智能化降雨pH-Q实时监控装置及其工作方法制造方法及图纸

一种智能化降雨pH-Q实时监控装置，包括承水筒、集水槽、容器A、B、C、标准液储存池、智能控制模块。容器内设有pH电极，容器侧壁上设置压力传感器和温度传感器。工作方法为：溶液达到压力传感器高度，压力传感器响应信号传送至反馈调节模块，反馈系统对相应的阀门进行调控。pH电极和温度传感器产生的数据信号传送至温度校正模块，自动温度补偿器对电极电位进行校正。校正后的结果送入数据计算模块，计算出实时pH值。最后根据选择输出模块选择需要导出的参数组，得到pH随降雨时间t、降雨流量Qt以及流量Qt随时间t的变化关系。本发明专利技术可以实现降雨pH的连续在线监测，可校正由于电极老化、进出水波动以及温度变化对pH带来的影响，实现实时准确测定雨水pH和流量。

【技术实现步骤摘要】
智能化降雨pH-Q实时监控装置及其工作方法
本专利技术为一种简便有效的降雨pH和流量实时连续监测装置，可实时反映雨水pH和流量的变化过程，属于降雨pH监测环境

技术介绍
从20世纪80年代以来,我国降雨自动采样器和监测仪得到了一定的发展,有多种国产的采样器和监测仪产品问世。目前，国内监测站和高校实验室对雨水pH的监测，都是依据《大气降水样品的采集与保存》(GB13580.2—92)进行测定。该方法主要是通过将降雨的全过程样(降水开始至结束)合并成一个样品，然后测定其pH，得到降水pH平均值。但降雨初期和中后期雨水的成分不同，而且在雨水混合过程中存在稀释作用，所以雨水pH其实是一条随时间上下波动的曲线，混合样pH均值不能反映降水pH的实时变化过程。此外，在单个容器中测定雨水pH时，由于要保持降雨连续性，装置需要一直处于连续进出水状态，进出水波动可能导致测定的pH不准确；电极老化对电极电位也有一定影响；温度的变化也会对电极的测定有一定的影响；采样桶的材料因采集的雨水浸泡时间过长对结果也会造成很大影响。因此，需要一种可以连续测定降雨过程中pH和流量的装置。
技术实现思路
本专利技术针对目前降雨pH测定的不足，提供一种智能化降雨pH-Q实时监控装置及其工作方法，本专利技术可以反映雨水中pH和流量的实时变化过程，对不同降雨的酸度进行比较，为区域酸雨研究提供依据，可校正由于电极老化、进出水波动以及温度变化对pH带来的影响，实现实时准确测定雨水pH和流量。本专利技术的第一个目的是通过以下技术方案实现的，一种智能化降雨pH-Q实时监控装置，其特征是，设有承水筒、集水槽、容器A、B、C、标准液储存池、智能控制模块；承水筒通过雨水管道连接所述集水槽，集水槽通过雨水管道分别连接所述容器B、C；所述标准液储存池通过标准液管道分别连接所述容器A、B、C；所述容器A、B、C上分别设有盖板，容器A、B、C内分别设有pH电极、搅拌刷；容器A、B、C底部分别设有出水槽；容器A为对照组，用于校正电极老化对电极电位的影响；容器B、C为工作组，容器B、C轮流工作；所述容器A内侧壁上设有第一温度传感器、第一压力传感器，第一压力传感器高度大于所述容器A内pH电极底部高度；所述容器B内侧壁上设有第二温度传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器，第二、三、四压力传感器自上而下依次设置，第四压力传感器高度大于所述容器B内pH电极底部高度，第二压力传感器与第三压力传感器之间的距离等于所述第四压力传感器与容器B底部之间的距离；所述容器C内侧壁上设有第三温度传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器，第五、六、七压力传感器自上而下依次设置，第七压力传感器高度大于所述容器C内pH电极底部高度，第五压力传感器与第六压力传感器之间距离等于所述第七压力传感器与容器C底部之间的距离；第七、四、一压力传感器高度相同；所述集水槽内设有第八压力传感器，集水槽上