专利名称：铝电解参数的在线实时测量方法及测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温、强腐蚀环境下的温度测量方法及其测量所用的仪表，特别是铝电解参数的在线实时测量方法及测定仪。
本发明的目的是按如下技术方案实现的。该铝电解参数的在线实时测量方法的特征是它包括以下步骤(1)测定电解质温度、电解质的初晶温度；将测定仪的探头插入到电解槽中，测得上述温度，并以信号传出。
(2)将测定仪探头输出的信号经放大、处理，按设定的数学模型计算出电解操作的其它参数。
所述的其它参数包括传热系数、电解质综合流速及电解槽中氧化铝浓度变化量。所述的铝电解参数的在线实时测量方法所用的测定仪，其特征是是它包括探头，所述探头包括热电偶、金属球、保护管，热电偶位于保护管内，其端部插入到金属球中。所述热电偶的端部位于金属球的几何中心处。所述的测定仪还包括二次仪表，包括多路转换开关、可编程增益放大器、单片机、串行通讯接口、开行接口、译码器、液晶显示控制器、时钟模块、液晶显示模块，从测量控头传来的信号经可编程增益放大器传至单片机，经串行通讯接口送至计算机，单片机又经并行接口、译码器、液晶显示控制器控制液晶显示模块的显示。
在铝电解过程中，为了管理控制好该电解槽的操作，需要实时地了解铝电解操作中的五个工艺参数，以便随时根据该参数的示值来对该铝电解槽实施有效的控制，提高电解槽的电流效度，减少吨铝电耗，达到节能、降耗、提高产量、质量的目的。首先测定电解质的初晶温度，并据此来用二次仪表计算出所述的五个工艺参数。根据传热原理，在凝固物全部融化完的瞬间，物体的温度变化率突然上升，出现一个突变点，这一突变点所对应的温度就是电解质的初晶温度，如
图1所示为用本发明方法测得的电解质温度曲线，曲线①为温度曲线，曲线②为温度变化率曲线，从图1中的曲线①可以看出，温度曲线①不再上升(温度变化速率曲线②接近于零)时，所显示的温度为熔体的温度(电解质温度)。在温度变化速率曲线②出现的最后的一个峰的顶点所对应的温度，即为熔体的初晶点。初晶点所对应的时间(即探头插入熔体后至此点所需的时间)，称为临界时间，此值是下一步计算流速与传热系数的参数。对于其它参数如电解质与炉帮之间的传热系数、电解质综合流速，以及电解槽中氧化铝浓度变化量的数学模型均存贮于二次仪表或计算机中。
二次仪表是将探头输出和毫伏信号进行放大、处理，根据设定好的数学模型计算出电解质与炉帮之间的传热系数、电解质综合流速以及电解槽中氧化铝浓度变化量，并以曲线和数值两种形式显示出来。同时可通过通信接口RS232与计算机或其它外设进行通讯。
综上所述，本发明采用以探头实时在线测量初晶温度的方法，并以此为计算依据通过二次仪表进行按输入的软件快速计算、显示出铝电解操作所需的参数，以便操作人员根据测定结果对电解槽不失时机地实施有效的管理和控制，达到节能、降耗、提高产量、质量的目的。
图1为用本发明方法测得的电解质温度曲线，图2为本发明测定仪的测量探头示意图，图3为本发明测定仪的二次仪表硬件结构示意图。
优选实施例本发明测量方法包括以下步骤如图2、3，(1)测定电解质温度、电解质的初晶温度，测量仪包括探头10和二次仪表20二部分，共测定5个点，将测定仪的探头10插入到电解槽中，测得电解质温度、电解质初晶温度，并以电信号传出至二次仪表20的测量接口上。
(2)用测定仪的二次仪表20将探头10输出的测量电信号加以放大、处理，按设定的数学模型计算出电解操作的各参数，表1所示为60KA铝电解槽5个点测量结果。
表1
根据上述测量结果，操作人员可对铝电解槽实施有效的控制。还可将根据上述参数进行控制电解槽的方法输入到计算机中，实行计算机的自动控制。
如图2所示为测量探头10的示意图，该探头10包括热电偶12、金属球13、保护管11，热电偶12位于保护管11内，其端部14插入到金属球13内，该端部14位于金属球13的几何中心处，球形探头是为了实现一维传热，使热电偶受热均匀，并保护了热电偶使其寿命延长。一般热电偶在电解槽中只能测十几次就被腐蚀，而本发明测头平均测量次数在100次以上。由探头10将热信号转化为电信号，然后将电信号传送至二次仪表20进行放大处理。
