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专利名称：用于测量水的至少一个性质的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量物理化学参数的技术。本发明可尤其，但并不排他地，适用于饮用水(尤其是食物中所用的饮用水)的生产和/或分配网络的情况。本发明还可适用于，例如，对游泳池、温泉浴场、极可意浴缸、工业生产过程、鱼类饲养、废水、脱盐水、航海用的压舱水等中的水进行处理。确切地说，本发明涉及探针的设计和制造，以及在线测量表示水质和配水网状态及其安装状态的几个关键参数(包括氯含量和水压)的方法。在实践中，测量水中存在的氯可相对准确地表示出该水的水质。实际上，所分配的饮用水中的氯含量必须要足够低，才能不影响水的味道，但也必须要足够高，才能确保水中不会生长细菌。
背景技术：
现有技术及现有技术的缺点在水处理的领域中，通常对水(不论是已处理还是待处理)的水质进行检查，以验证处理的效率和/或根据运行状态优化对水的处理。探针通常用来测量表示水质，尤其是已处理水的水质，的物理化学参数。已知多个探针包括很多个传感器(通常超过十个)，用来收集表示已处理水的水质的许多信息片段。这些探针通常包括氯传感器。为了确定所分析的水中的氯含量，使用的氯传感器的类型需要检测所述水的PH。pH传感器含有一种电解质。此电解质的量会在使用PH传感器时有规律地减少。 因此，pH传感器的使用寿命通常小于或等于六个月。因此，实施这种类型的探针会产生频繁的维护活动，以便替换电解质并对探针进行再校准。因此，这些探针的使用寿命相对较短。这些多个探针还有一个缺点是相对较笨重。这会妨碍探针的简易实施。具体而言， 此类探针占有大量空间，这样，其无法(例如)实施于用户的私人饮用水分配网络中。为了解决这些探针使用寿命有限的问题，已开发了其他类型的探针。具体而言，已知有Silsens市售的探针MESM 2405。这种探针包括氯传感器和温度传感器。这种探针实施电流型氯传感器。此种类型的传感器无需测量水的PH便可确定水中的氯含量。因此，测量水的氯含量可在不实施任何PH传感器的情况下实现。这种类型的探针的使用寿命因而比实施pH传感器的探针长。此外，欲将此种探针整合到水分析器中。水分析器通常放置在远离配水网的位置。水分析器连接到能够从配水网中取水以用于采样从而进行分析的旁路网络(bypass network)。水分析器还连接到用于排出水样的网络。因此，这种探针实施起来相对较复杂。具体而言，这种探针无法在原位对水质进行检查。也无法直接实施于用户的饮用水分配网络。发明目标本发明的一个目标是改良电流型氯传感器探针以及使用此类探针的水质测量方法。具体而言，在至少一项实施例中，本发明的一个目标是提供一种能够经由多传感器探针测量几个参数，尤其是表示水质的至少一个参数，的技术。具体而言，在至少一项实施例中，本发明的一个目标是提供一种可用来实现对所分析的水的质量，尤其是氯浓度，进行准确表示的技术。在至少一项实施例中，本发明的另一个目标是实施一种几乎不需要进行维护的技术。在至少一项实施例中，本发明的又一个目标是提供一种可通过紧凑的方式进行实施的技术。具体而言，在至少一项实施例中，本发明的一个目标是提供一种可用于在原位对水质进行测量，例如直接在饮用水分配网络上进行测量，的技术。在至少一项实施例中，本发明的再一个目标是提供一种可靠的技术。

发明内容
根据本发明，这些目标以及下文将出现的其他目标可经由一种用于测量水的至少一个性质的装置来实现，所述装置包括用于测量所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的构件，用于测量活性氯浓度的所述构件包括各自传递信号的第一和第二电流型氯传感器，所述两个电流型氯传感器具有单个公用参比电极并连接到双恒电位仪，所述装置包括用于同时实施例所述第一和第二电流型传感器的构件，所述装置进一步包括用于测量由所述两个传感器所传递的信号之间的差异。