一種新型升降式水質COD檢測裝置的製作方法
2023-05-05 00:29:11
本發明涉及水質監測技術領域，具體為一種新型升降式水質cod檢測裝置。
背景技術：
水質是水體質量的簡稱。它標誌著水體的物理(如色度、濁度、臭味等)、化學(無機物和有機物的含量)和生物(細菌、微生物、浮遊生物、底棲生物)的特性及其組成的狀況。為評價水體質量的狀況，規定了一系列水質參數和水質標準。如生活飲用水、工業用水和漁業用水等水質標準。水資源是自然界中不可或缺的重要組成部分，是人類賴以生存以及生命活動的重要基礎，同時，我國也是世界上水資源比較匱乏的國家，人均佔有量不足世界平均水平的25％，但是，隨著我國工業化進程的高速推進，各種汙染物源源不斷地被排到了河水中，導致水質量的不斷惡化，嚴重影響了人民的生產生活。水質監測作為汙水防控的一個重要手段，它越來越多地受到人們的重視，水質監測常規的監測參數通常包括：水溫、溶解氧、色度、濁度、化學需氧量、生化需氧量、總有機碳、總磷、重金屬、氨氮等，其中化學需氧量是最重要的指標之一。化學需氧量能夠反映水資源被汙染性物質的破壞程度，若水體中化學需氧量的值較高，汙染物消耗水體中溶解氧就越多，這就會導致水體的缺氧，進一步造成大量生物因缺氧而死亡，同時引發水中的厭氧菌大量地繁殖，加快了水質惡化程度。
申請號為201410537614.3，名稱為一種水質監測系統的發明專利，採用了該發明的水質監測系統，一方面通過把各個不同的檢測儀固定到可拆支架了，實現了水質檢測的模塊化合成，可以根據檢測類型的不同要求而把不同的檢測儀固定到可拆支架上；而該發明採用的水質氨氮指標檢測儀的整個檢測過程高效、全自動、準確；該發明採用的電極水質檢測儀一方面可以保護敏感的感應頭，另一方面設置在下筒體內的毛刷可以實時不斷的對感應頭進行清潔，保證了感應頭的靈敏度，使檢測結果更加準確。
但是其對於水內部缺氧情況不能進行很好的檢測，而且目前很多的水產養殖水質檢測不能進行立體式的檢測，因此設計了一種新型升降式水質cod檢測裝置。
技術實現要素：
為了克服現有技術方案的不足，本發明提供一種新型升降式水質cod檢測裝置，通過臭氧協同紫外高級氧化技術融合傳感器，採用cod的方法來檢測水質，利用臭氧濃度檢測測定水體化學需氧量，通過可升降的結構來實現多層次的水質檢測，提高了對於水質檢測的全面性，並通過無線網絡實時傳輸數據，實現了水質檢測數據實時共享，值得推廣。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種新型升降式水質cod檢測裝置，包括檢測外殼，所述檢測外殼內部設置有cod檢測裝置，所述cod檢測裝置上端連接有儲水箱，所述儲水箱內設置有ph值傳感器、溶氧傳感器與溫度傳感器，所述儲水箱上端設置有電磁閥，所述檢測外殼內設置有步進電機，所述步進電機連接有驅動輪，所述驅動輪設置在檢測外殼外側，所述驅動輪連接有升降繩，所述升降繩上端固定在行走齒條上，所述行走齒條兩端設置有驅動齒輪，所述驅動齒輪連接有驅動電機；
所述cod檢測裝置包括石英玻璃反應管道，所述石英玻璃反應管道下端連接有底部管道，所述底部管道右端連接有底部電磁閥，所述底部管道左端連接有底部臭氧濃度計，所述底部臭氧濃度計連接有底部氣體流量計，所述底部氣體流量計連接有三通閥門，所述三通閥門另兩個埠分別連接有臭氧發生器與壓力變送器，所述石英玻璃反應管道兩端設置有紫外線燈管，所述石英玻璃反應管道上端連接有頂部管道，所述頂部管道連接有頂部電磁閥，所述頂部電磁閥連接有頂部氣體流量計，所述頂部流量計連接有頂部臭氧濃度計，所述頂部臭氧濃度計下端連接有尾氣回收箱；
