採用阻抗比的服務啟動和再生控制的製作方法
2023-11-05 01:53:47 2
專利名稱：採用阻抗比的服務啟動和再生控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於自動水處理產品的控制序列。具體地說，本發明涉及用於在自動淨水器再生期間確定服務周期結束以及鹽水/慢衝洗周期持續時間的方法以及採用該方法的裝置。
背景技術：
在處理硬水時，淨水器中的離子交換樹脂床或者其它材料從水中去除鈣和鎂離子並將其替換為鈉離子。隨著硬水經過該床，在硬水遇到的第一軟化樹脂中硬水離子與鈉離子進行交換，產生離子交換活動中稱為反應區域的波陣面(front)或者波形。如果可用的鈉量耗盡並且離子交換材料對鈣和鎂達到飽和，則該床對於軟化處理無效並且必須進行周期性再生。在通過從樹脂中衝洗鈣和鎂離子並恢復鈉水平的多步工藝再生離子交換樹脂的同時，要暫停水處理。
使用一系列的步驟通過鈉離子替換硬水離子，再一次活化用於水處理的離子交換材料。通常，首先通過反轉進水流向而反衝洗該床以去除沉澱物並使該床疏鬆。接著，將該床與向下流動的鹽溶液接觸，從而使得離子交換材料從高密度鹽溶液中獲得鈉離子並將鈣和鎂離子置換到鹽溶液中作為廢料排出。在已經輸送了最佳量的鹽溶液時，一直持續衝洗直到從該床中排放出幾乎全部鹽溶液和不必要的硬水離子為止。在衝洗以去除殘餘的鹽水後，將該床恢復為稱為軟化樹脂的鈉狀態，並且然後返回到處理硬水的服務。
通常在與樹脂槽分離的鹽水槽中製備鹽水溶液。向含有鹽的鹽水槽中添加計算水量以形成飽和的鹽溶液。由於重複再生以後產生耗盡，因此必須周期性替換鹽供應。如果鹽等級太低而不能產生指定強度的鹽溶液，則沒有充足的鈉等級來驅動鈣和鎂離子的交換並且當將該樹脂返回到服務中時不能有效地處理硬水。
大多數諸如水軟化劑等的現代淨水器在不同工藝步驟中採用了電子控制器以執行計算、監控傳感器、引導時序並且控制閥門。某些新型、更複雜的淨水器能夠基於一個或者多個輸入採用電子裝置安排下一次再生循環。該輸入數據包括例如來自定時器、流量計的信息，已存儲的用水數據等。已經設計了許多在淨水器再生期間確定各個步驟所需的序列和持續時間的控制序列。在簡單的再生序列中，無論樹脂中鈣和鎂離子的飽和度如何，各步驟具有固定的時間長度。為了確保完全再生該床，假設在再生開始時樹脂對於硬水離子完全飽和，則各步驟的持續時間必須至少為該處理步驟所需的時間。採用該技術，無論該樹脂處於10％的飽和、40％的飽和還是90％的飽和都採用同樣量的時間和鹽水，從而在樹脂沒有達到對硬水離子飽和程度時會導致時間和鹽水的浪費。
在設計再生控制序列時，優選地出於許多原因而將再生處理的持續時間降到最小程度。當再生該單元的同時，要停止軟化水的服務。大多數消費者希望他們的淨水器能夠根據需要提供軟化水，即使在深夜或者在非常早的清晨。減少停止服務的時間量降低了在需要軟水時無法提供的可能性。對再生採用較少的鹽和水降低了操作成本。還需要最小化從淨水器向環境中排放的鹽水量。減少鹽水循環的時間周期有利於最小化鹽水用量，從而減少對環境的影響。
在美國專利No.5,699,272中，通過查找三個明顯不同的狀態而採用傳感器探針和參考探針之間的電壓差來確定衝洗循環的持續時間。在鹽水/慢衝洗周期的開始階段，當鈉離子完全包圍該床時出現第一狀態，表明鹽水已經充滿該床。隨著鹽水供應的停止以及衝洗水衝走鈉，頭部具有高鈉濃度尾部具有低鈉濃度的波陣面經過該床。當波陣面位於傳感器探針和參考探針之間時出現表示正在從該床衝洗鹽水溶液的第二狀態。當波陣面已經通過參考探針時出現第三狀態，其中兩個探針均處於低鈉溶液中，發出可以停止衝洗的信號。
公知的現有技術再生方案均沒有考慮到製造變形或者探針或傳感器會隨著時間淤塞的影響。當使用兩個探針之間或者探針與參考值之間的差值來確定循環結束時，隨著波陣面的經過，發生的變化會產生同樣的數值上的差異。而且，傳感器可能會覆蓋有沉澱物、水垢、鏽垢或者其他淤塞物，使該傳感器隨著時間而對其周圍的變化越來越不敏感。由於傳感器敏感性降低，讀數差異變得不明顯並且影響正確檢測處理步驟的開始和結束的能力。因此，該單元無法確認再生需求或者進行比所需次數更頻繁的再生。
