專利名稱：一種調(diào)頻電磁除垢儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)用水設(shè)備的除垢和防垢裝置，特別涉及一種調(diào)頻電磁除垢儀。
背景技術(shù)：
調(diào)頻電磁除垢儀主要用于解決食品方面的蒸發(fā)器、鍋爐、循環(huán)系統(tǒng)以及化工、石油、管道等各種用水設(shè)備的除垢、防垢問題；目前來講，防垢除垢仍是世界性的一大難題，目前在世界范圍內(nèi)應(yīng)用的除垢防垢技術(shù)主要有兩種，即化學(xué)除垢和物理除垢技術(shù)。(I)化學(xué)除垢較為廣泛使用的除垢防垢方法是在水中添加具有阻垢功能的化學(xué)藥劑(即阻垢劑)和離子交換法。阻垢劑的阻垢機(jī)理是抑制水中各種可結(jié)垢晶粒正常生長和擾亂晶粒之間按正常狀態(tài)聚集生長，從而達(dá)到除垢防垢目的；離子交換法是通過使用鈉離子替換水中的鈣離子，而達(dá)到除垢目的。化學(xué)除垢主要存在三大缺點(diǎn)A、生產(chǎn)成本高一個中大型的相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)，如電廠或污水處理廠，每年為除垢、防垢投放的阻垢劑至少幾十萬元人民幣或高達(dá)數(shù)百萬元人民幣。B、存在污染問題因需在生產(chǎn)設(shè)備中添加化學(xué)藥劑，因此對環(huán)境或設(shè)備必然不同程度地構(gòu)成污染或腐蝕設(shè)備。C、每種阻垢劑的使用具有相當(dāng)強(qiáng)的針對性，只是對某種水質(zhì)的水等具有阻垢、防垢作用。(2)物理除垢化學(xué)除垢具有成本高，存在污染以及針對性強(qiáng)等無法克服的困難。近幾年發(fā)展起來的物理除垢技術(shù)為從根本上解決除垢防垢問題開辟了新的途徑。物理除垢方法具有成本低、不存在污染、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前物理除垢的研究主要集中在聲場、磁場、電場等各種物理場方面。目前已投入使用的物理除垢技術(shù)有①超聲波除垢技術(shù) ’②I0N-STICK處理器；③電磁除垢。在三種技術(shù)中，電磁除垢技術(shù)較具優(yōu)勢且應(yīng)用較廣泛。水是由一個氧原子和兩個氫原子組成的，通常水中80%的水分子是由氫鍵締合成水分子團(tuán)的形式，這種水分子團(tuán)對碳酸鈣(水垢)的溶解程度較低，使水垢很容易析出，調(diào)頻電磁除垢儀是利用電磁變頻共振技術(shù)向水中施加一個與其自然頻率相同的頻譜極寬的脈沖頻率，從而引起水分子產(chǎn)生共振，共振的結(jié)果，使氫鍵斷開，使水分子團(tuán)變成單個的極性水分子，因而提高了水的活化性和對水垢的溶解度，20微米以下極小的水分子可以滲透、包圍、疏松、溶解、去除熱水器、鍋爐等熱交換系統(tǒng)內(nèi)的老垢，同時，浮在水中的鈣離子和碳酸根離子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸鈣體，其表面無電荷，懸浮于流動的水中，因此，不能再吸附在管道上，隨著水的流動而帶走，從而達(dá)到防垢的目的。需要除垢防垢的各種場合其水質(zhì)參數(shù)(包括碳酸鹽硬度、總堿度、PH值、電導(dǎo)率等)、水溫、水流速度、管道直徑、管道材質(zhì)等不盡相同。要使調(diào)頻電磁除垢儀達(dá)到一定或最佳除垢坊垢效果，必須將以上參數(shù)設(shè)定到除垢儀之中，試驗(yàn)證明，頻率信號的變化規(guī)律、幅值等直接影響著除垢效果，要獲得最佳除垢坊垢效果，則必須知道頻率信號與水質(zhì)、流速以及管道參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，這也是本裝置的技術(shù)關(guān)鍵。
綜合各個生產(chǎn)廠家的電磁除垢儀的技術(shù)參數(shù)、安裝方式以及所適應(yīng)的水質(zhì)和管徑參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，其共同特點(diǎn)是(I)安裝方式均為法欄式，即安裝時需要切斷現(xiàn)場管道；(2)設(shè)備輸出功率偏低，最大500W左右；(3)與輸出功率相對應(yīng)，最大適應(yīng)管道直徑500mm左右；