所述ph值傳感器、溶氧傳感器、溫度傳感器分別連接有ph信號調理電路、溶氧信號調理電路與溫度信號調理電路，所述ph信號調理電路、溶氧信號調理電路與溫度信號調理電路連接有通信網關，所述通信網關連接有天線，所述天線連接有伺服器，所述伺服器連接有zigbee模塊與客戶端，所述zigbee模塊連接有單片機控制器，所述電磁閥與步進電機連接在單片機控制器上，所述底部臭氧濃度計、底部氣體流量計、頂部氣體流量計與頂部臭氧濃度計連接在單片機控制器上，所述單片機控制器連接有數據存儲器。
作為本發明一種優選的技術方案，所述ph值傳感器包括不鏽鋼外殼，所述不鏽鋼外殼內設置有樹脂隔板，所述樹脂隔板將不鏽鋼外殼分隔成上腔體與下腔體，所述上腔體內設置有接線口，所述下腔體內設置有ph玻璃電極與銀氯化銀參比電極，所述ph玻璃電極下端穿出不鏽鋼外殼，所述不鏽鋼外殼下端設置有保護網罩，所述保護網罩採用銅質過濾網製成。
作為本發明一種優選的技術方案，所述臭氧發生器包括氣罐外殼，所述氣罐外殼內側設置有外電極，所述外電極與氣罐外殼之間設置有冷卻水，所述外電極內側設置有介電層，所述介電層兩端分別設置有內氣隙與外氣隙，所述內氣隙內側設置有內電極，所述內電極內部設置有冷卻油。
作為本發明一種優選的技術方案，所述紫外線燈管包括石英玻璃外殼，所述石英玻璃外殼兩端設置有密封塞，所述密封塞內插入紫外線電極，所述石英玻璃外殼內部填充有惰性氣體，所述惰性氣體為為氬氣、氬氪氣、氬氖氣中的任意一種，所述石英玻璃外殼外側塗覆有一層ptfe保護膜。
作為本發明一種優選的技術方案，所述單片機控制器由5v電源供電，選用型號為pic16f877a的控制晶片，兩個電平轉換晶片通過de9串口及串口線連接實現單片機控制器與zigbee模塊之間的串口通信，控制晶片的ra1、ra2引腳與步進電機相連，通過控制兩個引腳的高低電平控制步進電機正反轉，引腳ra5、re0分別與電磁閥的常開繼電器和常閉繼電器連接，從而控制電磁閥的開通關斷。
作為本發明一種優選的技術方案，所述通信網關採用m102-rg型symgate遠程智能網關，通過其連接的天線以gprs方式實現數據傳輸，將數據傳輸給伺服器。
作為本發明一種優選的技術方案，所述溶氧傳感器為採用極譜型薄膜傳感器，所述溶氧信號調理電路採用反饋式i-v轉換電路，電路前一級為ca3140型運算放大器，後一級為反向差動放大器，該級輸入為反饋電阻兩端的電壓信號，輸出信號通過lc電路濾波，濾除幹擾信號後，最終輸出電壓信號vout的大小約為0-5v，並通過採集卡採集。
作為本發明一種優選的技術方案，所述ph信號調理電路分為兩級的儀用放大器，第一級由兩個對稱的同相放大器構成，具有抑制零漂和誤差的效果，後一級為lm6041型運放構成的反向差動放大器。
作為本發明一種優選的技術方案，所述溫度信號調理電路由電橋和運算放大器構成，通過可調電阻rp校準使電橋達到平衡時，輸出電壓為0v，當溫度變化時會引起電阻pt100阻值發生改變，電橋輸出電壓將發生變化，該電壓再通過運放電路放大輸出。
作為本發明一種優選的技術方案，所述尾氣回收箱上設置有氣壓表，所述尾氣回收箱下端設置有出氣閥門。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：通過臭氧協同紫外高級氧化技術融合傳感器，採用cod的方法來檢測水質，利用臭氧濃度檢測測定水體化學需氧量，通過可升降的結構來實現多層次的水質檢測，提高了對於水質檢測的全面性，並通過無線網絡實時傳輸數據，實現了水質檢測數據實時共享，值得推廣。
附圖說明
圖1為本發明結構示意圖；
圖2為本發明cod檢測裝置結構示意圖；
圖3為本發明內部結構框圖；
圖4為本發明ph值傳感器結構示意圖；
圖5為本發明臭氧發生器結構示意圖；
圖6為本發明紫外線燈管結構示意圖；
