冷卻液離子檢測設(shè)備控制系統(tǒng)的制作方法

本實用新型屬于冷卻液中有害元素化學(xué)成分分析測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冷卻液離子檢測設(shè)備控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

冷卻液在機車運行中起著至關(guān)重要的作用。冷卻液的品質(zhì)對機車性能和壽命有直接影響，使用時需要對各主要離子的濃度進行必要的檢測，其中最主要的就是對鈣鎂離子濃度、氯離子濃度以及離子總濃度的檢測。

傳統(tǒng)鈣鎂離子濃度檢測和氯離子濃度檢測都是采用滴定法，試驗比較復(fù)雜(需配置指示劑和滴定液，每次實驗只能測試一個參數(shù))，需要具有專業(yè)技術(shù)操作水平的人進行長時間連續(xù)工作，工作強度較大，檢測周期長，且人為參與造成的誤差不可避免，還易產(chǎn)生工業(yè)污染；而離子總濃度檢測起來更加困難，需要把各種離子的濃度都檢測出來才可以得到總濃度，從實際情況來看是不可行的，科技的發(fā)展迫切需要一種設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對三種要求的一次檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提出一種冷卻液離子檢測設(shè)備控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中檢測過程復(fù)雜，對操作人員要求高，檢測周期長的技術(shù)問題。

本實用新型的的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

冷卻液離子檢測設(shè)備控制系統(tǒng)，包括控制器，以及與所述控制器均連接的溫度傳感器、數(shù)據(jù)存儲模塊、升降臂驅(qū)動模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與離子檢測系統(tǒng)和電導(dǎo)率檢測模塊連接。

作為進一步的技術(shù)方案，所述離子檢測系統(tǒng)包括鈣鎂離子檢測模塊和氯離子檢測模塊。

作為進一步的技術(shù)方案，還包括均與所述控制器連接的數(shù)據(jù)存儲模塊、計算機傳輸接口、仿真器、穩(wěn)壓器和打印機，所述數(shù)據(jù)存儲模塊采用24C02器件。

作為進一步的技術(shù)方案，所述控制器型號為STM32F103RBT6，所述溫度傳感器型號為DS18B20，所述計算機傳輸接口為RS-232計算機通訊接口，所述仿真器采用JTAG調(diào)試口，所述穩(wěn)壓器為AMS1117-3.3穩(wěn)壓器。

作為進一步的技術(shù)方案，所述鈣鎂離子檢測模塊和所述氯離子檢測模塊均設(shè)有依次連接的TN2-12V繼電器、AD549放大器和LF353雙路放大器，所述TN2-12V繼電器一端與所述控制器連接，另一端與所述AD549放大器連接。

作為進一步的技術(shù)方案，所述升降臂驅(qū)動模塊包括依次連接的74HC574芯片和ULN2803芯片，所述74HC574芯片與所述控制器連接，所述ULN2803芯片與升降臂驅(qū)動電機連接。

作為進一步的技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)采集模塊型號為AD7606。

作為進一步的技術(shù)方案，還包括升降臂檢測模塊，所述升降臂檢測模塊包括BOTT模塊和TOP模塊，均與所述控制器連接。

本實用新型的有益效果為：

1、本實用新型采用電極法對冷卻液不同離子濃度進行檢測。整個檢測系統(tǒng)通過控制器進行控制。工作時，將待測樣品放置到指定位置，設(shè)備將通過位置傳感器自動感應(yīng)出電極與冷卻液的位置關(guān)系，并通過升降臂驅(qū)動模塊調(diào)節(jié)升降臂位置，使得電極進入冷卻液內(nèi)，開始對樣品進行檢測。此時，各電極將輸出不同電壓，由離子檢測系統(tǒng)和電導(dǎo)率檢測模塊將對應(yīng)檢測電極獲得的電信號進行放大，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸送至控制器，再由控制器將所獲得的數(shù)字信號進行分析處理，得出鈣鎂離子和氯離子濃度，及冷卻液的電導(dǎo)率，再結(jié)合溫度傳感器所測得的環(huán)境溫度，根據(jù)電導(dǎo)率、溫度與離子總濃度之間的關(guān)系式，推算出所測樣品的離子總濃度，并通過顯示器輸出結(jié)果，同時將結(jié)果自動存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊，以便后續(xù)調(diào)取或輸出。