此外，由於阻抗逐漸增加，傳感器被覆金屬會導致比較器產生過早再生的信號。因此，增加了備用容量並降低了軟化劑效率，從而導致水和鹽的浪費。
而且，現有技術以固定比較關係使用傳感器讀數或者將其與預定值進行比較。補償由於製造差異導致給出微小阻抗讀數差異的替代傳感器是很困難的。可用軟體無法考慮到常年暴露於流動水環境中的礦物質而已經被覆金屬的傳感器。固定值或者預定值會考慮這些變量中一些的初始狀態，但是不能補償隨著時間的變化。
因此，需要一種使確定淨水器處理周期中步驟的持續時間能夠長期保持精確的方法。該方法應該在即使玷汙或者替換一個或者多個傳感器探針的情況下仍能精確地確定服務步驟或者鹽水/慢衝洗步驟的終止。
發明內容
通過本發明中用於對具有離子交換材料床的淨水器工藝步驟中確定服務步驟以及鹽水/慢衝洗步驟至少其中之一的持續時間的方法解決了上述以及其它問題。該方法包括在離子交換材料床中彼此垂直間隔地定位傳感器探針和基準探針，該傳感器探針位於基準探針上部。監控來自各傳感器探針和基準探針的電壓並在多個時間間隔內計算傳感器探針對基準探針的阻抗比。在服務步驟期間，噹噹前阻抗比對最小阻抗比的差值百分數超過第一最小增加時，安排終止服務步驟並啟動鹽水/慢衝洗步驟。在再生循環的鹽水/慢衝洗步驟器件，監控來自各傳感器探針和基準探針的電壓並計算傳感器探針對基準探針的阻抗比的變化速率。計算阻抗比的變化速率可以檢測鹽水/慢衝洗循環期間的最小和最大峰值。當阻抗比為最小值時檢測該阻抗比變化速率的第一峰值。重複監控、計算和檢測步驟直到檢測到第二峰值。當該阻抗比為最大值時檢測阻抗比變化速率中的第二峰值。在檢測到兩個峰值後經過預定延遲時間終止該鹽水/慢衝洗循環。
具有離子交換材料床的淨水器包括位於該床內的傳感器探針和位於該床內所述傳感器探針下部的基準探針。配置用於在多個時間間隔監控來自各傳感器探針和基準探針的電路。該裝置還包括配置用於監控傳感器探針和基準探針的電壓並用於計算傳感器探針對基準探針阻抗比的控制器。使用計算的阻抗比確定服務步驟和鹽水/慢衝洗步驟至少其中之一的持續時間。如果在服務步驟，該控制器還計算循環中當前阻抗比對最小阻抗比的差值百分比，並且如果百分比差值超出了第一預定值則安排再生步驟。如果處理循環處於鹽水/慢衝洗步驟，則該控制器檢測阻抗比變化速率的峰值，重複監控和計算步驟直到檢測到第二峰值，並在檢測到兩個峰值時終止鹽水/慢衝洗步驟。
該淨水器裝置以及用於操作該裝置的方法消除了現有技術中的許多缺點。本發明的水軟化系統和方法的重要特徵在於處理事件的檢測以相對阻抗比為基礎，而不是絕對阻抗比。使用相對阻抗比通過多種真實讀數消除了改變傳感器讀數因素的影響。而且，我們還測量了相對阻抗比的變化程度，而不是絕對阻抗比。這有助於補償由於各種製造差異、現場條件和常年位於流水環境中的傳感器不可避免的「老化」現象造成的問題。
圖1所示為適用於本發明的水軟化系統的正視圖，其中為了更清晰而截取了多個部分；圖2所示為惠斯通電橋電路的電路圖；圖3所示為用於確定服務步驟結束的過程流程圖；圖4所示為用於確定再生步驟中第一峰值的過程流程圖；圖5所示為用於確定第二峰值和再生步驟結束的過程流程圖。
具體實施例方式
在離子交換材料床中利用傳感器產生再生信號的淨水器是公知技術，諸如授予給Culligan International Co.的美國專利Nos.4,257,887、4,299,698、5,699,272和5,751,598，分別在此引入其全部內容作為參考。
參照圖1，通常標識為10的水處理系統或者調節器具有在軟化步驟期間可以從硬水中接收硬水離子並且在再生步驟器件釋放硬水離子的由離子交換材料16構成的床14。該調節器具有控制程序循環步驟等的控制器20，其中該步驟在鈉含量耗盡時啟動和終止補充離子交換材料16鈉含量的再生步驟。為了便於討論，床14具有限定為床14的上部部分或者在服務步驟期間硬水流過離子交換床時首先接觸的床部分的頂部22。床14具有限定為床的下部部分或者在服務步驟期間在軟化水流出離子交換床之前最後接觸的床部分的底部24。任何其它的方向基準都可以如圖1所示方向的水處理系統10一樣進行解釋。