圖7為本發明溶氧信號調理電路的電路圖；
圖8為本發明ph信號調理電路的電路圖；
圖9為本發明溫度信號調理電路的電路圖。
圖中：1-檢測外殼，2-cod檢測裝置，3-儲水箱，4-ph值傳感器，5-溶氧傳感器，6-溫度傳感器，7-電磁閥，8-步進電機，9-驅動輪，10-升降繩，11-行走齒條，12-驅動齒輪，13-驅動電機，14-石英玻璃反應管道，15-底部管道，16-底部電磁閥，17-底部臭氧濃度計，18-底部氣體流量計，19-三通閥門，20-臭氧發生器，21-壓力變送器，22-紫外線燈管，23-頂部管道，24-頂部電磁閥，25-頂部氣體流量計，26-頂部臭氧濃度計，27-尾氣回收箱，28-ph信號調理電路，29-溶氧信號調理電路，30-溫度信號調理電路，31-通信網關，32-天線，33-伺服器，34-zigbee模塊，35-客戶端，36-單片機控制器，37-數據存儲器，38-不鏽鋼外殼，39-樹脂隔板，40-上腔體，41-下腔體，42-接線口，43-ph玻璃電極，44-銀氯化銀參比電極，45-保護網罩，46-氣罐外殼，47-外電極，48-冷卻水，49-介電層，50-內氣隙，51-外氣隙，52-內電極，53-冷卻油，54-石英玻璃外殼，55-密封塞，56-紫外線電極，57-惰性氣體，58-ptfe保護膜，59-氣壓表，60-出氣閥門。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例：
如圖1至圖9所示，本發明提供了一種新型升降式水質cod檢測裝置，包括檢測外殼1，所述檢測外殼1內部設置有cod檢測裝置2，所述cod檢測裝置2上端連接有儲水箱3，所述儲水箱3內設置有ph值傳感器4、溶氧傳感器5與溫度傳感器6，所述儲水箱3上端設置有電磁閥7，所述檢測外殼1內設置有步進電機8，所述步進電機8連接有驅動輪9，所述驅動輪9設置在檢測外殼1外側，所述驅動輪9連接有升降繩10，所述升降繩10上端固定在行走齒條11上，所述行走齒條11兩端設置有驅動齒輪12，所述驅動齒輪12連接有驅動電機13。
本發明在使用的時候，將檢測外殼1放入水中，通過驅動電機13轉動，行走齒條11可採用吊裝方式安裝固定在水面上方，帶動驅動齒輪12轉動，使得檢測外殼1在行走齒條11上水平移動，將檢測外殼1放置到檢測的水面上，隨後步進電機8在單片機控制器36的控制下，帶動驅動輪9轉動，使得升降繩10放開，使得設備沉入水中，單片機控制器36隨後打開電磁閥7，未開啟電磁閥7的時候，設備內部氣壓大於水壓，使得cod檢測裝置2與儲水箱3保持空的狀態，內部沒有水，而打開電磁閥7之後內部空氣通過儲水箱3上端排出，水從下往上填滿cod檢測裝置2與儲水箱3，使得水進入cod檢測裝置2內，並從cod檢測裝置2上端進入儲水箱3內，然後通過傳感器採集參數信息。
如圖2所示，本發明中所述cod檢測裝置2包括石英玻璃反應管道14，所述石英玻璃反應管道14下端連接有底部管道15，所述底部管道15右端連接有底部電磁閥16，所述底部管道15左端連接有底部臭氧濃度計17，所述底部臭氧濃度計17連接有底部氣體流量計18，所述底部氣體流量計18連接有三通閥門19，所述三通閥門19另兩個埠分別連接有臭氧發生器20與壓力變送器21，臭氧通過臭氧發生器20產生之後，利用壓力變送器21產生的壓力輸送出去，此時關閉底部電磁閥16，臭氧發生器20產生的臭氧通過底部氣體流量計18、底部臭氧濃度計17後，進入石英玻璃反應管道14內，所述石英玻璃反應管道14左右兩側設置有紫外線燈管22，所述石英玻璃反應管道14上端連接有頂部管道23，所述頂部管道23連接有頂部電磁閥24，所述頂部電磁閥24連接有頂部氣體流量計25，所述頂部流量計25連接有頂部臭氧濃度計26，臭氧經過石英玻璃反應管道14後，打開頂部電磁閥24，向上漂浮進入頂部管道23內，經過頂部流量計25與頂部臭氧濃度計26，隨後進入頂部臭氧濃度計26下端設置的尾氣回收箱27，進行回收尾氣，避免造成空氣汙染；此裝置中底部電磁閥16與頂部電磁閥24的開合控制了臭氧的輸出，打開底部電磁閥16並關閉頂部電磁閥24的時候，臭氧不進入石英玻璃反應管道14，而打開頂部電磁閥24並關閉底部電磁閥16的時候，臭氧則進入石英玻璃反應管道14。
