专利名称：用于电解过程的自动量热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种量热技术，更具体地说，是涉及一种用于电解过程的自动量热装置。
背景技术：
量热技术是用于测量物质的本征能量，即用于物质基础热量测量的专门技术。通过所测得的热量数据可反映组成系统的物质在物理化学反应前后的能量变化，进而可以推测该系统的热力学状态。
以往对电解产物自身因化学乃至核的变化导致的温度微观效应研究得不多，经过电解处理后，材料的原子分子结构发生变化引起的能量差异，如“超热”效应更是知之甚少。从历史上第一次进行电解水(1800年Nichoson和Carlisle)来生产氢气和氧气的尝试算起至今已经两个世纪过去了，用钯电极电解普通水、进而研究溶氢现象的历史也已经有一百多年了，但很少有人注意到该系统的输出热焓会比输入热焓高的异常现象，也很少有人对此进行深入的研究，更没有发明出相关的检测仪器。这种令人遗憾的状态一直持续到1989年。当时英国的Pons和美国的Fleischmann两位著名电化学家注意到在室温下电解重水会产生很明显的超额热量放出，他们将此现象称为“冷核聚变”，其主要特征之一就是电解系统输出的热能大于输入系统的总电能(即超热)，引起了全球科学界的强烈反响。但由于超热现象的复现率很低，再加上现有的量热技术和量热装置根本无法满足该实验的要求，使得这一现象至今仍然得不到公认。
目前国内外使用的所有量热仪或量热装置的工作原理都是基于传统量热仪的静态测试的，即所测量的样品均为已经制备好的材料，包括固体、气体或液体，如固体橡胶，气体甲烷或液体乙醇，将所测材料放入设定环境如氧气氛绝热的密闭容器中进行加热或燃烧，然后测量材料放出或吸收的热量，并记录在这一过程中的热量变化，最后从记录的热量中减去加热电功率即为该物质在该状态下放出或吸收的热量，最终得到所测材料的热力学数据。如专利号87212029，名称为恒温式自动量热仪，虽然在传统量热仪上进行改进，突出恒温技术，但其结构仍未突破传统量热仪的先天不足，即不能以开放模式工作，因而也就无法解决氢气或氘气在量热桶内与氧气再次复合为水或重水的生成热(-68.317cal/g.mol)引起的负面影响，更不能动态实时监测由于反应物质之间，产物之间以及反应物与产物之间相互作用引起的系统热量变化等等。总之，不能直接用于象电解这样复杂电化学过程的量热动态实时监测。又如专利号为972312451，名称为量热仪热转换装置，其特点是将测量过程中产生的余热水循环使用，从而提高测试精度，减轻工作量，但其结构仍然是传统量热仪的形式。显然，上述传统量热仪或装置都不能动态实时精确地测量物质的热量变化，即对物理化学过程，特别是对反应逆反应过程极为复杂的电化学工程，如电解加工，电解精练以及材料的电解改性等中的系统热量动态变化的量热问题无能为力，在电解精细加工过程中温度的变化对加工质量的影响过去都是凭经验加以控制。在实际的物理化学反应过程中反应物质之间，产物之间，甚至反应物与产物之间都存在着相互作用，所以它们之间由于能量的交换而影响平衡的各个进程。如体系的温度过高会使产品质量变差，温度过低将显著延缓反应速度，产物数量锐减等，氨(H3N)的生产就是一个典型。又如有些反应中的产物不能稳定存在，即只在反应过程中暂时存在，其中氢化钛(TiH)就是一个例子。因此，用传统的量热仪或装置是不可能分析这些物质热量变化的，也不能解决在复杂的大功率的电解过程中微小温度变化过程的实时精确量热问题，更不能满足超长时间连续工作的要求和解决海量测试数据实时存储等问题。
发明内容