本實用新型采用微處理器控制，通過電極法實現(xiàn)冷卻液中各離子參數(shù)的測試，且僅需測試電導(dǎo)率和環(huán)境溫度即可得出離子總濃度(量程為0.1—1000mg/L，精度可達0.1mg/L)，避免了滴定法測試離子總濃度的繁瑣工序。通過這一方式 可快速測試不同離子濃度和離子總濃度，測試周期僅5分鐘，大大節(jié)省了工作時間，提高了工作效率，縮短了測試周期。整個檢測過程可實現(xiàn)一鍵操作，自動化程度高，簡便易學(xué)，操作人員不需要具備高深技能便可順利完成整個實驗過程，有效節(jié)省了工作量、勞動強度、工作時間和生產(chǎn)成本。同時，使用本儀器，可以一次性完成三種參數(shù)的測量，可快速對機車冷卻液的各指標進行檢測，為機車的日常保養(yǎng)維護提供依據(jù)，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，縮短了檢測周期，有效減少了機車主冷卻系統(tǒng)日常維護成本，降低了機車故障率，市場前景廣闊。

2、本實用新型中離子檢測系統(tǒng)包括鈣鎂離子檢測模塊和氯離子檢測模塊，分別與鈣鎂離子檢測電極和氯離子檢測電極連接，用于測試冷卻液中鈣鎂離子和氯離子濃度。這一設(shè)置滿足離子檢測設(shè)備的使用需求，所測離子濃度范圍為：鈣鎂離子濃度：0.01—5.00mmol/L，氯離子濃度：0—150mg/L；所測離子檢測精度為：鈣鎂離子檢測精度：0.01—0.12mmol/L，氯離子檢測精度：0.6--6mg/L。

3、本實用新型中數(shù)據(jù)存儲模塊的設(shè)置使得設(shè)備具有很好的掉電保持功能，可儲存斷電前的100條實驗數(shù)據(jù)，方便用戶之后對其進行調(diào)取。另外，設(shè)備還設(shè)有USB和RS232等計算機傳輸接口，便于數(shù)據(jù)傳輸與管理，可隨時將數(shù)據(jù)傳送到計算機中進行分析和統(tǒng)計，符合用戶使用需求，設(shè)計科學(xué)合理。打印機的設(shè)置，使得設(shè)備在檢測完成后，可根據(jù)需要隨時將檢測結(jié)果打印出來，便于后續(xù)查看或存儲，實現(xiàn)了設(shè)備的多功能性，設(shè)計科學(xué)合理，符合用戶使用需求。

其中，數(shù)據(jù)存儲模塊采用24C02器件，用于掉電數(shù)據(jù)保存。因為單片機內(nèi)部沒有EEPROM，所以電路外擴了24C02，該芯片的容量為2Kbit，也就是256個字節(jié)，用于存儲重要數(shù)據(jù)，該芯片直接掛在STM32的IO口上。該芯片可自動遞增地址，具有高可靠性，擦寫壽命可達100萬次，數(shù)據(jù)保持時間可達100年。

4、本實用新型中鈣鎂離子檢測模塊和氯離子檢測模塊均通過TN2-12V繼電器導(dǎo)通，通過AD549極低偏置電流運算放大。其中，AD549是具有極低輸入偏置電流的單片電路靜電計型運算放大器。為達到高精度的目的，輸入偏置電壓和輸入偏置電壓漂移均通過激光調(diào)節(jié)。再通過LF353雙路放大器通用JFET輸入運算放大器。

5、本實用新型中控制器可直接控制74HC574驅(qū)動ULN2803，進而控制升降臂驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)升降臂的上升或下降，進一步帶動設(shè)置在升降裝置上的電極位置的改變，使其更好的滿足離子測試的需要。這一設(shè)計實現(xiàn)了升降臂的智能控制，保證了升降臂運行的精確性，從而保證了離子測試的準確性和穩(wěn)定性。

6、本實用新型中BOTT模塊用于檢測升降臂是否到達最底部下限，TOP模塊用于檢測升降臂是否到達最頂部上限。在升降臂到達規(guī)定量程的上限或下限時自動停止，保證了設(shè)備使用時的安全性，避免出現(xiàn)意外事故，設(shè)計簡單、科學(xué)、合理。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型控制系統(tǒng)框線示意圖；

