Измеритель качества воды

 

Полезная модель относится к области санитарной гигиены и промышленной экологии и может быть использована для определения концентрации растворенных в воде солей. Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона измеряемых величин при повышении точности измерений (уменьшение погрешности), исключение дрейфа нуля при снижении себестоимости. Поставленная задача решается тем, что измеритель качества воды, содержащий датчик электропроводности, блок индикации, источник питания, термистор, согласно решению, дополнительно содержит усилитель-детектор с регулируемым усилением, к входу которого подключен датчик, микроконтроллер со встроенным АЦП (аналого-цифровой преобразователь), электронный коммутатор, при этом выход усилителя-детектора с регулируемым усилением, эталонный резистор и термистор подключены к входу микроконтроллера. Измерение концентрации примесей в зависимости от величины измеряемого сигнала проводится в четырех поддиапазонах. Измеритель дополнительно содержит индикатор жесткости и солесодержания, подключенные через электронный коммутатор к микроконтроллеру. Датчик выполнен в виде двух электродов, расположенных в корпусе, каждый из электродов одним участком обращен внутрь корпуса, а другим участком выходит наружу, при этом соотношение площади контактной поверхности электродов к расстоянию между электродами не превышает 0,6 мм.

Полезная модель относится к области санитарной гигиены и промышленной экологии и может быть использована для определения концентрации растворенных в воде солей.

Известен автодинный измеритель качества воды, содержащий расположенные в корпусе автодинный генератор переменного сигнала, датчик в виде двух электродов, один из которых выполнен кольцеобразным, а второй в виде сплошного цилиндра и размещен внутри первого с кольцевым зазором между ними, зазор заполнен диэлектрическим материалом, каждый из электродов одним участком обращен внутрь корпуса, а другим участком выходит наружу для контакта с водным раствором, блок индикации, источник питания, дифференциальный усилитель, нагруженный на прецизионный детектор, выполненный на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, динамическая память, выполненная на операционном усилителе с положительной обратной связью, и четырехплечный мост, являющийся нагрузкой автодинного генератора, при этом электроды датчика подключены к одному из плеч четырехплечного моста, одна из точек выходной диагонали которого подключена ко входу динамической памяти, а другая - к одному из входов дифференциального усилителя, выход динамической памяти подключен ко второму входу дифференциального усилителя, при этом прецизионный детектор подключен к блоку индикации, снабженному статической памятью (см. патент на изобретение РФ №2290629, G01N 27/00).

Недостатком указанного решения является наличие дрейфа нуля и ограниченный диапазон измеряемых величин содержания солей в водном растворе.

Наиболее близким к предлагаемому решению является измеритель качества воды, содержащий расположенные в корпусе генератор переменного сигнала с подключенным к нему датчиком в виде двух электродов, каждый из которых одним участком обращен внутрь корпуса, а другим участком выходит наружу, блок индикации, источник питания, термистор, соединенный с генератором, блоки памяти и сравнения измеряемых сигналов, включенные между генератором и блоком индикации, блок памяти имеет корректировку нуля, один из электродов выполнен кольцеобразным, а второй в виде сплошного цилиндра и размещен внутри первого с кольцевым зазором между ними, зазор заполнен диэлектрическим материалом, а генератор выполнен в виде автодинного устройства (см. патент на изобретение РФ №2231787, МПК G01N 33/18).

Однако данное устройство также не исключает наличие дрейфа нуля и имеет ограниченный диапазон измеряемых величин содержания солей в водном растворе.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона измеряемых величин при повышении точности измерений (уменьшение погрешности), исключение дрейфа нуля при снижении себестоимости.

Поставленная задача решается тем, что измеритель качества воды, содержащий датчик электропроводности, блок индикации, источник питания, термистор, согласно решению, дополнительно содержит усилитель-детектор с регулируемым усилением, к входу которого подключен датчик, микроконтроллер со встроенным АЦП (аналого-цифровой преобразователь), электронный коммутатор, при этом выход усилителя-детектора с регулируемым усилением, эталонный резистор и термистор подключены к входу микроконтроллера.

Измерение концентрации примесей в зависимости от величины измеряемого сигнала проводится в четырех поддиапазонах.

Измеритель дополнительно содержит индикатор жесткости и солесодержания, подключенные через электронный коммутатор к микроконтроллеру.

Датчик выполнен в виде двух электродов, расположенных в корпусе, каждый из электродов одним участком обращен внутрь корпуса, а другим участком выходит наружу, при этом соотношение площади контактной поверхности электродов к расстоянию между электродами не превышает 0,6 мм.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема измерителя качества воды где

1. Автономный источник питания.

2. Датчик электропроводности.

3. Усилитель-детектор с изменяемым коэффициентом усиления на микросхеме AD8542.

4. Стабилизатор + ключ на микросхеме LP2985IM-2.8.

5. SA1 кнопка «ВКЛ» - DTSM20-13N.

6. Микросхема CD4052.

7. Термистор TS503D3.

8. Эталонный резистор РН1-12 0.5%.

9. Микроконтроллер с программой обработки сигнала ATMega 8535L.

10. Индикатор ITS-00824.

11. SA2 кнопка «ФИКС» - DTSM20-13N.

12. Светодиод «Жесткость» - L1394ID.

13. Светодиод «Солесодержание» - L1394ID.