本发明的目的在于创造一种用于电解过程的自动量热装置，该装置能够对电解液的电化学过程放出的热量变化进行动态实时精确测试，在多路A-D转换器件的支持下，将热传感器感知的微小现场变量的变化实时采集到计算机系统内，经过快速比较计算，在屏幕上动态显示变化趋势，并实现了测试数据实时存储、数据库远程访问、资源共享等功能，解决了大功率电解过程中微小温度变化的实时精确量热的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于电解过程的自动量热装置，包括有量热系统部分和计算机控制系统部份。按照本发明，该装置的量热系统部分设计为开放式电解槽，还包括有与开放式电解槽配套的两个热电偶、恒温浴槽、冰点稳定器、热电偶信号调理器、热量标定电源、电解直流电源、气压传感器、转换器-接口A/D-I/O、微型(视频)摄像头、长延时录像机、大屏幕监视器、图象转换器和不间断电源UPS。
本装置的开放式电解槽与一个热电偶的一端接通，另一个热电偶的一端与恒温浴槽接通，电解槽与恒温浴槽相通，即电解槽置于恒温浴槽水浴中，两个热电偶的另一端都与冰点稳定器连接，冰点稳定器与热电偶信号调理器连接，两个热电偶感知的温度差经热电偶信号调理器后其信号送经转换器-接口A/D-I/O，再送到计算机控制系统处理；同时在电解槽附近安装一微型摄像头跟踪电解液面高度，以精确测量电解液的损失量，摄像头与长延时录像机连接、还与大屏幕监视器和图像转换器相连接，然后将视频信号转换成数据信号再送到计算机控制系统处理；同时电解槽还与气压传感器连接，以得到压力数据，该数据经转换器-接口A/D-I/O转换后再送到计算机控制系统处理；电解槽与热量标定电源的连接，是为提供模拟热源来动态标定测量精度，其测试信号仍由热电偶送经转换器-接口A/D-I/O后再送计算机控制系统处理；电解直流电源与电解槽连接给予电解槽供电，不间断电源UPS与该装置所有用电系统连接给其供电。
本装置的计算机控制系统部分由五个既相互独立，又互相关联的模块组成，它们是多路实时数据采集系统主控程序，用于订制各种初始参量、通讯状态的设置、数据流的显和输控制的多路实时数据采集；界面管理单元，用于负责各应用程序界面及相关参数的调用、修改与转换；图像编辑模块，用于处理显示、存储、调用与编辑图象数据；数据采集与处理单元，用于将其优先级在各个模块中被设置成最高、主控系统为其分配的时间片最大、保证模块能对高达4组32路的模拟量进行实时数据采集，并将采集到的原始数据进行数字滤波、按预先设定的管道进行运算、显示和存储；数据库管理单元，用于负责将处理前后的数据按时间和类型存入数据库；本发明用于电解过程的自动量热装置，其电解槽是一个真空夹层的石英玻璃杜瓦，其上端用塑料盖帽封口，形成一近似绝热容器，杜瓦电解槽真空夹层的内壁两侧镀有银膜层。杜瓦电解槽上端塑料盖帽上开有对应多个小孔，一热电偶一端穿过盖帽上小孔与杜瓦电解槽接通的，钛丝阴极和铂丝阳极同样经过小孔固定于杜瓦电解槽内，阴极钛丝上安装有高温塑料套管，阳极铂丝是绕制在石英玻璃骨架上，并用有机单向膜放置在阴极和阳极之间，用于隔离电解产物氢和氧，还设置有可关断注液管和可关断排气管，它们也从盖帽上的小孔通入杜瓦电解槽。
在电解槽底部设置有加热电阻，并采用两个以上金属膜精密电阻并联成加热组排的形式，其端部密封后固定在座架上再置于电解槽底部，该加热电阻以提供模拟热源来动态标定测量精度，使该装置的量热精度能方便又准确地校正，加热电阻的引出线从盖帽上的小孔穿出，与热量标定电源连接。
本发明用于电解过程的自动量热装置，其冰点稳定器是一个玻璃杜瓦，玻璃杜瓦上端有一封盖，封盖上开有大小不同的孔，一塑料漏斗的漏管端与一电磁阀的入口端用螺纹连接，该电磁阀出口端通过封盖上中心孔直插玻璃杜瓦内，另一电磁阀置于玻璃杜瓦外，其入口端与一吸管连接，吸管另一端经弯折后从封盖上的小孔插入玻璃杜瓦内，接通电解槽内的热电偶的另一端经过封盖上的小孔插入玻璃杜瓦内，接通恒温浴槽的热电偶的另一端也经过封盖上的小孔插入玻璃杜瓦内。
