌液、清潔劑、清潔液、清潔粉末或衣物毛屑、纖維絲、毛球或塵屑、毛髮等)之濁度，則發出訊號至比較電路13，比較電路13並同時取得參考電壓單元14之預設電壓值，透過預設電壓值與訊號進行比對[該比較電路13所應用之參考電壓值若為0或VCC(即系統供電的最大值，例如+5V或+3V等)係代表離子濃度感測器22為處於常開狀態(always on)或者常閉(always off)之狀態]，且由比較電路13配合電壓調節器11，一起驅動第二驅動電路15，再由第二驅動電路15啟動離子濃度感測器22，即利用離子濃度感測器22繼續偵測水質的離子濃度，離子濃度感測器22係以電極方式感測水質之離子濃度(可溶解於水中之物質[水中清潔液、清潔劑等殘留量]的總固體溶解量或導電度；而離子濃度感測器22的電極感測可分為直接訊號(如：水質中之導電度)、比較訊號(如：水質中之酸鹼度)；並在水質感測系統2的顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22運作時，均會分別傳送訊號至訊號處理器23(亦可將訊號先傳送至訊號過濾器231，再由訊號過濾器231傳送至訊號處理器23)，以透過訊號處理器23判斷，所接收的訊號是顆粒濃度感測器21或離子濃度感測器22之訊號，以辨別水質顆粒濃度(水質濁度，一般加用洗衣機的濁度數值為50～300NTU；洗碗機為100～3000NTU、水質之導電度偵測範圍介於0.1ms/cm～10ms/cm)的情況，再將訊號向外傳輸至外部預設主機，由預設主機面板顯示水質感測系統2的運作情況，可控制清潔用水的潔淨程度保持在一定的範圍以內(水質濁度低於50NTU、30NTU或10NTU等，並可依實際使用情況進行調整數據值高低)。

是以，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此侷限本發明之專利範圍，本發明複合式水質感測裝置及感測方法，其係透過控制系統1操控水質感測系統2之顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22，藉以感測水質之顆粒濃度(濁度)、離子濃度，在水質中懸浮顆粒濃度造成之顆粒濃度高於預設值(水質濁度約以50NTU判斷)，即利用顆粒濃度感測器21持續感測水質情況，若水質顆粒濃度低於預設值(水質濁度低於50NTU)，即改由離子濃度感測器22進行感測水質之離子濃度，俾可達到透過不同水質效果之顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22(如：導電度、總固體溶解濃度等)，可較準確感測水質的顆粒濃度(濁度)、離子濃度之目的，並透過不同水質感測之模式，避免感測器產生快速氧化、老化現象，亦達到延長感測器使用壽命之實用功效，故舉凡可達成前述效果之流程、實施方法等，及相關之設備、裝置，皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

上述本發明之複合式水質感測裝置及感測方法，於實際實施製造作業時，為可具有下列各項優點，如：

(一)依據水質顆粒濃度值不同，利用控制系統1操控水質感測系統2，分別透過顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22感測水質的顆粒濃度(濁度及離子濃度)，不會受到水質顆粒濃度影響感測器之感測效果。

(二)水質感測系統2設有顆粒濃度感測器21、離子濃度感測器22，依據水質顆粒濃度(濁度高於50NTU或低於50NTU)不同，啟用顆粒濃度感測器21感測水值之顆粒濃度、離子濃度感測器22感測水質之離子濃度，避免離子濃度感測器22長時間啟用，而受到水質顆粒濃度(濁度)影響，而延緩離子濃度感測器22之偵測電極，產生氧化或老化的現象發生，即可延長離子濃度感測器22的使用壽命。

故，本發明為主要針對複合式水質感測裝置及感測方法的設計，為藉由控制系統操控水質感測系統，利用顆粒濃度感測器或離子濃度感測器依據水質的顆粒濃度(濁度與離子濃度)，進行不同水質的感測，而達到不論水質顆粒濃度高低、均可準確感測水質顆粒濃度(濁度與離子濃度)為主要保護重點，且顆粒濃度感測器、離子濃度感測器可以在不同顆粒濃度(濁度與離子濃度)水質中啟動或關閉，避免離子濃度感測器提早發生氧化或老化現象，有效延長感測器之使用壽命，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾、替換及等效原理變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述複合式水質感測裝置及感測方法於實際實施、應用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若　鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