如图3，二次仪表20包括多路转换开关21、可编程增益放大器22、单片机23、串行通讯接口24、并行接口25、译码器26、液晶显示控制器27、时钟模块28、液晶显示模块29、从测量探头10传来的信号可编程增益放大器22传至单片机23，经串行通讯接口24送至计算机40、单片机23又经并行接口25、译码器26、液晶显示控制器27来控制液晶显示模块29的晶示，各主要器件的作用①多路转换器21是将测量信号，参考信号以及标准信号分时送至单片机23，然后单片机再对这些信号进行处理。
②采用的可编程增益放大目的是对不同型号的热电偶信号进行不同放大倍数放大。
③串行通讯接口24电路的作用是将二次仪表信号送至计算机40进行其它方面的研究。
④键盘30的目的是供操作人操作用。
⑤液晶显示的作用是人机对话用，显示菜单，曲线等。
⑥单片机23作用是对信号进行解析、运算用。
⑦并行接口25电路的目的是扩展单片机接口用。
本二次仪表中，存贮了S分度号，K分度号，T分度号，B分度号热电偶的数学模型，可满足不同分度号的探头测量，测量区间从100、150、200、250、300、350、400、450、500、550ms间隔数中选择，以满足不同测量速度要求。
测定仪的操作步骤①将传感器插头插入到二次仪表20测量接口上。
②根据二次仪表20要求，选定热电偶型号，测量区间，曲线存贮号。
③将探头10插入电解槽中。
④开始测量。
⑤当测量至温度不变时，停止测量工作，即可得到电解质温度和电解质初晶温度。
⑥通过二次仪表20的通讯接口24将数据送至计算机，根据提供的软件计算电解质流速以及电解质与炉帮间的传热系数和电解槽中氧化铝浓度的变化量。
权利要求
1.铝电解参数的在线实时测量方法其特征是它包括以下步骤(1)测定电解质的温度、电解质的初晶温度；将测定仪的探头插入到电解槽中，测得上述温度，并以信号传出。(2)将测定仪探头输出的信号经放大、处理，按设定的数学模型计算出电解操作的其它参数。
2.根据权利要求1所述的铝电解参数的在线实时测量方法，其特征是所述的其它参数包括传热系数、电解质综合流速及电解槽中氧化铝浓度变化量。
3.根据权利要求1所述的铝电解参数的在线实时测量方法所用的测定仪，其特征是它包括探头，所述探头包括热电偶、金属球、保护管，热电偶位于保护管内，其端部插入到金属球中。
4.根据权利要求3所述的铝电解参数的在线实时测量方法所用的测定仪，其特征是所述热电偶的端部位于金属球的几何中心处。
5.根据权利要求1所述的铝电解参数的在线实时测量方法所用的测定仪，其特征是所述的测定仪还包括二次仪表，包括多路转换开关、可编程增益放大器、单片机、串行通讯接口、开行接口、译码器、液晶显示控制器、时钟模块、液晶显示模块，从测量控头传来的信号经可编程增益放大器传至单片机，经串行通讯接口送至计算机，单片机又经并行接口、译码器、液晶显示控制器控制液晶显示模块的显示。
全文摘要
铝电解参数的在线实时测量方法:其特征是:它包括以下步骤:(1)测定电解质的初晶温度;将测定仪的探头插入到电解槽中,测得上述温度,并以信号传出。(2)将测定仪探头输出的信号经放大、处理,按设定的数学模型计算出电解操作的其它参数。本发明采用的探头包括热电偶、金属球、保护管,热电偶位于保护管内,其端部插入到金属球的几何中心处,本发明可实时准确地测定及计算出铝电解的重要参数,从而使能对铝电解槽实施有效的自动控制提高电解槽的电流效率,减少吨铝电耗,达到节能、降耗、提高产量的目的。
文档编号C25C3/20GK1352324SQ0113068
公开日2002年6月5日 申请日期2001年8月20日 优先权日2001年8月20日
发明者张金平, 程留恩, 康全林, 干益人, 刘莲萍 申请人:程留恩, 张金平