本装置所用的微型摄像头安装在一个密封装置内，密封装置由不锈钢管和石英玻璃封接而成。该密封装置右侧面一部分为石英玻璃窗，在石英玻璃窗上方与不锈钢管连接处有一水下照明光源，密封装置中央有一空心套管，空心套管中的屏蔽电缆与摄像头连接，还设置有用于调节摄像头高度的空心螺旋调节机构，它与空心套管螺纹连接。在密封装置外、而在电解槽侧面垂直安装一反光刻度标尺，用于度量电解液面高度。密封装置安装在恒温浴槽水浴中与电解槽配套使用。
本发明与现有技术相比具有如下优点1.本装置采用开放式电解槽，以便将电解产生的氢、氧离子迅速地排放至大气，既克服了传统量热仪无法排除氢气或氘气在量热桶内与氧气再次复合为水或重水的生成热量，从而也避免了氢或与氧再次复合的生成热影响测量结果的真实性，又可避免发生纯氢、纯氧混合易燃易爆的危险。
2.本装置解决的是大功率即不小于500瓦的电解系统中微小温度变化实时精确量热的题，对电解系统包括电解液和电极的微量温度变化进行长周期连续跟踪和数据分析。
3.本装置不仅能够达到超长时间连续工作的要求，又能解决海量测试数据实时存储、对测试对象实施闭环控制的需要、以及实现数据库远程访问和资源共享等。
4.本装置的测量精度不低于0.5％，且结构简单，操作方便，易于推广。
5.本装置成本费用低，比引进类似设备节约投资10万元人民币以上。
四
图1是本发明用于电解过程的自动量热装置的方框示意图。
图2是本发明用于电解过程的自动量热装置中开放式杜瓦电解槽结构示意图。
图3是本发明用于电解过程的自动量热装置中冰点稳定器结构示意图。
图4是本发明用于电解过程的自动量热装置中可调节摄像头高度的密封装置示意图。
图5是本发明开放式杜瓦电解槽及密封装置置于恒温浴槽水浴中示意图。
图6是本发明计算机控制系统应用程序流程方框图。
五具体实施例方式
下面结合附图通过对本发明的结构、测量原理、操作过程及实施例作进一步的说明。
图1的框图中，开放式电解槽1替代了原来传统量热仪，还设置了与开放式电解槽配套的热电偶2、3、恒温浴槽4、冰点稳定器5、热电偶信号调理器6、热量标定电源7、电解直流电源8、气压传感器9、转换器-接口A/D-I/O 10、微型摄像头11、长延时录像机12、大屏幕监视器13、图象转换器14和UPS不间断电源15。
本装置的开放式电解槽1与热电偶2的一端接通，热电偶3的一端与恒温浴槽4接通，电解槽还与恒温浴槽相通，即电解槽1置于恒温浴槽4的水浴中，两个热电偶2、3的另一端都与冰点稳定器5连接，冰点稳定器5与热电偶信号调理器6连接，两个热电偶感知的温度差经热电偶信号调理器后其信号送经A/D-I/O转换器-接口10，再送到计算机控制系统16处理；同时在电解槽附近安装一微型摄像头11跟踪电解液面高度并记录，以精确测量电解液的损失量，摄像头11与长延时录像机12连接、摄像头还与大屏幕监视器13和图像转换器14相连接，然后将视频信号转换成数据信号再送到计算机控制系统处理；同时电解槽还与气压传感器9连接，以得到压力数据，该数据经转换器-接口A/D-I/O转换后再送到计算机控制系统处理；电解槽与热量标定电源7连接，以提供模拟热源来动态标定测量精度，其测试信号仍由热电偶送经转换器-接口A/D-I/O后再送计算机控制系统处理；电解直流电源8与电解槽连接给予电解槽供电，UPS不间断电源15与该装置所有用电系统连接给其供电。
图2中，所说开放式电解槽1是一个真空夹层的石英玻璃杜瓦，杜瓦夹层的内壁两侧镀有银膜层17，用塑料盖帽18将其上端口盖住，形成一近似绝热容器，塑料盖帽18上开有对应的多个小孔，热电偶2的一端通过塑料盖帽上小孔固定于电解槽1的电解溶液中，用钛丝作的阴极20和铂丝作的阳极21也穿过盖帽上的小孔通到杜瓦电解槽内，作阴极的钛丝上安装一高温塑料套管22，以保护不用部分阴极丝，这样节约材料，而作阳极的铂丝是绕制在石英玻璃骨架25上，用有机单向膜19卷成环形状置于阴极和阳极间，以隔离电解水的气体产物氢和氧。为了及时弥补电解过程中电解液的损失，设置有预留可关断注液管23，以维持长周期的电解过程，同时为了将电解水的气体产物氢和氧分别排放至大气，达到安全和减小氢、氧可能复合成水的生成热对被测系统热焓变化的影响，设置有相同的可关断排气管24，注液管和排气管也通过盖帽上的小孔通入电解槽。
