一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，該裝置包括依序連接的傳感器、屏蔽電纜和變送器；所述的傳感器通過屏蔽電纜與變送器上的傳感器接口連接，傳送電導(dǎo)、溫度信號(hào)；所述的變送器對電導(dǎo)、溫度信號(hào)分別處理，并輸出小于100mV的水質(zhì)及溫度模擬信號(hào)；并將該水質(zhì)和溫度模擬信號(hào)由A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后輸出水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)至單片機(jī)；所述的單片機(jī)接收水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，同時(shí)傳送至RS485電路；所述的RS485電路提供對外通訊接口，傳輸水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)。該裝置提高傳感器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗干擾能力，且進(jìn)一步減小變送器體積，并使其更加緊湊和易于集成和安裝；采用數(shù)字信號(hào)輸出，徹底解決二次采集和信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來的誤差；提高裝置的測量精度。
【專利說明】一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種水質(zhì)檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置通常由電導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器、信號(hào)傳輸電纜、信號(hào)放大及變送電路、內(nèi)置或外接顯示器組成。其傳感器(二極式)的基本結(jié)構(gòu)為一個(gè)金屬圓筒狀外電極，該外電極內(nèi)套一個(gè)與外電極相對絕緣的金屬內(nèi)電極，它們共同組成電導(dǎo)測量回路。通過外部加載一定電壓來測量內(nèi)、外電極間介質(zhì)(水)的導(dǎo)電性，然后經(jīng)過變送電路放大、換算處理得出水的電導(dǎo)率(us/cm)或電阻率(Μ Ω.cm);同時(shí)，內(nèi)電極中間被嵌入一個(gè)熱敏電阻使得內(nèi)電極兼有溫度傳感器的功能，介質(zhì)溫度也同時(shí)被測量，以上電導(dǎo)值和溫度值可以被單獨(dú)以模擬或數(shù)字量方式被輸送至外部接收或顯示裝置，亦可通過變送電路上的芯片將電導(dǎo)值換算成25°C下的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)值后再輸出。通過調(diào)整內(nèi)、外電極的尺寸和間隙可以獲得不同常數(shù)的傳感器以適配不同純度水質(zhì)的測量，通常間隙越小、有效作用面積越大，傳感器的靈敏度越高，可測量的水質(zhì)純度也越高。
[0003]傳統(tǒng)的電導(dǎo)率在線檢測裝置的不足之處在于:
[0004]一、傳感器結(jié)構(gòu)不可靠；
[0005]傳統(tǒng)的電導(dǎo)率傳感器內(nèi)外電極使用嵌套結(jié)構(gòu)，之間采用單密封圈密封、隔離，外電極與其頂部的安裝適配器之間也使用單密封圈密封，然后在頂部用密封膠同時(shí)將內(nèi)、外電極、安裝適配器、內(nèi)部引出線纜一起，密封、固定成為一個(gè)整體，這種結(jié)構(gòu)有2個(gè)缺陷:
[0006]1、單密封圈結(jié)構(gòu)的封水效果相對不可靠，水一旦滲入傳感器內(nèi)部將導(dǎo)致傳感器失效；
[0007]2、對于高靈敏度測量的傳感器而言，其內(nèi)電極較粗、較長，質(zhì)量也較大，單密封圈結(jié)構(gòu)使其不易定位，即使頂部封膠也不能完全避免內(nèi)電極晃動(dòng)，從而導(dǎo)致傳感器系數(shù)不固定，測量誤差加大。
[0008]二、抗干擾能力不強(qiáng)；
[0009]特別是信號(hào)傳輸線纜容易受外部空間磁場干擾，電源部分也容易受干擾，因開關(guān)電源EMC指標(biāo)不良或參數(shù)變化帶來測量值波動(dòng)。
[0010]三、變送器體積偏大，不利高度集成化安裝使用；
[0011]多數(shù)電導(dǎo)率變送器都被設(shè)計(jì)成儀表形式，即變送、顯示一體，并采用面板式開孔安裝，這種結(jié)構(gòu)不利于系統(tǒng)小型化、集成化裝配使用，尤其是在系統(tǒng)中使用多路測量時(shí)問題更加突出。
[0012]四、變送器信號(hào)輸出多為模擬量(4_20mA)，傳輸距離受限，且上位機(jī)采集、A-D轉(zhuǎn)換過程易產(chǎn)生誤差；
[0013]五、測量精度不高；
[0014]特別是大多數(shù)變送器通過單片機(jī)和外圍電路通訊，經(jīng)過兩次A/D和D/A轉(zhuǎn)換，分別將水質(zhì)溫度信號(hào)從探頭上的模擬量轉(zhuǎn)換為內(nèi)部數(shù)字量，再將內(nèi)部數(shù)字量轉(zhuǎn)換為外部4-20mA模擬量輸出后，嚴(yán)重影響了測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置。該裝置提高傳感器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可靠性；提高裝置的抗干擾能力；減小變送器體積，并使其更加緊湊和易于集成和安裝；采用數(shù)字信號(hào)輸出，徹底解決二次采集和信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來的誤差；提高裝置的測量精度。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案為:
[0017]一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，該裝置包括依序連接的傳感器、屏蔽電纜和變送器；所述傳感器的探頭包括有水質(zhì)探頭和溫度探頭，該傳感器通過屏蔽電纜與變送器上的傳感器接口連接，傳送電導(dǎo)、溫度信號(hào)；所述的變送器對電導(dǎo)、溫度信號(hào)分別處理，并輸出小于IOOmV的水質(zhì)及溫度模擬信號(hào)；并將該水質(zhì)和溫度模擬信號(hào)由A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后輸出水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)至單片機(jī)；所述的單片機(jī)接收水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，同時(shí)傳送至RS485電路；所述的RS485電路提供對外通訊接口，傳輸水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)。
[0018]進(jìn)一步的，依據(jù)水質(zhì)不同，單片機(jī)將自動(dòng)控制變送器在傳感器探頭上施加不同交變頻率的測試電壓。
[0019]進(jìn)一步，所述傳感器的內(nèi)電極與外電極之間、以及外電極與安裝適配器之間均使用雙O型圈密封。
[0020]進(jìn)一步，所述傳感器內(nèi)電極中間嵌入PT1000電阻的溫度探頭。
[0021]進(jìn)一步，所述的屏蔽電纜為高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜。
[0022]進(jìn)一步，所述的變送器采用導(dǎo)軌式安裝，采集卡式設(shè)計(jì)。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品相比的不同之處及優(yōu)點(diǎn)在于:
[0024]1、傳感器結(jié)構(gòu)不同
[0025]傳感器在內(nèi)、外電極，以及外電極、安裝適配器之間使用雙O圈設(shè)計(jì)后，即使在頂部不封膠的前提下，傳感器仍可在高達(dá)Sbar壓力下正常工作(明顯高于多數(shù)產(chǎn)品的5-6bar上限)；
[0026]2、屏敝電纜不同
[0027]本發(fā)明采用高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜提高抗干擾能力。該電纜屏蔽線可以大幅提升信號(hào)在由傳感器到變送器傳輸過程中的抗干擾能力；
[0028]3、變送器設(shè)計(jì)不同
[0029]I)本發(fā)明變送器采用導(dǎo)軌式安裝，采集卡式設(shè)計(jì)，具有體積更小，更利于多路測量的高度集成化安裝的優(yōu)點(diǎn)；
[0030]2)半雙工數(shù)字信號(hào)輸出——徹底解決二次采集和信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來的誤差，且可以兼容絕大多數(shù)PLC、集成電路系統(tǒng)的信號(hào)采集；
[0031]3)采用多種組合措施和電路設(shè)計(jì)原理，大幅提高裝置的測量精度。
[0032]a)采用最小的UA級工作電流降低自身溫升，及配合本發(fā)明傳感器的溫度探頭采用高精度PT1000鉬電阻(有別于多數(shù)儀表采用的PT100鉬電阻或NTC熱敏電阻)，兩種直接和間接方式大幅提高溫度測量精度。[0033]b)水質(zhì)部分通過在雙O型圈高密封性水質(zhì)探頭上施加有別于常規(guī)儀表的O-1OOmV極低幅度交變測試電壓，和按不同水質(zhì)自動(dòng)調(diào)整測試電壓頻率，最大程度減小水的極化效應(yīng)，從而大幅提高裝置測量精度。
[0034]c)電路針對高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜的特性進(jìn)行了特異性優(yōu)化，增加了特別RC參數(shù)元件，進(jìn)一步抑制外界干擾和還原水質(zhì)信號(hào)原始特性，從而最大程度消除外界干擾。
[0035]d)另外，電路部分僅采用一次高精度A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將探頭上檢測到的模擬量信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并經(jīng)單片機(jī)處理后以RS485數(shù)字信號(hào)方式直接輸出，從而克服了純模擬電路儀表精度差不具備數(shù)字量接口缺點(diǎn)，也避免了常規(guī)原理儀表兩次A/D和D/A轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的測量精度丟失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置工作原理示意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如圖1所示的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，該裝置包括依序連接的傳感器
1、屏蔽電纜2和變送器3。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明傳感器I的內(nèi)電極4與外電極5之間、以及外電極5與安裝適配器6之間均使用雙O型圈7、8密封，內(nèi)電極兩點(diǎn)定位(封膠后為三點(diǎn))，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。傳感器的探頭包括有水質(zhì)探頭和溫度探頭，傳感器內(nèi)電極4中間嵌入PT1000鉬電阻溫度探頭