本發明中，通過安裝在石英玻璃反應管道14頂部與底部管道內的濃度計與流量計來記錄臭氧氣體的濃度和流量等其他參數，利用多個濃度計與流量計信息融合來測定水體化學需氧量，上下兩個濃度與流量兩者之差值即為待測水樣中被氧化消解所消耗的臭氧質量，而化學需氧量是指單位體積內消解水中有機物所消耗氧的量，在使用的時候通過臭氧發生器20發出臭氧，經過壓力變送器21輸送到石英玻璃反應管道14內，在上下兩個管道內設置的兩組濃度計與流量計採集到信息參數，通過對比的方式來確定水體化學需氧量，利用紫外線來配合臭氧消解，可在不同溫度與壓強情況下保持氧化性，反應條件溫和容易控制，氧化速率快、效率高且無需添加任何化學試劑，可以滿足各種水質的要求。
如圖3所示，本發明中所述ph值傳感器4、溶氧傳感器5、溫度傳感器6分別連接有ph信號調理電路28、溶氧信號調理電路29與溫度信號調理電路30，所述ph信號調理電路28、溶氧信號調理電路29與溫度信號調理電路30連接有通信網關31，所述通信網關31連接有天線32，所述天線32連接有伺服器33，所述伺服器33連接有zigbee模塊34與客戶端35，所述zigbee模塊34連接有單片機控制器36，所述電磁閥7與步進電機8連接在單片機控制器36上，所述底部臭氧濃度計17、底部氣體流量計18、頂部氣體流量計25與頂部臭氧濃度計26連接在單片機控制器36上，所述單片機控制器36連接有數據存儲器37。
本發明在使用的時候ph值傳感器4、溶氧傳感器5、溫度傳感器6採集到的信息參數，通過ph信號調理電路28、溶氧信號調理電路29與溫度信號調理電路30進行信號調理，調理好的信號通過通信網關31連接的天線32，以gprs的方式傳輸出去，發送給伺服器33，伺服器33接收到參數後將參數分別傳輸給客戶端35與zigbee模塊，客戶端35可供檢測人員直接獲取數據進行軟體分析，單片機控制器36通過rs232與zigbee模塊相連接，完成與伺服器33的無線通信，通過單片機控制器36即可控制電磁閥7與步進電機8的工作狀態，底部臭氧濃度計17、底部氣體流量計18、頂部氣體流量計25與頂部臭氧濃度計26採集到的模擬信號通過單片機控制器36的a/d轉換模塊轉換成數位訊號，存儲到數據存儲器37內，便於進行對比分析。
如圖4所示，本發明中，所述ph值傳感器4包括不鏽鋼外殼38，所述不鏽鋼外殼38內設置有樹脂隔板39，所述樹脂隔板39將不鏽鋼外殼38分隔成上腔體40與下腔體41，所述上腔體40內設置有接線口42，所述下腔體41內設置有ph玻璃電極43與銀氯化銀參比電極44，所述ph玻璃電極43下端穿出不鏽鋼外殼38，所述不鏽鋼外殼38下端設置有保護網罩45，所述保護網罩45採用銅質過濾網製成；
本發明中，ph值傳感器4以ph玻璃電極43與銀氯化銀參比電極44為傳感器的檢測電極與參比電極，檢測出化學能轉換成的電能，獲取電能參數信息之後，即可間接的看出水中的ph值。
如圖5所示，本發明中所述臭氧發生器20包括氣罐外殼46，所述氣罐外殼46內側設置有外電極47，所述外電極47與氣罐外殼46之間設置有冷卻水48，所述外電極47內側設置有介電層49，所述介電層49兩端分別設置有內氣隙50與外氣隙51，所述內氣隙50內側設置有內電極52，所述內電極52內部設置有冷卻油53；