圖2為本實用新型中控制器電路原理圖；

圖3為本實用新型中升降臂驅(qū)動模塊電路原理圖；

圖4為本實用新型中仿真器電路原理圖；

圖5為本實用新型中穩(wěn)壓器電路原理圖；

圖6為本實用新型中升降臂檢測模塊的BOTT模塊電路原理圖；

圖7為本實用新型中升降臂檢測模塊的TOP模塊電路原理圖；

圖8為本實用新型中計算機傳輸接口電路原理圖；

圖9為本實用新型中打印機電路原理圖；

圖中：1-控制器，2-溫度傳感器，3-離子檢測系統(tǒng)，31-鈣鎂離子檢測模塊，32-氯離子檢測模塊，4-電導(dǎo)率檢測模塊，5-數(shù)據(jù)存儲模塊，6-升降臂驅(qū)動模塊， 7-仿真器，8-穩(wěn)壓器，9-升降臂檢測模塊，10-數(shù)據(jù)采集模塊，11-計算機傳輸接口，12-打印機，13-顯示器。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1～9所示，本實用新型提出一種冷卻液離子檢測設(shè)備控制系統(tǒng)，包括控制器1，以及與控制器1均連接的溫度傳感器2、數(shù)據(jù)存儲模塊5、升降臂驅(qū)動模塊6和數(shù)據(jù)采集模塊10，數(shù)據(jù)采集模塊10與離子檢測系統(tǒng)3和電導(dǎo)率檢測模塊4連接。

本實用新型采用電極法對冷卻液不同離子濃度進行檢測。整個檢測系統(tǒng)通過控制器1進行控制。工作時，將待測樣品放置到指定位置，設(shè)備將通過位置傳感器自動感應(yīng)出電極與冷卻液的位置關(guān)系，并通過升降臂驅(qū)動模塊6調(diào)節(jié)升降臂位置，使得電極進入冷卻液內(nèi)，開始對樣品進行檢測。此時，各電極將輸出不同電壓，由離子檢測系統(tǒng)3和電導(dǎo)率檢測模塊4將對應(yīng)檢測電極獲得的電信號進行放大，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊10(圖2中P9和P10通過焊接跳線焊接在數(shù)據(jù)采集模塊10上)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸送至控制器1，再由控制器1將所獲得的數(shù)字信號進行分析處理，得出鈣鎂離子和氯離子濃度，及冷卻液的電導(dǎo)率，再結(jié)合溫度傳感器2所測得的環(huán)境溫度，根據(jù)電導(dǎo)率、溫度與離子總濃度之間的關(guān)系式，推算出所測樣品的離子總濃度，并通過顯示器13輸出結(jié)果，同時將結(jié)果自動存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊5，以便后續(xù)調(diào)取或輸出。

本實用新型采用微處理器控制，通過電極法實現(xiàn)冷卻液中各離子參數(shù)的測試，且僅需測試電導(dǎo)率和環(huán)境溫度即可得出離子總濃度(量程為0.1—1000mg/L，精度可達0.1mg/L)，避免了滴定法測試離子總濃度的繁瑣工序。通過這一方式可快速測試不同離子濃度和離子總濃度，測試周期僅5分鐘，大大節(jié)省了工作時間，提高了工作效率，縮短了測試周期。整個檢測過程可實現(xiàn)一鍵操作，自 動化程度高，簡便易學(xué)，操作人員不需要具備高深技能便可順利完成整個實驗過程，有效節(jié)省了工作量、勞動強度、工作時間和生產(chǎn)成本。同時，使用本儀器，可以一次性完成三種參數(shù)的測量，可快速對機車冷卻液的各指標進行檢測，為機車的日常保養(yǎng)維護提供依據(jù)，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，縮短了檢測周期，有效減少了機車主冷卻系統(tǒng)日常維護成本，降低了機車故障率，市場前景廣闊。

進一步，離子檢測系統(tǒng)3包括鈣鎂離子檢測模塊31和氯離子檢測模塊32。

離子檢測系統(tǒng)3包括鈣鎂離子檢測模塊31和氯離子檢測模塊32，分別與鈣鎂離子檢測電極和氯離子檢測電極連接，用于測試冷卻液中鈣鎂離子和氯離子濃度。這一設(shè)置滿足離子檢測設(shè)備的使用需求，所測離子濃度范圍為：鈣鎂離子濃度：0.01—5.00mmol/L，氯離子濃度：0—150mg/L；所測離子檢測精度為：鈣鎂離子檢測精度：0.01—0.12mmol/L，氯離子檢測精度：0.6--6mg/L。

