اندازه گیری و کنترل TDS(Total Dissolved Solids) آب، در صنعت، کشاورزی، دامپروری و بهداشت از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستم طراحی و ساخته شده در این مقاله، با نصب بر روی سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس ، TDS آب را اندازه گیری، نمایش و کنترل می نماید. تكنولوژی ساخت سیستم اندازه گیری TDS به گونه ای است که اثر مخرب دما بر اندازه گیری را جبران می کند. همچنین با شرح آزمایش های متعدد انجام شده در پژوهشكده علوم و صنایع غذایی، نحوه کالیبراسیون سیستم اندازه گیری توضیح داده می شود. به منظور کنترل TDS، مدل ریاضی دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس خانگی را با انجام آزمایش های عملی به دست می آوریم. سپس کنترل کننده سیستم را با روش پاسخ نوسانی زیگلر- نیكولز طراحی کرده و مناسب ترین آن را پیاده سازی می کنیم .
اجرای عملیات کنترل TDS نیز از طریق کنترل زمان واقعی و پیوسته شیر مخلوط انجام می شود. این شیر با فیلتر ممبران یا RO(Reverse Osmosis)به صورت موازی بسته می شود و با افزودن یا کاستن آب ورودی این فیلتر به آب خروجی آن، اسباب کنترل TDS را فراهم می سازد. سیستم به دست آمده از این پژوهش، ضمن اخذ تاییدیه های علمی از مراجع ذیصلاح، به تولید نیمه صنعتی رسیده است و دارای کاربردهای فراوانی در صنعت می باشد.
آب طبیعی به علت خاصیت حل کنندگی خویش، معمولا حجم بالایی از نمک های محلول را در خود دارد .2CO هوا نیز به علت حل شدن در آب و تولید اسیدکربنیک ضعیف، خاصیت خورندگی آب را شدت می بخشد. بنابراین آب در زمان عبور از محیط های گوناگون مخصوصا محیط های آهكی، مقداری از کربنات ها را در خود حل می کند. این کربنات ها به همراه یون هایی مثل کلسیم , منیزیم و … باعث ایجاد سختی موقت آب شده که با جوشاندن از بین می رود. البته یونهای منیزیم، کلسیم و سایر یون های فلزی که با سولفات، نیترات و کلرو ایجاد سختی دائم می کنند، با حرارت قابل حذف نیستند. مجموع مواد جامد نامحلول در آب را باTDS نشان می دهند و واحد آن هم برحسب ppm Part Per Million)) می باشد]1[. TDS بالای آب، اثرات زیان بخشی از جمله رسوب در دستگاه های حرارتی و دیگ های بخار، خورندگی بویلر ها و تاسیسات حرارتی، باقی گذاشتن لک روی محصولات غذایی و نساجی، کوتاه تر شدن زمان تولید سنگ کلیه در بدن، از دست دادن طعم و مزه خوب چای و قهوه، دیر پخته شدن حبوبات، کف نكردن صابون و افزایش میزان مصرف آن و در نتیجه مزاحمت در هنگام شستن دست ها را در پی دارد. از سوی دیگر، حذف بیش از اندازه املاحی نظیر کلسیم در دستگاه های معمول تصفیه آب خانگی، علاوه بر تلخی طعم آب موجب پوکی استخوان می شود که از آن به مرگ خاموش تعبیر می شود. اندازه گیری و کنترل TDS آب در بهداشت و صنعت از اهمیت بالایی برخوردار است. با استفاده از سیستم تصفیه آب به روش اسمز معكوس، روزانه 3m 111111 آب شور دریا در لیبی به آب شیرین تبدیل می شود]2[. نحوه عملكرد و ساختار داخلی فیلتر RO که مهمترین بخش سیستم های تصفیه آب اسمز معكوس می باشد، در] 9[ به طور کامل تشریح شده است. به منظور کنترل TDS آب ابتدا بایستی آن را اندازه گیری نماییم. اندازه گیری این پارامتر به طور کلی به دو روش اندازه گیری وزنی و هدایت الكتریكی انجام می شود]11،4[. همچنین در ]4[ ضمن بررسی ارتباط میان TDS با هدایت الكتریكی آب، رابطه ای ارائه شده است که در آن با داشتن هدایت الكتریكی و ضریب ke می توان TDS آب را به دست آورد. بررسی ها و تحقیقاتی نیز در]5[ بر روی آب شیرین منطقه Red hills هندوستان برای به دست آوردن رابطه PID میان TDS و هدایت الكتریكی انجام گرفته است. هدایت الكتریكی را با EC که خلاصه شده کلمه Electrical Conductivity می باشد، نشان می دهند و واحد آن برحسب میكرو زیمنس (µS) می باشد. همچنین آزمایش هایی در] 6[ انجام شده است که حاکی از تغییرات هدایت الكتریكی آب با تغییرات دما می باشد. لذا یک رابطه ریاضی بین هدایت الكتریكی و دمای آب به دست آمده که براساس آن می توان اثر دما بر روی هدایت الكتریكی آب را کاهش داد.
