專利名稱：軟化水硬度與pH值監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可連續(xù)監(jiān)測(cè)軟化水硬度及PH值的監(jiān)測(cè)儀器。
按照國(guó)家要求在低壓鍋爐、食品廠、化工廠及酒廠等大量使用軟化水的地方，需對(duì)其軟化水質(zhì)進(jìn)行殘硬度測(cè)定，同時(shí)也對(duì)PH進(jìn)行檢查，以提示管理人員加強(qiáng)水的軟化處理，以保證水的質(zhì)量，保護(hù)運(yùn)行設(shè)備，使之不被損壞延長(zhǎng)使用壽命，例如國(guó)家GB1576－85《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中就要求鍋爐給水總硬度小于等于0.03毫克當(dāng)量。目前國(guó)內(nèi)常用的是EDTA滴定化驗(yàn)法檢測(cè)水硬度與PH值，中國(guó)專利CN2074916還公開(kāi)了一種鍋爐水質(zhì)硬度監(jiān)測(cè)儀，該監(jiān)測(cè)儀僅適用對(duì)鍋爐給水采用鈉離子交換軟化水的監(jiān)測(cè)，其原理是經(jīng)離子交換后，水中離子發(fā)生變化，由于各種離子適移率不同，而導(dǎo)電性不同，使用一種特別的金屬探測(cè)電極探測(cè)水的電導(dǎo)致率變化，來(lái)測(cè)定水硬度，該儀器采用指針式表頭顯示，準(zhǔn)確性差，只能設(shè)標(biāo)定點(diǎn)，超標(biāo)報(bào)警，不能連續(xù)數(shù)字實(shí)時(shí)顯示水硬度值大小，特別是它受水中的Fe、Al、Cu、Mn等少數(shù)離子的干擾，因此以測(cè)定水中電導(dǎo)率的變化不能完全反映水硬度的變化，此外該監(jiān)測(cè)儀開(kāi)機(jī)預(yù)熱15分鐘以上方能測(cè)量，預(yù)熱時(shí)間太長(zhǎng)，使用不便。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種可連續(xù)監(jiān)測(cè)軟化水硬度和PH值的監(jiān)測(cè)儀器，該儀器可連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示硬度值與PH值，并可準(zhǔn)確地進(jìn)行超標(biāo)聲光報(bào)警。
本實(shí)用新型由動(dòng)態(tài)平衡流水槽、pca－1鈣離子選擇電極、212參比電極、E201復(fù)合電極及監(jiān)測(cè)軟化水硬度和PH值的電子控制電路組成，pca鈣離子選擇電極和212參比電極的輸入端分別插入動(dòng)態(tài)平衡流水槽中，其輸出端通過(guò)電纜與電子控制電路中監(jiān)測(cè)硬度部分的輸入端相接，E201復(fù)合電極的輸出端與電子控制電路中監(jiān)測(cè)PH值部分的輸入端相接。本實(shí)用新型的原理是應(yīng)用pca－1鈣離子選擇電極和212參比電極探入在動(dòng)態(tài)平衡流水槽中流動(dòng)的軟化水中，這樣組成化學(xué)電池，對(duì)被測(cè)水樣的鈣離子活度響應(yīng)，形成測(cè)量電極的電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)水硬度變化時(shí)，電動(dòng)勢(shì)大小也隨之變化，其電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)水樣鈣離子濃度的關(guān)系符合能斯特方程，呈對(duì)數(shù)規(guī)律變化，因此通過(guò)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的變化即可監(jiān)測(cè)水硬度的變化，之后通過(guò)電子控制電路中設(shè)置的函數(shù)轉(zhuǎn)換電路即負(fù)指數(shù)轉(zhuǎn)換電路，使輸出特性在一定范圍內(nèi)呈線性，再經(jīng)電子控制電路中的A／D轉(zhuǎn)換和顯示電路，使水硬度連續(xù)顯示其數(shù)值的大小，PH值通過(guò)E201復(fù)合電極探測(cè)，經(jīng)電子控制電路后顯示其數(shù)值的大小。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)平衡流水槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的電子控制電路的原理框圖；圖3為本實(shí)用新型的電子控制電路的電原理圖。
參見(jiàn)附圖1，動(dòng)態(tài)平衡流水槽是采用有機(jī)玻璃制成的雙腔流水槽，感應(yīng)水硬度的pca－1鈣離子選擇電極和212參比電極安裝在該水槽上部的兩個(gè)插孔a和a′中，并通過(guò)螺釘e固定，在水槽內(nèi)腔b和外腔b′的四周均勻分布著調(diào)整進(jìn)出水壓力的若干個(gè)小孔c，軟化水從水槽內(nèi)腔b進(jìn)水口d進(jìn)入，從外腔b′出水口d′流出，調(diào)整進(jìn)水流動(dòng)速度保持出入水動(dòng)態(tài)平衡，以保證兩個(gè)電極實(shí)時(shí)探測(cè)流動(dòng)的軟化水硬度。