進一步，還包括均與控制器1連接的數(shù)據(jù)存儲模塊5、計算機傳輸接口11、仿真器7、穩(wěn)壓器8和打印機12，數(shù)據(jù)存儲模塊5采用24C02器件。

控制器1與數(shù)據(jù)存儲模塊5、計算機傳輸接口11、仿真器7、穩(wěn)壓器8和打印機12連接。數(shù)據(jù)存儲模塊5的設(shè)置使得設(shè)備具有很好的掉電保持功能，可儲存斷電前的100條實驗數(shù)據(jù)，方便用戶之后對其進行調(diào)取。另外，設(shè)備還設(shè)有USB和RS232等計算機傳輸接口11，便于數(shù)據(jù)傳輸與管理，可隨時將數(shù)據(jù)傳送到計算機中進行分析和統(tǒng)計，符合用戶使用需求，設(shè)計科學(xué)合理。打印機12的設(shè)置，使得設(shè)備在檢測完成后，可根據(jù)需要隨時將檢測結(jié)果打印出來，便于后續(xù)查看或存儲，實現(xiàn)了設(shè)備的多功能性，設(shè)計科學(xué)合理，符合用戶使用需求。

數(shù)據(jù)存儲模塊5采用24C02器件，用于掉電數(shù)據(jù)保存。因為單片機內(nèi)部沒有EEPROM，所以電路外擴了24C02，該芯片的容量為2Kbit，也就是256個字節(jié)，用于存儲重要數(shù)據(jù)，該芯片直接掛在STM32的IO口上。該芯片可自動遞增地址，具有高可靠性，擦寫壽命可達100萬次，數(shù)據(jù)保持時間可達100年。

進一步，控制器1型號為STM32F103RBT6，溫度傳感器2型號為DS18B20，計算機傳輸接口11為RS-232計算機通訊接口，仿真器7采用JTAG調(diào)試口，穩(wěn)壓器8為AMS1117-3.3穩(wěn)壓器。

進一步，鈣鎂離子檢測模塊31和氯離子檢測模塊32均設(shè)有依次連接的TN2-12V繼電器、AD549放大器和LF353雙路放大器，TN2-12V繼電器一端與控制器1連接，另一端與AD549放大器連接。

鈣鎂離子檢測模塊31和氯離子檢測模塊32均通過TN2-12V繼電器導(dǎo)通，通過AD549極低偏置電流運算放大。其中，AD549是具有極低輸入偏置電流的單片電路靜電計型運算放大器。為達到高精度的目的，輸入偏置電壓和輸入偏置電壓漂移均通過激光調(diào)節(jié)。再通過LF353雙路放大器通用JFET輸入運算放大器。

進一步，升降臂驅(qū)動模塊6包括依次連接的74HC574芯片和ULN2803芯片，74HC574芯片與控制器1連接，ULN2803芯片與升降臂驅(qū)動電機連接。

控制器1可直接控制74HC574驅(qū)動ULN2803，進而控制升降臂驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)升降臂的上升或下降，進一步帶動設(shè)置在升降裝置上的電極位置的改變，使其更好的滿足離子測試的需要。這一設(shè)計實現(xiàn)了升降臂的智能控制，保證了升降臂運行的精確性，從而保證了離子測試的準確性和穩(wěn)定性。

進一步，數(shù)據(jù)采集模塊10型號為AD7606。

數(shù)據(jù)采集模塊10采用AD7606高精度16位ADC芯片，實現(xiàn)8路模擬輸入，阻抗1M歐姆。這一設(shè)置無需負電源，無需前端模擬運放電路，可直接通過傳感器輸出，輸入范圍為±5V～±10V，可通過IO控制量程，分辨率為16位，最大采樣頻率可達200Ksps，支持8檔過采樣設(shè)置(可以有效降低抖動)內(nèi)置基準單5V供電SPI接口或16位總線接口，接口IO電平可以是5V或3.3V。

進一步，還包括升降臂檢測模塊9，升降臂檢測模塊9包括BOTT模塊和TOP模塊，均與控制器1連接。

BOTT模塊用于檢測升降臂是否到達最底部下限，TOP模塊用于檢測升降臂是否到達最頂部上限。在升降臂到達規(guī)定量程的上限或下限時自動停止，保證了設(shè)備使用時的安全性，避免出現(xiàn)意外事故，設(shè)計簡單、科學(xué)、合理。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。