برای کنترل انواع مختلف سیستم ها و پروسه های صنعتی، روش های متعددی وجود دارد. این روش های کنترلی در] 7[ مورد بررسی قرار گرفته شده است. همچنین در] 3-8[ با افزایش دقت مدل ریاضی تخمینی از یک واحد نمک زدایی به روش اسمز معكوس، کنترل آن با استفاده از تكنیک های Feedback/Feed-forward بررسی شده است. با استفاده از منطق فازی، شاخص کیفیت آب رودخانه کارون ایران که عمدتا شامل اکسیژن محلول TDS ، (Dissolved Oxygen)، کدری ،نیترات و PH می باشد؛ را تعیین کرده و به صورت کمّّی به کاربر ارائه می دهد] 11[. نحوه اندازه گیری و کنترل TDS آب در دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس به روش دو نقطه ای، در] 12[ بررسی شده است.
در این مقاله یک روش ابتكاری برای طراحی و ساخت سیستم اندازه گیری EC آب معرفی شده که صحت عملكرد آن در آزمایش های متعدد نشان داده می شود. همچنین به علت ساختار سنسور طراحی شده ،امكان دست یابی به دقت های زیر 5/1 درصد را در بازه های کوچک فراهم می سازد. از نوآوری های این سیستم طراحی و ساخته شده ،اندازه گیری و کنترل TDS آب بر روی دستگاه تصفیه آب صنعتی و خانگی می باشد. تاییدیه شماره 14285/719 پارک علم و فناوری استان خراسان، این ادعا را ثابت می نماید. پیش تر، از سیستم های کنترل TDS تنها در نیروگاه ها و مجتمع های پتروشیمی استفاده شده است که به هیچ عنوان از آنها نمی توان در تصفیه آب استفاده نمود. ولی ما با استفاده از علم کنترل در تصفیه آب شرب و ساخت سیستم اندازه گیری و کنترل مناسب، سلامتی و بهداشت را برای مصرف کنندگان به ارمغان می آوریم.
