專利名稱：基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，具體地說，是涉及一種基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的鋁電解行業(yè)中在預焙電解槽生產(chǎn)過程中，需要每天進行陽極電流分布的測量，其采用的是離線等距電壓降的人工測量手段進行測量。然而，該種測量方式由于不能消除陽極導桿溫度變化對陽極電流測量帶來的影響，因此其存在著很大的測量誤差；此外，又由于人工測量每次只能測量一個陽極，操作完后再進行下一個陽極的測量，如此反復進行，不僅測量程序繁復，工作量大，而且時間長，效 率低下。由于測量的結(jié)果也不能實時地送入計算機控制系統(tǒng)，而是得需要先把測定結(jié)果提交給相關(guān)人員，然后再由相關(guān)人員按照規(guī)程輸入到控制系統(tǒng)，測量的結(jié)果存在時間差，因此，現(xiàn)有的測量方式并不能真實地反映電解槽陽極電流的分布情況。另外，隨著電解生產(chǎn)過程的進行，陽極高度也需要實時調(diào)整，而隨著電解生產(chǎn)過程的進行，陽極也在不斷地被消耗，這樣每間隔一定的時間就需要調(diào)整陽極導桿和母線的相對位置，因而采用固定安裝的電流測量架就必須要不斷地拆裝測量架，這也給測量工作帶來極大的不便。綜上所述，如果不解決以上問題，陽極電流測量將無法達到預期效果，并且無法真實再現(xiàn)電解槽陽極電流分布狀況和變化趨勢，為操作人員及時調(diào)整陽極高度提供及時準確的數(shù)據(jù)，從而有效防止因陽極電流集中引起的陽極脫落故障，進一步提高電解槽的電流效率，降低陽極消耗，降低電力消耗，進而達到節(jié)約電力能源的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，主要解決現(xiàn)有的測量方式不能真實反映出電解槽陽極電流的分布情況的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，包括控制系統(tǒng)，還包括設(shè)有安裝孔的基板，設(shè)置在該基板上的陽極電流采集器、信號傳輸裝置和推進機構(gòu)，以及安裝在該推進機構(gòu)上的信號采集裝置；所述陽極電流采集器通過無線通訊與該控制系統(tǒng)連接。具體地說，所述信號傳輸裝置包括固定在基板上的支架，以及安裝在該支架上、用于將信號采集裝置采集的信號傳輸至陽極電流采集器的航空插頭。進一步地，所述推進機構(gòu)包括固定在基板上的固定板，設(shè)置在該固定板上的鎖緊卡箍，以及與該鎖緊卡箍連接并可移動的移動軸；所述移動軸與信號采集裝置連接。具體地說，所述信號采集裝置包括與移動軸連接的探針固定架，分別安裝在該探針固定架上并以移動軸為中心對稱分布的第一探針彈簧和第二探針彈簧，與第一探針彈簧連接的第一探針，與第二探針彈簧連接的第二探針，以及安裝在探針固定架上并位于第一探針和第二探針之間的感溫墊板。再進一步地，所述移動軸與探針固定架的連接處還設(shè)有用于防止移動軸移動時發(fā)生轉(zhuǎn)動的防轉(zhuǎn)滑板。由于涉及到探頭對電流的檢測，因此，所述探針固定架由絕緣材料制成。作為優(yōu)選，所述探針固定架由3240絕緣板構(gòu)成。同時，所述基板由不銹鋼或無機非金屬材料制成。在上述硬件基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了該基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置的測量方法，包括以下步驟
(1)通過設(shè)置在基板上的安裝孔將基板安裝到電解槽陽極導桿的母線上； (2)利用推進機構(gòu)推動信號采集裝置以使該信號采集裝置與電解槽陽極導桿緊密接觸，并由信號采集裝置采集電解槽陽極導桿的實時電壓信號和溫度信號；
(3)航空插頭將信號采集裝置采集的電壓信號和溫度信號傳輸至陽極電流采集器，并由陽極電流采集器將其轉(zhuǎn)化為陽極電流信號；