设有排水口，集水槽与所述承水筒之间的雨水管道上设有第一流量计，集水槽与所述容器B之间的雨水管道上依次设有第一阀门、第二阀门、第二流量计，集水槽与所述容器C之间的雨水管道上依次设有第一阀门、第三阀门、第三流量计；所述标准液管道上设有第四流量计，通向容器A、B、C的标准液管道上分别设有第四阀门、第五阀门、第六阀门，第四流量计位于所述第四、五、六阀门的上游；所述智能控制模块包括反馈调节模块、温度校正模块、数据计算模块和选择输出模块，其中反馈调节模块主要由所述压力传感器、反馈调节系统组成，反馈调节模块接收所述压力传感器产生的数据信号，并通过所述反馈调节系统控制所述阀门和出水槽的开关；温度校正模块主要由所述温度传感器和自动温度补偿器组成，温度校正模块接收所述pH电极和所述温度传感器产生的数据信号，通过自动温度补偿器对电极电位进行校正；数据计算模块接受经自动温度补偿器校正过的电极电位数据，并利用数学模型进行计算，得出降雨实时pH值、对应的降雨时间t和降雨流量Qt；选择输出模块主要由选择输出开关组成，用于选择需要输出的参数组(pH，t，Qt)，输出计算得到的pH随降雨时间t、降雨流量Qt以及流量Qt随时间t的变化关系曲线数据。本专利技术的第二个目的是通过以下技术方案实现的，智能化降雨pH-Q实时监控装置的工作方法，包括以下步骤：①第一次使用时，所述容器A、B内需预先装入标准液分别至所述第一压力传感器、所述第四压力传感器高度；雨水由承水筒收集，经雨水管道流入第一流量计，测算降雨流量Qt；然后雨水进入集水槽后，触发第八压力传感器，智能控制模块启动，容器A、B内pH电极立即开始工作，pH电极和温度传感器产生的数据信号，将传送至数据计算模块进行处理；第一、二阀门打开，雨水经管道流入容器B，多余雨水经集水槽排水口排出；②随着雨水的流入，当容器B中混合液到达第三压力传感器高度时，触发第三压力传感器，第六阀门打开，标准液储存池开始往容器C中添加标准液，保持第六阀门和第二阀门的开启度一致，使标准液管道流量即第四流量计与雨水管道流量即第二流量计读数一致；③当混合液触发第二压力传感器时，1s后打开第三阀门，然后2s后关闭第二阀门，与此同时打开容器B出水槽，排出容器B内的混合溶液，终止传送容器B中pH电极的数据信号，待容器B内溶液全部排出后立即关闭出水槽；④当步骤②中第六阀门打开时，由于第二、三压力传感器之间的间距离等于第七传感器(23)到容器C底部距离，同时第六阀门和第二阀门的开启度一致，雨水管道和标准溶液管道内液体的流量一致，保证容器B中溶液到达第二压力传感器位置时，容器C中溶液刚好达到第七压力传感器的位置，此时，容器C开始工作，pH电极启动，数据信号和温度信号经由电缆传送至智能控制模块；⑤混合液抵达C容器第六压力传感器时，第五阀门打开，标准液储存池向容器B中加标准溶液，保持第五阀门和第三阀门的开启度一致，使标准液管道流量及第四流量计与雨水管道流量即第三流量计读数一致；⑥当混合液触发第五压力传感器时，1s后打开第二阀门,然后2s后关闭第三阀门，与此同时打开容器C出水槽，排出C容器内的混合溶液，终止传送容器C中pH电极的数据信号至智能控制模块，待溶液全部排出后关闭容器C出水槽；⑦此时再次轮换至B容器工作，重复步骤④⑤⑥，各传感器对应的触发反应对应反馈调节模块中所列传感器功能执行；⑧直至降雨停止，第八压力传感器再次发出指令，打开容器A、B、C出水槽排液，溶液排尽后容器A、B、C出水槽自动关闭；然后打开第四阀门和第五阀门添加标准液，标准液高度达到第四传感器、第一传感器高度时关闭第四阀门、第五阀门，关闭智能控制模块，系统停止运行；⑨根据选择输出开关，选择需要导出的数据组(pH，t，Qt)，得到雨水pH随降雨时间t的变化关系(t-pH曲线)、雨水pH随降雨流量Qt的变化关系(Qt-pH曲线)和雨水流量Qt随时间t的变化关系(t-Qt曲线)。