參見(jiàn)附圖2，電子控制電路由水硬度監(jiān)測(cè)部分和PH值監(jiān)測(cè)部分組成，上部為監(jiān)測(cè)硬度電路，下部為監(jiān)測(cè)PH值電路，pca－1鈣離子選擇電極和212參比電極通過(guò)電纜與水硬度部分的阻抗匹配器1的輸入端相接，經(jīng)阻抗匹配器1和倒相放大器2后接到函數(shù)轉(zhuǎn)換電路3中即負(fù)指數(shù)電路中，使輸出特征在一定范圍內(nèi)呈線性，保證水硬度能連續(xù)數(shù)字顯示其數(shù)值的大小，函數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的輸出信號(hào)接標(biāo)度變換大4，使輸出變成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水硬度單位，其輸出同時(shí)接至報(bào)警電路5和A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路6的Vin模擬量輸入端，以實(shí)現(xiàn)A／D變換、譯碼和驅(qū)動(dòng)顯示硬度測(cè)量數(shù)字值，E201復(fù)合電極探測(cè)到的PH信號(hào)經(jīng)阻抗匹配器7后也接至A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路6，測(cè)硬度和測(cè)PH值共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路6，中間用六刀開(kāi)關(guān)K2進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而完成顯示水硬度和PH值的的兩種功能，同時(shí)PH值標(biāo)定與測(cè)量網(wǎng)絡(luò)8接至A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路7的基準(zhǔn)電位端VR，以靈活地標(biāo)定調(diào)整測(cè)量PH值。
參見(jiàn)附圖3，交流220V電源經(jīng)變壓器B1、整流橋G1、穩(wěn)壓器G3－G6及電容C7－C18濾波后，提供＋5V、－5V、＋9V、－9V直流電壓，集成運(yùn)放N1及其周圍的電阻作為監(jiān)測(cè)硬度電路的阻抗匹配器1，N1的正向輸入端接pca－1鈣離子選擇電極，212參比電極接至公用地端，，N1的輸出經(jīng)R4接至N2的反向輸入端，N2及其周圍電阻組成倒相放大器2，N2的輸出端經(jīng)R9接至晶體管V1的的基極，N3、N4、晶體管V1、V2及周圍的電阻組成函數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，即負(fù)指數(shù)電路，其輸出通過(guò)開(kāi)關(guān)J2連通，經(jīng)R14接至N5，N5及周圍電阻組成標(biāo)度變換器4，其輸出同時(shí)接至由N6及周圍電阻組成的報(bào)警電路6和經(jīng)K3及六刀開(kāi)關(guān)K2接至A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路6，其中N6為比較放大器，其正向輸入端為報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置電路，硬度測(cè)量信號(hào)接到反向輸入端，當(dāng)來(lái)自測(cè)量通道的信號(hào)超過(guò)設(shè)置電位時(shí)，比較器N6翻轉(zhuǎn)工作，驅(qū)動(dòng)其輸出端的蜂嗚器FM1與發(fā)光二極管V3，實(shí)現(xiàn)超標(biāo)聲光報(bào)警，A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路6由大規(guī)模集成電塊D1，即ICL7107完成，此一個(gè)芯片加外圍電路即可完成A／D轉(zhuǎn)換、BCD七位譯碼、鎖存、驅(qū)動(dòng)和顯示功能，ICL7107的輸出的模擬量變成三位半的LED數(shù)字顯示(個(gè)、十、百位為0－9，千位為0.1)，其中的A／D變換部分為雙積分式具有較高的轉(zhuǎn)變精度和較強(qiáng)的抗干擾能力，ICL7107芯片內(nèi)同時(shí)還有數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，其管腳2－25輸出四位數(shù)碼管的a－g七位，C4、C6、R30組成基準(zhǔn)電位的積分電路，C3、R29和片中的時(shí)基電路組成時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，以每秒50Hz的頻率進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換和顯示刷新，VR＋(36點(diǎn))和VR－(35點(diǎn))是外接基準(zhǔn)電壓輸入端，當(dāng)基準(zhǔn)電壓為1V時(shí)，量程顯示2V，本儀器水硬度監(jiān)測(cè)時(shí)取基準(zhǔn)電壓為1V，而PH值基準(zhǔn)電壓可調(diào)不是一個(gè)固定值。IN＋(31點(diǎn))IN－(30點(diǎn))是被測(cè)模擬量Vin的輸入端，兩種電極的輸出電壓均應(yīng)經(jīng)過(guò)變換后才加到這里。