电解槽底部设置的加热电阻26采用两个以上金属膜精密电阻并联成加热组排的形式，其端部密封后固定于座架上再置于电解槽1的底部，加热电阻26的引出线39从盖帽上的小孔穿出，与热量标定电源7连接。该电阻的设置是为了使本装置的量热精度能方便而又准确地校正，本装置用两只4.7欧/瓦的金属膜精密电阻(0.5％)并联成加热组排，当施加标准直流电源7后，即可对电解过程产生准确的参考热功率，模拟可能出现的“超热”现象，该电阻排的最大加热功率可达5瓦而不致烧毁，这是由于加热电阻的表面直接接触电解液，传热效率很高的缘故。
由于电解水的产物中有大量易燃易爆的氢气(H2)从阳极析出，氧气(O2)从阴极析出，并且为了防止电解槽内的氢(H+)、氧(O-)离子可能重新结合成水时造成热焓变化影响量热精度，该反应式为，
因此将电解槽设计成开放式的，以便使电解产生的氢、氧离子在电解槽内蒸汽压的驱动下迅速排放至大气。
作为自动量热装置的核心，电解槽的设计、制作与装配既要符合精密量热学的要求，又要在功能上满足测量任务的需要，因此本装置选用K分度热电偶作温度传感器是其结构简单，使用方便，中低温段热电势较高，反应速度快，准确度较高等原因。作温度传感器的热电偶用直径0.2毫米的铜丝和康铜丝焊接制作，考虑到热电势由接触电势和温差电势两部分组成，因此要求制成的电偶球形端部尽量小，且圆滑光亮，以使其成分铜∶康铜比尽量接近1∶1，在不同的温差下的热电势较为均匀，然后用0.01级的UJ34电位差计进行定点校准，其相对误差不大于0.2％则符合要求。此外，对合格的热电偶还要在50摄氏度的恒温浴槽内连续测量24小时后检测其温度漂移不大于正负0.2％，以确保热电偶工作的稳定性。
本装置电解槽中作阴极的钛丝选用纯度为99.60％，长度为22.0毫米，直径为4.0毫米的工业钛丝，在使用前要先进行表面打磨、丙酮去污和真空高温400摄氏度的处理。作阳极的铂丝选用纯度为99.99％，长度为1.20米，直径0.15毫米，绕制在直径为25毫米的石英玻璃骨架25上，以增大阳极表面积，提高电解过程的稳定性。阴极上的高温塑料套管22允许使用温度应远大于100摄氏度，本装置采用内径为4.0毫米的聚四氟管。有机单向膜19选择常用流体隔离型，同时膜的使用温度应大于100摄氏度。据此，本装置选择型单透膜，将此膜卷成环形状用于隔离阴极和阳极，起着隔绝产物氢(氘)和氧的作用。
图3中，冰点稳定器是一个玻璃杜瓦，其结构是玻璃杜瓦上端口有一封盖27，封盖上开有相应的大小孔，一塑料漏斗28的漏管端与一电磁阀29入口端用螺纹连接，该电磁阀其出口端穿过封盖上的中心孔直通玻璃杜瓦内，另一电磁阀30置于玻璃杜瓦外，其入口端与一吸管31连接，吸管另一端经弯折后穿过封盖上小孔直通玻璃杜瓦内，该电磁阀出口端通向大气，接通电解槽中的热电偶2和接通恒温浴槽中的热电偶3的另一端也从封盖上的小孔固定于玻璃杜瓦内。
由于本装置采用热电偶测量电路，所以必须为测量电路提供稳定的冰点。冰点稳定器实际上是另一个可以在不中断测量的条件下，连续补充小颗粒冰粉的玻璃杜瓦，0.8升装满冰-水混合物的玻璃杜瓦在室温环境下可稳定提供4小时的冰点参考温度。
冰点稳定器工作原理及过程由人工将配制好的冰粉-水混合体添加在导热性差的塑料漏斗内，当计算机系统采集到冰点温度上升超过允许值±1℃时启动电磁阀29向杜瓦内添加冰粉，同时启动电磁阀30排出较高温度的水，使杜瓦内的冰水体积恒定。液可手动开启电磁阀加注冰粉和排出水，这样在长时间实验中连续有效地维持了冰点温度，保证了温度测量的准确性。