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：第一，本专利技术基于目前降雨pH测定的现状，建立pH-Q实时监测控制装置，反映雨水中pH和流量的实时变化过程，对不同降雨的酸度进行比较，为区域酸雨研究提供依据；第二，本专利技术设计的智能化降雨pH-Q实时监控装置，包括承水筒、集水槽、出水槽、流量计、压力传感器、温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能化降雨pH‑Q实时监控装置，其特征是，设有承水筒(1)、集水槽(4)、容器A、B、C、标准液储存池(11)、智能控制模块(32)；承水筒(1)通过雨水管道(2)连接所述集水槽(4)，集水槽(4)通过雨水管道(2)分别连接所述容器B、C；所述标准液储存池(11)通过标准液管道(12)分别连接所述容器A、B、C；所述容器A、B、C上分别设有盖板(34)，容器A、B、C内分别设有pH电极(16)、搅拌刷(17)；容器A、B、C底部分别设有出水槽(28、29、30)；容器A为对照组，用于校正电极老化对电极电位的影响；容器B、C为工作组，容器B、C轮流工作；所述容器A内侧壁上设有第一温度传感器(25)、第一压力传感器(24)，第一压力传感器(24)高度大于所述容器A内pH电极(16)底部高度；所述容器B内侧壁上设有第二温度传感器(26)、第二压力传感器(18)、第三压力传感器(19)、第四压力传感器(20)，第二、三、四压力传感器(18、19、20)自上而下依次设置，第四压力传感器(20)高度大于所述容器B内pH电极(16)底部高度，第二压力传感器(18)与第三压力传感器(19)之间的距离等于所述第四压力传感器(20)与容器B底部之间的距离；所述容器C内侧壁上设有第三温度传感器(27)、第五压力传感器(21)、第六压力传感器(22)、第七压力传感器(23)，第五、六、七压力传感器(21、22、23)自上而下依次设置，第七压力传感器(23)高度大于所述容器C内pH电极(16)底部高度，第五压力传感器(21)与第六压力传感器(22)之间距离等于所述第七压力传感器(23)与容器C底部之间的距离；第七、四、一压力传感器(23、20、24)高度相同；所述集水槽(4)内设有第八压力传感器(5)，集水槽(4)上设有排水口(31)，集水槽(4)与所述承水筒(1)之间的雨水管道(2)上设有第一流量计(3)，集水槽(4)与所述容器B之间的雨水管道上依次设有第一阀门(6)、第二阀门(7)、第二流量计(9)，集水槽(4)与所述容器C之间的雨水管道上依次设有第一阀门(6)、第三阀门(8)、第三流量计(10)；所述标准液管道(12)上设有第四流量计(35)，通向容器A、B、C的标准液管道(12)上分别设有第四阀门(13)、第五阀门(14)、第六阀门(15)，第四流量计(35)位于所述第四、五、六阀门(13、14、15)的上游；所述智能控制模块(32)包括反馈调节模块、温度校正模块、数据计算模块和选择输出模块，其中反馈调节模块主要由所述压力传感器(5、18、19、20、21、22、23、24)、反馈调节系统组成，反馈调节模块接收所述压力传感器产生的数据信号，并通过所述反馈调节系统控制所述阀门(6、7、8、13、14、15)和出水槽(28、29、30)的开关；温度校正模块主要由所述温度传感器(25、26、27)和自动温度补偿器组成，温度校正 模块接收所述pH电极(16)和所述温度传感器(25、26、27)产生的数据信号，通过自动温度补偿器对电极电位进行校正；数据计算模块接受经自动温度补偿器校正过的电极电位数据，并利用数学模型进行计算，得出降雨实时pH值、对应的降雨时间t和降雨流量Qt；选择输出模块主要由选择输出开关组成，用于选择需要输出的参数组(pH，t，Qt)，输出计算得到的pH随降雨时间t、降雨流量Qt以及流量Qt随时间t的变化关系曲线数据。...