(4)適應(yīng)水質(zhì)總硬度小于1000mg/L ； (5)適應(yīng)流速范圍小于2. 8m/s ； (6)磁化水有效時間短，約3小時左右。國產(chǎn)除垢儀的最大缺點(diǎn)是，安裝時要切斷現(xiàn)場管道，除非是新建項(xiàng)目，這對某些已生產(chǎn)運(yùn)營的企業(yè)是不允許的；另外國產(chǎn)除垢儀適應(yīng)管道直徑和水質(zhì)硬度范圍小也是不可忽視的缺點(diǎn)，這在很大程度上限制了國產(chǎn)除垢儀的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是現(xiàn)場水質(zhì)條件惡劣(如石油開采)和需要大口徑管道(如火力發(fā)電廠，管道直徑約2.5米)的場合，現(xiàn)有國產(chǎn)除垢儀是力不能及的，國產(chǎn)除垢儀器只適用于中小企業(yè)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)頻電磁除垢儀，除垢和防垢效果主要與加載在線圈上負(fù)載電流的調(diào)頻信號有關(guān)，理論和實(shí)踐都證明，調(diào)頻信號的主要作用是(I)頻率信號的變化范圍應(yīng)該涵蓋所有水中易結(jié)垢分子的鍵能頻譜，而該頻譜的鍵能值有一個很寬的范圍，約為10_4eV 2eV，所以調(diào)頻信號的頻率變化范圍也應(yīng)該與結(jié)垢分子的鍵能頻譜變化范圍對應(yīng)起來；(2)除垢和防垢效果還與加載在水中的磁場能量有關(guān)，而磁場能量既和電流的變化頻率有關(guān)，又與電流大小有關(guān)，而根據(jù)電流公式/ , = UJ^R2+ω2L2 (式中Um為加在線圈上的電壓最大值，R為線圈導(dǎo)線的電阻，且R << L，L為線圈的電感)，在電源電壓和纏繞線圈參數(shù)固定后，電流Im的大小可通過頻率或電源電壓得到控制，也就是說，除垢和防垢效果完全取決于調(diào)頻信號的變化規(guī)律。本發(fā)明適應(yīng)各種現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境和水質(zhì)條件下的除垢和防垢，而且安裝為現(xiàn)場纏繞式，不破壞現(xiàn)場管道，最大輸出功率可達(dá)為9KW，最大適應(yīng)管徑為3米,適應(yīng)水質(zhì)總硬度最大為4000mg/L，克服了國產(chǎn)除垢儀的缺點(diǎn)并拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，適用于大中型工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，聞效環(huán)保。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種調(diào)頻電磁除垢儀，包括單片機(jī)主控板MC，所述單片機(jī)主控板MC分別電連接有線圈電流及電源電壓測量模塊IV、、LED背光控制模塊LE、PC機(jī)通訊模塊RS、報(bào)警模塊、參數(shù)給定單元和電流、電壓檢測控制單元；所述LED背光控制模塊LE還連接有點(diǎn)陣液晶顯示LCM,所述單片機(jī)主控板MC通過D/A模塊連接線圈功率電源控制模塊PW，通過線圈功放觸發(fā)模塊TR連接線圈功率放大模塊PFD，所述線圈功率放大模塊PFD和線圈功率電源控制模塊PW相互連接。所述線圈功放觸發(fā)模塊TR，用于將單片機(jī)主控板MC輸出的調(diào)頻信號觸發(fā)線圈功率放大模塊PFD，使調(diào)頻信號變成功率放大后的調(diào)頻電流并加載到輸出線圈上；所述線圈功率電源模塊PW，主要是根據(jù)現(xiàn)場管徑和水的流速來確定線圈功率電源的電壓，該電壓通過現(xiàn)場設(shè)定參數(shù)由單片機(jī)主控板MC自動計(jì)算出并將其轉(zhuǎn)化成O IOmA的標(biāo)準(zhǔn)信號控制線圈功率電源模塊的輸出電壓。