PH值監(jiān)測(cè)電路部分中的復(fù)合電極E201接至N7的正向輸入端，N7完成阻抗變換，通過(guò)電阻R47并經(jīng)六刀K2轉(zhuǎn)換接至ICL7107，而由電阻R33－R43與電位器W12－W16組成的PH值標(biāo)定與測(cè)量網(wǎng)絡(luò)8給出不同參考電位加到ICL7107的各輸入端，通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)阻值來(lái)改變基準(zhǔn)VR＋和VR－，以取得和PH值輸入電壓保持恰當(dāng)比例關(guān)系，使PH顯示在1－14范圍，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的電位器作微調(diào)接至D1各輸入點(diǎn)電位，來(lái)標(biāo)定和調(diào)整測(cè)量PH值。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.適用范圍不受鍋爐水鈉離交換軟化水的局限，其測(cè)試對(duì)象不管什么方法軟化水，只要是含鈣為主的軟化水均可監(jiān)測(cè)其硬度。
2.現(xiàn)有技術(shù)只能超標(biāo)報(bào)警，而本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)水硬度能連續(xù)實(shí)時(shí)地?cái)?shù)字顯示其硬度值的大小，也同時(shí)具有超標(biāo)報(bào)警的功能。
3.現(xiàn)有技術(shù)不能測(cè)PH值，而本實(shí)用新型還具有監(jiān)測(cè)PH值的功能，可一機(jī)兩用。
4.本實(shí)用新型不受水中少數(shù)離子干擾，準(zhǔn)確度好，此外不需預(yù)熱，開(kāi)機(jī)即可使用，穩(wěn)定時(shí)間小于1分鐘。
權(quán)利要求1.一種監(jiān)測(cè)水硬度和PH的值監(jiān)測(cè)儀，其特征在于它由動(dòng)態(tài)平衡流水槽、pca-1鈣離子選擇電極、212參比電極、E201復(fù)合電極及監(jiān)測(cè)軟化水硬度和PH值的電子控制電路組成，pca鈣離子選擇電極和212參比電極的輸入端分別插入動(dòng)態(tài)平衡流水槽中，其輸出端通過(guò)電纜與電子控制電路中的監(jiān)測(cè)硬度部分的輸入端相接，E201復(fù)合電極的輸出端與電子控制電路中監(jiān)測(cè)PH值部分的輸入端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于動(dòng)態(tài)平衡流水槽是采用有機(jī)玻璃制成的雙腔流水槽，感應(yīng)水硬度的pca－1鈣離子選擇電極和212參比電極安裝在該水槽上部的兩個(gè)插孔中，在水槽內(nèi)外腔的四周均勻分布著調(diào)整進(jìn)出水壓力的若干個(gè)小孔，軟化水從水槽內(nèi)腔進(jìn)水口進(jìn)入，從外腔出水口流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于電子控制電路由水硬度監(jiān)測(cè)部分和PH值監(jiān)測(cè)部分組成，pca－1鈣離子選擇電極和212參比電級(jí)通過(guò)電纜與水硬度部分的阻抗匹配器相接，阻抗匹配器的輸出端經(jīng)倒相放大器后接到函數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，函數(shù)轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)入標(biāo)度變換器中，標(biāo)度變換器的輸出同時(shí)接至報(bào)警電路和A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路，E201復(fù)合電極接至監(jiān)測(cè)PH值部分的阻抗匹配器的輸入端，其輸出端也接至A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路，監(jiān)測(cè)水硬度部分與監(jiān)測(cè)PH值部分共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)顯電路，中間用開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于電子控制電路中的A／D轉(zhuǎn)換、譯碼、鎖存及顯示采用一塊大規(guī)模集成電路ICL7107。
專利摘要一種監(jiān)測(cè)軟化水硬度和pH值的監(jiān)測(cè)儀由動(dòng)態(tài)平衡流水槽、Pca鈣離子選擇電極、212參比電極E301復(fù)合電極及監(jiān)測(cè)軟化水硬度和pH值的電子控制電路組成，Pca鈣離子選擇電極和212參比電極的輸入端分別插入動(dòng)態(tài)平衡流水槽中，其輸出端通過(guò)電纜與電子控制電路中的監(jiān)測(cè)硬度部分的輸入端相接，E301復(fù)合電極的輸出端與電子控制電路中監(jiān)測(cè)pH值部分的輸入端相接，該儀器能連續(xù)實(shí)時(shí)地?cái)?shù)字顯示其硬度值和pH值的大小，同時(shí)還具有超標(biāo)報(bào)警的功能。
文檔編號(hào)G01N27/416GK2203457SQ9422081
公開(kāi)日1995年7月12日 申請(qǐng)日期1994年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月8日
發(fā)明者張致敷, 張子禾, 劉煥明 申請(qǐng)人:北京泰德隆科技發(fā)展公司