專利名稱：水中余氯監測、投藥自控儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水中余氯監測、投藥自控儀，屬水處理技術領域。
本儀器用于監測水中總游離氯TFC(Total Free Chlonine)，并根據所設定水中TFC含量的上下閾值控制加藥泵的啟停，實現控制水中TFC在所需的范圍。儀器適用于賓館中水處理出水的加氯消毒、游泳池循環水補氯、飲用水二次供水消毒以及其它需要監測水中TFC和自動加藥的場合。
目前，國外有幾家大型儀器公司生產的同類儀器有TFC測量控制儀，如美國ROSEMOUNT公司等，其儀器具有實時測定顯示TFC含量，具有溫度T和pH修正功能。但是，設計的電路復雜、重復，模式設置也很復雜，不易掌握，成本高，顯示不直觀。控制電路板達3塊之多，單片機功能單一，使用數量多，價格貴，而且不具有儀器加藥一體化特點，使用時需要配置信號轉換器、流量測量儀和單體隔膜泵，通用性受到限制，使用不方便。國外同類儀器的技術水平由于TFC探頭的電化學反應原理，尚存在影響儀器精度和穩定的問題。
現在國內儀器設計和生產水平較國外還有較大的差距。據目前了解的情況，國內僅有一、兩種測氯的儀器，儀器穩定性和測量精度因無T和pH修正，功能而受到影響，使用中容易出現故障，并且沒有閾值設定，輸出控制信號不能連接和控制加藥裝置。因此，現在多使用塑料泵固定流量向儲水池加氯，當配制的氯液濃度高或出水量減少時，水中余氯含量大大增高，而無法實現定量控制，造成藥液浪費，超量加氯也有害人體健康，水中余氯含量不足又達不到殺滅細菌和病毒的作用。
如上所述，由于進口同類儀器價格貴，大多用戶承受不起，而國內尚無此類儀器供選擇，造成需要實時監測水中TFC的場合，如賓館中水處理后加氯消毒，游泳池循環水處理加氯消毒及飲用水二次供水消毒的監測加藥設備市場渴求空缺。少部分使用進口設備，大部分無監測儀器監測水中TFC含量，無法根據國家標準控制加藥，造成用泵盲目加藥，以至加藥量不夠達不到消毒作用，或加藥過量使用場合氯氣味大，對人體有害和運行費用增加。
本實用新型的目的是設計一種水中余氯監測、投藥自控儀，解決當前水處理加氯消毒工藝中缺少自動監測、顯示水中余氯含量的儀器，實現自動控制加藥，滿足國內市場對測量精度高、自控性能好、使用方便、價格合理的儀器的需求。
本實用新型設計的水中余氯監測、投藥自控儀，該自控儀由余氯監測和投藥自控二部分組成；其中的余氯監測部分包括總游離氯傳感器、pH傳感器、溫度傳感器、單片機、程序存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器和液晶顯示器，三個傳感器分別通過放大器與單片機相連；程序存儲器通過地址鎖存器與單片機相聯，地址譯碼器與液晶顯示器分別直接與單片機相聯；所述的投藥自控部分包括電磁泵及其電磁泵控制電路，電磁泵及其電磁泵控制電路通過光耦繼電器與單片機相聯。
本實用新型設計的水中余氯監測、投藥自控儀，從技術設計上充分考慮了測量放大線路的優化和單片機的智能特性，并選擇性能好的電子元件，使控制電路簡單、體積小、數量少，抗干擾和數據處理功能強。TFC傳感器選用進口ROSEMOUNT原件，pH傳感器應用國內產品。儀器一次測量元件測量精度高，T和pH修正功能使儀器測定顯示數據準確，儀器和加藥設備一體化、體積小，板面設計精巧，使用方便。在使用性能上接近或優于國外同類產品水平，在價格上遠低于國外儀器，屬國內首創此類性能的產品，具有其使用領域廣泛的市場前景和使用價值。
圖1是本實用新型的電路方框圖。
圖2是余氯監測電路圖。
圖3是電磁泵控制電路。
以下結合附圖，詳細介紹本實用新型的內容。
如圖1所示，本實用新型設計的水中余氯監測、投藥自控儀，由余氯監測和投藥自控二部分組成，其中的余氯監測部分包括總游離氯傳感器、pH傳感器、溫度傳感器、單片機、程序存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器和液晶顯示器。三個傳感器分別通過放大器與單片機相連。程序存儲器通過地址鎖存器與單片機相聯，地址譯碼器與液晶顯示器分別直接與單片機相聯。其中的投藥自控部分包括電磁泵及其電磁泵控制電路，電磁泵及其電磁泵控制電路通過光耦繼電器與單片機相聯。
本實用新型設計的儀器中，余氯監測部分的電路如圖2所示，圖2中1、溫度參量測試溫度傳感器為PT100的鉑電阻，測量線路為典型的電阻橋式電路和兩級放大。線路中有兩個電位器，W1用于調整放大輸出的零點，W2用于調整放大器的增益。該線路線性很好，精度和穩定度都很高。
2、pH參量測試為避免PH探頭與同溶液中的TFC探頭的電位相互影響，pH測試的第一級是用AD620儀表放大器對pH傳感器的輸出進行隔離放大。隨后一級是有加法電路的放大線路。加法電路用來調整輸出的偏置(調整W4)，放大器的增益可通過調整R24來確定。