所述線圈功率放大模塊PFD連接有輸出線圈。所述參數(shù)給定單元，用于用戶將現(xiàn)場各種水質(zhì)參數(shù)(包括碳酸鹽硬度、硫酸鹽硬度等)、水流速度、管道直徑、管道材質(zhì)等設(shè)定到儀器中去；所述報(bào)警模塊，用于裝置故障報(bào)警或輸出線圈的過欠電流、過欠電壓報(bào)警；所述電流、電壓檢測控制單元，用于實(shí)時地檢測輸出線圈上的電流和電壓，供主控制器參與算法優(yōu)化生成最佳頻率信號；所述輸出線圈環(huán)繞于管道。本發(fā)明的有益效果是(I)本裝置由用戶將所有水質(zhì)及生產(chǎn)工藝和管道參數(shù)設(shè)定到儀器之中，然后通過軟件自動生成具有最佳除垢效果的控制算法和調(diào)頻信號，增強(qiáng)了設(shè)備的通用性和可替代性；(2)安裝時不破壞現(xiàn)場管道；(3)輸出功率大,最大可達(dá)為9KW，適應(yīng)管徑最大可達(dá)3米；(4)適應(yīng)水質(zhì)總硬度最大為4000mg/L，可用于水質(zhì)惡劣的環(huán)境，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，適用于中型工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用?？傊撗b置應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場前景廣闊，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對從根本上解決食品工業(yè)和其他如石油、化工、工業(yè)鍋爐、用水管道及各種蒸餾設(shè)備的除垢防垢問題，對于環(huán)保、降低生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行成本和設(shè)備維護(hù)費(fèi)，提高設(shè)備使用壽命等具有重大現(xiàn)實(shí)意義。針對不同的水質(zhì)和管道參數(shù)曾對德國調(diào)頻電磁除垢儀的調(diào)頻信號進(jìn)行了實(shí)際測量，獲得了大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并建立起頻率信號與水質(zhì)及管道參數(shù)之間的一個多變量普適性函數(shù)關(guān)系，用戶只需將水質(zhì)和管道參數(shù)設(shè)定到儀器之中就可自動生成具有最佳除垢防垢效果的頻率信號。調(diào)頻電磁除垢儀的工作原理是根據(jù)用戶水質(zhì)和安裝條件參數(shù)自動生成最佳的頻率信號(數(shù)學(xué)模型)，達(dá)到最佳的防垢除垢效果；頻率信號的變化規(guī)律、電流幅值(電流幅值決定線圈的平均輸出功率大小)等直接影響著除垢效果，該儀的技術(shù)核心就是建立用戶參數(shù)與調(diào)頻信號之間的一個普適性數(shù)學(xué)模型，以適應(yīng)各種現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境和水質(zhì)條件下的除垢和防垢。


圖I是調(diào)頻電磁除垢儀電氣工作原理圖。圖2是單片機(jī)主控板電路圖。圖3是線圈功放觸發(fā)模塊。圖4是線圈功率放大模塊。圖5是線圈電流及電源電壓測量模塊。圖6是PC機(jī)通訊模塊。圖7是液晶顯示LED背光控制電路。圖8是線圈功率電源控制模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參照圖1，一種調(diào)頻電磁除垢儀，包括單片機(jī)主控板MC，所述單片機(jī)主控板MC分別電連接有線圈電流及電源電壓測量模塊IV、、LED背光控制模塊LE、PC機(jī)通訊模塊RS、報(bào)警模塊、參數(shù)給定單元和電流、電壓檢測控制單元；所述LED背光控制模塊LE還連接有點(diǎn)陣液晶顯示LCM，所述單片機(jī)主控板MC通過D/A模塊連接線圈功率電源控制模塊PW，通過線圈功放觸發(fā)模塊TR連接線圈功率放大模塊PFD，所述線圈功率放大模塊PFD和線圈功率電源控制模塊PW相互連接。