(4)陽極電流采集器將陽極電流信號發(fā)射至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對接收的信號進行轉(zhuǎn)化、處理，得出陽極電流的分布情況。具體地說，所述步驟(2)包括以下步驟
(2a)逆時針旋松鎖緊卡箍，并推動移動軸往靠近陽極導桿的方向移動直至第一探針、第二探針以及感溫墊板均與陽極導桿的表面緊密接觸；
(2b)順時針旋緊鎖緊卡箍，使其鎖定移動軸，此時，第一探針和第二探針采集陽極導桿的實時電壓信號，感溫墊板采集陽極導桿的實時溫度信號。本發(fā)明的設(shè)計原理在于根據(jù)歐姆定律可知，通過一段導體的電流等于該段導體上的電壓除以該段導體的電阻，一段導體的電阻與該段導體的橫截面積、長度、電阻率有關(guān)，而電阻率不僅與導體的材料性質(zhì)有關(guān)，還與溫度的高低有關(guān)，由于陽極導桿的截面積已知恒定不變，因此，當?shù)谝惶结樅偷诙结樀拈g距一定時，其測量的是等距電壓，由于陽極導桿的電阻率也已知，因此，只要測得導桿上一定間距的電壓和該段導桿上的溫度，就可得到陽極導桿的電流。因此，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是將基板安裝到陽極導桿的母線卡具上，使其可以在陽極導桿升降的同時，能夠與陽極導桿一同移動，從而保證兩個探針和感溫墊板與陽極導桿之間不會發(fā)生相對運動，確保測量精度，然后利用鎖緊卡箍帶動移動軸移動，從而使得第一探針、第二探針以及感溫墊板與被測陽極導桿緊密接觸，便可以準確得到該陽極導桿的實時電流和溫度，最后再通過陽極電流采集器將采集的信號發(fā)射到控制系統(tǒng)中便可處理得出測試結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
(I)本發(fā)明設(shè)計合理，整體結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使用效果佳。(2)本發(fā)明巧妙地將理論與實踐相結(jié)合，其采用了一種全新的結(jié)構(gòu)和安裝方式，將基板安裝在陽極導桿的母線卡具上，使得裝置可在陽極導桿升降的同時與陽極導桿一同移動，并通過鎖緊卡箍的旋松來推動移動軸，進而帶動探針和感溫墊板緊貼陽極導桿，使其測出陽極導桿的電流和溫度，最后經(jīng)控制系統(tǒng)得出電流分布情況，本發(fā)明將結(jié)構(gòu)與流程完美銜接，測量裝置與陽極導桿之間不產(chǎn)生相對運動，從而在提升陽極導桿和調(diào)整極距時不需要拆卸和重新安裝，并且采用無線通訊的方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)與測量部分之間的通訊，從而代替了傳統(tǒng)的人工錄入測量數(shù)據(jù)的手段，因此，其達到了在線實時測量、并準確快速地傳遞測量結(jié)果，從而得出陽極電流的分布情況的目的，測量精度非常高，檢測時間也非常短。(3)本發(fā)明利用感溫墊板對陽極導桿的溫度進行實時檢測，可以針對陽極導桿電流的溫度進行外加補償。(4)本發(fā)明設(shè)置了防轉(zhuǎn)滑板，可以防止移動軸在移動時發(fā)生轉(zhuǎn)動，影響探針在導桿上的實際測量間距，從而影響最后測量的精度。(5)本發(fā)明中基板采用不銹鋼或無機非金屬材料制成，因此，其具有耐高溫的特性，可以更好地投入使用，并且進一步提高了整個測量裝置的測量精度。(6)本發(fā)明流程簡潔，能夠有效地對陽極電流進行連續(xù)檢測，而且在檢測時也不 需要其它動力設(shè)備輔助，不僅降低了陽極消耗，節(jié)約電力能源，而且不污染環(huán)境，環(huán)保節(jié)能，工作效率高，本發(fā)明利用較低的成本實現(xiàn)了科技的創(chuàng)新，突破了行業(yè)的限制，其擁有現(xiàn)有技術(shù)無可比擬的巨大優(yōu)勢，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進