Устройство содержит автономный источник питания 1, в качестве которого используются два гальванических элемента LR03 ААА с напряжением по 1,5 В каждый, соединенные последовательно, который может быть подключен к микромощному стабилизатору напряжения с малым падением напряжения (Lowdrop) 4 и кнопке 5. Стабилизированным напряжением 2.8±0.005 В запитываются все активные элементы устройства: микроконтроллер 9 с программой обработки сигнала ATMega 8535L, усилитель-детектор с изменяемым коэффициентом усиления 3, переключатель пределов и коммутатор на микросхеме 6. Микроконтроллер в зависимости от величины измеренного сигнала устанавливает требуемый коэффициент усиления на усилителе-детекторе 3 с помощью переключателя пределов 6. Вход датчика 2 соединен с выходом микроконтроллера 9, а выход датчика 2 соединен с входом усилителя-детектора 3, выход которого подключен к микроконтроллеру 9. Микроконтроллер 9 двусторонними связями соединен с термистором 7 и эталонным резистором 8. Микросхема CD4052 выполняет две функции переключателя и коммутатора. Микросхема 6 представляет собой два четырехканальных аналоговых коммутатора, один из которых используется в качестве переключателя пределов усилителя-детектора 3 и управляется микроконроллером 9. Устройство содержит два светодиода 12, 13, которые управляются вторым коммутатором микросхемы 6. Кнопка 12 подключена на вход коммутатора. Микроконтроллер 9 соединен с индикатором 10. При нажатии на кнопку SA1 «ВКЛ» подается питание на микроконтроллер 9, и он при этом подключает автономный источник 1 на время 25 сек ко всем функциональным блокам и во время измерения, микроконтроллер подает сигнал частотой 50 кГц на датчик 2, с которого сигнал приходит на усилитель-детектор 3 с изменяемым коэффициентом усиления, выполненный на микросхеме AD8542, затем на АЦП микроконтроллера. Каждый цикл измерения состоит из следующих этапов:

1. Измерение дрейфа нуля в течение 2 мсек. В это время микроконтроллер не подает сигнал частотой 50 кГц на датчик и АЦП микроконтроллера измеряет величину постоянной составляющей усилителя, которая учитывается при дальнейших расчетах.

2. Измерение сопротивления термистора 7 (0,5 мсек), в качестве которого применен терморезистор TS503D3. Определяется коэффициент, пропорциональный сопротивлению терморезистора на который умножается измеряемая величина концентрации. (Выбрана средняя величина температурного коэффициента концентрации - 2% на 1°С).

3. Измерение сопротивления эталонного резистора 8 (0,2 мсек).

4. Измерение концентрации солей в воде (0,5 мсек).

Микроконтроллер рассчитывает значение концентрации и вводит поправку в зависимости от величины сопротивления термистора, калибровки (которая вводится в память как коэффициент) и эталонного резистора 8. С микроконтроллера сигнал подается на индикатор 10, который показывает значение концентрации растворенных в воде солей.

При измерении концентрации, для повышения точности, применяется усилитель-детектор 3 с четырьмя пределами усиления, которые переключаются микроконтроллером 9 с помощью переключателя пределов, выполненного на ½ микросхеме CD4052, вторая половина микросхемы CD4052 используется для включения светодиодов «Солесодержание» и «Жесткость».

При нажатии на кнопку SA2 «ФИКС» процесс измерения заканчивается, и на индикатор попеременно выводятся значения концентрации и жесткости воды одновременно с включением соответствующих светодиодов и значение температуры раствора в °С. Также предусмотрено автоматическое переключение поддиапазонов для большей точности измерения. Устройство имеет четыре поддиапазона измерения: концентрация 10,00 Гл; 3,00 Г/л; 1,000 Г/л и 0,400 Г/л. При величине входного сигнала соответствующей концентрации от 10,00 Г/л до 1,000 Г/л разрешающая способность индикации концентрации составляет 10 мГ/Л, а при величине входного сигнала соответствующей концентрации от 1,000 Г/л до 0,000 Г/л разрешающая способность индикации концентрации составляет 1 мГ/Л, переключение диапазонов осуществляется автоматически.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в применении микроконтроллера с встроенным АЦП для обработки измеряемого сигнала, который рассчитывает величину концентрации примесей и жесткость воды; АЦП микроконтроллера имеет автоматическую корректировку нуля, что приводит к повышению точности измерений, вывод значения температуры на индикатор, возможность изменять температурный коэффициент концентрации в пределах 1-5%, индикацию разряда батарей, применяется усилитель с переключаемыми пределами усиления и с автоматической компенсацией дрейфа нуля, что приводит к расширению динамического диапазона и повышению точности измерений, а также применением датчиков с соотношением площади контактной поверхности электродов к расстоянию между электродами не превышающим 0,6 мм, что расширяет диапазон измерения при допустимой точности. Подобная совокупность элементов измерения качества воды неизвестна.

1. Измеритель качества воды, содержащий датчик электропроводности, блок индикации, источник питания, термистор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит усилитель-детектор с регулируемым усилением, к входу которого подключен датчик электропроводности, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, электронный коммутатор, при этом выход усилителя-детектора с регулируемым усилением, эталонный резистор и термистор подключены к входу микроконтроллера.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что измерение концентрации примесей в зависимости от величины измеряемого сигнала проводится в четырех поддиапазонах.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит индикатор жесткости и солесодержания, подключенные через электронный коммутатор к микроконтроллеру.

4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что датчик выполнен в виде двух электродов, расположенных в корпусе, каждый из электродов одним участком обращен внутрь корпуса, а другим участком выходит наружу, при этом отношение площади контактной поверхности электродов к расстоянию между электродами не превышает 0,6 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газотурбостроению, в частности к конструкциям и способам получения электрической энергии в парогазотурбинных агрегатах

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.
Наверх