本發明中的臭氧發生器20通過其內部的兩個電極進行間隙放電，使得進入臭氧發生器20內的氧氣在放電作用下轉換成臭氧，並通過另一端排出，臭氧發生器20內設置冷卻水48與冷卻油53來完成放電過程中電極的冷卻，避免設備溫度過高導致臭氧發生緩慢，而內部設置的介電層49是為了防止電極擊穿設置的，增加了臭氧發生的安全性。
如圖6所示，本發明中所述紫外線燈管22包括石英玻璃外殼54，所述石英玻璃外殼54兩端設置有密封塞55，所述密封塞55內插入紫外線電極56，所述石英玻璃外殼54內部填充有惰性氣體57，所述惰性氣體57為為氬氣、氬氪氣、氬氖氣中的任意一種，所述石英玻璃外殼54外側塗覆有一層ptfe保護膜58。
本發明中紫外線燈管22在兩端的紫外線電極56接入電源之後，發出光線，光線透過石英玻璃外殼54之後發散出紫外線，內部的惰性氣體57保證電極穩定性，通過外側塗覆的ptfe保護膜58增加了石英玻璃外殼54的機械強度，避免在發射紫外線的時候石英玻璃外殼54爆裂，提高了紫外線發射的穩定性。
本發明中，值得說明的是，所述單片機控制器36由5v電源供電，選用型號為pic16f877a的控制晶片，兩個電平轉換晶片通過de9串口及串口線連接實現單片機控制器36與zigbee模塊34之間的串口通信，控制晶片的ra1、ra2引腳與步進電機8相連，通過控制兩個引腳的高低電平控制步進電機8正反轉，引腳ra5、re0分別與電磁閥7的常開繼電器和常閉繼電器連接，從而控制電磁閥7的開通關斷；所述通信網關31採用m102-rg型symgate遠程智能網關，通過其連接的天線32以gprs方式實現數據傳輸，將數據傳輸給伺服器33。
如圖7所示，本發明中所述溶氧傳感器5為採用極譜型薄膜傳感器，因溶氧傳感器為極譜型薄膜傳感器，輸出電流信號非常微弱，故首先需要將該電流信號裝換為電壓信號，然後再將電壓信號放大成標準的採集信號，以方便採集卡採集，所述溶氧信號調理電路29採用反饋式i-v轉換電路，電路前一級為ca3140型運算放大器，後一級為反向差動放大器，該級輸入為反饋電阻兩端的電壓信號，輸出信號通過lc電路濾波，濾除幹擾信號後，最終輸出電壓信號vout的大小約為0-5v，並通過採集卡採集。
如圖8所示，本發明中所述ph信號調理電路28分為兩級的儀用放大器，第一級由兩個對稱的同相放大器構成，具有抑制零漂和誤差的效果，後一級為lm6041型運放構成的反向差動放大器，通過調節rg的大小可以輸出－5-5v的電壓，最後通過加法器將－5-5v的信號調節為0～5v的標準信號，以便採集卡採集，該電路具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低非線性誤差和優良的動態特性。
如圖9所示，本發明中所述溫度信號調理電路30由電橋和運算放大器構成，通過可調電阻rp校準使電橋達到平衡時，輸出電壓為0v，當溫度變化時會引起電阻pt100阻值發生改變，電橋輸出電壓將發生變化，該電壓再通過運放電路放大輸出。
如圖2所示，本發明中所述尾氣回收箱27上設置有氣壓表59，可以觀察出尾氣回收箱27內的氣壓，所述尾氣回收箱27下端設置有出氣閥門60，方便排出氣體，避免氣壓過大導致氣體回流。
本發明通過臭氧協同紫外高級氧化技術融合傳感器，採用cod的方法來檢測水質，利用臭氧濃度檢測測定水體化學需氧量，通過可升降的結構來實現多層次的水質檢測，提高了對於水質檢測的全面性，並通過無線網絡實時傳輸數據，實現了水質檢測數據實時共享，值得推廣。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。