图4中，微型摄像头11安装在一个密封装置32内，密封装置采用不锈钢管和石英玻璃封接而成，密封装置的右侧面一部分为石英玻璃窗35，在石英玻璃窗上方与不锈钢管连接处有一水下照明光源33，密封装置中央有一空心套管36，空心套管中的屏蔽电缆37与摄像头连接，设置的用于调节摄像头高度的空心螺旋调节机构38与空心套管连接，旋转调节机构可轴向调节摄像头高度。在密封装置32外、在电解槽1侧面垂直安装一反光刻度标尺34，用于度量电解液高度。考虑到电解系统的过热焓计算必须要求得电解液因蒸发而造成的摩尔损失量，该微型摄像头的设计安装就是为了进行电解液面跟踪，由于该摄像头必须潜入恒温浴槽的水下工作，故安置了一个相应的密封装置和高度可调的空心螺旋机构、水下照明光源和反光刻度标尺来配合摄像头使用。由于摄像头拍摄电解液面位置的光路中既有水又有曲面玻璃，根据几何光学原理，这类结构可等效成凸透镜。显然，此结构对光测有利的一面是对无视角的直视成像有放大作用；而不利的一面是一旦存在视角，侧视成相的折射误差也被放大。因此微型摄像头上安装的高度调节机构，可使摄像头能准确跟踪电解液面高度的变化，尽量减小折射误差。
图5中，本装置中杜瓦电解槽内盛有水，恒温浴槽也盛有水，电解槽1下部约三分之二置于恒温浴槽4的水浴中，这样测量环境温度被固定，而恒温浴槽提供测量的标准温度。微型摄像头11置于密封装置32内，也潜入恒温浴槽水浴中跟踪电解液面高度变化。而恒温浴槽水浴控制不到的电解槽上部约三分之一要依靠其器壁内层蒸镀的银膜层隔绝热辐射。
本装置的恒温浴槽4采用热容大、成本低、低挥发性的水为介质，为被测对象或反应过程提供稳定的参考温度，本装置选用的是HS-6型超级恒温浴槽。
热电偶信号调理器6对于绝大多数数据采集和控制系统来说，信号调理是不可或缺的。典型的测控系统一般都需要设置信号调理硬件，将传感器的微弱输出信号整理后驳接到数据采集/控制板或模块上。通过信号调理器的各种功能，如信号的放大、隔离、滤波、多路转换以及直接变送调理等，使得数据采集系统的可靠性及性能得到极大地改善。本装置选用ADAM-3011八通道(6路差分、2路单端)隔离型热电偶信号调理器。
热量标定电源7，由于标定电阻功耗很小，故本装置选用WYJ-30X3型直流稳压电源。
电解直流电源8，由于在电解过程的电解液中、尤其是电极附近会产生大量的气泡，造成电解电压的波动，引起输入电功率的测量误差。因此，为了保证测量精度，供电解槽的电源必须使用恒流恒压大功率稳定直流电源。本装置选用DH1716-5D型直流稳压稳流电源。
气压传感器9，电解系统的热焓计算涉及大气压和蒸汽压，但由于后者随电解液的温度上升而增大，直接测量很困难，故用模拟试验数据进行拟合；本装置用HSG-100型有源大气压传感器检测。
A/D-I/O转换器-接口10，由于本装置是按四组实验同时进行设计的，每组实验有5个被测对象电解电流，电解电压，电解液温度，恒温浴槽水温和大气压力，3个备用通道；所以本装置选用PCL-813B32路单端12位逐次逼近式A/D转换器。
长延时录像机12，由于电解周期很长，电解液的损失量随电解时间的延长而增大，且越接近沸点损失速率越大，所以本装置要用长延时录像机记录整个电解过程。
大屏幕监视器13，利用监视器可以实时检测电解槽内电解液的实际容量，也可以将录像机记录的历史图像进行检索、回放和编辑。
图像转换器14，为了方便数字化图像编辑，本装置安置了一套中分辨率图像转换器，对实时或历史图像信号进行动态、静态捕捉，以实时方式进行M-JPEG或MPEG-I格式压缩和全动态显示，并将经过处理的图像信号存入计算机系统。