در ادامه ابتدا به عملكرد سیستم تصفیه آب اسمز معكوس اشاره می کنیم. سپس ضمن معرفی تكنولوژی ساخت سیستم اندازه گیری TDS و همچنین نحوه جبران سازی اثر اغتشاش دما بر آن، به چگونگی تست و کالیبراسیون سیستم اندازه گیری می پردازیم. در ادامه با انجام آزمایش هایی، مدل ریاضی دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس خانگی را به دست می آوریم. با استفاده از مدل به دست آمده و کنترلرهایکلاسیک TDS ،PID آب خروجی دستگاه تصفیه آب را به روش پاسخ فرکانسی زیگلر- نیكولز کنترل می نماییم. در انتها نتایج ساخت ،تست و ارزیابی عملی سیستم اندازه گیری و کنترل TDS به همراه تاییدیه های علمی اخذ شده و همچنین کاربرد آن در صنعت و بهداشت ،مورد بررسی قرار می گیرد
2- چگونگی عملکرد سیستم های تصفیه آب اسمز معکوس
در دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس از چندین فیلتر مختلف استفاده می شود. تعداد و نوع فیلترها، بسته به نوع آب منطقه و استفاده ای که از آن خواهد شد، تعیین می شود. فیلترهای انتهایی از دقت بالاتری نسبت به فیلترهای ابتدایی برخوردار هستند، بنابراین ذرات درشت تر در ابتدای مسیر و ذرات ریزتر در انتهای مسیر حذف می شوند. یكی از این فیلترهای انتهایی، فیلتر RO می باشد. در این فیلتر از یک غشاء نیمه تراوا استفاده شده است که علاوه بر جداسازی ذرات ناخالصی با ابعاد بزرگ ،اکثر مواد شیمیایی و آلودگی های موجود در آب را نیز فیلتر می کند )شكل 1(. معمولا TDS آب خروجی این فیلتر در حدودppm 21 می باشد. این بدین معناست که میزان عناصر موجود در آب مانند کلسیم ،فلوراید، پتاسیم، فیبرها و… به میزان قابل توجهی کم شده و در نتیجه مزه آب طبیعی به سمت تلخی میل می کند. نوشیدن چنین آبی از نظر پزشكان توصیه نمی شود. لازم به تذکر است که غلظت آب مجاز برای شرب کمتر ازppm 911 می باشد. برای رفع این مشكل و کنترل TDS آب خروجی در بازه دلخواه ،از یک شیر مخلوط استفاده می شود. این شیر با فیلتر RO به صورت موازی قرار می گیرد و با تنظیم دستی آن می توان مقداری از آب ورودی این فیلتر را که از املاح زیادی برخوردار است، به خروجی آن اضافه نمود. بدین ترتیب TDS خارج شده از سیستم به حد مطلوب برای کاربر می رسد. اما بدلیل زیاد بودن فشار آب در ورودی شیر مخلوط و فیلتر RO، تغییرات اندک شیر مخلوط توسط اپراتور سبب تغییرات بزرگ TDS آب در خروجی دستگاه تصفیه آب می شود. همچنین به علت تاخیر ذاتی زیادی که این دستگاه ها دارند، کنترل TDS آب به صورت دستی امكان پذیر نمی باشد. از طرف دیگر با توجه به عدم وجود تكنولوژی جبران سازی اثر اغتشاش دما در سنسور های اندازه گیری TDS عمومی موجود در بازار، خطای ناشی از این اغتشاش تاثیر مستقیمی بر روی کنترل دستی TDS می گذارد.
برای رفع این مشكلات در بخش اندازه گیری ،با استفاده از تكنولوژی جبران سازی اثر اغتشاش دما در اندازه گیری، میزان دقت افزایش می یابد. همچنین میزان TDS آب خروجی دستگاه به صورت زمان واقعی و پیوسته اندازه گیری شده و سپس نمایش داده می شود. با داشتن میزان دقیق TDS آب و همچنین طراحی کنترل کننده مناسب ،میزان املاح آب خروجی این دستگاه ها را در بازه دلخواه کنترل می نماییم. صحت عملكرد سیستم و کالیبراسیون به صورت کاملا علمی در آزمایشگاه های مورد تایید وزارت علوم، انجام می شود.
در شكل 2 ساختمان و نحوه عملكرد دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس، به همراه تلفیق آن با ساختار پیشنهادی این پژوهش مشاهده می شود.
شكل 2: شمای کلی سیستم پیشنهادی اندازه گیری و کنترل با حذف اثرات نامطلوب دمایی
همان طور که درشكل 2 مشاهده می شود، فیلتر های ثانویه در نزدیكی تانک ذخیره آب قرار گرفته اند. یكی از این فیلتر ها، فیلتر Mineral می باشد که وظیفه افزودن مواد معدنی لازم به آب را بر عهده دارد. ضمنا با استفاده از فیلتر UV(Ultraviolet) در این قسمت، می توان ویروس ها و باکتری های باقیمانده را حذف نمود.
