铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及铝电解工艺技术领域，特别涉及一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统。


背景技术：

2.随着电解铝行业技术发展，电解槽系列电流强度逐步提高，槽容量也逐步增大，使得电解槽的稳定运行增加了难度，同时也增加了电解槽生产事故的发生概率，这已经影响到了工作人员的生产安全，也造成了较大的经济损失，因此铝电解槽安全是电解铝生产中的第一要事。
3.铝电解槽阴极钢棒温度及电流分布，是电解槽稳定性及生产安全性的关键因素。目前，铝电解槽阴极钢棒温度及电流分布的监测，主要依靠人工用手持仪表进行周期检测，易出现检测不及时的问题，导致无法提前预判槽况恶化趋势，从而不能及时调整工艺控制思路和干预槽况，严重影响了电解槽的稳定性和生产安全，甚至还会造成安全事故。而且人工检测劳动强度大，运维成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型的实施例提供一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，以实时且准确地检测阴极钢棒的温度和电流分布，并为工作人员掌握电解槽槽况提供数据支持，从而有效地提高铝电解生产安全性。
5.为达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，包括：多个检测装置，多个检测装置分别设置在阴极钢棒上的多个预设检测位置处，各检测装置包括温度检测组件和电压检测组件，温度检测用于检测当前预设检测位置的温度；电压检测组件包括第一电压采集触头和第二电压采集触头，分别设置在阴极钢棒的电流流向上间隔预设检测长度的两个检测点，用于检测两个检测点之间的电压；处理器，处理器分别与多个检测装置通讯连接，接收各检测装置检测到的温度数据和电压数据，并根据接收到的温度数据和电压数据，以及阴极钢棒的横截面积和预设检测长度，计算各预设检测位置处的电流；显示器，显示器与处理器通讯连接，接收并显示各预设检测位置的温度和电流。
6.可选地，计算各预设检测位置的电流，包括：根据当前预设检测位置的温度、阴极钢棒的横截面积和预设检测长度，计算当前预设检测位置处的电阻；根据当前预设检测位置的电阻和电压，计算当前预设检测位置的电流。
7.可选地，电压检测组件还包括包括电压变送器，电压变送器分别与第一电压采集触头和第二电压采集触头连接，并根据第一电压采集触头和第二电压采集触头检测到的电势获得两个检测点之间的电压。
8.可选地，处理器存储接收到的温度数据和电压数据，并生成预设时长内各预设检测位置的温度统计数据和电压统计数据，阴极钢棒的电流统计数据，以及不同预设检测位
置之间的温度统计对比数据和电压统计对比数据。
9.可选地，显示器包括触控显示屏，触控显示屏响应于用户的操作指令，显示温度统计数据、电压统计数据、电流统计数据、温度统计对比数据或电压统计对比数据。
10.可选地，处理器在接收的温度数据指示当前预设检测位置的温度超过预设温度范围时，以及在接收到的电流数据指示阴极钢棒的电流超过预设电流范围时，向显示器发出报警信息；显示器接收并显示报警信息。
11.可选地，检测系统还包括预处理装置，预处理装置包括：ad转换模块，与各检测装置通讯连接，接收各检测装置检测到的温度数据和电压数据，并进行模数转换处理；微处理器，与ad转换模块通讯连接，接收ad转换模块进行模数转换处理后的温度数据和电压数据，并进行预处理，预处理包括过滤处理和/或均值化处理；无线通讯组件，与微处理器通讯连接；微处理器通过无线通讯组件与处理器无线通讯连接，并将预处理后的温度数据和电压数据发送至处理器。
12.可选地，其特征在于，检测系统还包括与多个检测装置数量相同的多个安装机构，各检测装置可分别通过一个安装机构可拆卸地设置在阴极钢棒上的多个预设检测位置处。