本装置的测量原理及电解过程是在电解槽中装入电解液水，电解槽下部约三分之二浸没在恒温浴槽水浴中，因此环境温度被固定，热电偶3的一端固定于恒温浴槽4的水浴中，而恒温浴槽提供测量的标准温度，电解槽中的热电偶2和恒温浴槽水浴中的热电偶3将这两个不同温度联系起来，它们之间的温度差就可表征电解过程的热量变化。通过电解直流电源加电，电能从阴、阳极送入电解槽，在电极附近的电解液发生电化学反应；从阴极20附近析出氢气，阳极21附近析出氧气，单向膜19将这两种气体隔离，两种气体分别从排气管24排出；塑料套管22用以精确调节阴极20参与反应的长度，同时电极的原子分子结构也发生变化，当电解时间累计到一定数量时，电极产生“超热”。利用热电偶2感知电解液中的温度变化，然后将用恒温水浴中的热电偶3测得环境温度、电解电压、电解电流、大气压和时间等动态变量，以及实验的初始化参数，如电解液摩尔数，体积等静态常数送入计算机进行处理，并将计算结果存储于计算机系统，同时可以曲线形式绘制在屏幕上。电解过程中电解液质量的损失利用微型摄/录像技术记录并送入计算机系统自动处理。
本装置的实例及操作步骤是将配制好的氘化锂(LiD)溶液灌入电解槽1内；开启不间断电源15，同时检查各设备之间的电气连线及排气装置；在冰点稳定器5中装入适量的冰水混合物；在长延时录像机12中装入空磁带；开启摄像头11，正常后打开计算机16，对系统中大屏幕监视器13，热电偶2、3，图象转换器14，开放式电解槽1，热电偶调理器6，电解直流电源8，热量标定电源7，气压传感器9和转换器-接口A/D-I/O10进行地址检测；如正常则设置系统初始参数，如分配地址号，采样电压范围，温度范围，压力范围，比较阈值和计算参数等，然后用热量标定电源7对系统的测量精度进行标定(每次实验前必须进行的步骤)；实验开始后打开电解直流电源8对电解液实施电解；利用A/D-I/O转换器接口10对从上述各传感器引入的数据流进行采样，比较和计算，并将现场的所有状态一起存入数据库；实验进行过程中，通过屏幕和现场仪表及时添加重水和冰水混合物；并要保证排气系统的通畅。当需要了解重水的消耗量和实验进程时，打开大屏幕监视器13，摄像头11，则视频信号通过图象转换器14转变为数字信号进入计算机系统16；在计算机16中存入数据库，也可显示或打印。
本装置的计算机控制系统用Delphi 4语言自行编制的应用软件选用当前流行的、基于WINDOWS平台的工具语言DELPHI4和数据库语言FOXPRO6编制成纯32位多线程应用软件SAMPLE，参照图6，它由五个既相互独立，又互相关联的模块组成，多路实时数据采集系统主控程序用于管理与调用各个独立模块，使它们协调一致地工作；界面管理单元用于负责各应用程序界面及相关参数的调用、修改与转换；图像编辑模块用于处理显示、存储、调用与编辑图象数据；数据采集与处理单元用于其优先级在各个模块中被设置成最高，主控程序为其分配的时间片最大，保证该模块能对高达4组32路的模拟量进行实时数据采集，并将采集到的原始数据进行数字滤波，按预先设定的管道进行运算，显示和存储；其中运算过程包括直接运算和模型运算，前者是为显示和存储服务的，而后者是为判断过热焓进行的“仿真”运算，包括求解后面将要介绍的量热微分方程。数据库管理单元用于负责将处理前后的数据按时间和类型存入数据库，同时利用DELPHI提供的独特的数据库管理命令，建立同步检索标签，以便后期调用。在完成必要的系统初始化后首先创建数据采样主进程，同时在后台的时钟事件中对电流、电压等多个通道高速扫描，巡回采集各种实时数据；但是在WINDOWS规则下的时钟事件优先级级别很低，许多属于多任务的操作(如项目拖动，窗口启动与关闭和其它过程调用等)都会影响数据采样的时序。为此，在编程时将上述时钟事件纳入基于线程类的多线程模块。这样的处理将始终能保证数据采集的最高优先权。虽然利用DELPHI内嵌的多种特殊控件，如DB CHART控件和DBGRID控件等，前者用于动态显示数采曲线、变换坐标轴和无级放大或缩小历史曲线记录中的任何细节部分，这对分析信噪比较小和变化较快的数据尤为必要；后者可用于显示历史数据表格，有效地提高编程的效率，但这些控件用于高速数据采集时就会暴露出屏幕动态刷新速度慢的弊病。所以还必须编制一段屏显的优化代码来实现屏幕的快速刷新。
