CN121114155A - 一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，包括：取样检测子系统、电去离子子系统、测量子系统及处理器；取样检测子系统与电去离子子系统及测量子系统连通，用于控制流入电去离子系统样水的温度、压力和流量；电去离子子系统与测量子系统连通，用于去除样水内阳离子；测量子系统与电去离子系统相通，用于准确、实时地测量经EDI处理后的样水的电导率，即氢电导率；处理器用于为电导率电极提供稳定的激励信号，采集电极的原始电阻或电导信号和温度信号，以及执行温度补偿算法获得25℃下的氢电导率值，将最终结果输出至显示屏，并传输到外部系统。还公开了对应的测量方法、电子设备以及计算机可读存储介质。

Description

一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，特别涉及一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法。

背景技术

现有技术中，电力、钢铁、化工等领域锅炉水汽系统水质氢电导率的监测是将被测样水经过氢型阳离子交换树脂，将样水中(如Na⁺、NH⁴⁺等)阳离子去除，只对样水中留下的阴离子(如Cl^-、SO4^2-、PO4^3-等阴离子)电导率进行监测，而氢离子和氢氧根离子可以中和消耗，不在电导率中反映，因此氢电导率表征的是锅炉水汽系统水质纯度或阴离子综合侵蚀性。

目前，对氢电导率的监测基本都是在线单表测量，如果现场出现监测数据不准确的问题，操作人员如果需要准确判断问题所在，需将样水带离现场，在实验室进行测量，这个期间样水会与空气接触，影响样水电导率数据的准确性，从而无法进行有效的仪表校准，此外对氢电导率的监测基本都是将样水通过阳离子交换树脂柱去除阳离子后进行电导率监测，此种方法或设备在运行一段时间后，阳离子交换树脂柱内树脂会失效，需要定期对树脂进行更换和再生，对树脂进行再生过程中会产生大量酸废液，同时再生过程工作繁琐、工作量巨大。再生后的树脂需要用大量纯水冲洗后才能再次使用，否则残留酸洗废液会导致氢电导率测量偏高，影响正常使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法，解决目前我国在线氢电导率的测量仪表可靠性低和阳离子交换树脂损耗严重及再生污染的问题。其中，基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法设计合理，结构简单，可以准确测量样水的氢电导率，通过将便携氢电导率表和现场在线氢电导率表的测量结果进行比对分析，提高在线氢电导率表测量的准确性；采用电去离子模块，避免传统氢电导率在线监测过程中因阳离子交换树脂失效需要对其定期进行酸洗再生的繁琐工作步骤，也避免阳离子交换树脂再生过程中酸洗废液的产生；可持续为氢电导率的监测提供去除阳离子的样水；使用过程和维护简单方便。

本发明一方面提供了一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，包括：

取样检测子系统、电去离子子系统、测量子系统及处理器；

所述取样检测子系统与所述电去离子子系统及测量子系统连通，用于控制流入电去离子系统样水的温度、压力和流量；

所述电去离子子系统与所述测量子系统连通，用于去除样水内阳离子；

所述测量子系统与所述电去离子系统相通，用于准确、实时地测量经EDI处理后的样水的电导率，即氢电导率；

所述处理器用于为电导率电极提供稳定的激励信号，采集电极的原始电阻或电导信号和温度信号，以及执行温度补偿算法，计算出25℃下的氢电导率值，将最终结果输出至显示屏，并通过4-20mA或数字接口传输到外部系统。

优选的，所述取样检测子系统包括：取样接头(1)、压力控制阀(2)、过滤器(3)、温度传感器(4)、压力传感器(5)、电动截止阀(6)和流量传感器(7)；其中：

所述取样接头(1)的入口与现场的样水管路相连通，所述取样接头(1)的出口与所述压力控制阀(2)的入口相连；

所述压力控制阀(2)用于控制样水压力及流量，将多余样水排出系统外部，并且当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，并将旁路开口全部打开；所述压力控制阀(2)的出口与所述过滤器(3)的入口相连；

所述过滤器(3)的出口与所述电动截止阀(6)的入口通过测量管线连接；

所述温度传感器(4)和压力传感器(5)均设置在所述测量管线的旁路上，用于监测样水的温度和压力并向所述处理器输出与温度和压力对应的数据；

所述流量传感器(7)的入口与所述电动截止阀(6)的出口连接，所述流量传感器(7)的出口与所述电去离子子系统连接，用于监测样水的流量并向所述处理器输出与流量对应的数据；

