專利名稱：用于供水系統的水硬度控制設備的制作方法
用于供水系統的水硬度控制設備
背景技術：
本發明總體上涉及一種用于供水系統的水硬度控制設備。眾所周知，最開始為水創造出“硬度”這個術語是定義水導致肥皂沉淀的能力。這種現象主要是由于水的鈣和鎂離子。同一現象也可能是由其他多價離子導致的，另一方面，這種多價離子常常存在于 合成材料的形式中，因此可以將它們對水硬度的貢獻視為可忽略。更具體而言，水硬度被定義為鈣和鎂離子濃度之和并被表達為CaCO3的mg/L。水的總硬度在下文中將被稱為“TDS (總溶解固體)”，與普通飲用水中溶解的總礦
物量有關。就此而言，應當指出，常常將術語“TDS”與僅由碳酸鈣和碳酸鎂導致的硬度混淆， 常規上將硬度參數用于確定水是否是所謂的“軟水”還是“硬水”。常規上用多種不同測量單位測量水的硬度lppm的CaCO3( —百萬份中的一份，即 一升水中Img碳酸鈣)相當于0.058格令/美國加侖0.07克拉克度0.1法國硬度0.056德國硬度。為了提供比例基準，常規上使用以下定義水硬度F°電導率(uSlcm)TDS (ppm)
非常軟0..70..1400. . 70
軟7..15140...30070..150
稍硬15..25300...500150..250
中度硬25..32500...640250..320
硬32..42640...840320..420
非常硬> 42> 840> 420對水的電導率有貢獻的最常見礦物質通常包括鈣、鈉、鐵、鋁、錳、鎂；應當為以上 內容增加說明的是，供應的水一般增加了碳酸鈣，使其對水管侵蝕性較小，這樣導致在粗略 近似下(例外情況除外)，TDS可能與僅因CaCO3導致的實際水硬度一致。作為使用化學測量法的替代，可以通過基于水電導率自身的電測量方法進行快速 無污染的水硬度測量，防止水在化學性質上被變更或改變。水的電導率表示水的導電能力，可以通過向水施加電壓并測量所產生的電流來確定。由于水的電導率和TDS都隨著溶解的離子量增大而增大，因此可以在兩個上述水 參數之間建立一種關系。實際上，由于供應的水特性，已經發現水的TDS和電導率之間存在正比。
發明內容
本發明的目的總體上是提供一種用于供水系統的水硬度控制設備，其適于基于電 測量系統而工作。在上述目標的范圍之內，本發明的主要目的是提供這樣一種水硬度控制或測量設 備，由于其特殊設計的構造特征，其非常可靠且操作安全。根據本發明的一個方面，由一種用于總體上為供水或配水系統控制水硬度的設備 實現上述目標和目的以及其他目的(在下文中將變得更加顯而易見)，其特征在于，所述設 備包括小尺寸箱，所述箱包括中心電極，使要處理的水沿所述中心電極流動，所述中心電極 向所述水流施加脈沖電場，所述中心電極和所述箱的外殼耦合到電子中央單元，所述電子 中央單元適于通過向所述水施加工作電壓并測量通過所述水產生的電流來對所述水執行 電氣測量，以測量其電導率和水的電流流動特性。
從本發明的優選而非排他性實施例的以下詳細公開，本發明的其他特征和優點將 在下文中變得更加明顯，在附圖中通過例示而非限制的方式示出了這些實施例，其中圖1示出了根據本發明的設備的示意電氣圖；圖2示出了根據本發明的設備中包括的中央單元的方框圖；圖3示出了中央單元到單一缸的線路示意圖；以及圖4示出了中央單元到幾個缸的線路示意圖。
具體實施例方式參考上述附圖的附圖標記，總體用于配水系統的控制水硬度的設備由附圖標記1 總地示出，包括小箱，所述小箱包括中心電極，沿著中心電極使要處理的水流動。所述中心電極在水流上施加脈動電場。所述中心電極和箱外殼耦合到電子中央單元2，電子中央單元2構成本發明的核 心。構造所述小箱以造成少的被處理水的循環。圖1示出了示意電氣圖，示出了中央單元測量電路的主要部件。在這里每個符號示出了一種基準元件，如下
V5示出了 250V直流電源；Vl示出了導頻信號；R11、Q1、R10、Q2、D3示出了用于產生高壓方波的功率級；Cl示出了專門設計的電容器，用于向負載中注入電流，以產生抗石灰巖效果 (anti-limestone effect)；R2和C5示出了在中央控制單元的輸出端子處看到的等效負載，R2具有20hhm的 的標稱值，這是正常硬度水的典型電阻值；R3、R4、R12、R13、C2、R8、D6和運算元件Xl屬于測量電路。圖2示出了中央控制單元的方框圖，其中電源塊提供以下電壓200V用于處理水， 12V用于極性改變繼電器，5V用于顯示和微處理器控制面板。
