CN115015485A - 微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型、系统，在实际应用时，在模型指导下，利用在线采集的几个参数，就能较好的预测出微酸性电解水发生器出水有效氯浓度，可以快速实现微酸性电解水发生器出水有效氯浓度的快速检测，有更多的生产应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能和在线监测领域，具体涉及一种基于微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型、系统。
背景技术
微酸性电解水发生器是指利用无隔膜电解槽将盐酸水溶液进行电解，生成以次氯酸为主要成分的酸性水溶液（pH值5.0-6.5）装置。微酸性电解水因其杀菌高效、安全性高、无残留等特点，近年来在国内得到了快速发展，尤其是在医疗卫生、畜禽养殖、食品加工等领域的清洁杀菌方面得到了广泛的应用。
微酸性电解水的杀菌能力主要受有效氯浓度的影响，因此即时检测微酸性电解水发生器出水的有效氯浓度极为重要。当前，有效氯浓度的测试方法主要有三种：
（1）碘量滴定法：碘量滴定法是利用微酸性电解水中的有效氯与碘化钾起氧化作用，再以硫代硫酸钠标准溶液滴定碘，根据硫代硫酸钠标准溶液的消耗量计算出有效氯含量。该方法常用于实验室检测，且所用试剂配置繁琐，无法做到即时快速测试。
（2）便携式仪器快速检测法：便携式仪器快速检测法是采用邻联甲苯与水中余氯反应后溶液呈黄色，并通过吸光度计算出有效氯浓度。该方法检测速度快、设备便于携带，但是也存在着无法即时测试的问题。
（3）传感器在线检测法：传感器在线检测法是利用克拉克型电流传感器，采用微电子技术制造，用于测量水中次氯酸(HOCl)的浓度。这个传感器由小型的电化学式的三个电极组成，其中一个工作电极(WE)，一个反电极(CE) 和一个参考电极(RE)。测量水中的次氯酸(HOCl)的浓度的方法是建立在测量工作电极由于次氯酸浓度变化所产生的电流变化。
但是现有的有效氯在线传感器技术尚不成熟，存在稳定性差，成本过高等问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型机系统。能快速、稳定且能够实现即时检测有效氯浓度值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型，所述的在线监测模型如下：
其中：Y为微酸性电解水有效氯浓度，mg/L；
I为电解电流，A；
Q为进水流速，L/min；
C为电解质浓度，g/100mL；
T为进水温度，℃；
P为进水pH；
i为第一影响系数，当0＜Q＜3，i取值介于0.9-0.95；当Q≥3，i=1，
α为第二影响系数，当C≥2.5，α=1；0＜C＜2.5，α取值介于0.95-0.98；
β表示时间节点，取值为正数，Yβ表示β时点的微酸性电解水有效氯浓度Y。
一般情况下，用于日常的物品表面消毒时，简化为所述的在线监测模型如下：
Y = 38.101 + 40.298 I - 16.205 Q + 1.248C - 0.303 T + 0.086 P
式中：Y为有效氯浓度，mg/L；I为电解电流，A；Q为进水流速，L/min；C为电解质浓度，g/100mL；T为进水温度，℃；P为进水pH值。
本发明还公开一种基于上述模型的在线监测系统，主要包括制水部分以及控制部分：
所述的制水部分包括电解系统、进水系统和传感器组；该电解系统用于电解产生微酸性次氯酸水；该进水系统用于将水与电解产生的微酸性次氯酸水混合；该传感器组包括多个传感器，用于分别获取进水温度值、进水pH、电解质浓度值；所述控制部分包括计算单元和存储单元，该计算单元按照在线监测模型计算出β时点微酸性电解水有效氯浓度Yβ；该存储单元用于记录β时点的微酸性电解水有效氯浓度Yβ。
更具体的，还包括分析单元，用于分析|Yβ-Yβ-1|，|Yβ-Yβ-1|表示取Yβ和Yβ-1差的绝对值。
更具体的，还包括警报单元，|Yβ-Yβ-1|大于第一设定值时，或者|Yβ-Y0|大于第二设定值时，发出警报，Y0表示微酸性电解水有效氯浓度标准值，第一设定值时代表相邻时刻微酸性电解水有效氯浓度波动误差，所述第二设定值代表偏离微酸性电解水有效氯浓度标准值上限。
进一步，所述的电解系统依次包括蠕动泵、电解槽和混合器；所述的进水系统依次包括进水电磁阀和进水流量计；所述的传感器组包括电解质浓度传感器、温度传感器和pH传感器；电解质浓度传感器设置在电解系统中，温度传感器和pH传感器设置在进水系统中。
