專利名稱：鋁電解參數(shù)的在線實時測量方法及測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫、強腐蝕環(huán)境下的溫度測量方法及其測量所用的儀表，特別是鋁電解參數(shù)的在線實時測量方法及測定儀。
本發(fā)明的目的是按如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。該鋁電解參數(shù)的在線實時測量方法的特征是它包括以下步驟(1)測定電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)的初晶溫度；將測定儀的探頭插入到電解槽中，測得上述溫度，并以信號傳出。
(2)將測定儀探頭輸出的信號經(jīng)放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計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)的在線實時測量方法所用的測定儀，其特征是是它包括探頭，所述探頭包括熱電偶、金屬球、保護管，熱電偶位于保護管內(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、串行通訊接口、開行接口、譯碼器、液晶顯示控制器、時鐘模塊、液晶顯示模塊，從測量控頭傳來的信號經(jīng)可編程增益放大器傳至單片機，經(jīng)串行通訊接口送至計算機，單片機又經(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，需要實時地了解鋁電解操作中的五個工藝參數(shù)，以便隨時根據(jù)該參數(shù)的示值來對該鋁電解槽實施有效的控制，提高電解槽的電流效度，減少噸鋁電耗，達到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量、質(zhì)量的目的。首先測定電解質(zhì)的初晶溫度，并據(jù)此來用二次儀表計算出所述的五個工藝參數(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)一個突變點，這一突變點所對應(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，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)的最后的一個峰的頂點所對應(yīng)的溫度，即為熔體的初晶點。初晶點所對應(yīng)的時間(即探頭插入熔體后至此點所需的時間)，稱為臨界時間，此值是下一步計算流速與傳熱系數(shù)的參數(shù)。對于其它參數(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算機中。
二次儀表是將探頭輸出和毫伏信號進行放大、處理，根據(jù)設(shè)定好的數(shù)學(xué)模型計算出電解質(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。同時可通過通信接口RS232與計算機或其它外設(shè)進行通訊。
綜上所述，本發(fā)明采用以探頭實時在線測量初晶溫度的方法，并以此為計算依據(jù)通過二次儀表進行按輸入的軟件快速計算、顯示出鋁電解操作所需的參數(shù)，以便操作人員根據(jù)測定結(jié)果對電解槽不失時機地實施有效的管理和控制，達到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量、質(zhì)量的目的。
圖1為用本發(fā)明方法測得的電解質(zhì)溫度曲線，圖2為本發(fā)明測定儀的測量探頭示意圖，圖3為本發(fā)明測定儀的二次儀表硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
優(yōu)選實施例本發(fā)明測量方法包括以下步驟如圖2、3，(1)測定電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)的初晶溫度，測量儀包括探頭10和二次儀表20二部分，共測定5個點，將測定儀的探頭10插入到電解槽中，測得電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)初晶溫度，并以電信號傳出至二次儀表20的測量接口上。
(2)用測定儀的二次儀表20將探頭10輸出的測量電信號加以放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計算出電解操作的各參數(shù)，表1所示為60KA鋁電解槽5個點測量結(jié)果。
表1

根據(jù)上述測量結(jié)果，操作人員可對鋁電解槽實施有效的控制。還可將根據(jù)上述參數(shù)進行控制電解槽的方法輸入到計算機中，實行計算機的自動控制。
如圖2所示為測量探頭10的示意圖，該探頭10包括熱電偶12、金屬球13、保護管11，熱電偶12位于保護管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，球形探頭是為了實現(xiàn)一維傳熱，使熱電偶受熱均勻，并保護了熱電偶使其壽命延長。一般熱電偶在電解槽中只能測十幾次就被腐蝕，而本發(fā)明測頭平均測量次數(shù)在100次以上。由探頭10將熱信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后將電信號傳送至二次儀表20進行放大處理。
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、時鐘模塊28、液晶顯示模塊29、從測量探頭10傳來的信號可編程增益放大器22傳至單片機23，經(jīng)串行通訊接口24送至計算機40、單片機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是將測量信號，參考信號以及標準信號分時送至單片機23，然后單片機再對這些信號進行處理。
②采用的可編程增益放大目的是對不同型號的熱電偶信號進行不同放大倍數(shù)放大。
③串行通訊接口24電路的作用是將二次儀表信號送至計算機40進行其它方面的研究。
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對話用，顯示菜單，曲線等。
⑥單片機23作用是對信號進行解析、運算用。
⑦并行接口25電路的目的是擴展單片機接口用。
本二次儀表中，存貯了S分度號，K分度號，T分度號，B分度號熱電偶的數(shù)學(xué)模型，可滿足不同分度號的探頭測量，測量區(qū)間從100、150、200、250、300、350、400、450、500、550ms間隔數(shù)中選擇，以滿足不同測量速度要求。
測定儀的操作步驟①將傳感器插頭插入到二次儀表20測量接口上。
②根據(jù)二次儀表20要求，選定熱電偶型號，測量區(qū)間，曲線存貯號。
③將探頭10插入電解槽中。
④開始測量。
⑤當(dāng)測量至溫度不變時，停止測量工作，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)送至計算機，根據(jù)提供的軟件計算電解質(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)的在線實時測量方法其特征是它包括以下步驟(1)測定電解質(zhì)的溫度、電解質(zhì)的初晶溫度；將測定儀的探頭插入到電解槽中，測得上述溫度，并以信號傳出。(2)將測定儀探頭輸出的信號經(jīng)放大、處理，按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計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)的在線實時測量方法，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)的在線實時測量方法所用的測定儀，其特征是它包括探頭，所述探頭包括熱電偶、金屬球、保護管，熱電偶位于保護管內(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)的在線實時測量方法所用的測定儀，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)的在線實時測量方法所用的測定儀，其特征是所述的測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、串行通訊接口、開行接口、譯碼器、液晶顯示控制器、時鐘模塊、液晶顯示模塊，從測量控頭傳來的信號經(jīng)可編程增益放大器傳至單片機，經(jīng)串行通訊接口送至計算機，單片機又經(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)的在線實時測量方法:其特征是:它包括以下步驟:(1)測定電解質(zhì)的初晶溫度;將測定儀的探頭插入到電解槽中,測得上述溫度,并以信號傳出。(2)將測定儀探頭輸出的信號經(jīng)放大、處理,按設(shè)定的數(shù)學(xué)模型計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、保護管,熱電偶位于保護管內(nèi),其端部插入到金屬球的幾何中心處,本發(fā)明可實時準確地測定及計算出鋁電解的重要參數(shù),從而使能對鋁電解槽實施有效的自動控制提高電解槽的電流效率,減少噸鋁電耗,達到節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)量的目的。
文檔編號C25C3/20GK1352324SQ0113068
公開日2002年6月5日 申請日期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 申請人:程留恩, 張金平