參見圖2，單片機(jī)主控板MC是本專利的核心部件，對于特定的除垢現(xiàn)場，通過參數(shù)給定單元將用戶參數(shù)如管道直徑Dtl、電源電壓Um、水的流速V、水質(zhì)硬度Y、線圈長度I等設(shè)定到儀器中去，然后根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的算法生成最佳頻率控制信號PWMl和PWM2，輸出至線圈功放觸發(fā)模塊TR ;單片機(jī)主控板MC還承擔(dān)著線圈電流和電壓檢測，用于及時參與模型的參數(shù)計(jì)算并通過點(diǎn)陣液晶顯示LCM實(shí)時輸出顯示或過欠流過欠壓報(bào)警等。另外，單片機(jī)主控板MC根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場參數(shù)，自動計(jì)算出線圈的最佳工作電壓，通過D/A轉(zhuǎn)換，生成O IOmA的標(biāo)準(zhǔn)信號控制線圈功率電源模塊PW的輸出電壓，同時根據(jù)用戶需要，單片機(jī)主控板MC可實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通訊模塊RS的實(shí)時通訊或參數(shù)設(shè)定。參見圖3，線圈功放觸發(fā)模塊TR，接收來自單片機(jī)主控板MC的頻率控制信號PWMl和PWM2，同時向線圈功率放大模塊PFD輸出觸發(fā)驅(qū)動的高/低電平(H0/L0)，主要包括8個高/低端雙通道驅(qū)動器IR2110，其中每兩個組成一組，共4組(A1B1，A2B2，A3B3, A4B4)，這4組驅(qū)動器分別驅(qū)動線圈功率放大模塊PFD的4組橋式電路(Gl，G2，G3，G4，見圖4)，每個橋上有4個IGBT管，4個IGBT管按對角線分成兩組，同一時刻一組關(guān)閉，一組導(dǎo)通，這樣在線圈中就形成了方向變化的交變電流。參見圖4，線圈功率放大模塊PFD，該模塊共包括4組功放橋，每組4個IGBT管，每組功放帶一個輸出線圈，4組功放同時接收來自線圈功放觸發(fā)模塊TR對應(yīng)觸發(fā)驅(qū)動器的高/低電平(H0/L0)，使4組功放橋同步工作，以保證4組線圈中的電磁場同步變化。參見圖5，線圈電流及電源電壓測量模塊IV，用于檢測4路線圈的工作電流和功率電源的工作電壓，線圈電流測量電路，其功能是將交流電流信號轉(zhuǎn)化成直流電壓信號。該電路共4組，每組包括霍爾電流傳感器HNC50B，精密全波整流電路(由A1、A2、2CP13等組成)、一階低通濾波器(圖中，CA3140等)，線圈電源電壓測量電路用于實(shí)時檢測功率電源的工作電壓。參見圖6，PC機(jī)通訊模塊RS，根據(jù)用戶需要主控板可實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的實(shí)時通訊或參數(shù)設(shè)定。參見圖7，點(diǎn)陣液晶顯示LCM，采用0CM320240，用于實(shí)時顯示4路線圈的電流、功率電源工作電壓及進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定等。因該儀安裝在管道現(xiàn)場附近，正常工作時無人看管，所以平時液晶顯示的LED背光電路不工作，以延長液晶顯示的使用壽命，液晶顯示的LED背光由液晶顯不LED背光電路控制。參見圖8，線圈功率電源控制模塊PW，現(xiàn)場參數(shù)尤其是管徑和水的流速不同，所需要的功率電源的電壓也不同；線圈功率電源控制模塊PW，主要是根據(jù)現(xiàn)場管徑和水的流速來確定線圈功率電源的電壓，該電壓通過現(xiàn)場設(shè)定參數(shù)由單片機(jī)主控板自動計(jì)算出并將其轉(zhuǎn)化成O IOmA的標(biāo)準(zhǔn)信號控制線圈功率電源模塊的輸出電壓。參數(shù)給定單元，用于進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)的設(shè)定或修改等。參數(shù)給定單元用于設(shè)定水質(zhì)硬度、安裝條件參數(shù)(包括流速、管道直徑線管長度等)。報(bào)警模塊，當(dāng)有一路線圈過流、欠流或功率電壓電壓不正常時將輸出報(bào)警，由發(fā)光二極管指示或外接繼電器進(jìn)行斷開保護(hù)等，故障點(diǎn)由LCM顯示指出。輸出線圈，通過該線圈將頻率信號功率放大器輸出的功率信號轉(zhuǎn)化為調(diào)頻電磁場并加載到管道當(dāng)中的水介質(zhì)中去，通過與水分子、結(jié)垢物質(zhì)以及管壁的相互作用達(dá)到除垢防垢目的。理論推導(dǎo)給出了如下用于估算頻率變化范圍和系統(tǒng)頻率信號通用數(shù)學(xué)模型如下