調節器10包括承載一定量離子交換材料16的殼體或者槽26。該離子交換床14包括熟悉本領域的技術人員公知的可以去除硬水離子的任何材料16構成的床。離子交換樹脂為優選的離子交換材料16。通常，該離子交換樹脂16為具有許多粘附於聚合物上的官能團的聚合珠以提供離子交換功能。根據粘附到聚合物上的官能團而對陰離子或者陽離子發生離子交換。沸石也是公知的離子交換材料16。隨著富含諸如鈣和鎂的硬水離子的原水經過床14，硬水離子與諸如鈉的軟水離子進行交換。在以下所述的優選實施方式中，根據離子交換樹脂討論離子交換材料16，但是，在所有實施方式中也可以考慮使用其它離子交換材料。
當將調節器10設計為家用時，殼體26通常為單個單元，但是，其它適用的調節器10可選地具有構成該殼體的兩個或者多個部件。在優選實施方式中，由鹽水槽和受鹽器32圍繞樹脂槽26。具有分離開的樹脂槽30和鹽水槽32的其它調節器(圖1)也是公知的。在需要不間斷的軟水供應時，可以使用多個樹脂槽30從而在一個單元正在軟化的同時一個或者多個其它單元進行再生。對於本發明，殼體26包封所有該單獨的單元。
在受鹽器32中淨水器10還具有軟化鹽34。固態塊狀或者顆粒狀的鈉鹽諸如球狀氯化鈉為最通用的軟化鹽34，但是任何可以與硬水離子交換的固態鹽，諸如鉀鹽，都可以考慮用於本發明。建議使用高純度鹽來延長添加鹽之間的時間並減少累積在淨水器10底部的雜質量，但是鹽的純度並不會直接影響這裡所述的控制器20和調節器10的操作。向受鹽器32中添加水以使該軟化鹽34溶解，以在後續的再生期間使用該飽和鹽水(未示出)。鹽水在進行軟化時與硬水供應36和離子交換材料16分離從而使得鹽水不會汙染軟化後的水，並且由於在存在鹽水的情況下樹脂16與硬水之間的離子交換不夠充分。只有在再生步驟期間，該鹽水才經由管線37通過控制閥門38和入口40與離子交換樹脂16接觸。
仍然參照圖1，在軟化期間，該控制器20操作閥門38以允許硬水從硬水供應36經過入口40流入樹脂槽26，並且軟水經過管路42輸出給向水系統(未示出)提供軟水的出口44。在入口40和出口44之間，該硬水與富含鈉的離子交換樹脂16接觸，其中該樹脂接收包括鈣和鎂的硬水離子，並將鈉離子釋放給軟水。軟化後的水經過出口44從淨水器10中流出。當硬水進入樹脂床14中時，在硬水和床上部的耗盡樹脂16以及軟水和床下部的鈉態樹脂之間出現明顯的界面。該界面允許控制器20測量並檢測相對增長的阻抗比。當樹脂16對硬水離子達到飽和並且鈉和鉀離子耗盡時，進行如上所述的樹脂再生。通過排放管46去除廢鹽水。
該控制器20啟動並控制該處理循環的步驟。出於本發明的目的，該控制器20包括至少一個微處理器或者微計算機控制單元50和用戶界面52。該單元控制器20的一些職責包括軟化和再生步驟的時間選擇，並適當地開啟和關閉閥門38。該控制器20還可以執行其它任務。大多數現代的水軟化系統都包括位於控制器20中的微處理器50。應該認識到，該微處理器50可以具有未在本申請中具體描述不屬於本發明部分的功能，即使在通過同樣或者相似的設備執行時。
優選地，通過控制器20移動一個或者多個控制閥門38而指導處理步驟。在優選實施方式中，閥門38的位置決定硬水或者鹽水是否流入了該樹脂槽26。任何電子控制的閥門38都適用於該閥門，包括電磁閥門或者通過電控旋轉凸輪控制的閥門。
在該處理循環中包括多個步驟。在軟化或者服務步驟期間，來自供應36的硬水流入樹脂槽26，然後經過管路42向出口44提供軟水。在完成軟化步驟時，執行反衝洗步驟從而硬水進入管路42的底部並向上流動經過床14，從入口40流出並流向排水管46。該步驟使床14中的顆粒鬆軟，該顆粒由於重力以及被軟化的水向下流動而已經被壓實，並且還可以去除存在於床內的固體雜質。
在完成反衝洗步驟時，鹽水從鹽水槽32被引入到床14。在諸如鍵盤或者觸控螢幕的用戶界面52處向控制器20輸入用於配製鹽水的鹽34的量。向由控制器20確定的鹽34中加入適量的水。當再生樹脂16時，重新定位控制閥門38的位置以從鹽水槽32中排出鹽水並將其送入樹脂槽26。
隨著將鹽水送入到樹脂床14，鈉離子有效地圍繞樹脂16。由於鈉離子濃度較高，平衡(equilibrium)有助於用樹脂16中的鈉離子替換硬水離子，並允許硬水離子與鹽水一起排出。在鹽水上部和硬水下部之間出現第一波陣面。與樹脂16接觸後，廢鹽水排放給排放管46並開始慢衝洗。