根据本发明，本发明的这些目标以及下文将出现的其他目标还可经由一种通过实施本发明的装置来测量水的至少一个性质的方法来实现，所述方法包括-浓度确定步骤，其用于经由所述第一和第二传感器确定所述水中以次氯酸HOCl 形式存在的活性氯的浓度，以及-控制步骤，其用于对以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的所述测量进行控制，所述控制步骤包括监测步骤，用于监测所述传感器的运行状态，所述监测步骤包括-第一步骤，其用于经由所述第一传感器测量表示所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第一信息片段，以及第二步骤，其用于经由所述第二传感器测量表示所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第二信息片段，所述第一步骤和所述第二步骤同时实施，-差异确定步骤，其用于确定表示所述浓度的所述第一信息片段与所述第二信息片段之间的差异；-比较步骤，其用于将所述差异的值与至少一个参考值进行比较。因此，本发明依赖于一种新方法，其在于通过测量水中活性氯浓度以及监测为测量而实施的电流型氯传感器的运行状态对水质进行控制。具体而言，所述监测在于经由两个不同的电流型传感器实施对氯浓度的双重测量，以及确定这两个测量之间的差异，以便检测所述传感器中的至少一个传感器中的运行异常。检测出传感器运行异常表示传感器的老化水平，从而能决定替换传感器。所述两个氯传感器能够进行双重测量，所述双重测量可进一步进行分析-以较高频率进行分析，例如每六秒，以快速传递关于氯含量的警报(对来自传感器且由高通滤波器快速过滤的信号进行分析；将由每个传感器所传递的信号与上限阈值和下限阈值进行比较，并传递表示氯浓度太高或太低的警报消息)；-以较低频率进行分析，例如每六分钟，以确定两个氯传感器的老化状态(对由低通滤波器缓慢过滤、每个氯传感器所传递的信号进行分析；计算平均氯浓度；计算每个氯传感器所传递的信号之间的差异，并确定传感器的老化水平)。因此，本发明的技术能够最大限度使用氯传感器。实际上，氯传感器的使用寿命可变。传统上，实施氯传感器的持续时间对应于其最低使用寿命，因此确定的是，一直会有传感器处于工作状态。因此，要定期更换氯传感器。替换传感器可在其仍处于工作状态时进行。这就需要频繁地操作传感器，从而需要额外的运行成本。根据本发明，对传感器状态的控制能够准确地检测出传感器中的一个或两个传感器不再处于工作状态的瞬间。只会在这个瞬间替换这些传感器。在只有一个氯传感器有故障时，氯浓度可继续由另一个传感器进行测量。在此情况下，不必替换传感器。因此，本发明的技术能够最大限度利用氯传感器，而且能够推迟对其进行的替换。从而降低维护活动的频率，因此增加本发明的测量装置的使用寿命。因此，此种方法可能实现在用户的房屋处安装本发明的装置。那么，便有可能在每个配水点处准确了解水质的水平，并能够检测出分配网络中的问题(如果有的话)。根据本发明，电流型氯传感器耦接到双恒电位仪并共用一个公用参比电极具有优
点ο这减少了实施所需的电子部件数目。通常，那些想要使用两个电流型传感器的所属领域的技术人员将使用两个稳压器和两个参比电极。根据本发明，限制部件数目会降低运作的不确定性，并减少装置所需的空间，同时提高装置的质量。具体而言，实施两个电流型氯传感器公用的参比电极可确保，两个电流型传感器公用的参比电极与这些传感器中的每个传感器的工作电极之间所施加的参考电位相同。因此，如果检测出由每个传感器所传递的两个信号之间存在不同，那么这与传感器的供电问题无关，而与电流型传感器中的一个传感器发生故障之类的问题有关。因此，这样实施会限制电流型传感器中的故障源。本发明的装置优选包括用于测量所述水的压力的传感器。水压值可表示电流型传感器进行氯浓度测量的质量。实际上，水压是易于干扰电流型技术测量氯的干扰因素。例如，由于管道破裂或水锤作用所造成的水压突然变化可在测量氯浓度时导致错误。那么，与氯浓度测量相关的水压测量能够确保，所测量的氯浓度值符合事实，而且不会因为水压突然变化而弄错。因此，这样实施防止不合时宜地触发警报。本发明的装置包括用于测量所述水的导电率的构件。水的导电率值表示出装置的污染程度。这种表示用于评估经由电流型传感器进行的氯浓度测量的质量。优选的是，用于测量水的导电率的所述构件包括具有四个电极的电导率传感器。实际上，测量水的导电率确定了电导率传感器的电极与水之间的接触电阻。本发明的装置的污染(fouling)与电导率传感器的污染相关，而电导率传感器的污染本身与接触电阻相关。当此导电率的测量端子的接触电阻达到边界值时，说明电导率传感器被“污染”。当接触电阻(CR)值大致等于分流电阻(SR)值的两倍时，认为电导率传感器“干净(clean)”。当接触电阻(CR)值大于或等于分流电阻(SR)的三倍时，定义为最大污染 (100%)。根据测量接触电阻来测量导电率的优点是不具有任何饱和效应。换言之，有可能准确了解较高值与较低值范围中的接触电阻。