止/J/ O(7)本發(fā)明性價比高，針對性強，制造成本、維護成本都很低，易于批量生產(chǎn)，而且性能穩(wěn)定，并且本發(fā)明不僅僅只局限于對鋁電解槽陽極電流進行測量，其也可以適用于任何需要進行感應測量的設(shè)備和裝置，因此，本發(fā)明具有很高的實用價值和推廣價值，適于在市場上大范圍的推廣應用。


圖1為本發(fā)明的主視圖。圖2為本發(fā)明部分零部件的側(cè)視圖。圖3為本發(fā)明的使用狀態(tài)圖。圖4為本發(fā)明的流程示意圖。其中，上述附圖標記對應的零部件名稱為1-控制系統(tǒng)，2-基板，3-安裝孔，4-鎖緊卡箍，5-移動軸，6-固定板，7-探針固定架，8-第一探針，9-第一探針彈簧，10-感溫墊板，11-第二探針，12-第二探針彈簧，13-防轉(zhuǎn)滑板，14-支架，15-航空插頭，16-陽極電流采集器，17-母線卡具。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例如圖1 4所示，本發(fā)明用于測量鋁電解槽陽極電流的實時分布情況，其包括控制系統(tǒng)1、基板2、信號傳輸裝置、推進機構(gòu)、信號采集裝置以及陽極電流采集器16，其中，控制系統(tǒng)I用于對采集的信號進行處理，從而得到陽極導桿的實時電流分布情況，該控制系統(tǒng)I與背景技術(shù)中的控制系統(tǒng)相同，其為現(xiàn)有技術(shù)，因此，不再對其進行詳細介紹。控制系統(tǒng)I通過無線通訊的方式與陽極電流采集器16連接，因此，陽極電流采集器16可以通過無線發(fā)射的形式將信號傳遞至控制系統(tǒng)I。所述陽極電流采集器16安裝在基板2上，而基板2上則設(shè)有安裝孔3，該安裝孔3與陽極導桿的母線卡具17上的螺母相匹配，由于信號傳輸裝置和推進機構(gòu)均安裝在基板2上，而信號采集裝置與推進機構(gòu)連接，因此，通過將安裝孔3推進母線卡具17的螺母后將該螺母旋緊即可將本發(fā)明的檢測部分固定到母線上，使基板2可以隨著母線的移動而移動，從而實現(xiàn)與陽極導桿一同移動，確保兩者之間不會發(fā)生相對運動，保證測量的精度。并且作為優(yōu)選，該基板2由不銹鋼或是無機非金屬材料制成。信號傳輸裝置用于將信號采集裝置采集的信號傳遞至陽極電流采集器16，具體地說，該信號傳輸裝置包括固定在基板2上的支架14和安裝在該支架14上的航空插頭15。航空插頭15為現(xiàn)有技術(shù),其一般由插頭和插座組成,通過插頭、插座的插合和分離來實現(xiàn)電路的連接和斷開，故信號采集裝置采集的信號在航空插頭15的插頭和插座插合時可以通過其傳輸至陽極電流采集器16。
推進機構(gòu)則是用于將信號采集裝置與陽極導桿緊密接觸的機構(gòu)，其包括固定在基板2上的固定板6，設(shè)置在該固定板6上的鎖緊卡箍4，以及與該鎖緊卡箍4連接并由其帶動移動的移動軸5 ;而所述信號采集裝置則包括與移動軸5連接的探針固定架7，分別安裝在該探針固定架7上并以移動軸5為中心對稱分布的第一探針彈簧9和第二探針彈簧12，與第一探針彈簧9連接的第一探針8，與第二探針彈簧12連接的第二探針11，以及安裝在探針固定架7上并位于第一探針8和第二探針11之間的感溫墊板10，感溫墊板10為現(xiàn)有技術(shù)，其由墊板以及安裝在墊板中的電子感溫器構(gòu)成。移動軸5的前端通過螺栓與探針固定架7和感溫墊板10連接，該探針固定架7由絕緣材料制成(或者也可以采用金屬材料制成，然后在其外表面增加絕緣軸套)，作為優(yōu)選，本發(fā)明中，探針固定架7由3240絕緣板構(gòu)成。移動軸5與鎖緊卡箍4配合實現(xiàn)探針固定架7的朝著靠近或遠離陽極導桿的方向移動，第一探針8和第二探針11的前端均呈傘頭狀，后端為螺紋，通過與第一探針彈簧9和第二探針彈簧12配合可使兩個探針頭實現(xiàn)前后移動，在推進的過程中，第一探針8和第二探針11會不斷縮進，由于有第一探針彈簧9和第二探針彈簧12的作用，因此，第一、第二探針始終能保持與陽極導桿的良好接觸，并且此過程會持續(xù)到整個推進過程結(jié)束，同時此推進過程會持續(xù)到感溫墊板10與陽極導桿緊密接觸為止，因此，通過它與第一探針彈簧9和第二探針彈簧12的彈力配合可以方便、快速地將第一、第二探針和感溫墊板10固定于陽極導桿上。此外，在移動軸5移動帶動探針固定架7移動時，為防止移動軸5發(fā)生轉(zhuǎn)動，在移動軸5與探針固定架7 二者的連接處還設(shè)有防轉(zhuǎn)滑板13。通過上述設(shè)置，便可以很好地對陽極導桿的實時電壓和溫度進行測量，從而得出陽極導桿的電流分布情況。如圖3、4所示，本發(fā)明的工作過程如下