系統的核安裝于前面板3上，其中，在微處理器塊4中，專門設計的微控制器提供 以下操作1)產生鎖定(locking)信號，用于鎖定高壓導頻電路5 ；2)周期性地通過布置于開關塊中的專用切換繼電器6來切換輸出極性，以防止發 生電極和水解沉淀和侵蝕現象；3)以均勻的時間讀出積分塊7下游的電壓并計算TDS ；4)顯示數據并解釋(interpreting)鍵壓力，以允許用戶修改設備的工作模式。圖3示出了用于將中央控制單元2耦合到單一累積缸10的布線系統。更具體而言，為了中央控制單元2正常工作，在開始時，與累積缸10的連接涉及到 測試或監測設備框架、缸10和中央單元2之間的正確等電勢接地或接地連接。在這里優選通過盡可能短的耦合連接在所述中央單元和缸之間進行連接，同 時防止將導線布置在其他無關導線或電纜附近，例如電話線、天線等，或電話、內部通信 (intercom)中央單元、電視放大器等附近。如果線路長度不可避免地要大于一米，那么優選使用截面積為1. 5到2mm2的導 體。圖4示出了將中央單元2電耦合到缸10的布線或連接系統。在這種布線模式中，如附圖標記101總地示出，優選在出口管11上提供等電勢連 接，以防止寄生電流干擾所述設備的正常工作并且防止所述設備在用戶裝置上注入高電 壓。為此，在這里優選使用4mm2截面積的導線或導體來提供接地或地連接，并耦合到 可用的電子地或接地點，如圖所示。在與所述中央單元距離最大處布置的缸(由附圖標記110示出該缸)上，優選在 缸的外觸點和接地電纜12之間應用電橋裝置13。如果它們已經存在，優選移除其他缸上的上述橋接裝置。最后，所有安裝的探針和缸都由分離的導線耦合并僅并聯在中央單元2上，由此 提供了星形連接的網絡。于是，每個所述缸中的水將受到同樣的處理。更具體而言，通過使水流經包括所述中心電極的所述小箱，亦即使其沿所述中心 電極流動，從而處理所述水。所述中心電極和箱外殼耦合到電子中央單元，如上所述，中央單元構成本發明的 核心。構造所述小箱以提供用于已處理水的小池。在這里優選讓所述水以減小的流量流動，以使所述水最大程度暴露于水處理過 程實際上，流量相同，水速度將小25倍。此外，優選偏離(offset)易于通過缸外部結構干擾水處理的干擾或寄生電流。根據本發明的設備允許利用將物理TDS參數與電測量，即水的電導率關聯起來的 關系，所述電測量可以容易實現而無需改變水的化學成分。根據本發明的中央單元2提供了一種電子電路，該電子電路被設計用于產生與負 載電阻成比例的輸出電壓，至少對于一階效果(first ordereffect)而言，其大致獨立于寄生電容。可以在電氣上認為累積箱相當于一等效電路，該等效電路包括由于電極金屬鈍化 導致的串聯電容器、由于累積液體或水電導率導致的電阻以及與所述電阻并聯并反映介質 介電常數的第二電容器。感應效應實質上是由連接導體導致的，由于所涉及的工作頻率的原因，可以適當 加以忽略。在良好近似下，由于電極延伸所在的表面巨大以及測量系統適于消除負載并聯等 效電容的任何效應的原因，實際上也可以忽略等效電容。通過向負載電壓施加模擬積分器來實現這一目的，在積分器上施加了脈沖信號。所述積分元件用于消除電容成分，以提供僅正比于電阻分量的輸出信號。通過電路模擬程序，通過繪示總體電氣圖，然后利用不同的寄生電容值(在這里 考慮的情況下，從OnF到IOOOnF)重新計算不同的瞬變現象，可以容易地測試以上方案。以上方法允許實時測量TDS而不中斷水處理。所有涉及的功能都由微處理器管理并具有相同的非易失性和廠家預編程設置。通過專用于服務操作員的隱藏式或嵌入式菜單，可以根據需要使用以上功能，而 基本功能也可以由任何用戶訪問，以執行需要的測量操作或改變水處理。在打開設備時，將顯示安裝的固件圖案幾秒鐘，同時繼電器執行兩個切換操作。具體而言，在正常運行期間，僅有顯示中心條會亮，表明中央單元在工作。根據本發明的中央單元2實現了以下操作功能-微處理器操作；-完全參數化和可編程的操作(例如運行時間、物理參數或量等)；-操作脈沖數的調節；-如果需要的話，測量總的水硬度；-即時和精確測量；-操作的自我診斷模式；-輸出短路工作模式；-電池打開的負載氣泡信令工作模式；-可編程的電池常數；-可編程的切換繼電器時間；-生物計時器(biochronograph)工作模式，允許存儲打開的天數或總的打開次 數，每次打開或連續運行M小時之后將該數字自動加一。實際上已經表明本發明完全實現了期望的目標和目的。實際上，本發明提供了一種設備，其總體用于控制配水或供水系統中的水硬度，能 夠在無需化學操作的情況下減少下游管道的石灰巖沉積和下游管道分層石灰巖的沉積。在實踐本發明時，根據要求，使用的材料及其尺寸可以是任意的。