所述电动截止阀(6)在断电或断水的情况下会被自动关闭，用于锁住所述电去离子子系统内部的样水，当样水温度检测过高时，电动截止阀自动断电关闭，切断样水与系统的连接。

优选的，所述电去离子子系统包括：淡室入口(8)，淡室出口(9)，浓室入口(12)，浓室出口(13)和电去离子模块(14)；其中：

所述淡室入口(8)与所述淡室出口(9)相通，形成淡室，用于去除样水中的阳离子；

所述淡室出口(9)与所述流通池(11)入口相通；

所述浓室入口(12)与所述浓室出口(13)相通，形成浓室；

所述浓室入口(12)与所述流通池(11)的出口相通；

所述电去离子模块(14)分为淡室和浓室，淡室在浓室中间，所述淡室和浓室的两侧用阳离子交换膜分隔，淡室和浓室内部均填充阳离子交换树脂，两侧浓室设置有正负两极电极板。

优选的，所述电去离子模块(14)为“板框式”或“板式”结构，其内部为三明治结构排列，整体序列为：正极板-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的浓室-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的淡室-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的浓室-阳离子交换膜-负极板；所述阳离子交换膜为选择性阳离子交换膜CEM，允许阳离子透过，但阻挡阴离子和水分子，所述选择性阳离子交换膜CEM为磺酸基团型的全氟聚合物或苯乙烯-二乙烯苯共聚物，；所述离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂，具有聚苯乙烯基质带有磺酸基团的颗粒，其中，在淡室中，树脂通过离子交换吸附水中的阳离子，在直流电场作用下，吸附的阳离子向负极方向迁移，并透过阳膜进入浓室，同时，水电离产生的H⁺可连续再生树脂，使其始终保持H型状态，实现连续深度脱盐；所述正极板为采用钛基涂覆铱或钌稀有金属氧化物的惰性电极，所述负极板为316不锈钢或钛材，通电后，在正极板上发生氧化反应，在负极板上发生还原反应；所述淡室入口(8)与淡室出口(9)为模块本体上的标准接口，通过管路与装置其他部分连接，所述淡室入口承接来自流量传感器(7)的待处理样水，所述淡室出口将已深度脱盐的酸性样水输送至所述流通池(11)；所述浓室入口(12)与所述浓室出口(13)为标准管路接口，所述浓室入口(12)用于接收一小股来自测量后样水，即流通池出口水，所述流通池出口水作为浓室的载体水，用于接收并从系统中排出从淡室迁移过来的杂质离子；所述浓室出口(13)将含有高浓度杂质离子的废水排出装置。

优选的，浓室流量通过一个限流孔板或针阀手动/自动控制，使其流量远低于淡室流量，以形成高离子浓度的浓水。

优选的，所述测量子系统包括：流通池(11)和电导率电极(10)；其中：

所述电导率电极(10)设置在所述流通池(11)内，用于实时测量样水氢电导率。

优选的，所述流通池(11)由聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚丙烯材料制成，为流线型无死体积的流动腔体，所述流通池(11)的入口和出口与管路系统连接，内部流道设计为直通式或带有导流槽，确保样水流经电导率电极时能快速响应且无气泡滞留，从而为电导率电极提供一个稳定可控的测量环境；所述电导率电极(10)为两电极式或四电极式电导池，所述电导率电极(10)的电极常数为K＝0.01或0.1cm^-1；电极元件的接触部分由耐腐蚀材料制成，所述耐腐蚀材料为铂(Pt)镀黑或316不锈钢，所述电导率电极(10)内置PT100或PT1000铂电阻温度传感器(RTD)，用于实时测量样水温度，并进行自动温度补偿(ATC)，所述电导率电极(10)通过一个标准的1/2英寸NPT或PG13.5螺纹接口密封安装在所述流通池(11)内；所述电导率电极(10)和温度传感器(4)通过电缆与所述处理器连接。

本发明的第二方面用于提供一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置的测量方法，基于所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置实现，包括：

S1，取样接头(1)与现场的样水管路相连通；

S2，装置通电开关打开，电动截止阀(4)供电，打开，所述处理器基于所采集的样水温度，样水压力和样水流量数据的分析确定电动截止阀(4)、压力控制阀(2)和电去离子模块(14)的操作，包括：