在用盡鹽水時開始慢衝洗，在樹脂槽26的頂部引導硬水進入以衝洗殘留在床14內的鹽水並開始軟化。第二波陣面或者界面劃分逆流的軟化水和順流的廢鹽水。當從樹脂槽26中衝洗掉所有鹽水後，該單元返回到產生軟化水的服務。隨著床14中的樹脂16逐漸發送出鈉離子並使其與硬水離子交換而產生第三波陣面。該第三波陣面的特徵在於該波陣面的逆流硬水和順流軟水。
通過一組指令優選地以軟體程序形式來驅動該控制器20。優選地，在製造時將軟體預先加載到微處理器50的存儲器中。作為選擇，可以將該指令集加載到固件上，諸如安裝在微處理器50上的只讀存儲器。只要在使用時可以很容易地向控制器20提供指令，任何電子存儲該指令的方法都是適用的。
淨水器10的床14還在其內部定位有基準探針54和傳感器探針56，二者在垂直方向彼此間隔。任何可以在離子交換材料和周圍水中指示電阻變化的探針54、56均是可用的。通常，各探針54、56具有至少一對間隔的電極，並優選地包括兩對間隔的電極。優選的探針為由Culligan International(Northbrook，IL)製造的AQUASENSOR。
傳感器支撐58在床14內的固定位置保持該探針54、56。在樹脂槽26和控制器20之間，導線管60從探針54、56向控制器傳輸電信號。並非必須在具體位置設置該基準探針54，但是，優選地，將該探針設置在床14的底部24附近從而更容易地估算離子交換波陣面或者介質界面即將到達床底部的時間。傳感器探針56比基準探針54更靠近床14的頂部22，從而該傳感器探針位於基準探針的上部。還可以選擇性地水平設置探針54、56。在經過床的液體介質諸如鹽水、硬水或者軟水中發生變化的情況時出現介質界面。
可選地，在該樹脂床14中使用三個或者更多的探針54、56從而更準確地確定離子交換波陣面或者介質界面的位置。如下所述，當每次對探針54、56進行兩次電路分析時，可以密切監控經過床14的離子交換波陣面或者介質界面的情況。當採用多於兩個的探針54、56時，不需要他們之間的垂直或者水平距離均勻。
現在參照圖2，優選地，通常使用惠斯通電橋電路62在各多個時間間隔監控傳感器探針56的電壓Vsensor和基準探針54的電壓Vreference。該電橋電路具有兩個固定電阻R1和R2，分別具有電壓VR1和VR2，並且阻抗分別為ZR1和ZR2，如果對惠斯通電橋電路62的傳感器管腳應用歐姆定律
Vsensor＝I×Zsensor(I)VR1＝I×ZR1(II)其中I為通過電路的電流。在電路中，阻抗方程式為Z=R2+(XL2-XC2)---(III)]]>其中，R為電路的電阻，XL為感抗並且XC為容抗。對於純電阻，諸如電路板上的基準電阻，XL和XC均為0，方程式III簡化為Z＝R(IV)應用歐姆定律，可以將方程式II寫成VR1＝I×R1(V)計算流過電路的電流為I=VR1R1---(VI)]]>由於傳感器探針和固定電阻R1為串聯，作用於R1上的電壓等於施加給電路的總電源電壓Vsupply與傳感器探針56上的電壓Vsensor之差。因此，VR1＝(VSupply-Vsensor) (VII)將方程式VII帶入方程式VII=VSupply-VsensorR1---(VIII)]]>將方程式VIII帶入歐姆定律，得到Zsensor=R1{Vsensor(VSupply-Vsensor)}---(IX)]]>對惠斯通電橋電路62的基準部分應用同樣的方程式Zreference=R2{Vreference(VSupply-Vreference)}---(X)]]>
採用方程式IX和X計算比率，並採用已建立的惠斯通電橋電路62邏輯，該阻抗比為Zratio=ZsensorZreference=R1{Vsensor(VSuppiy-Vsensor)}R2{Vreference(VSupply-Vreference)}---(XI)]]>在優選實施方式中，在惠斯通電橋電路62中固定電阻R1為200歐姆，R2為215歐姆或者226歐姆。電阻值可以適應應用而改變。傳感器探針56和基準探針54為可變電阻。通過控制器20向惠斯通電橋電路施加2.5～5.0V的電壓。參照電壓值Vsensor和Vreference以及惠斯通電橋電路62中的兩個固定電阻R1和R2，通過微處理器50利用軟體程序計算傳感器探針56和基準探針54的阻抗比。