13.可选地，安装机构包括安装支架和安装扳手；安装支架包括固定支架、设置在固定支架顶端的顶部夹板以及可移动地套设在固定支架底部的底座，底座上设置有检测元件盒，检测装置可设置在检测元件盒中；在固定支架的底部，位于底座的外侧还套设有紧固弹簧、支撑管和紧固螺栓；固定支架的底端设置有与紧固螺栓相配合的螺纹；支撑管与底座之间连接有定位件；安装扳手包括扳手杆，扳手杆的顶端设置有与紧固螺栓相配合的扳手套筒，扳手杆的底端设置有绝缘杆套和绝缘手柄。
14.可选地，检测元件盒包括设置在盒中的固定件、第一紧固组件和第二紧固组件；固定件设置在检测元件盒的中部，第一紧固组件和第二紧固组件间隔预设检测长度；第一紧固组件包括第一接线螺丝和第一压紧弹簧，第一接线螺丝的底端固定在检测元件盒中，第一接线螺丝的顶端设置有第一电压采集触头，第一压紧弹簧套设在第一接线螺丝的底部；第二紧固组件包括第二接线螺丝和第二压紧弹簧，第二接线螺丝的底端固定在检测元件盒中，第二接线螺丝的顶端设置有第二电压采集触头，第二压紧弹簧套设在第二接线螺丝的底部。
15.本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，通过设置多个检测装置，可在阴极钢棒上的多个检测位置同时检测温度和电压，以及根据检测的温度、电压、阴极钢棒的横截面积和检测电压时两检测点的间隔长度等，计算当前检测位置处的电流，实现了对阴极钢棒的温度及电流的实时检测，还可通过显示器显示阴极钢棒的温度和电流分布信息，为工作人员预判电解槽的实时槽况提供数据支持，从而方便操作人员及时且准确地掌握电解槽的运行槽况，以及预判槽况和预判相应数据的变化趋势，在电解槽运行不稳定时及时调整工艺控制流程，避免出现阴极钢棒损伤、漏槽及其他故障，有效地提高生产安全性。而且，铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，还具有检测准确度高、性能可靠、设备简单、成本较低等优点。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的结构示
意图；
17.图2为本实用新型实施例的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的安装机构的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的检测元件盒的结构示意图。
19.附图标号说明：
20.1、检测装置；11、温度检测组件；12、电压检测组件；2、处理器；3、显示器；4、预处理装置；41、ad转换模块；42、微处理器；43、无线通讯组件；5、安装支架；51、顶部夹板；52、固定支架；53、底座；54、紧固弹簧；55、支撑管；56、紧固螺栓；57、定位件；6、安装扳手；61、扳手杆；62、扳手套筒；63、绝缘杆套；64、绝缘手柄；7、检测元件盒；71、固定件；72、第一电压采集触头；73、第二电压采集触头；74、第一接线螺丝；75、第一压紧弹簧；76、第二接线螺丝；77、第二压紧弹簧。
具体实施方式
21.为了更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流监视系统及其测量装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
23.下面结合附图具体的说明本实用新型所提供的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的具体方案。
24.图1-3示出了本实用新型实施例的一种铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统的结构示意图。
25.参照图1-3，本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统包括多个检测装置1、处理器2和显示器3。
26.其中，多个检测装置1分别设置在阴极钢棒上的多个预设检测位置处，各检测装置1包括温度检测组件11和电压检测组件12，温度检测用于检测当前预设检测位置的温度；电压检测组件12包括第一电压采集触头72和第二电压采集触头73，分别设置在阴极钢棒的电流流向上间隔预设检测长度的两个检测点，用于检测两个检测点之间的电压。处理器2分别与多个检测装置1通讯连接，各检测装置1将检测到的温度数据和电压数据发送至处理器2，处理器2接收各检测装置1检测到的温度数据和电压数据，并根据各预设检测位置的温度数据和电压数据，以及阴极钢棒的横截面积和预设检测长度，计算当前预设检测位置处的电流。显示器3与处理器2通讯连接，处理器2将计算得到的电流数据和接收到的温度数据发送到显示器3，显示器3接收并显示各预设检测位置的温度和电流。