当样水温度检测过高时，所述电动截止阀(4)自动断电关闭，切断样水与测量装置的连接；

控制压力控制阀(2)主路和旁路开口大小，进行压力和流量调节，当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，旁路开口全部打开；

当样水流量检测过低时，自动关闭电去离子模块(14)电源；

S3，样水从淡室入口(8)进入电去离子模块(14)的淡室，进行离子动态交换和离子渗透，将样水中的阳离子去除；

S4，不含阳离子的样水从淡室出口(9)到达流通池(11)，电导率电极(10)进行测量和采集样水电导率数据，完成氢电导率的测量；

S5，样水再从浓室入口(12)进入电去离子模块(14)的浓室，进行电解，产生H⁺、OH^-、H₂、O₂；其中，H⁺通过电离子迁移渗透过阳离子交换膜，再通过离子动态交换还原淡室内阳离子交换树脂；

S6，样水带着H₂、O₂、OH^-和其他离子从浓室出口(13)排出。

本发明的第三方面提供一种电子设备，包括电池、气体报警器和存储器，所述存储器存储有多条指令，处理器用于读取所述指令并执行如第二方面所述的方法，所述电池用于第一方面的装置供电，所述气体报警器用于监测第一方面的装置的使用环境中氢气气体浓度，反馈信号包括所述取样检测子系统的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别采集的温度、压力和流量信号。

本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第二方面所述的方法。

本发明的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置及方法，具有以下有益效果：

基于电去离子的便携式氢电导率测量装置通过精密的电去离子模块和高精度的测量系统相结合，实现了对样水中阴离子杂质含量的快速、准确、在线监测，具体的：

(1)通过电池给装置供电。

(2)通过管路压力及流量数据分析，驱动压力控制阀主路和旁路开口大小，进行压力和流量调节，水样压力过高时，所述压力控制阀自动关闭主路开口，旁路开口全部打开。

(3)通过温度数据分析，样水高温时关闭电动截止阀，切断水样与系统的连接，避免过高温度水样损坏装置。

(4)通过管路流量数据分析，流量过低时关闭电去离子模块电源，防止模块干烧。

(5)通过气体报警器实时监测装置使用环境的氢气气体浓度，保证装置安全可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明优选实施例示出的基于电去离子的便携式氢电导率测量装置结构示意图；

图2为根据本发明优选实施例示出的基于电去离子的便携式氢电导率测量方法流程图；

图3为根据本发明优选实施例示出的电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，包括：

取样检测子系统、电去离子子系统、测量子系统及处理器；

所述取样检测子系统与所述电去离子子系统及测量子系统连通，用于控制流入电去离子系统样水的温度、压力和流量；

所述电去离子子系统与所述测量子系统连通，用于去除样水内阳离子；

所述测量子系统与所述电去离子系统相通，用于准确、实时地测量经EDI处理后的样水的电导率，即氢电导率；

所述处理器用于为电导率电极提供稳定的激励信号，采集电极的原始电阻(或电导)信号和温度信号，以及执行温度补偿算法，计算出25℃下的氢电导率值，将最终结果输出至显示屏，并通过4-20mA或数字接口(RS485/Modbus)传输到外部系统。

作为优选的实施方式，所述取样检测子系统包括：取样接头(1)、压力控制阀(2)、过滤器(3)、温度传感器(4)、压力传感器(5)、电动截止阀(6)和流量传感器(7)；其中：

所述取样接头(1)的入口与现场的样水管路相连通，所述取样接头(1)的出口与所述压力控制阀(2)的入口相连；

所述压力控制阀(2)用于控制样水压力及流量，将多余样水排出系统外部，并且当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，并将旁路开口全部打开；所述压力控制阀(2)的出口与所述过滤器(3)的入口相连；

所述过滤器(3)的出口与所述电动截止阀(6)的入口通过测量管线连接；

所述温度传感器(4)和压力传感器(5)均设置在所述测量管线的旁路上，用于监测样水的温度和压力并向所述处理器输出与温度和压力对应的数据；

所述流量传感器(7)的入口与所述电动截止阀(6)的出口连接，所述流量传感器(7)的出口与所述电去离子子系统连接，用于监测样水的流量并向所述处理器输出与流量对应的数据；