根据本发明的优选方面，所述电流型氯传感器为使用低频信号运行的传感器，且所述电导率传感器为使用高频信号运行的传感器。因此，就频率而言，氯传感器与电导率传感器解除耦接。氯传感器所传递的信号与电导率传感器所传递的那些信号不会彼此干扰。这提高了装置的质量。优选的是，本发明的装置包括用于测量所述水的温度的传感器。由于所有的电化学测量都会使氧化还原对起作用，因此温度测量纠正与电化学动力学中的变化相关的电信号。实际上，导致浓度测量的反应机制取决于温度，而且最常遵循阿仑尼乌斯定律(Arrhenius Law)。因此，在不考虑温度变化的情况下，不论温度如何，都很难维持传感器的线性响应，而且很难获得表示真实浓度的响应曲线。根据有利特性，本发明的装置包括用于处理由所述传感器所传递的数据片段的处理构件，以及用于有线传输和/或无线电传输所处理的数据片段的传输构件。因此，本发明的装置可用于远程传输由传感器所传递的数据片段。因此，可远程分析这些数据片段。因此，所述装置仅包括用于处理(过滤、放大)和传输这些数据片段的构件，分析构件置于稍远处。因此，本发明的装置几乎不占据空间。装置的耗电量也减少了， 从而限制了维护阶段的频率。上述内容均有助于更便易地实施本发明的装置。具体而言， 此类装置无法直接实施于用户的饮用水分配网络。优选的是，本发明的装置包括-主体，其容纳所述双恒电位仪、电压源、所述处理构件以及所述传输构件；-固定地连接有印刷电路板的可拆卸头部，所述印刷电路板上安装有所述传感器；所述可拆卸头部能够与所述主体断开连接。因此，当检测出氯传感器中的至少一个传感器有故障时，可轻松地替换所述可拆卸头部，即使是非技术人员，例如用户自己，也可轻松进行替换。所述处理构件优选包括用于测量并存储由所述传感器所传递的所述数据片段的最大值、最小值和平均值的构件。这可提供关于用有限数目个信息元素进行测量的一致性的信息。这在未通过有线线路传输信息元素时尤其有价值。如上文所述，本发明还涉及一种用于测量水的至少一个物理化学参数的方法，所述方法包括控制步骤。
优选的是，所述控制步骤包括用于监测所述装置的污染程度的步骤，用于监测污染程度的步骤包括测量所述水的导电率的步骤。有利的是，所述控制步骤包括用于测量所述水的压力的步骤。实际上，在现有技术中，电流型测量装置插入电解质中，且经由只让电解质中的活性氯通过的选择性薄膜与即将分析的液体分开。这种装置具有以下缺点通过所述薄膜的氯的流动取决于相对于所述薄膜的上游与下游之间的压力差。因此，对于待测量的介质中相同浓度的游离氯而言，传感器上游压力的变化会改变活性氯的流动，因此，如果传感器未考虑到压力，则会导致该传感器所感测的氯浓度发生变化。


通过下文对一项优选实施例的描述，并借助于简单的说明性而非详尽的实例，本发明的其他特征及优点将更加清楚，在这些附图中-图1所示为本发明的装置的分解图；-图2所示为耦接两个电流型氯传感器；-图3所示为四电极电导率传感器的安装；-图4所示为本发明的装置的框图；-图5所示为本发明的装置的传感器的电力供应图；-图6所示为对本发明的装置的传感器所传递的数据进行分析的周期的图；-图7所示为对氯传感器所传递的信号进行分析的示意图。
具体实施例方式本发明一项实施例的
具体实施例方式提示发明原理本发明的一般原理在于一种新方法，其中通过测量水中活性氯的浓度以及监测为测量而实施的电流型氯传感器的运行状态来对水质进行控制。具体而言，所述监测在于经由两个不同的电流型氯传感器实施对氯浓度的双重测量，以及确定这两个测量之间的差异，以便检测所述传感器中的至少一个传感器的运行异常。检测出传感器运行异常表示传感器老化，从而可决定替换传感器。本发明的技术能够最大限度使用氯传感器。因此，尤其能够降低维护活动的频率， 并因此增加本发明的测量装置的使用寿命。双重测量活性氯还可与测量导电率和/或测量压力相关联，以便控制对氯浓度进行测量的质量。根据本发明，电流型氯传感器耦接到双恒电位仪并共用一个公用参比电极。这降低了运作的不确定性，而且还减少了测量装置所需的空间量，同时提高测量装置的质量。本发明的装置的实例一般结构参阅图1到图6，所示为本发明的测量装置的一项实施例。此类装置具有管状空心主体10，主体10具有开口端11。带螺纹的部分12从开口端11延伸到管状主体10的内部轮廓的一部分上。