本装置的测量精度不低于0.5％，比引进类似设备节约投资10万元人民币以上。准确度高，结构简单，操作方便，易于推广。
计算机数据处理程序(Delphi语言编制)步骤1.显示欢迎界面，点击菜单，允许设置/修改采样参数组号，通道号，电平范围，极性选择，是否选用图像监测，设定电解电压/电流，大气压力，温度的预测值，输入电解液的初始值等；2.若选用图像监测，则初始化图像转换器，并同步摄像头；检测通过则启动摄像机和录像机开始全程录像；3.初始化A/D-I/O接口，并检测返回信号；若通过则进行下面的步骤；4.比较检测信号，校正电压/电流/大气压强/温度；5.巡回采集各路数据，并进行数字滤波，最大深度为10级；将各路温度信号与设定过热温度阈值比较，若超过则记录在硬盘文件中，同时启动图像转换器在硬盘中保留此时的图像；所有数据均以FoxPro数据库格式保存；6.计算每组中的两路热电偶信号之差，根据量热微分方程计算得到的过热信号，并将该信号另存文件；此时既可以随即查看当时的过热曲线，亦可在当天0点更换保存文件前由计算机自动回显该日的全部过热曲线；7.在调用过热计算程序之前，需要根据记录的图像信号输入即时的电解液损失量和坐标变换参数；8.根据用户的要求可显示欢迎界面，数据实时采集曲线界面，数据实时采集数据界面，数据采集曲线历史界面，数据采集数据历史界面，图像实时显示界面，图像显示历史界面，过热曲线(无级放大/缩小)界面，同时显示四组曲线/数据界面，单选一组曲线/数据界面和用户设置界面。
权利要求
1.一种用于电解过程的自动量热装置，包括量热系统部分和计算机控制系统部分，其特征在于该装置的量热系统部分设计为开放式电解槽(1)，还包括有与开放式电解槽配套的热电偶(2)(3)、恒温浴槽(4)、冰点稳定器(5)、热电偶信号调理器(6)、热量标定电源(7)、电解直流电源(8)、气压传感器(9)、转换器-接口A/D-I/O(10)、微型摄像头(11)、长延时录像机(12)、大屏幕监视器(13)、图像转换器(14)和不间断电源UPS(15)，所说开放式电解槽(1)与热电偶(2)的一端接通，热电偶(3)的一端与恒温浴槽(4)接通，电解槽(1)与恒温浴槽(4)相通，即电解槽置于恒温浴槽水浴中，热电偶(2)(3)的另一端都与冰点稳定器(5)连接，冰点稳定器(5)与热电偶信号调理器(6)连接，两个热电偶感知的微小温度差经热电偶信号调理器后其信号送经转换器-接口A/D-I/O(10)，再送到计算机控制系统；电解槽附近安装的微型摄像头(11)与长延时录像机(12)、大屏幕监视器(13)和图像转换器(14)相连接，然后将视频信号转换成数据信号再送到计算机控制系统；同时电解槽(1)还与气压传感器(9)连接，以得到压力数据，该数据经转换器-接口A/D-I/O(10)后再送到计算机控制系统；电解槽连接的热量标定电源(7)，以提供模拟热源来动态标定测量精度，其测试信号仍由热电偶送经转换器-接口A/D-I/O后再送计算机控制系统；电解槽由电解直流电源(8)供电，不间断电源UPS(15)与该装置所有用电系统连接给其供电，该装置的计算机控制系统部分包括既相互独立，又互相关联的五个模块，它们是用于订制各种初始参量、通讯状态的设置和数据流的显示、输出控制的多路实时数据采集系统主控程序；用于负责各应用程序界面及相关参数的调用、修改与转换的界面管理单元；用于处理显示、存储、调用与编辑图象数据的图象编辑模块；用于将其优先级在各个模块中被设置成最高、主控系统为其分配的时间片最大、保证该模块能对高达4组32路的模拟量进行实时数据采集，并将采集到的原始数据进行数字滤波、按预先设定的管道进行运算、显示和存储的数据采集与处理单元；用于负责将处理前后的数据按时间和类型存入数据库的数据库管理单元；