3- بخش اندازه گیری TDS آب
اندازه گیری TDS آب به دو روش وزنی (Gravimetric TDS) و هدایت الكتریكی (EC) امكان پذیر می باشد. تفاوت عمده این دو روش از دیدگاه عملی بسیار حائز اهمیت است. بدین ترتیب که روش وزنیکاملا آزمایشگاهی بوده و در کنترل پیوسته فرایندهای صنعتی، هیچ گونهجایگاهی ندارد. این در حالی است که روش هدایت الكتریكی به علتسرعت بالای پاسخ دهی خود، به راحتی نقش مهم یک اندازه گیر را درحلقه های کنترلی ایفا می نماید. در زیر هر یک از این روش ها به طور مختصر توضیح داده می شود.
3-1 اندازه گیری TDS آب به روش وزنی
این روش بر مبنای اندازه گیری دقیق وزن مجموع مواد نامحلول، در حجم معینی از آب می باشد. باتوجه به اینكه اندازه حجمی این مواد کمتر ازµm 45/1 بوده، لذا بایستی نمونه آب را از فیلترهایی با همان اندازه عبور داد تا ناخالصی های آن جدا شود. سپس برطبق استاندارد، mL 211 از این محلول را داخل یک بشر ریخته و به مدت 24 ساعت در دمایC 115 حرارت می دهیم تا کاملا تبخیر شود. همچنین به منظور خشک نمودن باقی مانده ها، بایستی آن ها را 2 ساعت دیگر در دمای C 181 قرار دهیم. در نهایت بایستی وزن این مواد را با دقت بسیار بالایی اندازه گیری نموده و به کمک رابطه )1(، TDS آب به دست می آید.
3-2 اندازه گیری TDS آب به روش هدایت الكتریكی
یكی دیگر از روش های اندازه گیری TDS آب، اندازه گیری هدایت الكتریكی) EC( آب می باشد .در رابطه) 2( ارتباط بین TDS و هدایت الكتریكی آب آمده است . در این رابطه با جایگذاری هدایت الكتریكی آب برحسب میكرو زیمنس[s] و ضریبKe که یک عدد ثابت بین 55/1 الی 8/1 است و برحسب نوع آب منطقه در آزمایشگاه شیمی تعیین می شود؛ TDS آب برحسب[ppm] به دست می آید]4[. به عنوان نمونه در] 5[، بر اساس بیست و چهار نمونه آزمایش از آب شیرین منطقه Red hills واقع درکشور هندوستان، ضریب Ke مطابق با شكل 9 به دست آمده است . نتایج حاصل ثابت می کند که در این منطقه، بهترین ضریب برایKe عدد 6517/1 می باشد. لازم به تذکر است که همین ضریب در تمامی آزمایش های این مقاله، با توجه به آب منطقه ای مشهد ،55/1 در نظر گرفته شده است.
3-3 تكنیک ساخت سنسور اندازه گیری EC
به منظور اندازه گیری هدایت الكتریكی آب در سیستم پیشنهادی، نیاز به طراحی و ساخت پرابی داریم که ضمن آب بندی مناسب و مقاومت در مقابل خوردگی، از قابلیت نصب آسان بر روی یک سه راهی ،برخوردار باشد. با نصب این پراب در مسیر آب خروجی فیلتر ممبران، در جایی که آب خروجی این فیلتر با آب خروجی شیر مخلوط مخلوط می شود؛ می توان هدایت الكتریكی آب را به صورت زمان واقعی و پیوسته اندازه گیری نمود. هادی های به کار رفته در این پراب از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند. انتخاب این جنس برای ساخت هادی ها به دلیل مقاوم بودن آن در مقابل خوردگی و عدم ترکیب پذیری آن با اکسیژن می باشد. مجموعه این هادی های فولادی در یک غلاف تفلونی قرار داده می شوند. انتخاب تفلون، به دلیل عایق بودن آن در مقابل جریان الكتریسیته بوده است .
ساخت این غلاف با تراشكاری توسط ماشین های CNC انجام می شود . در شكل 4 نمایی از پراب ساخته شده مشاهده می شود.