电子板13安装在管状空心主体10的内部。提供可拆卸头部14，以便以可逆方式附接到管状主体10。因此，所述可拆卸头部的一端具有带螺纹的部分15，该部分15的形状与带螺纹的部分12的形状互补。平面印刷电路板16固定地连接到可拆卸头部14的另一端。多个传感器直接通过称为COB(板载芯片)技术的一种技术安装到此印刷电路板16上。印刷电路板和传感器印刷电路板16包括压力传感器161、温度传感器162、电导率传感器163和两个电流型氯传感器164，用以感应以次氯酸HOCl形式存在的活性氯。电流型氯传感器是所属领域技术人员公知的三电极传感器。这些传感器包括工作电极212、参比电极25和辅助电极 211。两个氯传感器中每个传感器的三个电极连接到公用电源和极化电路，下文中称为双恒电位仪，用于使每个氯传感器的工作电极的电位保持恒定。换言之，双恒电位仪用于在每个传感器的参比电极和工作电极之间输送恒定电流。此电流可减少浸有传感器的水中的氯。 氯的减少可使电流在每个氯传感器的工作电极和辅助电极之间传输。此电流与所分析的水中以次氯酸形式存在的活性氯的浓度成比例。如图2所示，两个氯传感器21和22 —起耦接到双恒电位仪。双恒电位仪包括作为比较器而安装的单个运算放大器。实际上，单恒电位仪通过电阻器(此实施例中等于10千欧)向两个工作电极212和参比电极25供电。添加两条集成电路，用于集成两个辅助电极211中的电流，此电流与所分析的水中的活性氯的浓度成比例。运算放大器23在第一输入端M处接收参考电压，在第二输入端处接收来自参比电极25的电压信号，并传递适用于每个氯传感器的工作电极212的输出信号。此实施例中电阻值等于10千欧的这些电阻器限制了电流，并防止电极中出现过电压。每个氯传感器还具有辅助电极211。在每个工作电极212中，所测量的电流用于确定活性氯的浓度。电导率传感器是所属领域的技术人员公知的四电极传感器。因此，将不再下文中进行详细说明。但是如图3所示，可想到，此类电导率传感器具有两个外电极和两个内电极。因此，电导率传感器的运行原理包括在两个外电极之间施加交流电压，以及随后对两个内电极端子处的电压进行测量。具体而言，电导率传感器的工作方式如下。交流电压发电机以高频率(例如一千赫)在置于水介质中的两个注入电极顶之间产生通过称为分流电阻器的两个测量电阻器 SR的电流。在以一千赫的相同频率进行解调后，即可测量值已知的分流电阻器SR端子处的电压和测量电极RI端子处的电压。然后可计算出测量端子RI和等效接触电阻CR之间的水的导电率。应注意的是，水介质中接触电阻CR的值越大，装置的污染程度越大。压力传感器和温度传感器为所属领域的技术人员公知的传统传感器。因此将不再下文中进行详细说明。电气连接器安装在印刷电路板16上。这些连接器可在可拆卸头部14附接到管状主体10时与电子板13上安装的具有互补形状的连接器相配合。这些连接器在传感器和电子板13之间提供电连接。电子板
现在将参考图4说明电子板13的一项特定实施例。如图所示，电子板13与印刷电路板16相配合。电子板13具有DC/DC型电压调节器42，其用于向电子板13上安装的不同部件提供电力。在一项特定实施例中，此调节器42由外部供电构件41提供电力。例如，供电构件 41包括电池(或电池组)，用于输送3伏至5伏的电压。电池的形状和大小以可装入管状空心主体10内为宜。电子板具有与电压调节器42相配合的中点调节器43 (例如电压值为1. 5伏)。电子板还具有微控制器44，其运行由石英钟进行计时。微控制器44包括-EEPROM型存储器45，其中存储了来自印刷电路板16的不同传感器的数据片段；-转换构件，其用于将来自氯传感器21、22和电导率传感器53的数据片段转换为可供微控制器44利用的数据片段。还应注意的是，微控制器可通过转换构件对氯传感器和电导率传感器进行控制。这些转换构件包括，例如，模拟/数字转换器和/或数字/模拟转换器46。在一项特定实施例中，转换构件46包括三个输入端。其中的两个输入端连接到双恒电位仪P0T1、P0T2，且两个电流型氯传感器21、22和参比电极25也连接到双恒电位仪 Ρ0Τ1、Ρ0Τ2。这两个输入端可分别接收由两个氯传感器中每个传感器所输送的电流，所述电流与水中氯的浓度成比例。模拟/数字转换器的第三输入端连接到放大器的输出端，其中放大器的输入端连接到电导率传感器53。-同步串行端口47，微控制器通过同步串行端口 47与压力传感器和温度传感器进行通信。在一项特定实施例中，电子板13具有安装在微控制器与压力传感器和温度传感器之间的控制电路50。此控制电路对薄膜压力传感器的运行进行控制。由于所分析的水的压力造成的薄膜变形由惠斯通(Wheatstone)电桥中的压敏电阻器进行测量。为此，使用控制电路将电流注入惠斯通电桥中，并测量电桥的电压不平衡，其中电桥的电压不平衡与水的压力成比例。-异步串行端口48，微控制器通过异步串行端口 48与(例如)经由(例如)RS_232 型连接器49进行连接的外部通信构件通信。