(1)通過設(shè)置在基板上的安裝孔將基板安裝到電解槽陽極導桿的母線上；
(2)利用推進機構(gòu)推動信號采集裝置以使該信號采集裝置與電解槽陽極導桿緊密接觸，并由信號采集裝置采集電解槽陽極導桿的實時電壓信號和溫度信號；此過程中，由于可以實時得知陽極導桿的實時溫度，因此可以通過外加的方式對陽極導桿電流的溫度進行補償，使其始終符合測量的要求；
該步驟的具體實施過程為
(2a)逆時針旋松鎖緊卡箍，并推動移動軸往靠近陽極導桿的方向移動直至第一探針、第二探針以及感溫墊板均與陽極導桿的表面緊密接觸；
(2b)順時針旋緊鎖緊卡箍，使其鎖定移動軸，此時，第一探針和第二探針采集陽極導桿的實時電壓信號，感溫墊板采集陽極導桿的實時溫度信號；在采集陽極導桿的溫度信號時；
(3)采集到陽極導桿的實時電壓信號和溫度后，航空插頭將信號采集裝置采集的電壓信號和溫度信號傳輸至陽極電流采集器，并由陽極電流采集器將其轉(zhuǎn)化為陽極電流信號；
(4)陽極電流采集器將陽極電流信號通過無線發(fā)射的方式發(fā)送至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對接收的信號進行轉(zhuǎn)化、處理，最后得出陽極電流的實時分布情況。本發(fā)明采用了一種全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即可在測量陽極導桿電壓的同時檢測其溫度，消除由于陽極導桿溫度變化導致陽極導桿電阻率變化對陽極電流測量帶來的影響，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄y量結(jié)果發(fā)送至控制系統(tǒng)進行處理，其能夠真實地反映電解槽陽極電流的分布情況，并且測量精度高，本發(fā)明的測量部分可以隨著母線的移動而移動，從而使得其能夠與陽極導桿同時移動，步調(diào)時刻保持一致，不需人工頻繁地對其進行安裝和拆卸便可時刻保持陽極導桿的等距電壓實時測量，本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)提出的一大創(chuàng)新和改 進，其具有實質(zhì)性的改進，真正解決了一直困擾著鋁電解行業(yè)的陽極電流測量問題。本發(fā)明可以測量通過任何已知材料導體的電流，因此，其具有很高的實用價值和推廣價值。按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明上做出的一些無實質(zhì)性的改動或潤色，所采用的技術(shù)方案的實質(zhì)仍然與本發(fā)明一致的，也應當在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，包括控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，還包括設(shè)有安裝孔(3)的基板(2)，設(shè)置在該基板(2)上的陽極電流采集器(16)、信號傳輸裝置和推進機構(gòu)，以及安裝在該推進機構(gòu)上的信號采集裝置；所述陽極電流采集器(16)通過無線通訊與控制系統(tǒng)(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述信號傳輸裝置包括固定在基板(2)上的支架(14)，以及安裝在該支架(14)上、用于將信號采集裝置采集的信號傳輸至陽極電流采集器(16 )的航空插頭(15 