專利名稱：鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法及測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫、強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的溫度測(cè)量方法及其測(cè)量所用的儀表，特別是鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法及測(cè)定儀。
本發(fā)明的目的是按如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。該鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法的特征是它包括以下步驟(1)測(cè)定電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)的初晶溫度；將測(cè)定儀的探頭插入到電解槽中，測(cè)得上述溫度，并以信號(hào)傳出。
(2)將測(cè)定儀探頭輸出的信號(hào)經(jīng)放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電解操作的其它參數(shù)。
所述的其它參數(shù)包括傳熱系數(shù)、電解質(zhì)綜合流速及電解槽中氧化鋁濃度變化量。所述的鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法所用的測(cè)定儀，其特征是是它包括探頭，所述探頭包括熱電偶、金屬球、保護(hù)管，熱電偶位于保護(hù)管內(nèi)，其端部插入到金屬球中。所述熱電偶的端部位于金屬球的幾何中心處。所述的測(cè)定儀還包括二次儀表，包括多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、可編程增益放大器、單片機(jī)、串行通訊接口、開行接口、譯碼器、液晶顯示控制器、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊，從測(cè)量控頭傳來的信號(hào)經(jīng)可編程增益放大器傳至單片機(jī)，經(jīng)串行通訊接口送至計(jì)算機(jī)，單片機(jī)又經(jīng)并行接口、譯碼器、液晶顯示控制器控制液晶顯示模塊的顯示。
在鋁電解過程中，為了管理控制好該電解槽的操作，需要實(shí)時(shí)地了解鋁電解操作中的五個(gè)工藝參數(shù)，以便隨時(shí)根據(jù)該參數(shù)的示值來對(duì)該鋁電解槽實(shí)施有效的控制，提高電解槽的電流效度，減少噸鋁電耗，達(dá)到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量、質(zhì)量的目的。首先測(cè)定電解質(zhì)的初晶溫度，并據(jù)此來用二次儀表計(jì)算出所述的五個(gè)工藝參數(shù)。根據(jù)傳熱原理，在凝固物全部融化完的瞬間，物體的溫度變化率突然上升，出現(xiàn)一個(gè)突變點(diǎn)，這一突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是電解質(zhì)的初晶溫度，如

圖1所示為用本發(fā)明方法測(cè)得的電解質(zhì)溫度曲線，曲線①為溫度曲線，曲線②為溫度變化率曲線，從圖1中的曲線①可以看出，溫度曲線①不再上升(溫度變化速率曲線②接近于零)時(shí)，所顯示的溫度為熔體的溫度(電解質(zhì)溫度)。在溫度變化速率曲線②出現(xiàn)的最后的一個(gè)峰的頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度，即為熔體的初晶點(diǎn)。初晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間(即探頭插入熔體后至此點(diǎn)所需的時(shí)間)，稱為臨界時(shí)間，此值是下一步計(jì)算流速與傳熱系數(shù)的參數(shù)。對(duì)于其它參數(shù)如電解質(zhì)與爐幫之間的傳熱系數(shù)、電解質(zhì)綜合流速，以及電解槽中氧化鋁濃度變化量的數(shù)學(xué)模型均存貯于二次儀表或計(jì)算機(jī)中。
二次儀表是將探頭輸出和毫伏信號(hào)進(jìn)行放大、處理，根據(jù)設(shè)定好的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電解質(zhì)與爐幫之間的傳熱系數(shù)、電解質(zhì)綜合流速以及電解槽中氧化鋁濃度變化量，并以曲線和數(shù)值兩種形式顯示出來。同時(shí)可通過通信接口RS232與計(jì)算機(jī)或其它外設(shè)進(jìn)行通訊。
綜上所述，本發(fā)明采用以探頭實(shí)時(shí)在線測(cè)量初晶溫度的方法，并以此為計(jì)算依據(jù)通過二次儀表進(jìn)行按輸入的軟件快速計(jì)算、顯示出鋁電解操作所需的參數(shù)，以便操作人員根據(jù)測(cè)定結(jié)果對(duì)電解槽不失時(shí)機(jī)地實(shí)施有效的管理和控制，達(dá)到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量、質(zhì)量的目的。
圖1為用本發(fā)明方法測(cè)得的電解質(zhì)溫度曲線，圖2為本發(fā)明測(cè)定儀的測(cè)量探頭示意圖，圖3為本發(fā)明測(cè)定儀的二次儀表硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明測(cè)量方法包括以下步驟如圖2、3，(1)測(cè)定電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)的初晶溫度，測(cè)量?jī)x包括探頭10和二次儀表20二部分，共測(cè)定5個(gè)點(diǎn)，將測(cè)定儀的探頭10插入到電解槽中，測(cè)得電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)初晶溫度，并以電信號(hào)傳出至二次儀表20的測(cè)量接口上。
(2)用測(cè)定儀的二次儀表20將探頭10輸出的測(cè)量電信號(hào)加以放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電解操作的各參數(shù)，表1所示為60KA鋁電解槽5個(gè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果。
表1

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，操作人員可對(duì)鋁電解槽實(shí)施有效的控制。還可將根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行控制電解槽的方法輸入到計(jì)算機(jī)中，實(shí)行計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制。