在一个特定类型中，电子板13具有安装在微控制器和连接器49之间的电绝缘构件。-内部快闪连接器，其可使微控制器44的软件多次加载。也可在压力和温度传感器处提供电解耦构件(galvanic decoupling means)。开关(未显示)用于为装置通电。电气连接器安装在电子板13上。这些连接器经过设计以在可拆卸头部14附接到管状主体10时与安装在印刷电路板16上的具有互补形状的连接器相配合。本发明的装置的运行一般运行本发明的装置可直接连接到用户住宅中的饮用水分配管。具体而言，本发明的装置可通过将探针的头部插入管中流动的水中的方式固定地连接到饮用水分配管道。当通过致动开关来启动装置时，微控制器44会触发氯传感器、电导率传感器、压力传感器和温度传感器的致动。在图4所示的实施例中，氯传感器以IHz至5Hz的范围内且最好在3Hz范围内的低频信号运行，电导率传感器使用以500Hz至5000Hz的范围内且最好在800Hz至1200Hz之间的较高频信号运行。因此，氯传感器和电导率传感器为频率解耦传感器。这就防止氯传感器所发送的信号和电导率传感器所发送的信号互相干扰。如图5所示，连续对两个氯传感器(氯21和氯2 、温度传感器和压力传感器供电。作为对照，定期对电导率传感器供电。这就减少了可能产生噪声的电导率传感器对压力传感器的负面影响，且在实施电导率传感器时能量密集。使用每个电流型氯传感器来测量表示所分析的水中以次氯酸形式存在的活性氯浓度的电压。电导率传感器测量的电压表示位于可拆卸头部的所分析的水的导电率。由氯传感器和电导率传感器传递的信号传输到微控制器的转换构件46，然后由该构件进行处理。由压力传感器和温度传感器传递的信号也传输到微控制器的转换构件，然后由该构件进行处理。微控制器对氯传感器和电导率传感器传递的信号进行过滤和放大。微控制器还对压力传感器和温度传感器传递的信号进行过滤和放大。在此实施例中，该滤波器是低通滤波器，从而可取某些测量的平均值。这就消除了高频噪声，且有可能知道信号的变化。图6所示为不同传感器的交替运行次序以及微控制器对来自不同传感器的信号所进行的处理。具体而言，同时分析由两个氯传感器发送传递的信号。在对电导率传感器发送的信号进行分析，同时暂停对氯传感器传递的信号进行的分析。可同时在氯传感器的信号分析周期之外以及在对来自电导率传感的信号进行分析的重叠周期内对压力传感器和温度传感器传递的信号进行分析。这就限制了通过使用时间多路复用而造成的模拟耦合，并限制了通过微控制器在来自传感器的不同信号之间使用频率多路复用和分析多路复用而造成的数字耦合。有不同的模式用于获得频率可在六秒到一小时的测量。在标准模式下，微控制器在十分钟的周期内收集并处理由每个传感器发送的信号。在一个变体中，可启动涡轮加速模式。在此模式下，微控制器在一分钟的周期内收集并处理由每个传感器发送的信号。在一项实施例中，微控制器每小时都会计算传感器在前一小时内所发送的每个信号的平均值。在M小时内，微控制器会存储每个传感器在运行中的前一小时所发送信号的平均值、最大值和最小值。经过处理且存储的信息片段传输到微控制器的传输构件。然后，微控制器通过有线串行总线传输这些经过转换和处理的信息片段，所述有线串行总线可能是例如在MODBUS 协议下运行的RS232型串行总线。这些信息片段传输到下列目的地之一-在本地传输到连接到有线线路且由操作员或任何其他本地用户操作的控制器或 PC;-在本地传输到使用经选择的合适协议，例如GSM或GPRS型协议，的无线电通信系统；所述无线电通信系统将此数据发送到远程中心服务器，从而通过专家服务(例如饮用水供应商)以远程集中方式在距多传感器探针一段距离处进行分析。可设想若干个频率和通信模式例如时钟模式和事件模式。时钟模式信息的传输频率可在一小时至一天之内变化。事件模式例如，检测到水质低于预定阈值或检测到传感器故障的事件中，探针即进入涡轮加速模式，且自然而然地发送含有计划周期之外的数据的消息。氯传感器的实施每个氯传感器都能够测量表示所分析的水中活性氯浓度的电压。实施两个氯传感器可根据图7所示的原理来监测这两个氯传感器的运行状态。由氯传感器21传递的信号1和由氯传感器22传递的信号2是通过低通滤波器进行过滤且以低频率(例如每6秒一次)进行分析的。微控制器将这些信号与氯浓度的上限阈值和下限阈值进行比较。然后，该微控制器可根据所测量的值高于阈值还是低于阈值，针对每个传感器发送“氯过量”型或“氯不足”型信息片段。此实施可在非正常情况下快速触发有关氯含量的警报。