可监控水质电导的电磁水处理装置 【技术领域】
本发明涉及一种水处理器，具体是一种可监控水质电导的电磁水处理装置。用于水处理技术领域。
背景技术
目前由于市场上现有水处理器均不具备对水处理效果的实时监视，在实际应用中，一般均采用检测水体电导率的专用仪器对水质做不定时的检测与分析，进而对水处理效果做出评价。
经文献检索发现，中国专利公开号：1377839，发明名称：变频式微电脑水处理器，该专利公开的变频式微电脑水处理器包括一台变频模糊控制的大功率直流脉冲发生器，并采用扫频、移频、选频三种形式使发生的脉冲电磁波产生持续的频率变化，再通过缠绕在水管外壁上多股绕组，把发生器产生的电磁波感应到水管内水体中而发生各种物理反应、化学反应、电化反应和生物反应。
根据高频电磁波对除垢、防垢、抗氧化及灭菌的作用机理，高频电磁波存在最优作用频带，并没有必要在除垢的过程控制中“产生持续地频率变化”，而应该按照寻优的算法进行水处理控制。实际上，上述专利技术在水处理过程根本不具备对被处理水质实现实时的监测和控制。
【发明内容】
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提出一种可监控水质电导的电磁水处理装置，使其对过程控制中水循环系统的水质起到除垢、防垢、杀菌、灭藻、阻锈和防腐等功能作用，同时通过在线实时监视水电导率的变化实现水处理的优化控制。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括：高频电磁振荡发生器、水处理本体、检测单元、控制单元、远程通信接口、点阵式液晶显示器。高频电磁振荡发生器、水处理本体构成本发明的水处理子系统，同时高频电磁振荡发生器、检测单元、控制单元、远程通信接口、点阵式液晶显示器构成本发明的水质电导监控子系统。高频电磁振荡发生器的输入端与控制单元的输出端连接，高频电磁振荡发生器的输出端一方面与检测单元的输入端连接，另一方面连接到水处理本体，控制单元的输入端连接检测单元的输出端，同时检测单元的输出端连接点阵式液晶显示器，检测单元设有远程通信接口。
本发明各个功能模块结构特征：
1、高频电磁振荡发生器
高频电磁振荡发生器既是水处理的能量源又是水质监控系统的信号源，该发生器以三点电感式LC为基本振荡回路，同时使用变容二极管构成压控振荡电路，因此该电路的振荡频率能够随变容管两端控制电压的变化而变化。换句话说，该电路可以通过改变变容管两端电压来达到控制回路频率的作用。
为提高输出波形的稳定性和精确度，可以采用MAX038集成芯片与变容管等器件构成压控振荡电路，对其中的固定电阻电感电容的值作适当选择，可以确定基本频率落在1M～20MHz范围之内。根据对水处理总体效能指标的分析，本发明确定高频电磁振荡发生器的频率f∈[2MHz，4MHz]最为合适，并以f0＝3MHz作为基本中心频率。
MAX038是集成的高频函数发生器，用很少的外部元件与之配合，便能产生失真度很小的正弦波、三角波形、方波(或脉冲)等高频波，其频率可在1Hz～20MHz之间通过电路任意确定，通过改变控制电流、电压或电阻，频率和占空比可以单独进行调节。
MAX038由正负5V电源供电，其输出幅度一般为0.7V。当用电压Vin和电阻Rin的串联组合去控制MAX038的频率时，其输出信号频率与输入电压Vin成正比。在输出时，要加电压放大和功率放大以适应负载要求，提供拖带负载的能力。通过改变前置电压输出即可控制输出功率的大小，起到对高频电磁场强的调节。本发明的负载就是水流体，输出功率加载于事先安装在水处理本体中的两个电极通过对处理水的偶极子与偶极距在微电场的物化作用实现对水流的除垢、防垢、杀菌、灭藻、阻锈和防腐等功能。
2、水处理本体
水处理本体即处理水管段，水处理本体带有高频电极，即两个电极，其中一个是设置于管段轴线上的圆铜棒，圆铜棒与水流方向平行，另外一个即水处理管段管壁本身。水处理本体上还设有水流换向阀、排污口、过滤网和主管段两端的法兰，过滤网设置于主管段两端的法兰连接处，水处理本体管壁上下设有两个导压孔连接的差压传感器。金属外壳本身同时又起着电磁屏蔽的作用。
3、检测单元
检测单元包含八通道模拟数据采集卡，采集卡内含：衰减器、A/D转换器、放大器，采集卡通过PC-104内部总线与控制单元相连接，数据采集卡的输入/输出通道通过初始化程序设定。八通道模拟数据采集卡实现对数据的采集和预处理，其中，电压与电流直接测量，频率通过对周期信号的过零点计算间接求得，水流流量则通过管道自然节流件上下游差压测量计算求出。经检测单元获取的直接和间接测量参数全部经数据输出接口输至控制单元。
4、点阵式液晶显示器LCD与小按键
点阵式液晶显示器LCD专门为了便于人工观察和现场操作而设置。通过本发明配备的操作软件可以十分方便地向用户提供数据、曲线、直方图等水处理效果显示方式。点阵式液晶显示器配有小按键，可以利用小按键对机械几何尺寸的误差进行人工修正。
5、控制单元
控制单元由PC-104主系统板和数据采集卡中设定的输出通道组成，检测单元在与控制单元连接的同时，还通过远程通信接口与上位机乃至互联网络进行信号交互。该单元接收检测单元实时输入的水处理参数，根据运行初始化和系统优化指标确定高频电磁振荡发生器的电压与频率输出。