所述电动截止阀(6)在断电或断水的情况下会被自动关闭，用于锁住所述电去离子子系统内部的样水，当样水温度检测过高时，电动截止阀自动断电关闭，切断样水与系统的连接。

作为优选的实施方式，所述电去离子子系统包括：淡室入口(8)，淡室出口(9)，浓室入口(12)，浓室出口(13)和电去离子模块(14)；其中：

所述淡室入口(8)与所述淡室出口(9)相通，形成淡室，用于去除样水中的阳离子；

所述淡室出口(9)与所述流通池(11)入口相通；

所述浓室入口(12)与所述浓室出口(13)相通，形成浓室；

所述浓室入口(12)与所述流通池(11)的出口相通；

所述电去离子模块(14)分为淡室和浓室，淡室在浓室中间，所述淡室和浓室的两侧用阳离子交换膜分隔，淡室和浓室内部均填充阳离子交换树脂，两侧浓室设置有正负两极电极板。

本实施例中，电去离子子系统技术细节：

电去离子(Electrodeionization,EDI)子系统是整个装置的核心，其功能是高效、连续地去除样水中的阳离子(如Na⁺、NH₄ ⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等)，将样水转化为酸性溶液，从而使其氢电导率能够准确反映水中强阴离子(如Cl^-、SO₄ ^2-)的浓度。

1、电去离子模块14

(1)结构与工作原理：

基本构型：所述模块采用典型的“板框式”或“板式”结构，其内部排列类似于一个“三明治”。整体序列为：正极板-阳离子交换膜-浓室(填充离子交换树脂)-阳离子交换膜-淡室(填充树脂)-阳离子交换膜-浓室(填充树脂)-阳离子交换膜-负极板。

(A)淡室(Desalting Chamber)：是样水净化的核心通道。“淡室在浓室中间”表示流道单元以“浓-淡-浓”的形式对称排列。一个模块可包含多个这样的基本单元，以增加处理能力。

(B)阳离子交换膜(Ion-Exchange Membrane)：

类型：采用选择性阳离子交换膜(CEM)。该膜允许阳离子透过，但阻挡阴离子和水分子。

材质：通常为磺酸基团型的全氟聚合物(如Nafion^TM类材料)或苯乙烯-二乙烯苯共聚物，具有优异的化学稳定性和机械强度。

(C)离子交换树脂(Ion-Exchange Resin)：

类型：淡室和浓室内均填充强酸型阳离子交换树脂，通常是聚苯乙烯基质带有磺酸基团(-SO₃H)的颗粒。

功能：在淡室中，树脂通过离子交换吸附水中的阳离子(M⁺)，反应为：R-SO₃H+M⁺→R-SO₃M+H⁺。在直流电场作用下，吸附的阳离子向负极方向迁移，并透过阳膜进入浓室。同时，水电离产生的H⁺可连续再生树脂，使其始终保持H型(R-SO₃H)状态，实现连续深度脱盐。

(D)电极板(Electrode Plates)：

材质：正极(Anode)板通常采用钛(Ti)基涂覆铱(Ir)、钌(Ru)等稀有金属氧化物(电极)的惰性电极，具有良好的析氧(O₂)耐腐蚀性。负极(Cathode)板通常采用316不锈钢或钛材。

反应：通电后，在正极发生氧化反应(2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e^-)，在负极发生还原反应(2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH-)。电极反应产生的H⁺和OH-对系统树脂的再生至关重要。

(2)关键参数：

工作电压：通常施加50-300V的直流电压。电压需优化：太高会导致水电离过度，产生热并加速电极腐蚀；太低则驱动力不足，去离子效率下降。

工作电流：根据进水离子浓度和流量，通常在数十至数百毫安(mA)范围。电流与去除的离子量成正比。

树脂填充量：根据淡室流道体积而定，填充率通常>90％，以确保良好的接触和交换效率。

模块尺寸(示例)：为满足便携性，模块外形尺寸可能设计为紧凑型，例如：长150mm×宽80mm×高40mm。

2、淡室入口8与淡室出口9

结构：通常是模块本体上的标准接口，如1/4英寸或1/8英寸的Parker或NPT外螺纹接口，通过管路与系统其他部分连接。

功能：淡室入口承接来自流量传感器7的待处理样水。淡室出口将已深度脱盐(阳离子被H⁺替换)的酸性样水输送至测量子系统的流通池11。

参数：

(1)操作压力：通常<0.5MPa，以避免损坏模块和膜；

(2)设计流量：根据模块能力，淡室样水流量通常控制在50-200mL/min的较低范围，以确保有足够的停留时间与树脂接触。

3、浓室入口12与浓室出口13

结构：与淡室接口类似，为标准管路接口。

功能：浓室入口接收一小股来自测量后样水(即流通池出口水)。这部分水作为浓室的“载体水”，用于接收并从系统中排出从淡室迁移过来的杂质离子；浓室出口将含有高浓度杂质离子的废水排出系统。这部分废水量很小(通常占进水总量的5％-20％)，大部分水(80％-95％)作为purified water从淡室出口流出。