【技术特征摘要】
1.一种智能化降雨pH-Q实时监控装置，其特征是，设有承水筒(1)、集水槽(4)、容器A、B、C、标准液储存池(11)、智能控制模块(32)；承水筒(1)通过雨水管道(2)连接所述集水槽(4)，集水槽(4)通过雨水管道(2)分别连接所述容器B、C；所述标准液储存池(11)通过标准液管道(12)分别连接所述容器A、B、C；所述容器A、B、C上分别设有盖板(34)，容器A、B、C内分别设有pH电极(16)、搅拌刷(17)；容器A、B、C底部分别设有出水槽(28、29、30)；容器A为对照组，用于校正电极老化对电极电位的影响；容器B、C为工作组，容器B、C轮流工作；所述容器A内侧壁上设有第一温度传感器(25)、第一压力传感器(24)，第一压力传感器(24)高度大于所述容器A内pH电极(16)底部高度；所述容器B内侧壁上设有第二温度传感器(26)、第二压力传感器(18)、第三压力传感器(19)、第四压力传感器(20)，第二、三、四压力传感器(18、19、20)自上而下依次设置，第四压力传感器(20)高度大于所述容器B内pH电极(16)底部高度，第二压力传感器(18)与第三压力传感器(19)之间的距离等于所述第四压力传感器(20)与容器B底部之间的距离；所述容器C内侧壁上设有第三温度传感器(27)、第五压力传感器(21)、第六压力传感器(22)、第七压力传感器(23)，第五、六、七压力传感器(21、22、23)自上而下依次设置，第七压力传感器(23)高度大于所述容器C内pH电极(16)底部高度，第五压力传感器(21)与第六压力传感器(22)之间距离等于所述第七压力传感器(23)与容器C底部之间的距离；第七、四、一压力传感器(23、20、24)高度相同；所述集水槽(4)内设有第八压力传感器(5)，集水槽(4)上设有排水口(31)，集水槽(4)与所述承水筒(1)之间的雨水管道(2)上设有第一流量计(3)，集水槽(4)与所述容器B之间的雨水管道上依次设有第一阀门(6)、第二阀门(7)、第二流量计(9)，集水槽(4)与所述容器C之间的雨水管道上依次设有第一阀门(6)、第三阀门(8)、第三流量计(10)；所述标准液管道(12)上设有第四流量计(35)，通向容器A、B、C的标准液管道(12)上分别设有第四阀门(13)、第五阀门(14)、第六阀门(15)，第四流量计(35)位于所述第四、五、六阀门(13、14、15)的上游；所述智能控制模块(32)包括反馈调节模块、温度校正模块、数据计算模块和选择输出模块，其中反馈调节模块主要由所述压力传感器(5、18、19、20、21、22、23、24)、反馈调节系统组成，反馈调节模块接收所述压力传感器产生的数据信号，并通过所述反馈调节系统控制所述阀门(6、7、8、13、14、15)和出水槽(28、29、30)的开关；温度校正模块主要由所述温度传感器(25、26、27)和自动温度补偿器组成，温度校正模块接收所述pH电极(16)和所述温度传感器(25、26、27)产生的数据信号，通过自动温度补偿器对电极电位进行校正；数据计算模块接受经自动温度补偿器校正过的电极电位数据，并利用数学模型进行计算，得出降雨实时pH值、对应的降雨时间t和降雨流量Qt；选择输出模块主要由选择输出开关组成，用于选择需要输出的参数组(pH，t，Qt)，输出计算得到的pH随降雨时间t、降雨流量Qt以及流量Qt随时间t的变化关系曲线数据。2.根据权利要求1所述的智能化降雨pH-Q实时监控装置，其特征是，所述数据计算模块的计算过程为：设标准溶液的浓度为C0，体积为V0，整个系统的工作时间即降雨时间为t，t时刻所述第一流量计(3)的读数为Qt，第j个容器的工作耗时tj，j按照容器工作顺序依次编号为1,2…n；第j个容器i时刻，降水pH为pHj(i)，第二流量计(9)或第三流量计(10)读数为Qj(i)，当管道和阀门开启度确定时，管道内流量为定值，记为q；经自动温度补偿器校正的pH电极读数记为Ej(i)；对于A容器，因为其一直处于工作状态作对照之用，其经自动温度补偿器校正的读数记为At；根据能斯特方程，计算模型可推导为：当j＝1时，式(2)中，Ej-1(1)-Ej(1)＝0，式中，t——系统运行总时间(降雨时间)，s，据式1计算所得；tj——第j个容器运行时间，s(j＝1,2，……，n)；tj指单个容器单次循环计算使用的运行时间；n——运行的容器个数；C0——标准溶液的浓度，mol/L；V0——标准溶液的体积，m3；Qj(i)——第j个容器，i时刻雨水流量，即第二流量计(9)或第三流量计(10)测得的管道雨水流量，m3/s；当阀门开启度确定时，管道内雨水流量为定值，记为q；pHj(i)——第j个容器，i时刻雨水pH(i＝1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：董益飞，申雨桐，刘臣辉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32