權利要求
1.一種用于總體控制配水系統的水硬度的設備，其特征在于，所述設備包括小尺寸箱， 所述箱包括中心電極，使要處理的水沿所述中心電極流動，所述中心電極向所述水流施加 脈沖電場，所述中心電極和所述箱的外殼耦合到電子中央單元，所述電子中央單元適于通 過向所述水施加工作電壓并測量通過所述水產生的電流來對所述水執行電氣測量，以測量 其電導率和水的電流流動特性。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述中央單元包括250V直流電源、用于產 生導頻信號的模塊、用于產生高壓方波的功率級、用于在負載上注入所產生的電流并提供 抗石灰巖效應的電容器、用于產生如同在所述中央單元的輸出端看到的等效負載的模塊以 及測量電路。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述中央單元包括電源塊，所述電源 塊適于提供用于處理水的200V電壓、用于極性改變繼電器的12V電壓、用于控制和顯示面 板和用于微處理器的5V電壓。
4.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，所述設備包括前面板 或板，所述前面板或板在微處理器塊中包括編程的微控制器，用于-產生用于鎖定高壓導頻電路(5)的鎖定信號；-通過開關塊中的切換繼電器(6)周期性地切換輸出極性；-在均勻的讀取間隔讀取積分塊(7)下游的電壓并計算TDS;-顯示數據并解釋多個鍵上的壓力，以允許用戶將設備的工作模式修改為不同的預設 工作模式。
5.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，所述中央單元通過所 述設備框架、缸和中央單元之間的接地等電勢連接耦合到單個水累積箱。
6.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，通過盡可能短的耦合 連接將所述中央單元和缸彼此耦合，同時防止將所述導線布置在其他無關導線或電纜附 近，例如電話線、天線等，或電話、內部通信中央單元、電視放大器等附近。
7.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，所述中央單元利用出 水管上的等電勢連接耦合到幾個缸，以防止寄生電流干擾所述設備的正常運行并防止所述 設備在用戶的裝置上注入高電壓，在距所述中央單元最大距離布置的缸上施加缸外觸點和 接地電纜之間的電橋裝置，其他缸上沒有所述電橋裝置，所安裝的所有探針和缸都通過分 離導線耦合并僅在中央單元上并聯連接，由此提供星形連接的網絡。
8.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，構造所述箱以提供用 于已處理水的小池。
9.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，使所述水以減小的流 量流動，以使所述水最大程度上暴露于水處理過程。
10.根據前述權利要求中的一項或多項所述的設備，其特征在于，所述設備還包括用于 偏離易于通過所述缸的外部結構干擾處理的寄生電流的模塊。
全文摘要
一種用于總體控制配水或供水系統的水硬度的設備，包括小箱，所述箱包括中心電極，使要處理的水沿所述中心電極流動，所述中心電極向所述水流施加脈沖電場，所述中心電極和所述箱的外殼耦合到電子中央單元，所述電子中央單元適于通過向所述水施加工作電壓并測量通過所述水產生的電流來對所述水執行電氣測量，以測量其電導率和水的電流流動特性。
文檔編號C02F5/00GK102070253SQ20101023279
公開日2011年5月25日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年11月19日
發明者F·羅西 申請人:安蒂卡爾有限公司