此外，还包括数显屏幕，实时显示时间、电解电流、进水流速、电解质浓度、进水温度以及进水pH。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
1）可以快速实现微酸性电解水发生器出水有效氯浓度的快速检测；
2）检测精确度不受水流波动的影响，相较于传统在线检测方法，准确率更高；
3）相较于传统在线检测方法，其硬件成本大幅度降低，具有重要的现实意义。
附图说明
图1为实施例1的在线监测系统示意图。
图中，1.电磁阀 2.流量计 3.温度传感器 4.pH传感器 5.电解质浓度传感器 6.蠕动泵 7.电解槽 8.控制模块 9.电源 10.混合器。
具体实施方式
实施例1
本实施例进一步具体说明本发明的微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型及系统。
本例的在线监测模型，
其中：Y为微酸性电解水有效氯浓度，mg/L；
I为电解电流，A；
Q为进水流速，L/min；
C为电解质浓度，g/100mL；
T为进水温度，℃；
P为进水pH；
i为第一影响系数，当0＜Q＜3，i取值介于0.9-0.95；当Q≥3，i=1，
α为第二影响系数，当C≥2.5，α=1；0＜C＜2.5，α取值介于0.95-0.98；
β表示时间节点，取值为正数，Yβ表示β时点的微酸性电解水有效氯浓度Y。
上述公式在计算时，所有参数，按照单位要求，只取每个参数的数值。
在一些场景下，对微酸性电解水有效氯浓度要求需要比较精确，有效氯浓度值比较低的场合，比如用于人体口腔黏膜的消毒，第一影响系数和第二影响系数能较好的修正出口微酸性电解水有效氯浓度精度。
较多的使用场景下，当Q≥3，C≥2.5时，用在日常的物品表面消毒，模型简化如下：Y = 38.101 + 40.298 I - 16.205 Q + 1.248C - 0.303 T + 0.086 P。
在另一种实施例下，依托上述的简化模型，本例的在线监测系统，包括制水部分、控制部分、分析单元、警报单元和数显大屏。
所述的制水部分包括电解系统、进水系统和传感器组；该电解系统用于电解产生微酸性次氯酸水；该进水系统用于将水与电解产生的微酸性次氯酸水混合；该传感器组包括多个传感器，用于分别获取进水温度值、进水pH、电解质浓度值；以附图1为例，电磁阀1打开，同时开始电解，进水的这条管路上依次设置流量计2、温度传感器3和pH传感器4，流量计2采集进水流速度，温度传感器3采集进水温度，pH传感器4采集进水pH，数据同时传给控制部分8。电解的这条管路上设置电解质浓度传感器5采集电解质浓度，蠕动泵6供给0.6%盐酸电解液，电解槽7电解盐酸，同时将电解槽7中的电解电流传回控制部分8，混合器10将自来水与电解后的进行混合输出，电源9为整个系统供电。
所述控制部分包括计算单元和存储单元，该计算单元按照在线监测模型计算出β时点微酸性电解水有效氯浓度Yβ，实时显示在大屏上，该存储单元用于记录β时点的微酸性电解水有效氯浓度Yβ，供分析单元分析。
分析单元，用于分析|Yβ-Yβ-1|值，|Yβ-Yβ-1|表示取Yβ和Yβ-1差的绝对值。
警报单元，|Yβ-Yβ-1|大于第一设定值时，或者|Yβ-Y0|大于第二设定值时，发出警报，Y0表示微酸性电解水有效氯浓度标准值，该标准值的设定，一般根据有效氯的使用场景定，比如用于物体表面消毒，可以设定在50mg/L，手部等皮肤接触的消毒，可以设定在30mg/L。第一设定值时代表相邻时刻微酸性电解水有效氯浓度波动误差，手部等皮肤接触的消毒误差一般设定在2mg/L，环境喷洒消毒误差一般设定在10mg/L等。当超出第一设定值时，说明系统运行不稳定，警报系统发出警报后需要对系统的各个参数进行检查。所述第二设定值代表偏离微酸性电解水有效氯浓度标准值上限，比如一般皮肤接触的消毒，20-30mg/L的浓度是适宜的，若Y0是25，则第二设定值是5mg/L，当接收到警报时，说明此时的出水有效氯浓度不在20-30mg/L内，也需要进行停机检查。
数显屏幕，实时显示时间、电解电流、进水流速、电解质浓度、进水温度以及进水pH和有效氯浓度，便于及时获取相关数据。
以附图1的系统为例，进行以下的实验：