通過比較基準探針54和傳感器探針56的阻抗而檢測波陣面的經過。術語「波陣面」希望包括反應區域以及硬水、軟水和鹽水之間的任意界面。隨著探針周圍環境的變化，根據探針54、56周圍是否圍繞有硬水、軟水或者鹽水，該探針會產生可變電壓。通過控制器20監控來自探針54和56的可變電信號並用來確定服務步驟或者鹽水/慢衝洗步驟的終止時間。在所選的多個時間間隔上進行監控從而使得所有經過探針54和56的波陣面都被檢測。時間間隔的選擇依賴於液體的流速以及探針54和56的垂直距離。儘管在預計沒有波陣面的期間微處理器50可選擇性地暫停監控，但是優選地，有規律地間隔該時間間隔。優選的時間間隔為30秒。
當服務步驟開始時，兩探針54和56同時處於軟水和離子交換材料16中。隨著軟化開始，硬水穿過樹脂床14，硬水離子與和該樹脂16相關的鈉離子進行交換。該硬水離子與其接觸到的第一鈉離子交換，建立沿水流方向經過床14的波陣面。波陣面的逆流水為硬水而波陣面的順流水為軟化水。直到離子交換波陣面到達傳感器探針56之前該阻抗比大約為常數並等於1。隨著離子交換波陣面經過傳感器探針56，該離子交換材料16從再生態改變為耗盡態並且周圍水從軟化變為非軟化。此時該基準探針54還處於軟水以及再生樹脂中。因此，阻抗比增加。
當與當前循環的最小阻抗相比時，當在阻抗比中出現第一預定增加時檢測到一峰值。採用來自同一處理循環中的值確定該增加以最小化外部變化的影響，該外部變化包括原水供應的變化、探針更換和/或由於前面循環導致的探針54、56結垢。
阻抗比的第一預定增加為表示當前阻抗比與用於該循環的最小阻抗比之間的差值正在達到最大值的任意值。第一預定增加的精確值由探針54、56的特性、電路板上的固定電阻以及過早再生的容閒決定。當採用優選的AQUASENSOR探針時，從大約5％到大約15％的增加是非常有用的。更優選地，阻抗比的第一預定增加為大約7％到大約8％。
如果在第一最小時間周期內最小阻抗比與當前阻抗比之間的增加超過第一預定增加，則馬上或者根據預定時間延遲執行服務步驟的終止。優選地，最小阻抗比與當前阻抗比之間的差值至少保持4分鐘，更優選地至少保持6分鐘。峰值的精確持續時間依賴於許多處理因素，尤其是流速。當僅剩少量樹脂16時，即由於淨化器10的尺寸或者傳感器54、56的放置而導致離子交換樹脂16的量位於傳感器探針56的下部，最好馬上終止該服務步驟。可選擇地，根據許多標準之一可以延遲終止該服務步驟，當在控制器20判斷應該終止服務步驟的時刻正在用水時，應選擇性地延遲該再生過程至少直到用水已經停止或者用水量降到最少。如果具有足夠的樹脂16儲備，可以延遲再生過程直到一天中的預定時間。隨著離子交換波陣面經過基準探針54，由於兩個探針54、56又一次處於同樣條件的水和樹脂中，因此阻抗比大約降低為1。
在適當時間，該控制器20終止服務步驟並啟動再生的鹽水/慢衝洗步驟。使用探針54、56阻抗比之間的不平衡以與服務步驟略有不同的方式確定再生步驟的持續時間。具體地說，確定兩探針54、56之間的阻抗比，並計算一段時間間隔後該阻抗比的變化率。當檢測到阻抗比變化率中的兩個具體峰值時，該控制器50終止鹽水/慢衝洗步驟。
在鹽水/慢衝洗步驟開始時，傳感器探針56和基準探針54均位於硬水和已耗盡樹脂16中，其阻抗比為常數或者幾乎相等。當鹽水經過傳感器探針56時，基準探針54仍處於硬水中。此時，由於不同溶液的相對電導率導致傳感器探針56的電阻低於基準探針54。阻抗比降低直到鹽水表面經過基準傳感器54，此時兩阻抗又一次相等，得到一恆定的阻抗比。在隨著時間跟蹤阻抗比的變化速率時，傳感器探針56處於鹽水中並且基準探針54處於硬水中，阻抗比的快速變化產生明顯的第一最小峰值。在服務步驟期間，根據由微處理器50檢測到的傳感器探針56和基準探針54的電壓信號來計算阻抗比。當阻抗峰值的差值超出預定時間(優選為32秒)的預定第一變化速率時，檢測到該第一峰值。
在再生期間當探針54、56同時處於鹽水中時，所述比大致保持為常數並且變化率接近於0。在鹽水耗盡並將衝洗水引入床14以後，出現傳感器探針56位於衝洗水中並且基準探針54仍位於鹽水中的情況。衝洗水通常為硬水，但是，也可以選擇性使用來自另一樹脂槽的軟水。此時，傳感器探針56的電阻高於基準探針54，這導致阻抗比的快速變化。在隨著時間跟蹤阻抗比變化時，該阻抗比的快速變化產生顯著的第二峰值。當傳感器探針56位於軟水和再生樹脂中並且基準探針54位於耗盡鹽水中時，對阻抗比隨著時間的變化速率的測量允許微處理器檢測最大阻抗比峰值。當兩探針54、56均位於軟水和軟樹脂中時，所述比再一次變為近似常數。