6、远程通信接口
经检测获得的实时水处理状态信息在LCD显示的同时，还通过远程通信接口与上位机进行交互，使得管理人员可以在远程实现对水处理状态的监视和人工干预。该通信接口具有RS232、RS485和TCP/IP可以实现直接与Ethernet和Internet的连接。
本发明工作时，首先由高频电磁振荡发生器产生高频电磁波通过电极输出作用于水处理本体。水处理本体中的水流换向阀起到水流换向的作用。排污口是为定期排放被清除而沉积的污垢而设置的。过滤网起着拦截污垢的作用。
高频电磁振荡发生器的工作参数始终受到检测单元的实时检测。检测单元所获取的在线参数在输出至LCD进行实时显示的同时也输至控制单元。经过控制单元的决策计算调节控制参数输出至被处理水中的频率和电压值以使水处理过程控制达到最优状态。附带的小按键起着改变设置和显示方式的作用。所有的实时检测信号及其处理信息均可通过远程通信接口进行远距离传输和远程控制。
使用本发明应用于食品加工和中央空调的水循环系统中均已证明效果十分显著：经本发明处理后的下游管段管壁不会结垢、管内壁干净；经本发明处理后的下游管段内壁无明显锈斑；经本发明处理后的下游管段近法兰处内壁原先的结垢在连续24小时后即被消融，面积有扩大趋势；经本发明处理后的下游管段管壁不出现生藻现象；经本发明处理后的水质的细菌含量比未经处理的降低50％以上。
【附图说明】
图1本发明结构示意图
图2本发明结构外形图
图3本发明结构剖面图
【具体实施方式】
如图1所示，本发明包括：高频电磁振荡发生器1、水处理本体2、检测单元3、控制单元4、远程通信接口5、点阵式液晶显示器6，高频电磁振荡发生器1、水处理本体2构成电磁水处理装置的水处理子系统，同时高频电磁振荡发生器1、检测单元3、控制单元4、远程通信接口5、点阵式液晶显示器6构成电磁水处理装置的水质电导监控子系统，高频电磁振荡发生器1的输入端与控制单元4的输出端连接，高频电磁振荡发生器1的输出端一方面与检测单元3的输入端连接，另一方面连接到水处理本体2，控制单元4的输入端连接检测单元3的输出端，同时检测单元3的输出端连接点阵式液晶显示器6，检测单元3设有远程通信接口5。
高频电磁振荡发生器1既是水处理子系统的能量源，也是水质电导监控子系统的信号源。水处理本体2带有高频电极，即两个电极7，其中一个是设置于管段轴线上的圆铜棒，圆铜棒与水流方向平行，另外一个即水处理管段管壁本身。
高频电磁振荡发生器1将具有特定电压和频率的高频电磁信号通过电极8加至水处理本体2。高频电磁振荡发生器1始终接受检测单元3的检测，并将检测数据输至控制单元4，点阵式液晶显示器6实现对检测结果的实时显示，小按键13用于初始化参数设置、修正及显示方式的选择。
检测单元3采用八通道模拟数据采集卡实现对数据的采集和预处理。采集卡的硬件包括：通道衰减、AD/DA转换、放大器。采集卡通过PC-104内部总线与作为控制单元的嵌入式工控机主系统板相连接。数据采集卡的输入/输出通道可以通过初始化程序任意设定。八个通道数在本系统中属于十分富余的通道配置。
在数据采集过程：电压采集通道进行直接测量，电压信号经过衰减器输入A/D转换器至主系统板上的运算器与内存储器；电流采集通道系通过对高频电磁振荡发生器1输出回路中预置的标准电阻端电压测量计算求得电流值，其信号流通过程与电压采集通道相同；由电压或电流的采集数据中计算过零时间即可求出高频电磁振荡发生器1的输出频率，因此无需占用数据采集通道；流量采集通道首先对与水处理本体2管壁上下游两个导压孔连接的差压传感器进行差压数值采集，采集数值经放大器信号增益输入A/D转换器至主系统板上的运算器与内存储器，依据水流量与差压的平方根成正比的关系计算求出流量值。
控制单元4由PC-104主系统板和数据采集卡中设定的输出通道组成。在接收检测单元获取的相关信号经处理和决策计算后通过D/A转换由输出通道向高频电磁振荡发生器1输出频率调节信号和功率调节信号。频率调节信号即加在高频电磁振荡发生器1压控振荡电路中变容二极管两端的电压值，功率调节信号即为叠加至高频电磁振荡发生器1电压放大级中静态偏置上的电压。输出信号占用了数据采集卡上的两个通道。
检测单元3在给控制单元4输出信息的同时，还可通过远程通信接口5与上位机乃至互联网络进行信号交互。
如图2所示，水处理本体2上还设有水流换向阀8、排污口9、过滤网10和主管段11两端的法兰12，过滤网10设置于主管段11两端的法兰12连接处，水处理本体2管壁上下设有两个导压孔连接的差压传感器。高频电磁振荡发生器1、检测单元、控制单元、远程通信接口4、点阵式液晶显示器5及小按键6作为一个整体被安装于水处理本体7的外侧。利用水流换向阀8可以根据要求人工改变水流方向，依靠安放于主管段11的过滤网10将清除的污垢拦截下来，排污口9可以定期或不定期地排放水污。
如图3所示，电极7的圆铜棒必须与水流方向平行安放于轴线方向上。水垢过滤网12设置于主管段11的法兰连接处，便于下卸清洗。