1．．．控制系統

11．．．電壓調節器

111．．．供電源

12．．．第一驅動電路

13．．．比較電路

14．．．參考電壓單元

15．．．第二驅動電路

2．．．水質感測系統

21．．．顆粒濃度感測器

22．．．離子濃度感測器

23．．．訊號過濾器

24．．．訊號處理器

第一圖　係為本發明之流程圖。

第二圖　係為本發明之方塊圖。

1．．．控制系統

11．．．電壓調節器

111．．．供電源

12．．．第一驅動電路

13．．．比較電路

14．．．參考電壓單元

15．．．第二驅動電路

2．．．水質感測系統

21．．．顆粒濃度感測器

22．．．離子濃度感測器

23．．．訊號過濾器

24．．．訊號處理器

Claims (9)

1. 一種複合式水質感測方法，係包括控制系統、感測水質之顆粒濃度感測器、離子濃度感測器，感測水質之步驟：(a)控制系統操控第一驅動電路，啟動顆粒濃度感測器開始感測水質濁度之顆粒濃度值；(b)顆粒濃度感測器感測水質濁度之顆粒濃度值，判斷顆粒濃度值是否大於預設值；(c)顆粒濃度感測器傳送訊號至控制系統的比較電路、並執行步驟(d)；顆粒濃度感測器同步將訊號傳送至訊號處理器並執行步驟(e)；(d)供比較電路接將接收之顆粒濃度感測器訊號，予以與收控制系統內建參考電壓值，進行比對；(e)訊號值大於參考電壓值、即執行步驟(b)；訊號值小於參考電壓值、即執行步驟(f)；(f)比較電路操控第二驅動電路，啟動離子濃度感測器開始感測水質顆粒濃度、離子濃度值，並傳輸訊號至訊號處理器；(g)訊號處理器將接收之訊號向外傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式水質感測方法，其中該步驟(a)、(b)之水質顆粒濃度係包括濁度值、離子濃度值或總懸浮顆粒值，而水質之濁度為介於10NTU～300NTU(家用洗衣機)或介於100NTU～3000NTU(洗碗機)，且以50NTU為預設值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複合式水質感測方法，其中該顆粒濃度感測器、離子濃度感測器，係分別感測水質中無法溶解之懸浮顆粒濃度(TSS)或濁度，以及可溶解於水中之離子濃度(TDS)或導電度，所形成之水質濃度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之複合式水質感測方法，其中該顆粒濃度感測器為感測水質之濁度值大於或小於50NTU(或30NTU或10NTU)之濁度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之複合式水質感測方法，其中該離子濃度感測器為感測水質中導電率介於0.1ms/cm～10ms/cm之離子濃度。
6. 一種複合式水質感測裝置，係包括控制系統、水質感測系統之顆粒濃度感測器、離子濃度感測器，其中：該控制系統係設有操控第一驅動電路、第二驅動電路之電壓調節器，並設有接收電壓調節器電壓訊號之參考電壓單元、接收參考電壓單元所輸出的參考電壓之比較電路，並由比較電路輸出比較值傳送至第二驅動電路；該水質感測系統係連接於控制系統，設有接收第一驅動電路所傳送驅動訊號之顆粒濃度感測器、接收第二驅動電路所傳送驅動訊號之離子濃度感測器，並由顆粒濃度感測器輸出電壓訊號至比較電路，另設有分別接收顆粒濃度感測器、離子濃度感測器傳送的訊號之訊號過濾器，再設有接收訊號過濾器再進行顯示之訊號處理器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之複合式水質感測裝置，其中該控制系統之電壓調節器，係電性連設有供電源，而供電源係乾電池、鋰電池、蓄電池、充電電池或外接市電。
8. 如申請專利範圍第6項所述之複合式水質感測裝置，其中該水質感測系統之顆粒濃度感測器、離子濃度感測器，係分別感測水質中無法溶解之懸浮顆粒濃度(TSS)、可溶解於水中之離子濃度(TDS)或濁度(NTU)的水質顆粒濃度值。
9. 如申請專利範圍第6項所述之複合式水質感測裝置，其中該水質感測系統之顆粒濃度感測器、離子濃度感測器，而顆粒濃度感測器、為感測水質中濁度值介於50NTU～300NTU(家用洗衣機)或100NTU～3000NTU(洗碗機)之濁度；且離子濃度感測器、則感測水質導電率介於0.1ms/cm～10ms/cm之離子濃度。