شكل 4: نمای روبرویی پراب ساخته شده )شكل سمت چپ(، و نقشه فنی آن )شكل سمت راست
3-4 کالیبراسیون سنسور EC ساخته شده
به منظور اطمینان از صحت عملكرد سیستم اندازه گیری EC آب و کالیبراسیون سنسور طراحی و ساخته شده، آزمایش هایی در پژوهشكده علوم و صنایع غذایی، واقع در پارک علم و فناوری استان خراسان رضوی، صورت گرفت. برای انجام هرچه دقیق تر آزمایش ها، نیاز به تعداد زیادی نمونه آب با غلظت های متفاوت داریم. لذا محلول استاندارد با غلظت ppm 1111 را، در 99 مرحله از طریق افزودن آب مقطر به آن، رقیق می نماییم. هرچه تعداد این مراحل بیشتر شود، بر دقت کالیبراسیون افزوده می شود .لازم به تذکر است که دمای آب را در تمامی مراحل آزمایش رویC 25 ثابت نگه می داریم. مطابق با آزمایش های انجام شده، منحنی های شكل 7 پاسخ سیستم اندازه گیری TDS آب را که در این پژوهش طراحی و ساخته شده است؛ در مقایسه بادستگاه استاندارد اندازه گیری پژوهشكده علوم و صنایع غذایی با نامConductivity/temp/TDS مدل 8302، نشان می دهد.
4– جبران سازی اغتشاش دما در اندازه گیری ec
با توجه به اینكه تغییر دما سبب بروز خطا در تعیین EC آب می شود؛ بهمنظور اندازه گیری و کنترل مناسب TDS آب بایستی اغتشاش دما را جبران سازی نمود.
در اندازه گیری TDS آب به روش اندازهگیری هدایت الكتریكی ،تغییرات دمای آب سبب تغییرات هدایت الكتریكی در دو سر پراب می شود؛ به طوری که با افزایش دما، هدایت الكتریكی افزایش و با کاهش آن، کاهش می یابد .توجه شود که مجموع مواد جامد نامحلول در آب، با افزایش و یا کاهش دما ،تغییری نكرده و ثابت می باشد. اما به دلیل افزایش سرعت حرکت یون های موجود در آب، هدایت الكتریكی بین دو سر پراب افزایش می یابد و در نتیجه اندازه گیری با خطا همراه خواهد بود. منحنی شكل 3، رابطه تغییرات EC را برحسب تغییرات دما نشان می دهد.
برای رفع این مشكل در سیستم طراحی شده می توان با اندازه گیری EC و دمای آب به طور دقیق و جایگذاری آن در رابطه) 3(، خطای حاصل از تاثیر دما بر روی هدایت الكتریكی آب را جبران نمود]6[. C 11 برای یک منطقه خاص کمتر از 2% بوده است.
4-2 پیاده سازی سخت افزاری تئوری جبران سازی اثر دما ما در سیستم طراحی و ساخته شده ،برای اندازه گیری دمای آب از سنسور 160 30SMT با دقت C 7/1 و حد تفكیکC 115/1 استفاده می نماییم. با اندازه گیری EC و دمای آب و نیز با ساخت رابطه )3( در میكروکنترلر، این تكنیک را پیاده سازی میکنیم. همچنین برای دستیابی به دقت های بالا تر، از سنسور 100PT استفاده مینماییم.برای اطلاع از چگونگی اثر دما بر روی سیستم طراحی شده ،آزمایش هایی بدین شرح انجام می شود. ابتدا دمای یک محلول با غلظت ppm 5/479 را تا دمای C 52 افزایش داده، و همزمان با سرد شدن تدریجی آب ،TDS آن را در 28 مرحله ثبت می نماییم. منحنی شكل ذیل نتایج این آزمایش ها را نشان می دهد. لازم به ذکر است که ضریب در این آزمایش ها ،1187/1 در نظر گرفته شده است.