27.根据本实用新型的实施例，阴极钢棒上的多个预设检测位置可根据具体应用场景中，铝电解槽的实际工况以及阴极钢棒的设置位置等因素确定。各预设检测位置处均设置有温度检测组件11和电压检测组件12，温度检测组件11用于实时检测当前预设检测位置的
温度信息，电压检测组件12通过第一电压采集触头72和第二电压采集触头73，实时检测当前预设检测位置处间隔预设检测长度的两个检测点之间的电压。在这里说明，多个预设检测位置处设置的电压检测组件12的两个电压采集触头均间隔预设检测长度，各预设检测位置处检测到的电压实际为等距压降，也即，阴极钢棒电流流向上间隔预设检测长度的两个检测点形成的电压降。
28.以及，阴极钢棒的横截面积为所采用的阴极钢棒的固有信息，可将该横截面积数据预先设置在处理器2中。预设检测长度可根据铝电解槽的实际工况和阴极钢棒的尺寸信息等因素确定，预设检测长度的范围可以是4-8cm，优选为6cm，以避免预设检测长度过小，影响电压检测的准确度；以及避免预设检测长度过大，影响两个电压采集触头的固定安装。
29.一种可选的实施方式中，处理器2根据在计算阴极钢棒的电流时，计算出每个预设检测位置的电流。具体地，对于各预设检测位置，先根据公式r＝(1+αt)ρl/s计算当前预设检测位置的电阻r(也即预设检测长度的阴极钢棒的电阻)，其中，ρ为阴极钢棒的电阻率，α为阴极钢棒的温度系数，t为当前预设检测位置的温度，l为预设检测长度，s为阴极钢棒的横截面积，ρ和α由阴极钢棒的材质决定，可以将ρ、α、l和s一同预先设置在处理器中。然后，再根据计算得到的电阻和检测到的电压，可基于公式i＝u/r计算出当前预设检测位置处的电流。当然，也可以通过公式i＝us/(1+αt)ρl直接计算出各预设检测位置处的电流。
30.这里，相当于计算得到的阴极钢棒上多个预设检测位置处的等距电流，根据并联电路的总电流的计算方式，将计算得到的各预设检测位置处的电流相加即可得到阴极钢棒中的总电流，也即，铝电解槽的系列电流(例如400ka、500ka、600ka等)。
31.以及，显示器3在显示温度数据和电流数据时，可显示阴极钢棒的各预设检测位置的位置信息和对应的温度与电流，也即，显示阴极钢棒的温度和电流分布信息，为工作人员预判电解槽的实时槽况提供数据支持，从而方便操作人员预判槽况以及预判相应数据的变化趋势，在电解槽运行不稳定时及时调整工艺控制流程，避免出现阴极钢棒损伤、漏槽及其他故障，从而提高生产安全性。
32.在本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，相对于现有技术中人工定期检测的方式，不仅降低了人工成本，而且可以更加及时、准确地检测到阴极钢棒的温度和电流信息，有助于工作人员实时掌握电解槽的运行状况。
33.进一步地，处理器2存储接收到的温度数据和电压数据，并生成预设时长内各预设检测位置的温度统计数据和电压统计数据，阴极钢棒的电流统计数据，以及不同预设检测位置之间的温度统计对比数据和电压统计对比数据。存储器将生成的各统计数据发送至显示器3，由显示器3进行显示。
34.存储器将接收到的数据进行存储，形成历史数据库，并根据历史数据库中的数据，生成各类统计数据。这里，统计数据包括但不限于趋势图、对比图、统计表等。例如，预设时长可以为一天、一周或者电解槽的一个运行周期，温度统计数据可以为预设时长内，当前预设检测位置处的温度值变化趋势图；电压统计数据可以为预设时长内，当前预设检测位置处的电压值变化趋势图；电流统计数据可以为预设时长内，阴极钢棒的电流值变化趋势图；以及，温度统计对比数据可以为预设时长内，不同预设检测位置的温度值变化对比图。
35.可选地，显示器3包括触控显示屏，触控显示屏响应于用户的操作指令，显示温度统计数据、电压统计数据、电流统计数据、温度统计对比数据或电压统计对比数据。例如，触