如圖2所示為測(cè)量探頭10的示意圖，該探頭10包括熱電偶12、金屬球13、保護(hù)管11，熱電偶12位于保護(hù)管11內(nèi)，其端部14插入到金屬球13內(nèi)，該端部14位于金屬球13的幾何中心處，球形探頭是為了實(shí)現(xiàn)一維傳熱，使熱電偶受熱均勻，并保護(hù)了熱電偶使其壽命延長(zhǎng)。一般熱電偶在電解槽中只能測(cè)十幾次就被腐蝕，而本發(fā)明測(cè)頭平均測(cè)量次數(shù)在100次以上。由探頭10將熱信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后將電信號(hào)傳送至二次儀表20進(jìn)行放大處理。
如圖3，二次儀表20包括多路轉(zhuǎn)換開關(guān)21、可編程增益放大器22、單片機(jī)23、串行通訊接口24、并行接口25、譯碼器26、液晶顯示控制器27、時(shí)鐘模塊28、液晶顯示模塊29、從測(cè)量探頭10傳來的信號(hào)可編程增益放大器22傳至單片機(jī)23，經(jīng)串行通訊接口24送至計(jì)算機(jī)40、單片機(jī)23又經(jīng)并行接口25、譯碼器26、液晶顯示控制器27來控制液晶顯示模塊29的晶示，各主要器件的作用①多路轉(zhuǎn)換器21是將測(cè)量信號(hào)，參考信號(hào)以及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)分時(shí)送至單片機(jī)23，然后單片機(jī)再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理。
②采用的可編程增益放大目的是對(duì)不同型號(hào)的熱電偶信號(hào)進(jìn)行不同放大倍數(shù)放大。
③串行通訊接口24電路的作用是將二次儀表信號(hào)送至計(jì)算機(jī)40進(jìn)行其它方面的研究。
④鍵盤30的目的是供操作人操作用。
⑤液晶顯示的作用是人機(jī)對(duì)話用，顯示菜單，曲線等。
⑥單片機(jī)23作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析、運(yùn)算用。
⑦并行接口25電路的目的是擴(kuò)展單片機(jī)接口用。
本二次儀表中，存貯了S分度號(hào)，K分度號(hào)，T分度號(hào)，B分度號(hào)熱電偶的數(shù)學(xué)模型，可滿足不同分度號(hào)的探頭測(cè)量，測(cè)量區(qū)間從100、150、200、250、300、350、400、450、500、550ms間隔數(shù)中選擇，以滿足不同測(cè)量速度要求。
測(cè)定儀的操作步驟①將傳感器插頭插入到二次儀表20測(cè)量接口上。
②根據(jù)二次儀表20要求，選定熱電偶型號(hào)，測(cè)量區(qū)間，曲線存貯號(hào)。
③將探頭10插入電解槽中。
④開始測(cè)量。
⑤當(dāng)測(cè)量至溫度不變時(shí)，停止測(cè)量工作，即可得到電解質(zhì)溫度和電解質(zhì)初晶溫度。
⑥通過二次儀表20的通訊接口24將數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)，根據(jù)提供的軟件計(jì)算電解質(zhì)流速以及電解質(zhì)與爐幫間的傳熱系數(shù)和電解槽中氧化鋁濃度的變化量。
權(quán)利要求
1.鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法其特征是它包括以下步驟(1)測(cè)定電解質(zhì)的溫度、電解質(zhì)的初晶溫度；將測(cè)定儀的探頭插入到電解槽中，測(cè)得上述溫度，并以信號(hào)傳出。(2)將測(cè)定儀探頭輸出的信號(hào)經(jīng)放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電解操作的其它參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征是所述的其它參數(shù)包括傳熱系數(shù)、電解質(zhì)綜合流速及電解槽中氧化鋁濃度變化量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法所用的測(cè)定儀，其特征是它包括探頭，所述探頭包括熱電偶、金屬球、保護(hù)管，熱電偶位于保護(hù)管內(nèi)，其端部插入到金屬球中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法所用的測(cè)定儀，其特征是所述熱電偶的端部位于金屬球的幾何中心處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法所用的測(cè)定儀，其特征是所述的測(cè)定儀還包括二次儀表，包括多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、可編程增益放大器、單片機(jī)、串行通訊接口、開行接口、譯碼器、液晶顯示控制器、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊，從測(cè)量控頭傳來的信號(hào)經(jīng)可編程增益放大器傳至單片機(jī)，經(jīng)串行通訊接口送至計(jì)算機(jī)，單片機(jī)又經(jīng)并行接口、譯碼器、液晶顯示控制器控制液晶顯示模塊的顯示。
全文摘要
鋁電解參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量方法:其特征是:它包括以下步驟:(1)測(cè)定電解質(zhì)的初晶溫度;將測(cè)定儀的探頭插入到電解槽中,測(cè)得上述溫度,并以信號(hào)傳出。(2)將測(cè)定儀探頭輸出的信號(hào)經(jīng)放大、處理,按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出電解操作的其它參數(shù)。本發(fā)明采用的探頭包括熱電偶、金屬球、保護(hù)管,熱電偶位于保護(hù)管內(nèi),其端部插入到金屬球的幾何中心處,本發(fā)明可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定及計(jì)算出鋁電解的重要參數(shù),從而使能對(duì)鋁電解槽實(shí)施有效的自動(dòng)控制提高電解槽的電流效率,減少噸鋁電耗,達(dá)到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量的目的。
文檔編號(hào)C25C3/20GK1352324SQ0113068
公開日2002年6月5日 申請(qǐng)日期2001年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月20日
發(fā)明者張金平, 程留恩, 康全林, 干益人, 劉蓮萍 申請(qǐng)人:程留恩, 張金平