شكل 11: تغییرات آب برحسب تغییرات دما با تكنولوژی جبران سازی اثر دما )شكل آبی رنگ( و بدون جبران سازی اثر دما )سیاه رنگ )
منحنی سیاه رنگ) ( در شكل 11، تغییرات TDS آب را برحسبتغییرات دما نشان می دهد. همان گونه که مشاهده می شود در سیستماندازه گیری که از تكنیک جبران سازی دما استفاده نشده است، افزایش دما سبب افزایش شدید هدایت الكتریكی و به طبع آن، افزایش ناصحیح TDS آب می شود. اما منحنی آبی)( رنگ بیانگر خروجی سیستم اندازه گیری طراحی و ساخته شده در این پژوهش است. در این سیستم از تكنولوژی جبران سازی اثر دما استفاده شده است که دارای مقاومت خوبی در مقابل تغییرات دمای آب می باشد.
5- مدل سازی دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس
پس از طراحی و ساخت سنسور اندازه گیری TDS آب و جبران سازی اثر دما بر روی آن، نوبت به کنترل TDS می رسد. به منظور کنترل مناسب TDS آب، بایستی مدل دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس را به دست آوریم. تكنیک های متفاوتی جهت شناسایی مدل سیستم وجود دارد. ما برای تعیین مدلی ریاضی برای این دستگاه ها، از روش حلقه باز زیگلر-نیكولز (Ziegler-Nichols) استفاده می نماییم]7[. بدین منظور با انجام چند آزمایش در عمل، تخمین مناسبی از مدل این دستگاه ها به دست می آید . برای این کار ابتدا پراب سنسور طراحی شده را به کمک یک سه راهی، در مسیر آب خروجی فیلتر RO و شیر مخلوط، نصب می کنیم .خروجی سنسور را از طریق یک اسیلوسكوپ دیجیتال ساخت شرکت TNM ELECTRONICES مدل 20080A که سرعت نمونه برداری آن،Msps 81 است، به رایانه وصل می کنیم. بدین صورت، تمامی نمونه هایی که به دست می آیند، در یک فایل متنی ذخیره می شوند. سپس بهمنظور اعمال یک ورودی پله به سیستم، شیر مخلوط را به اندازه یک درصد باز کرده و تغییرات TDS آب خروجی دستگاه تصفیه آب مورد آزمایش را ثبت می نماییم. به دلیل استفاده از یک شیر کنترلی 1 الی 11 ولت با قابلیت عملكرد خطی به عنوان شیر مخلوط، ولتاژی معادل 1/1 ولت برای باز کردن یک درصدی شیر، به آن اعمال میشود. لازم به تذکر است که این آزمایش در دمای C 25 انجام شده است. اما در عمل، به علت زیاد بودن تعداد نمونه ها، پردازش اطلاعات حاصل از آزمایش در نرم افزار متلب بسیار سنگین و زمان بر می باشد. از این رو با استفاده از تكنیک های آماری، میانگین هر 11 نمونه آزمایش را به دست آورده و ذخیره می نماییم. سپس مراحل آماده سازی و پردازش اطلاعات را بر روی این نمونه های جدید پیاده سازی میکنیم.
منحنی شكل 11، رفتار حلقه باز دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس را به ازای فرمان باز شدن یک درصدی به شیر مخلوط، نشان می دهد. لازم به ذکر است که ورودی سیستم، همان ولتاژ اعمالی به شیر کنترل و خروجی آن ،TDS آب خارج شده از دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس میباشد.
شكل 11: – رفتار حلقه باز دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس در دمای b ،25 C– تغییر یک درصدی شیر کنترل )شیر مخلوط( به عنوان ورودی پله)
شدت اعوجاج مشاهده شده در منحنی فوق، به علت نویز اندازه گیری در سنسور نیست. اصولا تغییرات رفتاری TDS و فرایند نیز به صورت ناگهانی نمی باشد. بنابراین علت این تغییرات تنها، حد تفكیک پاییین کارت اسیلوسكوپ شرکت TNM است. حد تفكیک 8 بیتی این تجهیز در مقایسه با سیستم اندازه گیری 11 بیتی طراحی شده برای TDS، باعث کاهش 33/9 برابری دقت می شود. لذا نویز مشاهده شده در عمل بسیار کم و قابل چشم پوشی است. پس از به دست آوردن منحنی عكس العمل فرایند سیستم حلقه باز ،اقدام به تعیین مدل تقریبی درجه دوم فرایند می نماییم. برای تعیین مدل سیستم با تقریب مناسب، از ابزار System Identification در Toolbox نرم افزار متلب استفاده می کنیم. بدین ترتیب با استفاده از داده های گردآوری شده آزمایش، تابع انتقال مدل سیستم به صورت رابطه) 11( تقریب زده می شود. به منظور اطمینان از درستی مدل تقریبی، پاسخ پله آن را با رفتار واقعی دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس، مقایسه می کنیم )شكل 12(.