参数：浓室流量通常通过一个限流孔板或针阀手动/自动控制，使其流量远低于淡室流量，例如5-20mL/min，以形成高离子浓度的浓水，提高迁移效率并防止结垢。

作为优选的实施方式，所述测量子系统包括：流通池(11)和电导率电极(10)；其中：

所述电导率电极(10)设置在所述流通池(11)内，用于实时测量样水氢电导率。

本实施例中测量子系统技术细节：

1、流通池11

(1)结构：

材质：通常由化学惰性且绝缘性好的材料制成，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)或聚丙烯(PP)。

设计：其结构是一个小型、流线型、无死体积的流动腔体。入口和出口与管路系统连接(通常也是1/4英寸接口)，内部流道设计为直通式或带有导流槽，确保样水流经电导率电极时能快速响应且无气泡滞留。池体体积很小，通常<1mL，以减少测量滞后时间。

(2)功能：为电导率电极提供一个稳定、可控的测量环境。

2、电导率电极10

(1)结构与类型：

类型：采用两电极式或四电极式电导池。对于便携式装置和高精度测量，四电极式(或称电磁感应式)是更优的选择，因为它能有效消除电极极化效应和电缆电阻的影响，测量精度更高。

电极常数(K)：这是一个关键参数。对于经过EDI处理后电导率很低(通常期望在0.055μS/cm～1μS/cm范围)的超纯水或酸性样水，应选用电极常数较小的电导池，例如K＝0.01或0.1cm^-1，以提高测量灵敏度。

电极材质：电极元件的接触部分通常由耐腐蚀材料制成，如铂(Pt)镀黑(增加有效表面积，减少极化效应)或316不锈钢(成本更低，适用于一定范围)。

集成温度传感器：高品质的电导率电极内置PT100或PT1000铂电阻温度传感器(RTD)，用于实时测量样水温度，并进行自动温度补偿(ATC)。氢电导率标准报告温度为25℃，因此必须将测量值补偿至25℃下的值才有可比性。

(2)关键参数与测量原理：

测量原理：电导率电极通过测量水溶液的电阻(R)来计算电导率(EC)。公式为：EC＝K/R，其中K为电极常数。

测量范围：该电极应能准确测量0.05μS/cm至10μS/cm的范围。

温度补偿：采用标准的线性温度补偿算法，公式近似为：

EC₂₅＝EC_t/[1+α(t-25)]；

其中，EC_t是温度t下测量的电导率，α是温度系数(对于酸性溶液，通常取0.019～0.022/℃)。

安装：电极通过一个标准的1/2英寸NPT或PG13.5螺纹接口密封安装在流通池11上，确保不会泄漏且电极表面完全浸入流动的样水中。

(3)系统集成与数据处理

连接：电导率电极10和温度传感器通过电缆与处理器(通常是内置的微控制器MCU或单板机)连接。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置的测量方法，基于所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置实现，包括：

S1，取样接头(1)与现场的样水管路相连通；

S2，装置通电开关打开，电动截止阀(4)供电，打开，所述处理器基于所采集的样水温度，样水压力和样水流量数据的分析确定电动截止阀(4)、压力控制阀(2)和电去离子模块(14)的操作，包括：

当样水温度检测过高时，所述电动截止阀(4)自动断电关闭，切断样水与测量装置的连接；

控制压力控制阀(2)主路和旁路开口大小，进行压力和流量调节，当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，旁路开口全部打开；