在鹽水經過床14的開始和結束階段，阻抗比變化速率的峰值是可清楚識別的並且對於監控鹽水/慢衝洗步驟很有幫助。當阻抗比的變化速率超過預定變化速率時檢測到任一峰值。該預定變化速率是表示當前阻抗比和對於該循環的先前阻抗比的差值正接近最大值的任意值。通過探針54、56的特性和再生提前終止的容限確定該精確值。當採用優選的AQUASENSOR探針時，阻抗比的變化速率從約0.5％到約2.5％的增加是非常有用的。當鹽水開始經過床14時，優選地第一預定速率變化高於2％。隨後，隨著鹽水耗盡並且第二峰值開始經過床14，優選地第二預定速率變化高於2％。
優選地，預定第二時間和預定第三時間均為至少30秒。預定第二時間和預定第三時間可以相同或者其數值可以彼此有很大差別。如果使用優選的時間間隔30秒，則如果其具有與該時間間隔一樣長的最小持續時間就可以確保峰值的檢測。優選地，第一和第二峰值都保持至少32秒，並且最好保持1分鐘或者更長。
任何上述處理步驟的持續時間都依賴於許多因素。淨水器10的尺寸以及樹脂床14的深度確定了基準探針54和傳感器探針56之間的垂直間距。該間距和流體流速將至少部分確定波陣面移動傳感器54、56之間的距離所需的時間。樹脂16的離子交換能力至少部分確定需要多少鹽34進行再生以及鹽水衝洗要持續多長時間。
可選地，配置微處理器50包括終止鹽水/慢衝洗步驟並如果在合理時間周期內沒有出現第一峰值或者第二峰值觸發報警的中止(time out)功能。中止報警的時間周期應該超出峰值經過的預計時間。優選的時間略長於整個再生過程的總預計時間。該報警可以是聲音報警也可以是顯示在顯示器64上的視頻報警。
在圖3至圖5所示的一優選實施方式中，對控制器20中的微處理器50進行編程以執行一系列的步驟從而實施優選過程。在圖3所示的服務步驟期間，在100處，控制器20以30秒的間隔測量基準探針、傳感器探針和電源線的電壓。這些電壓信號優選為模擬型信號測量。優選地在控制器20中設置諸如由Hitachi(Tokyo，Japan)、NEC(Princeton，NJ)和Toshiba(Irvine，CA)製造的模數信號轉換器或者具有內置的模數轉換器的微處理器50以在步驟104處將模擬信號轉換為數字電壓信號。
在106處，採用方程式IX和X利用惠斯通電橋電路62上基準電阻R1和R2的電壓值和已知的電阻值計算基準探針54和傳感器探針56的阻抗值。在106處還採用方程式XI計算兩傳感器54、56的阻抗比。如果這是服務步驟中的第一數據點，則在108處將當前阻抗比記錄為最小阻抗比並且該控制器要等待下一個30秒讀取的時間。
對於在服務步驟中的隨後讀取，在110處記錄當前阻抗比，然後在112處使其與該最小阻抗比比進行較。如果當前阻抗比小於最小阻抗比，則在114處將最小阻抗比重置為當前值。在116處計算阻抗比的變化百分數並對其與預定增加進行比較，並且如果沒有超過7.5％，則在120處使條件定時器118清零並且該控制器20再次等待下一時間間隔。當阻抗比的變化超出7.5％時，在122處啟動條件定時器118，如果阻抗比的變化在6分鐘內降到低於7.5％，則認為峰值出錯並不會啟動再生。可以改變百分數和時間間隔以適合應用。
但是，參照步驟124，如果阻抗比的變化至少持續6分鐘，則控制器20在適當時間啟動再生所需的步驟。根據適當的標準可以立即啟動再生或者延遲啟動。此時，在128處該控制器停止啟動對基準探針54、傳感器探針56和電源線電壓的30秒讀數。
一旦如圖4所示啟動了再生，則啟動不同的程序以確定鹽水/慢衝洗步驟的持續時間。在進入鹽水/慢衝洗循環1分鐘後，在130處該控制器20開始測量基準探針54、傳感器探針56和電源線的電壓(未示出)。在132處採用與上述服務步驟中討論的相同轉換器102將模擬信號轉換為數位訊號。在136處執行計算以獲得各探針的阻抗和阻抗比。如果其為當前再生步驟中的第一數據點，則在138處將當前阻抗比的數值指定為舊阻抗比，然後該控制器20等待下一30秒間隔以獲得新電壓。