شكل 12: مقایسه رفتار مدل به دست آمده با رفتار واقعی دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس
همان گونه که در شكل 12 مشاهده می شود، پاسخ پله مدل تقریبیبه دست آمده، با دقت بسیار مناسبی رفتار دستگاه تصفیه آب را به ازایتغییرات شیر مخلوط، دنبال می کند.
6- طراحی سیستم کنترل TDS آب
اکنون با داشتن مدل دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس، اقدام به طراحی سیستم کنترل آن می نماییم. سیستم کنترل طراحی شده در این پژوهش، از نوع PID کلاسیک و به روش پاسخ پله زیگلر-نیكولز می باشد. بدین ترتیب که با پیاده سازی انواع PI ،P و PID و همچنین مقایسه رفتار آن ها، مناسب ترین کنترل کننده را انتخاب می نماییم. در این روش از دو پارامتر برای تعیین مشخصه سیستم استفاده می شود. پارامترهای با رسم بیشینه شیب منحنی پاسخ پله، مطابق شكل 19 به دست می آید.
7- نتیجه گیری
کیفیت عملكرد و نوآوری سیستم طراحی شده، در پارک علم و فناوری خراسان بررسی شده است. بنابراین تاییدیه علمی این سیستم با نام “اندازه گیری و کنترل TDS از طریق هدایت سنجی جهت کاربرد در سیستم های تصفیه آب با توانایی حذف اثر دما”، بر اساس مصوبه شماره 2/31/ش م شورای علمی گروه پژوهشی شیمی مواد غذایی پژوهشكده، به شماره 712 صادر شده است . لازم به ذکر است که بخش اندازه گیری TDS آب در پژوهشكده علوم و صنایع غذایی همین پارک بررسی شده و تاییدیه آن هم به شماره 2986/آ/411 صادر گردیده است. همچنین عملكرد بخش جبران سازی اثر دما بر روی اندازهگیری نیز، در این پژوهشكده مورد تست و ارزیابی جداگانه قرار گرفته و تاییدیه این بخش نیز به شماره 2416/آ/411 صادر شده است.سیستم طراحی و ساخته شده با توجه به قابلیت نصب بر روی هر نوع دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس خانگی یا صنعتی ،TDS آب را به صورت دقیق اندازه گیری می کند. همچنین با مدل علمی که از دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس به دست آورده ایم، امكان کنترل پیوسته TDS آب در بازه های دلخواه فراهم می شود. با استفاده از این سیستم، مشكلات دستگاه تصفیه آب اسمز معكوس مرتفع شده و با بهبود کیفیت آب خروجی آن ها، اسباب رضایت مندی کاربران را فراهم می سازد . از مزایای سیستم طراحی شده می توان به اندازه گیری و نمایش پیوسته TDS آب به منظور اطمینان خاطر مصرف کننده از کیفیت آب ،عدم نیاز به کنترل دستی TDS آب، جبران خطای اندازه گیری ناشی از اغتشاش دما، جلوگیری از حذف بی دلیل میزان املاح مفید برای بدن ،بهبود چشمگیر کیفیت آب خروجی با کنترل پیوسته شیر مخلوط ،طولانی تر شدن عمر فیلتر RO با تغییر وضعیت به موقع شیر مخلوط ،کاهش هزینه های تعمیر و نگه داری و همچنین ارتقاء سطح بهداشت در خانواده ها اشاره نمود.