当样水流量检测过低时，自动关闭电去离子模块(14)电源；

S3，样水从淡室入口(8)进入电去离子模块(14)的淡室，进行离子动态交换和离子渗透，将样水中的阳离子去除；

S4，不含阳离子的样水从淡室出口(9)到达流通池(11)，电导率电极(10)进行测量和采集样水电导率数据，完成氢电导率的测量；

S5，样水再从浓室入口(12)进入电去离子模块(14)的浓室，进行电解，产生H⁺、OH^-、H₂、O₂；其中，H⁺通过电离子迁移渗透过阳离子交换膜，再通过离子动态交换还原淡室内阳离子交换树脂；

S6，样水带着H₂、O₂、OH^-和其他离子从浓室出口(13)排出。

实施例三

如图3所示，本实施例提供了一种电子设备，包括处理器306和与处理器306连接的存储器304、驱动器305、电池301和气体报警器302，存储器305存储有多条指令，指令可被处理器加载，驱动器304执行、驱动压力控制阀2、电动截止阀6和电去离子模块14，以使处理器306能够执行如实施例所二的方法，电池301用于实施例一的装置供电，所述气体报警器302用于监测实施例一的装置使用环境中氢气气体浓度，反馈信号包括温度传感器4、压力传感器5和流量传感器7信号。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行氢电导率的测量方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，包括：

取样检测子系统、电去离子子系统、测量子系统及处理器；

所述取样检测子系统与所述电去离子子系统及测量子系统连通，用于控制流入电去离子系统样水的温度、压力和流量；

所述电去离子子系统与所述测量子系统连通，用于去除样水内阳离子；

所述测量子系统与所述电去离子系统相通，用于准确、实时地测量经EDI处理后的样水的电导率，即氢电导率；

所述处理器用于为电导率电极提供稳定的激励信号，采集电极的原始电阻或电导信号和温度信号，以及执行温度补偿算法获得25℃下的氢电导率值，将最终结果输出至显示屏，并传输到外部系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，所述取样检测子系统包括：取样接头(1)、压力控制阀(2)、过滤器(3)、温度传感器(4)、压力传感器(5)、电动截止阀(6)和流量传感器(7)；其中：

所述取样接头(1)的入口与现场的样水管路相连通，所述取样接头(1)的出口与所述压力控制阀(2)的入口相连；

所述压力控制阀(2)用于控制样水压力及流量，将多余样水排出系统外部，并且当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，并将旁路开口全部打开；所述压力控制阀(2)的出口与所述过滤器(3)的入口相连；

所述过滤器(3)的出口与所述电动截止阀(6)的入口通过测量管线连接；

所述温度传感器(4)和压力传感器(5)均设置在所述测量管线的旁路上，用于监测样水的温度和压力并向所述处理器输出与温度和压力对应的数据；

所述流量传感器(7)的入口与所述电动截止阀(6)的出口连接，所述流量传感器(7)的出口与所述电去离子子系统连接，用于监测样水的流量并向所述处理器输出与流量对应的数据；

所述电动截止阀(6)在断电或断水的情况下会被自动关闭，用于锁住所述电去离子子系统内部的样水，当样水温度检测过高时，电动截止阀自动断电关闭，切断样水与系统的连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，所述电去离子子系统包括：淡室入口(8)，淡室出口(9)，浓室入口(12)，浓室出口(13)和电去离子模块(14)；其中：

所述淡室入口(8)与所述淡室出口(9)相通，形成淡室，用于去除样水中的阳离子；

所述淡室出口(9)与所述流通池(11)入口相通；

所述浓室入口(12)与所述浓室出口(13)相通，形成浓室；

所述浓室入口(12)与所述流通池(11)的出口相通；

所述电去离子模块(14)分为淡室和浓室，淡室在浓室中间，所述淡室和浓室的两侧用阳离子交换膜分隔，淡室和浓室内部均填充阳离子交换树脂，两侧浓室设置有正负两极电极板。