對於當前再生步驟中的隨後數據點，在140處記錄當前阻抗比並且在142處將阻抗比的變化百分比計算為當前阻抗比與舊阻抗比的差值與舊阻抗比相除的值。如果在步驟144處變化速率增加低於2％，則檢測不到峰值，在步驟146處控制器20對步驟定時器清零並且該控制器等待下一30秒時間間隔。如果在30秒的時間隔內阻抗比的變化速率增加大於2％並且至少保持30秒，則檢測到該第一峰值。
在檢測到第一峰值以後，在152處插入延遲時間，從而在沒有預期峰值的時候該控制器不需要記錄信號。例如，該延遲時間可以持續約5分鐘到約30分鐘，優選地至少為15分鐘。這些時間根據水的流速、基準探針54和傳感器探針56彼此相對的位置以及鹽用量而變化。
參照圖5，在第一峰值檢測以後，在130處控制器重新測量傳感器探針56、基準探針54和電源線的電壓，並在132處將這些數值從模擬向數字進行轉換，在136處計算阻抗和阻抗比，在138處指定第一阻抗比為舊阻抗比，在140處記錄當前阻抗比並在142處計算阻抗比對於上述第一峰值的變化百分比。
如果阻抗比的變化速率不滿足最小變化速率，則在156處不確認第二峰值並且該控制器20復位該條件定時器118並在130處等待下一個30秒的測量。當在154處確定阻抗比的變化速率高於2％時在158處確認該第二峰值並在160處在條件定時器118中保持該狀態大於30秒鐘。在確認第二峰值以後，該控制器在162處馬上或者由於再生量、時間或者其它事項而延遲安排終止再生步驟。
儘管惠斯通電橋62(圖2)連續監控電壓，但是其只在時間間隔處記錄用於計算。用於確定阻抗比變化速率的時間間隔小於其試圖檢測的峰值持續時間，該時間間隔優選為10到60秒之間並且更優選為在20到40秒之間。優選地，規則分割該時間間隔。
儘管已經示出並說明了用於在再生序列中確定步驟持續時間的方法實施方式，但是應該認識到，熟悉本領域的技術人員在不脫離較寬範圍以及如下權利要求書所述範圍的情況下可以對本發明進行改進和變型。
權利要求
1.一種在具有離子交換材料床的淨水器的處理循環中用於確定服務和鹽水/慢衝洗步驟的持續時間的方法，該方法包括在離子交換材料床中彼此垂直間隔地定位傳感器探針和基準探針，所述傳感器探針位於基準探針上部；在多個時間間隔中監控來自各所述傳感器探針和基準探針的電壓；計算當前時間間隔的阻抗比與服務步驟的最小阻抗比的變化百分數；如果對於第一最小時間周期，所述阻抗比的變化百分數超過第一預定增加，則檢測阻抗比變化的增加；基於所述檢測步驟終止服務步驟；啟動鹽水/慢衝洗步驟；在多個時間間隔中監控來自各所述傳感器探針和基準探針的電壓；計算當前時間間隔的阻抗比與先前時間間隔阻抗比的變化速率百分數；如果阻抗比的變化速率百分數超過對於預定第二時間的預定第一變化速率，則在該阻抗比變化速率中檢測第一峰值；在多個時間間隔中監控來自各所述傳感器探針和基準探針的電壓；計算當前時間間隔的阻抗比與先前時間間隔的阻抗比的變化速率百分數；如果阻抗比的變化速率百分數超過對於至少預定第三時間的預定第二變化速率，則在該阻抗比變化速率中檢測第二峰值；基於所述第三檢測步驟終止鹽水/慢衝洗步驟。
2.一種在具有離子交換材料床的淨水器的處理循環中用於確定鹽水/慢衝洗步驟的持續時間的方法，該方法包括在離子交換材料床中彼此垂直間隔地定位傳感器探針和基準探針，所述傳感器探針位於基準探針上部；在多個時間間隔中監控來自各所述傳感器探針和基準探針的電壓；計算所述傳感器探針對基準探針的阻抗比變化速率；在多個時間間隔之間在所述傳感器探針對基準探針的阻抗比的變化速率中檢測第一峰值；重複所述監控、計算和檢測步驟直到檢測到第二峰值；以及在檢測到兩個峰值之後終止該鹽水/慢衝洗步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一檢測步驟包括每30秒識別一次是否存在至少2％的阻抗比變化速率。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第二檢測步驟包括每30秒識別一次是否存在至少2％的阻抗比變化速率。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括在所述檢測第一峰值和開始監控第二峰值之間引入時間延遲。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述時間延遲至少為15分鐘。