打开微酸性电解水发生器，设定进水流速4L/min、进水温度25℃、进水pH值7.2、电解电流1.7A及电解质浓度6.0g/100mL，此时i=1，α=1，Y = 38.101 + 40.298 I - 16.205 Q+ 1.248C - 0.303 T + 0.086 P。开机运行稳定后，随机获取三个时刻的有效氯浓度值，分别为42.5，42.3，42.8mg/L，同步取样微酸性电解水100mL，经碘量法测试有效氯浓度分别为42，41.7，42.2mg/L。以42.3mg/L和41.7mg/L这组数据为例，两者差异为1.4%。
以下以开机3min后的采样时间进行实验：
实施例2：
打开微酸性电解水发生器，设定进水流速4L/min、进水温度25℃、进水pH值7.2、电解电流1.7A及电解质浓度3.0g/100mL，经本发明得出的有效氯浓度为38.6mg/L，同步取样微酸性电解水100mL，经碘量法测试有效氯浓度为37.5mg/L，两者差异为2.9%。
实施例3：
打开微酸性电解水发生器，设定进水流速3.2L/min、进水温度25℃、进水pH值7.2、电解电流2.1A及电解质浓度6.0g/100mL，经本发明得出的有效氯浓度为71.4mg/L，同步取样微酸性电解水100mL，经碘量法测试有效氯浓度为69.3mg/L，两者差异为3.0%。
实施例4：
打开微酸性电解水发生器，设定进水流速3.2L/min、进水温度25℃、进水pH值7.2、电解电流1.6A及电解质浓度3.0g/100mL，经本发明得出的有效氯浓度为47.5mg/L，同步取样微酸性电解水100mL，经碘量法测试有效氯浓度为46.6mg/L，两者差异为1.9%。
历来认为，碘量法测定的有效氯浓度值精度高，但缺点是耗时。试纸检测法快速便携，但是同时与碘量法的数据相比，主观因素大误差大，本发明的上述数据能充分说明：采用本发明的方法与传统的碘量法相比，实时在线监测的方法，快速便携且能保证精度。
Claims (7)
1.一种微酸性电解水发生器出水有效氯浓度在线监测模型，其特征在于，所述的在线监测模型如下：
其中：Y为微酸性电解水有效氯浓度，单位为mg/L；
I为电解电流，单位为A；
Q为进水流速，单位为L/min；
C为电解质浓度，单位为g/100mL；
T为进水温度，单位为℃；
P为进水pH；
i为第一影响系数，当0＜Q＜3，i取值介于0.9-0.95；当Q≥3，i=1，
α为第二影响系数，当C≥2.5，α=1；0＜C＜2.5，α取值介于0.95-0.98；
β表示时间节点，取值为正数，Yβ表示β时点的微酸性电解水有效氯浓度Y。
2.如权利要求1所述的在线监测模型，其特征在于，所述的在线监测模型如下：
Y = 38.101 + 40.298 I - 16.205 Q + 1.248C - 0.303 T + 0.086 P
式中：Y为有效氯浓度，mg/L；I为电解电流，A；Q为进水流速，L/min；C为电解质浓度，g/100mL；T为进水温度，℃；P为进水pH值。
3.一种基于权利要求1所述的在线监测模型的系统，其特征在于，包括制水部分以及控制部分：
所述的制水部分包括电解系统、进水系统和传感器组；该电解系统用于电解产生微酸性次氯酸水；该进水系统用于将水与电解产生的微酸性次氯酸水混合；该传感器组包括多个传感器，用于分别获取进水温度值、进水pH、电解质浓度值；
所述控制部分包括计算单元和存储单元，该计算单元按照在线监测模型计算出β时点微酸性电解水有效氯浓度Yβ；该存储单元用于记录β时点的微酸性电解水有效氯浓度Yβ。
4.如权利要求3所述的在线监测系统，其特征在于，还包括分析单元，用于分析|Yβ-Yβ-1|，|Yβ-Yβ-1|表示取Yβ和Yβ-1差的绝对值。
5.如权利要求4所述的在线监测系统，其特征在于，还包括警报单元，|Yβ-Yβ-1|大于第一设定值时，或者|Yβ-Y0|大于第二设定值时，发出警报，Y0表示微酸性电解水有效氯浓度标准值，第一设定值时代表相邻时刻微酸性电解水有效氯浓度波动误差，所述第二设定值代表偏离微酸性电解水有效氯浓度标准值上限。
6.如权利要求3所述的在线监测系统，其特征在于，还包括数显屏幕，实时显示时间、电解电流、进水流速、电解质浓度、进水温度、进水pH以及有效氯浓度。
7.如权利要求3所述的在线监测系统，其特征在于，所述的电解系统依次包括蠕动泵、电解槽和混合器；所述的进水系统依次包括进水电磁阀和进水流量计；所述的传感器组包括电解质浓度传感器、温度传感器和pH传感器；电解质浓度传感器设置在电解系统中，温度传感器和pH传感器设置在进水系统中。
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2022
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