4.根据权利要求3所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，所述电去离子模块(14)为“板框式”或“板式”结构，其内部为三明治结构排列，整体序列为：正极板-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的浓室-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的淡室-阳离子交换膜-填充离子交换树脂的浓室-阳离子交换膜-负极板；所述阳离子交换膜为选择性阳离子交换膜CEM，允许阳离子透过，但阻挡阴离子和水分子，所述选择性阳离子交换膜CEM为磺酸基团型的全氟聚合物或苯乙烯-二乙烯苯共聚物，；所述离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂，具有聚苯乙烯基质带有磺酸基团的颗粒，其中，在淡室中，树脂通过离子交换吸附水中的阳离子，在直流电场作用下，吸附的阳离子向负极方向迁移，并透过阳膜进入浓室，同时，水电离产生的H⁺可连续再生树脂，使其始终保持H型状态，实现连续深度脱盐；所述正极板为采用钛基涂覆铱或钌稀有金属氧化物的惰性电极，所述负极板为316不锈钢或钛材，通电后，在正极板上发生氧化反应，在负极板上发生还原反应；所述淡室入口(8)与淡室出口(9)为模块本体上的标准接口，通过管路与装置其他部分连接，所述淡室入口承接来自流量传感器(7)的待处理样水，所述淡室出口将已深度脱盐的酸性样水输送至所述流通池(11)；所述浓室入口(12)与所述浓室出口(13)为标准管路接口，所述浓室入口(12)用于接收一小股来自测量后样水，即流通池出口水，所述流通池出口水作为浓室的载体水，用于接收并从系统中排出从淡室迁移过来的杂质离子；所述浓室出口(13)将含有高浓度杂质离子的废水排出装置。

5.根据权利要求4所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，浓室流量通过一个限流孔板或针阀手动/自动控制，使其流量远低于淡室流量，以形成高离子浓度的浓水。

6.根据权利要求5所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，所述测量子系统包括：流通池(11)和电导率电极(10)；其中：

所述电导率电极(10)设置在所述流通池(11)内，用于实时测量样水氢电导率。

7.根据权利要求6所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置，其特征在于，所述流通池(11)由聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚丙烯材料制成，为流线型无死体积的流动腔体，所述流通池(11)的入口和出口与管路系统连接，内部流道设计为直通式或带有导流槽，确保样水流经电导率电极时能快速响应且无气泡滞留，从而为电导率电极提供一个稳定可控的测量环境；所述电导率电极(10)为两电极式或四电极式电导池，所述电导率电极(10)的电极常数为K＝0.01或0.1cm^-1；电极元件的接触部分由耐腐蚀材料制成，所述耐腐蚀材料为铂(Pt)镀黑或316不锈钢，所述电导率电极(10)内置PT100或PT1000铂电阻温度传感器(RTD)，用于实时测量样水温度，并进行自动温度补偿(ATC)，所述电导率电极(10)通过一个标准的1/2英寸NPT或PG13.5螺纹接口密封安装在所述流通池(11)内；所述电导率电极(10)和温度传感器(4)通过电缆与所述处理器连接。

8.一种基于权利要求1-7任一所述的电去离子的便携式氢电导率测量装置的测量方法，基于所述的一种基于电去离子的便携式氢电导率测量装置实现，包括：

S1，取样接头(1)与现场的样水管路相连通；

S2，装置通电开关打开，电动截止阀(4)供电，打开，所述处理器基于所采集的样水温度，样水压力和样水流量数据的分析确定电动截止阀(4)、压力控制阀(2)和电去离子模块(14)的操作，包括：

当样水温度检测过高时，所述电动截止阀(4)自动断电关闭，切断样水与测量装置的连接；

控制压力控制阀(2)主路和旁路开口大小，进行压力和流量调节，当样水压力过高时，所述压力控制阀(2)自动关闭主路开口，旁路开口全部打开；

当样水流量检测过低时，自动关闭电去离子模块(14)电源；

S3，样水从淡室入口(8)进入电去离子模块(14)的淡室，进行离子动态交换和离子渗透，将样水中的阳离子去除；

S4，不含阳离子的样水从淡室出口(9)到达流通池(11)，电导率电极(10)进行测量和采集样水电导率数据，完成氢电导率的测量；

S5，样水再从浓室入口(12)进入电去离子模块(14)的浓室，进行电解，产生H⁺、OH^-、H₂、O₂；其中，H⁺通过电离子迁移渗透过阳离子交换膜，再通过离子动态交换还原淡室内阳离子交换树脂；

S6，样水带着H₂、O₂、OH^-和其他离子从浓室出口(13)排出。

9.一种电子设备，包括电池、气体报警器和存储器，所述存储器存储有多条指令，处理器用于读取所述指令并执行如权利要求8所述的方法，所述电池用于权利要求1-7任一所述的装置供电，所述气体报警器用于监测权利要求1-7任一所述的装置的使用环境中氢气气体浓度，反馈信号包括所述取样检测子系统的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别采集的温度、压力和流量信号。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如权利要求8所述的方法。