溶解于水中的活性氯浓度的上限阈值和下限阈值是根据使用传感器的应用类型、 国家和/或地区来确定的。例如，对于应用于法国游泳池中的水的情况而言，溶解于水中的活性氯的上限阈值可设为5ppm。在应用于法国饮用水的情况下，当传感器置于所测量的饮用水的消耗地点附近的管路上时，溶解于水中的活性氯的上限阈值和下限阈值可分别设为 0. 2ppm或0. 3ppm ；而当传感器置于从饮用水生产工厂出来的管道上时，溶解于水中的活性氯的上限阈值和下限阈值可分别设为0. 5ppm和0. 7ppm。由氯传感器21传递的信号1和由氯传感器22传递的信号2也通过高通滤波器进行过滤且以较高频率(例如每6分钟一次)进行分析。微控制器将这些信号相加，以便能够传输表示两个传感器所测量的平均氯浓度的信号。微控制器也可将这些信号彼此相减， 以检测氯传感器的运行异常。具体而言，微控制器计算出由第一氯传感器21传递的第一信号1和由第二氯传感器22传递的第二信号2之间的差异。然后由微控制器将此差异的值与上限参考值和下限参考值进行比较。在此实施例中，上限值等于So，下限值等于-So。当差异大于上限值时， 由第二传感器传递的信号有故障。当差异小于下限值时，由第一传感器传递的信号有故障。 这两种情况下，都需要替换可拆卸头部。可优化对氯传感器的监测。为此，如果相对于例如前十次测量的平均差异计算出差异，则微控制器可对变量进行分析。此变量称为噪声。当噪声等于零时，即可推断出传感器没有传输信号装置遭受一般损坏。当噪声为平均值的一半时，即可推断出其中一个传感器没有产生任何信号。当噪声超过上限参考值或下限参考值时，即可推断出两个氯传感器中的一个或两个传感器发生故障。由装置传输的信息本发明的装置传递若干个信息片段-表示水中活性氯浓度的至少一个信息片段该信息片段可能是由每个氯传感器传递的经过滤和放大的信号，或者是由两个氯传感器传递的经过滤和放大的信号的总和；-表示位于可拆卸头部高度的水的导电率的信息片段在电导率传感器的内电极之间所测量的经过滤和放大的电压；-表示水温的信息片段由温度传感器传递的经过滤和放大的电压；-表示水压的信息片段由压力传感器传递的经过滤和放大的电压；-表示氯传感器状态的至少一个信息片段由两个氯传感器传递的经过滤和放大的信号之间的差异和/或需要替换可拆卸头部的指示。
在一个变体中，也可传递表示电池的电荷水平的信息片段。然后在远程服务器上将这些信息片段转换成浓度值、导电率值、压力值和温度值。 确保这些转换并非直接由微控制器完成，即可减少测量装置的耗电量，从而增加测量装置无需进行维护活动便可工作的时间。所传输的信息片段是以下项的一个(或两个)值以mg/L为单位的活性氯浓度、 以巴为单位的压力、以微姆欧为单位的导电率、以。C为单位的温度、有关污染(％)和0至 10单位的电池电量的指示器。探针传输例如以下信号-两倍于以活性氯为代码的值，每1个步骤中-300至300表示_3ppm至3ppm的溶
解活性氯；-每1个步骤中100至600表示100微姆欧至600微姆欧；-每1个步骤中0至10'000表示0巴至10巴；-每1个步骤中0至400表示0°C至40°C；-每1个步骤中320至450表示3.2V至4. 5V的电池的值；-每1个步骤中0至100表示0%至100%的电导率传感器的污染值。当水中氯的浓度为0时，每个氯传感器测量的电压等于1.5伏。当氯浓度不为零时，此电压增加到最大电压3伏。因此，在1. 5伏至3伏之间，有可能测量具有可调整敏感度的例如在(例如)Oppm至300ppm范围内的氯浓度。但是，当传感器发生故障或漏泄电流时，输送的电压可能下降到例如1伏或甚至更低。在探针的计算程序中，这对应于负“虚拟”氯含量，例如-200或_2ppm，这表示传感器或测量电极的错误。从本发明的装置传输到接收器(例如手机)的信息片段使用ASCII字符进行编码。在一个变体中，可拟定，转换由微控制器直接完成。在另一个变体中，探针不传输表示需要替换可拆卸头部的信号，而传输氯传感器输送的电压之间的差异和/或传输噪声。远程服务器将此数据转换成需要替换可拆卸头部的指示。本发明的方法的实例本发明的装置可实施于测量例如饮用水的水质的方法。本发明的方法包括确定步骤，其经由所述第一和第二传感器确定水中以次氯酸 HOCl形式存在的活性氯的浓度。所述方法还具有包括检查步骤的原始特征，所述检查步骤用于检查对以次氯酸形式存在的活性氯浓度进行的测量。用于确定氯浓度的确定步骤在于收集由本发明的装置传输的表示氯浓度的信号。 此信号可为水中氯浓度的直接指示，或为与此浓度成比例的信号(由两个传感器输送的电压的总和)，该信号在转换后即可知道氯浓度的值。