7.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括在檢測到第二峰值後延遲終止所述慢衝洗步驟。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，還包括如果在中止間隔內沒有檢測到第二峰值，則啟動隨後的程序步驟。
9.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述監控步驟的基準探針和傳感器探針為可變電阻器。
10.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，藉助於微處理器執行所述監控和計算步驟。
11.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，藉助電橋電路執行所述監控和計算步驟。
12.一種具有控制器(20)和離子交換材料(16)床(14)的淨水器(10)，包括位於該床(14)內的傳感器探針(56)；位於該床(14)內所述傳感器探針(56)下部的基準探針(54)；配置用於在多個時間間隔監控來自各所述傳感器探針和基準探針的電壓的電路；配置用於監控所述傳感器探針(56)和基準探針(54)的電壓、計算傳感器探針對基準探針的阻抗比並且基於所述阻抗比的變化終止服務步驟和鹽水/慢衝洗步驟至少其中之一的控制器(20)，其中如果在服務步驟，則在當前阻抗比與最小阻抗比的差值超出預定差值時安排再生步驟，如果在再生步驟，則如果阻抗比的變化速率超出第一預定變化速率並且延遲時間之後阻抗比的變化速率超出第二預定變化速率則安排終止該再生步驟。
13.根據權利要求12所述的淨水器，其特徵在於，所述傳感器探針(56)和所述基準探針(54)分別包括一對可變電阻器。
14.根據權利要求12所述的淨水器，其特徵在於，所述控制器(20)包括微處理器(50)。
15.根據權利要求12所述的淨水器，其特徵在於，所述電路包括惠斯通電橋電路(62)。
16.根據權利要求12所述的淨水器，其特徵在於，還配置所述控制器(20)以允許在所述第二峰值檢測和終止鹽水/慢衝洗步驟之間存在延遲。
17.一種在具有離子交換材料床的淨水器的處理循環中用於確定服務步驟的持續時間的方法，該方法包括在離子交換材料床中彼此垂直間隔地定位傳感器探針和基準探針，所述傳感器探針位於基準探針上部；在多個時間間隔中監控來各所述傳感器探針和基準探針的電壓；計算當前時間間隔的阻抗比與服務步驟的最小阻抗比的變化百分數；如果阻抗比的變化百分數超過7.5％持續至少6分鐘，則在阻抗比的變化中檢測第一峰值；基於所述檢測步驟終止服務步驟。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述監控步驟每隔30秒鐘執行一次。
19.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述終止步驟還包括在終止所述服務步驟之前安排延遲。
20.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，各所述傳感器探針和基準探針分別包括一對可變電阻器。
全文摘要
本發明公開了一種在具有離子交換材料床的淨水器中用於確定服務步驟結束和鹽水/慢衝洗步驟的持續時間的裝置和方法。在離子交換材料床中彼此垂直間隔地定位傳感器探針和基準探針。在多個時間間隔中監控來各探針的電壓。當阻抗比的百分數增加超過預定值時，確定終止服務步驟並啟動再生循環。在再生步驟期間，計算傳感器探針與基準探針的阻抗比變化速率並用於在傳感器探針與基準探針之間的阻抗比變化速率中檢測兩個峰值，隨後在檢測到兩個峰值後終止鹽水/慢衝洗步驟。
文檔編號G01R19/00GK1880237SQ20061008302
公開日2006年12月20日 申請日期2006年5月25日 優先權日2005年5月26日
發明者庫姆迪卡·普雷馬賽雷克, 約翰·范紐恩希曾 申請人:庫利甘國際公司