9。傳感器I通過特定管件接于流體(水)管路10上，以使被測介質(zhì)可以持續(xù)流經(jīng)、接觸傳感器表面，傳感器的電導(dǎo)、溫度信號(hào)再通過屏蔽電纜2傳送至變送器3，變送器3通過其內(nèi)置的水質(zhì)和溫度測試信號(hào)電路和運(yùn)放電路對電導(dǎo)、溫度信號(hào)做進(jìn)一步放大、處理，最后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量水質(zhì)和溫度信號(hào)，并可通過變送器3上的接口進(jìn)行輸出。
[0041]如圖2所示，所述的傳感器I通過屏蔽電纜2與水質(zhì)和溫度測試信號(hào)電路上的傳感器接口連接，傳送電導(dǎo)、溫度信號(hào)。該屏蔽電纜2為高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜。
[0042]所述的變送器3通過水質(zhì)和溫度測試信號(hào)電路對電導(dǎo)、溫度信號(hào)通過光耦繼電器進(jìn)行分別接入處理。依據(jù)水質(zhì)不同，由單片機(jī)內(nèi)置程序自動(dòng)控制變送器在傳感器的探頭上施加不同交變頻率的測試電壓。探頭上的水質(zhì)和溫度信號(hào)經(jīng)運(yùn)放電路分別處理后輸出小于IOOmV的水質(zhì)及溫度模擬信號(hào)。該水質(zhì)和溫度模擬信號(hào)由A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后輸出水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)至單片機(jī)。本發(fā)明變送器3采用導(dǎo)軌式安裝，采集卡式設(shè)計(jì)。
[0043]所述的單片機(jī)接收水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，可以通過液晶顯示器(可外接)顯示相關(guān)測量數(shù)值，同時(shí)傳送至RS485電路。依據(jù)水質(zhì)不同，單片機(jī)將自動(dòng)調(diào)整施加在傳感器探頭上的測試電壓的頻率(范圍為幾十Hz至幾KHz)，液晶按鍵面板可設(shè)置儀表功能參數(shù)。
[0044]所述的RS485電路提供對外通訊接口，傳輸水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)。通過該接口和相關(guān)軟件可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制儀表功能。
[0045]本系統(tǒng)的電源電路提供+5V供電、模擬電路Vcc供電和+2.5V參考電壓源。
【權(quán)利要求】
1.一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:該裝置包括依序連接的傳感器、屏蔽電纜和變送器；所述的: 傳感器:通過屏蔽電纜與變送器上的傳感器接口連接，傳送電導(dǎo)、溫度信號(hào)；該傳感器的探頭包括有水質(zhì)探頭和溫度探頭； 變送器:對電導(dǎo)、溫度信號(hào)分別處理，并輸出小于IOOmV的水質(zhì)及溫度模擬信號(hào)；并將該水質(zhì)和溫度模擬信號(hào)由A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路處理后輸出水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)至單片機(jī)； 單片機(jī):接收水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理，同時(shí)傳送至RS485電路； RS485電路:提供對外通訊接口，傳輸水質(zhì)和溫度數(shù)字信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:依據(jù)水質(zhì)不同，單片機(jī)將自動(dòng)控制變送器在傳感器探頭上施加不同交變頻率的測試電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述傳感器的內(nèi)電極與外電極之間、以及外電極與安裝適配器之間均使用雙O型圈密封。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述傳感器內(nèi)電極中間嵌入PT1000鉬電阻溫度探頭。
5.如權(quán)利要求3所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述傳感器內(nèi)電極中間嵌入PTiooo鉬電阻溫度探頭。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述的屏蔽電纜為高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜。
7.如權(quán)利要求3所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述的屏蔽電纜為高性能雙層雙屏蔽低分布電容柔性電極線纜。
8.如權(quán)利要求1或2所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述的變送器采用導(dǎo)軌式安裝，采集卡式設(shè)計(jì)。
9.如權(quán)利要求3所述的一種新型水質(zhì)電導(dǎo)率在線檢測裝置，其特征在于:所述的變送器采用導(dǎo)軌式安裝，采集卡式設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01N27/06GK103630581SQ201210305930
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】岳勇斌 申請人:岳勇斌