控制步骤包括监测步骤，用于监测传感器工作状态。如上所述，此监测步骤包括-第一步骤，其用于经由第一氯传感器测量表示水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第一信息片段(由所述第一氯传感器输送的电压)，以及第二步骤，其用于经由第二氯传感器测量表示水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第二信息片段(由所述第二氯传感器输送的电压)，所述第一步骤和所述第二步骤同时实施，-确定步骤，其用于确定表示活性氯浓度的所述第一信息片段和所述第二信息片段之间的差异(计算由微控制器实施)；-比较步骤，其用于将差值与下限参考值和上限参考值进行比较(比较由微控制器完成)O提醒一下，当此差异大于上限参考值时，由第二传感器传递的信号有故障。当此差异小于下限参考值时，由第一参考传感器传递的信号有故障。这两种情况下，都需要替换可拆卸头部装置传输信息片段以达到此目的。在一个变体中，将差值和/或噪声与参考值进行比较可直接由负责控制的操作员完成。因此，本发明的技术可实现最大限度地使用氯传感器。实际上，氯传感器的使用寿命可变。传统上，实施氯传感器的持续时间对应于其最低理论使用寿命，从而始终确保所使用的一个传感器处于工作状态。因此，要定期更换氯传感器。这就需要频繁地操作传感器， 从而需要额外的运行成本。传感器的替换也可在其仍处于工作状态时完成。根据本发明，对传感器状态的检查能够准确地检测出传感器不再处于工作状态的瞬间。因此，只会在那个瞬间替换传感器。因此，本发明的技术可最大限度地利用氯传感器， 而且能够推迟对其进行的替换。从而降低维护活动的频率，因此增加本发明的测量装置的使用寿命。因此，此种方法可能实现在用户的房屋处安装本发明的装置。那么，便有可能在每个配水点准确了解水质的水平，并可能检测出分配网络中的问题(如果有的话)。在此实施例中，控制步骤还包括用于监测装置污染程度的步骤。用于监测污染程度的此步骤包括用于测量水的导电率的步骤。发明人已发现，可拆卸头部处的水的导电率表示装置的污染程度，从而表示装置所传递的信息片段的质量水平。因此，当装置的污染程度较高时，装置所传递的有关水中氯浓度的信息不符合事实的可能性也较大。当此导电率的测量端子的接触电阻达到边界值时，说明电导率传感器被“污染”。 当接触电阻(CR)值大致等于分流电阻(SR)值的两倍时，认为电导率传感器“干净”。当接触电阻器(CR)的值大于或等于分流电阻(SR)值的三倍时，定义最大污染(100% )。在此实施例中，控制步骤包括用于测量所述水的压力的步骤。实际上，发明人还发现，水压的值表示水中氯浓度的测量质量。优点本发明的技术具有许多优点。具体而言，所述技术的实施限制了维护活动的频率。本发明的装置的使用寿命为约一年，而现有技术的装置的使用寿命很少大于六个月。因此，本发明的装置可直接安装在用户住宅中，因为需要技术人员参与的维护活动的次数减少了。本发明的技术还提供一种紧凑的测量装置。具体而言，将氯传感器耦接在一起减少了装置所包括的部件数目。因此，发明一种具有较长使用寿命而不因此以任何方式增加空间需求的装置是可能的。这也有助于实现将本发明的装置直接安装到用户住宅中。本发明的技术也提供较高的精确度。监测氯传感器的状态确保所使用的传感器处于工作状态。将两个传感器耦接在一起限制了所实施的电子部件的数目，从而限制了氯测量的不确定性。对装置的污染程度进行控制也可产生关于氯浓度测量准确性的信息片段。 测量压力也可指示氯浓度的测量正确性。
权利要求
1.一种用于测量水的至少一个物理化学参数的装置，所述装置包括测量构件，用于测量所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯的浓度，所述装置的特征在于，用于测量氯浓度的所述测量构件包括感应以次氯酸HOCl形式存在的氯的第一电流型氯传感器和第二电流型氯传感器(22)，其各自传递信号，所述两个电流型传感器(21、2幻具有一个单个公用参比电极0 并连接到一个双恒电位仪，所述装置的特征在于，所述装置包括操作构件，用于同时操作所述第一和第二 (22)电流型传感器，以及所述装置的特征在于，所述装置包括用于测量所述两个传感器(21、2幻所传递的信号之间的差异的构件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个用于测量所述水的压力的传感器(161)。