3、TFC參量測試根據TFC探頭的特性，線路為探頭提供了-200mv的偏置電壓，通過測試傳感器電流來確定TFC含量。第一級放大采用MOSFET的運放CA3140，其輸入阻抗非常高，并配有調零偏線路。第二級放大器同樣有加法偏置線路和增益調整電路。第三級為固定增益放大線路。
4、單片機及外圍線路控制部分為Intel公司的8098單片機，體積小，控制靈活；其內有4路A/D輸入端，3個用于三種模擬量的輸入，一個用于開關量的輸入；27個I/O線分別連接控制程序存儲器、地址譯碼線路、液晶顯示器、按鍵、E2PROM存儲器和光耦繼電器。液晶顯示接口可方便的顯示各測量結果和控制輸入的界面；提供五個按鍵，作為輸入接口，可選擇工作方式或輸入參數；采用E2pROM存儲參數，具有掉電保持功能，擦寫壽命在10萬次以上，存儲參數不需電池。光耦繼電器用于控制泵投藥，并在交流電源上加濾波，使單片機系統不易受泵、交流浪涌等的干擾。整個線路很緊湊，體積很小，器件少。
具體電路如圖2所示，儀器的硬件由儀器放大器及單片機兩部分構成。放大器部分由三組獨立的放大器組成(1)TFC放大器、前級IC7高阻抗運算放大器CA3140，在同相端處接一個-200mv的電壓，使得TFC在這一級上有最大的響應，且避免其他離子引起的干擾，反饋電阻W6是與運放IC7構成電流轉換成電壓的放大器、IC8A與IC8B選用FET雙運放IC，IC8A的作用是把IC7的輸出電壓進一步放大，W8的作用是給一個可以調節的偏壓在TFC含量為零時，調節W8使IC8B的輸出(即單片機8098的AD輸入端)電壓接近零電平，采用IC8B的目的是它作一次反向放大，以保證輸入8098AD端的電壓為正。
(2)pH放大器IC5采用AD620儀表放大器，它有極高的阻抗＞1014Ω，此放大器作跟隨器使用，把pH電極的電壓信號同向放大，經過IC6A反相放大及IC6 B跟隨儀后，使pH這一路信號進入CPU8098的AD時保持正電平，W4是調零電位器。
(3)測溫電路這一路放大器的前級是典型的橋式放大器，IC4A、IC4B為TL072雙運放構成，W1是調零電位器(0℃是使IC4A輸出為OV)，W2是調整斜率即標定電位器，IC4B反相放大，使輸到CPU8098AD的電壓保持正電平。
單片機部分IC1為CPU8098與IC2(74LS73)譯碼器及IC3(EPROM2764)是典型接法，本部分的特點是采用93C46EEPROM存儲測量及校正參數，具有掉電功能，(不需用鋰或鎳鎘電池維持掉電功能)，本部分主要是程序軟件寫入EPROM2764，包括TFC的傳感器誤差PH校正，根據測量到的PH值換算顯示HOCL的值。
本儀器采取的技術線路是，研制技術先進，適用經濟的pH、TFC和HOCL的實時檢測、投藥自控儀。把可靠性放在設計的第一位，注重設計、制造和調試的每個環節，立足于儀器的實際工程市場應用。
本儀器配有溫度傳感器、pH傳感器、TFC傳感器三種探頭，可對溶液中的三種參量進行測試；測試的量經放大和偏置調整到適當范圍，送單片機的A/D輸入端供單片機采樣；單片機對采集到的參量進行計算、補償和處理，得到pH、TFC和HOCL等的測試結果，并根據投藥控制設置的范圍來控制一個泵的啟停，從而控制投藥量。在儀器調試階段可通過電位器調整放大電路的偏置和增益，改變參量的測試，在儀器使用階段可通過鍵盤接口調整程序中用于計算的參數，達到較準的目的。
投藥自控部分電路如圖3所示，S14K橋式整流電路，把220V變成直流，與R1D4007構成一個降壓穩壓源給電磁泵供電，電磁泵的動作頻率由定時電路555控制，定時電路的充放電時間由W1、W2、W3及C3決定。經過放大器BC237B觸發可控硅C06M1，使得電磁泵隨充放電時間間歇動作(吸合、釋放)，牽動隔膜位移，吸排液開關K1是選樣電磁泵的動作頻率。
權利要求1.一種水中余氯監測、投氯自控儀，其特征在于，該自控儀由余氯監測和投藥自控二部分組成；其中的余氯監測部分包括總游離氯傳感器、pH傳感器、溫度傳感器、單片機、程序存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器和液晶顯示器，所述的三個傳感器分別通過放大器與單片機相連；所述的程序存儲器通過地址鎖存器與單片機相聯，所述的地址譯碼器與液晶顯示器分別直接與單片機相聯；所述的投藥自控部分包括電磁泵及其電磁泵控制電路，電磁泵及其電磁泵控制電路通過光耦繼電器與單片機相聯。
專利摘要本實用新型涉及一種水中余氯監測、投氯自控儀,該自控儀其中的余氯監測部分包括總游離氯傳感器、pH傳感器、溫度傳感器、單片機、程序存儲器、地址鎖存器、地址譯碼器和液晶顯示器。三個傳感器分別通過放大器與單片機相連。程序存儲器通過地址鎖存器與單片機相聯,地址譯碼器與液晶顯示器分別直接與單片機相聯。投藥自控部分包括電磁泵及其電磁泵控制電路。本儀器測量精度高、自控性能好、使用方便、價格合理。
文檔編號C02F1/76GK2361626SQ9920129
公開日2000年2月2日 申請日期1999年2月4日 優先權日1999年2月4日
發明者劉啟才, 莊群猛, 孟光輝, 曲永強 申請人:清華大學, 北京市節約用水辦公室