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述推進機構(gòu)包括固定在基板(2)上的固定板(6)，設(shè)置在該固定板(6)上的鎖緊卡箍(4)，以及與該鎖緊卡箍(4)連接并可移動的移動軸(5);所述移動軸(5)與信號采集裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述信號采集裝置包括與移動軸(5)連接的探針固定架(7)，分別安裝在該探針固定架(7)上并以移動軸(5)為中心對稱分布的第一探針彈簧(9)和第二探針彈簧(12)，與第一探針彈簧(9)連接的第一探針(8)，與第二探針彈簧(12)連接的第二探針(11)，以及安裝在探針固定架(7)上并位于第一探針(8)和第二探針(11)之間的感溫墊板(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述移動軸(5)與探針固定架(7)的連接處還設(shè)有用于防止移動軸(5)移動時發(fā)生轉(zhuǎn)動的防轉(zhuǎn)滑板(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述探針固定架(7)由絕緣材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述探針固定架(7)由3240絕緣板構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任意一項所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置，其特征在于，所述基板(2)由不銹鋼或無機非金屬材料制成。
9.基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)通過設(shè)置在基板上的安裝孔將基板安裝到電解槽陽極導桿的母線上； (2)利用推進機構(gòu)推動信號采集裝置以使該信號采集裝置與電解槽陽極導桿緊密接觸，并由信號采集裝置采集電解槽陽極導桿的實時電壓信號和溫度信號； (3)航空插頭將信號采集裝置采集的電壓信號和溫度信號傳輸至陽極電流采集器，并由陽極電流采集器將其轉(zhuǎn)化為陽極電流信號； (4)陽極電流采集器將陽極電流信號發(fā)射至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對接收的信號進行轉(zhuǎn)化、處理，得出陽極電流的分布情況。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置的測量方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟 (2a)逆時針旋松鎖緊卡箍，并推動移動軸往靠近陽極導桿的方向移動直至第一探針、第二探針以及感溫墊板均與陽極導桿的表面緊密接觸； (2b)順時針旋緊鎖緊卡箍，使其鎖定移動軸，此時，第一探針和第二探針采集陽極導桿的實時電壓信號，感溫墊板采集陽極導桿的實時溫度信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于鋁電解槽陽極電流分布的在線測量裝置及其測量方法，解決現(xiàn)有的測量方式不能真實反映出電解槽陽極電流的分布情況的問題。該在線測量裝置，包括控制系統(tǒng)，設(shè)有安裝孔的基板，設(shè)置在該基板上的陽極電流采集器、信號傳輸裝置和推進機構(gòu)，以及安裝在該推進機構(gòu)上的信號采集裝置；所述陽極電流采集器通過無線通訊與該控制系統(tǒng)連接。通過上述方案，本發(fā)明達到了實時測量陽極導桿的電壓和溫度，從而得出陽極導桿的電流分布情況的目的，本發(fā)明完美地將實踐與理論相結(jié)合，具有設(shè)計巧妙、制作成本低廉、流程簡潔、測量精度高、使用方便、工作效率高的優(yōu)點。
文檔編號C25C3/20GK103014774SQ20131001245
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者郭力, 陳建紅, 牛立群 申請人:四川華索自動化信息工程有限公司