權(quán)利要求
1.一種調(diào)頻電磁除垢儀，包括單片機(jī)主控板，所述單片機(jī)主控板分別電連接有線圈電流及電源電壓測量模塊、LED背光控制模塊、PC機(jī)通訊模塊、報(bào)警模塊、參數(shù)給定單元和電流、電壓檢測控制單元，所述LED背光控制模塊還連接有點(diǎn)陣液晶顯示，所述單片機(jī)主控板通過D/A模塊連接線圈功率電源控制模塊，通過線圈功放觸發(fā)模塊連接線圈功率放大模塊，所述線圈功率放大模塊和線圈功率電源控制模塊相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述線圈功放觸發(fā)模塊，用于將單片機(jī)主控板輸出的調(diào)頻信號觸發(fā)線圈功率放大模塊，使調(diào)頻信號變成功率放大后的調(diào)頻電流并加載到輸出線圈上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述線圈功率電源模塊，主要是根據(jù)現(xiàn)場管徑和水的流速來確定線圈功率電源的電壓，該電壓通過現(xiàn)場設(shè)定參數(shù)由單片機(jī)主控板自動計(jì)算出并將其轉(zhuǎn)化成O IOmA的標(biāo)準(zhǔn)信號控制線圈功率電源模塊的輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述線圈功率放大模塊連接有輸出線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述參數(shù)給定單元，用于用戶將現(xiàn)場各種水質(zhì)參數(shù)、水流速度、管道直徑、管道材質(zhì)等設(shè)定到儀器中去。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述報(bào)警模塊，用于裝置故障報(bào)警或輸出線圈的過欠電流、過欠電壓報(bào)警。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述電流、電壓檢測控制單元，用于實(shí)時地檢測輸出線圈上的電流和電壓，供主控制器電壓檢測控制單元，用于實(shí)時地檢測輸出線圈上的電流和電壓，供主控制器參與算法優(yōu)化生成最佳頻率信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種調(diào)頻電磁除垢儀，其特征在于，所述輸出線圈環(huán)繞于管道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)頻電磁除垢儀，包括單片機(jī)主控板，所述單片機(jī)主控板分別電連接有線圈電流及電源電壓測量模塊、LED背光控制模塊、PC機(jī)通訊模塊、報(bào)警模塊、參數(shù)給定單元和電流、電壓檢測控制單元，所述LED背光控制模塊還連接有點(diǎn)陣液晶顯示，所述單片機(jī)主控板通過D/A模塊連接線圈功率電源控制模塊，通過線圈功放觸發(fā)模塊連接線圈功率放大模塊，所述線圈功率放大模塊和線圈功率電源控制模塊相互連接，適應(yīng)各種現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境和水質(zhì)條件下的除垢和防垢，安裝為現(xiàn)場纏繞式，不破壞現(xiàn)場管道，最大輸出功率可達(dá)為9KW，最大適應(yīng)管徑為3米，適應(yīng)水質(zhì)總硬度最大為4000mg/L，適用于大中型工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，高效環(huán)保。
文檔編號C02F5/00GK102627358SQ20121009996
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者于長豐, 王瑾, 王碧德 申請人:輕工業(yè)西安機(jī)械設(shè)計(jì)研究院