3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个用于测量所述水的导电率的构件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述用于测量水的导电率的构件包括一个具有四个电极的电导率传感器(163)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电流型氯传感器(21、2幻为使用低频信号运行的传感器，且所述装置的特征在于，所述电导率传感器(16 为使用高频信号运行的传感器。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于测量所述水的温度的传感器(162)。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于处理由所述传感器(21、22、161、162、16；3)所传递的数据片段的处理构件，以及用于有线传输和/或无线电传输所述经处理的数据片段的传输构件。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个主体(10)，其容纳所述双恒电位仪、一个电压源、所述处理构件以及所述传输构件；一个附接有印刷电路板的可拆卸头部(14)，所述印刷电路板上安装有所述传感器 (21、22、161、162、163)；所述可拆卸头部(14)能够与所述主体(10)断开连接。
9.根据权利要求6到8中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述处理构件优选包括用于测量并存储由所述传感器(21、22、161、162、16；3)所传递的所述数据片段的最大值、 最小值和平均值的构件。
10.一种使用权利要求1到9中任一权利要求所述的装置来测量水的至少一个性质的方法，所述方法包括浓度确定步骤，其用于经由所述第一传感器和第二传感器0 确定所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯的浓度，以及控制步骤，其用于对测量以次氯酸HOCl形式存在的活性氯的浓度进行控制，所述控制步骤包括监测步骤，用于监测所述传感器01、22)的运行状态，所述监测步骤包括第一步骤，其用于经由所述第一传感器测量表示所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第一信息片段，以及第二步骤，其用于经由所述第二传感器0 测量表示所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯浓度的第二信息片段，所述第一步骤和所述第二步骤同时实施，差异确定步骤，其用于确定表示所述浓度的所述第一信息片段与所述第二信息片段之间的差异；比较步骤，其用于将所述差异的值与至少一个参考值进行比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括用于监测所述装置的污染(fouling)程度的步骤，用于监测污染程度的所述步骤包括测量所述水的导电率的步骤。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括用于测量所述水的压力的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量水的至少一个物理化学参数的装置，所述装置包括测量构件，用于测量所述水中以次氯酸HOCl形式存在的活性氯的浓度。根据本发明，用于测量以次氯酸HOCl形式存在的氯浓度的所述测量构件包括第一电流型氯传感器(21)和第二电流型氯传感器(22)，用于检测以次氯酸HOCl形式存在的氯，所述传感器各自输出信号，所述两个电流型氯传感器(21、22)具有一个单个公用参比电极(25)并连接到一个双恒电位仪，本发明的特征在于，本发明包括一个操作构件，用于同时操作所述第一电流型氯传感器(21)和第二电流型氯传感器(22)，且本发明的特征在于，本发明包括用于测量由所述两个传感器(21、22)所输出的所述信号之间的差异的构件。
文档编号G01N33/18GK102483397SQ201080030658
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月6日 优先权日2009年7月6日
发明者古隆 伊夫·德, 卡琳·贝利埃, 法比恩·阮, 罗兰·根茨, 阿尔宾·蒙索雷 申请人:威立雅水务技术支持公司