2.如权利要求1所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于开放式电解槽(1)是一个真空夹层的石英玻璃杜瓦，其夹层的内壁两侧镀有银膜层(17)，杜瓦电解槽的上端有一塑料盖帽(18)，以形成一近似绝热容器，塑料盖帽上开有多个小孔，热电偶(2)一端穿过盖帽上小孔与电解槽接通的，用钛丝作的阴极(20)和铂丝作的阳极(21)同样穿过小孔通入杜瓦电解槽内，阴极(20)钛丝上安装有高温塑料套管(22)，阳极(21)的铂丝是绕制在石英玻璃骨架(25)上，并用有机单向膜(19)放置在阴极和阳极之间，还设置有可关断注液管(23)和可关断排气管(24)，它们也从盖帽上的小孔通入杜瓦电解槽。
3.如权利要求1或2所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于电解槽(1)底部设置有加热电阻(26)，并采用两个以上金属膜精密电阻并联成加热组排的形式，其端部密封后用座架固定再置于电解槽底部，以使该装置的量热精度能方便又准确地校正，加热电阻(26)的引出线(39)从盖帽上的小孔穿出，与热量标定电源(7)连接。
4.如权利要求1所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于冰点稳定器(5)是一个玻璃杜瓦，其上端有一封盖(27)，封盖上开有大小不同的孔，一塑料漏斗(28)的漏管端与电磁阀(29)入口端用螺纹连接，该电磁阀出口端通过封盖上中心孔直插杜瓦内，另一电磁阀(30)置于玻璃杜瓦外，其入口端与一吸管(31)连接，吸管另一端经弯折后从封盖上的小孔插入玻璃杜瓦内，接通电解槽(1)的热电偶(2)的另一端经过封盖上小孔再插入玻璃杜瓦内，接通恒温浴槽(4)的热电偶(3)的另一端也经过封盖上小孔再插入玻璃杜瓦内。
5.如权利要求1所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于微型摄像头(11)安装在一个密封装置(32)内，密封装置由不锈钢管和石英玻璃封接而成。
6.如权利要求5所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于该密封装置右侧面一部分为石英玻璃窗(35)，在石英玻璃窗上方与不锈钢管连接处有一水下照明光源(33)，密封装置中央有一空心套管(36)，空心套管中的屏蔽电缆(37)与摄像头连接，还设置有用于调节摄像头高度的空心螺旋调节机构(38)，它与空心套管螺纹连接。
7.如权利要求5或6所述的用于电解过程的自动量热装置，其特征在于在密封装置(32)外、而在电解槽侧面垂直安装一反光刻度标尺(34)。
全文摘要
本发明是一种用于电解过程的自动量热装置，有量热部分和计算机系统部分，量热电解槽与它配套的一热电偶一端连接，另一热电偶一端与恒温浴槽连接，两热电偶另一端连接到冰点稳定器，两热电偶感知的温度变化则可表征测量热量，将其信号经调理器后到转换器再送计算机系统；电解槽还与气压传感器连接，将压力数据转换后送计算机系统；跟踪电解槽液面高度的摄像头与录像机、大屏幕监视器和图象转换器连接，将视频信号转换成数据信号也送计算机系统；用于本装置的计算机控制系统由五个既相互独立，又互相关联的模块组成。本装置能够超长时间连续工作，对电解加工过程测控及质量均可实行量化控制，使产品质量和加工效率明显提高。
文档编号C25B15/02GK1530467SQ0311745
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月17日 优先权日2003年3月17日
发明者苟清泉, 张清福, 孙悦 申请人:四川大学