控显示屏上设置有用户交互项，用户可在触控显示屏上进行点击操作，选择需要查看统计数据的预设时长和统计数据的类别，触控显示屏从存储器或者触控显示屏本地调取相应的统计数据进行显示。
36.进一步地，处理器2在接收的温度数据指示当前预设检测位置的温度超过预设温度范围时，以及在接收到的电流数据指示阴极钢棒的电流超过预设电流范围时，向发出报警信息；显示器3接收并显示报警信息，以在工作人员未观察到异常数据时，通过报警信息体型工作人员电解槽运行异常，使工作人员及时调整工艺控制流程。
37.处理器2中设置有预设温度范围和预设电流范围，在接收到的温度数据指示其对应的预设检测位置处的温度，超过预设温度范围的上限值或下限值时，发出温度报警信息；在阴极钢棒的电流超过预设电流范围的上限值或下限值时，发出电流报警信息。这里，温度报警信息中携带对应的当前预设检测位置的具体位置信息，显示器3在显示报警信息，同时还是当前预设检测位置的具体位置信息。
38.优选地，处理器2将报警信息也存储到历史数据库，方便工作人员随时查看报警信息对应的温度数据、电压数据及电流数据，为工作人员进行异常分析、故障分析等提供数据支持。
39.一种可选的实施方式中，温度检测组件11包括热电阻或热电偶式温度传感器，通过将温度传感器紧贴阴极钢棒设置在预设检测位置处，即可实时且准确地检测出预设检测位置处的温度。
40.以及，电压检测组件12还包括包括电压变送器，电压变送器分别与第一电压采集触头72和第二电压采集触头73连接，并根据第一电压采集触头72和第二电压采集触头73检测到的电势获得两个检测点之间的电压。这里，第一电压采集触头72和第二电压采集触头73的材质可采用耐高温钨铜合金材质，以保证所采集电压数据的准确度。
41.在实际应用中，可通过耐高温电缆与温度检测组件11和两个电压采集触头连接，用于传输检测到的温度数据和电压数据，以避免因数据传输线路被损坏而引起的系统故障。
42.进一步地，检测系统还包括预处理装置4，预处理装置4包括ad转换模块41、微处理器42和无线通讯组件43，微处理器42分别与ad转换模块41和无线通讯组件43通讯连接。
43.ad转换模块41还与各检测装置1通讯连接，接收各检测装置1检测到的温度数据和电压数据，并进行模数转换处理后发送到微处理器42。具体地，ad转换模块41可包括和第二ad转换单元，第一ad转换单元与各检测装置1的温度检测组件11通讯连接，用于接收各温度检测组件11检测到的温度数据，并进行数模转换处理；第二ad转换单元与各检测装置1的电压检测组件12通讯连接，用于接收各电压检测组件12检测到的电压数据，并进行数模转换处理。
44.微处理器42接收ad转换模块41进行模数转换处理后的温度数据和电压数据，并进行预处理。这里，预处理可包括过滤处理和/或均值化处理，过滤处理用于过滤掉数据中的噪声数据等，均值处理用于获得设定时长内(例如3s或5s)的数据均值。
45.微处理器42通过无线通讯组件43与处理器2无线通讯连接，并将预处理后的温度数据和电压数据发送至处理器2。这里，无线通讯组件43可采用基于zigbee、4g、5g等无线通讯技术的无线通讯设备。
46.在这里说明，本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统中，处理器2可采用集成有数据收发以及可执行预设程序等功能的现有设备实现，包括但不限于plc、stm等设备。同理，微处理器42也可采用例如arm、单片机等具有数据收发和执行预设程序等功能的现有设备。
47.此外，铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统还包括电源组件(图中未示出)，电源组件与检测系统中的其他部件电连接，用于向各部件供电。
48.在本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统中，还包括多个安装机构，数量与多个检测装置1的数量相同，各检测装置1可分别通过一个安装机构可拆卸地设置在阴极钢棒上的一个预设检测位置处。也就是说，安装机构、检测装置1和预设检测位置是一一对应的。
49.一种可选的实施方式中，如图2所示，安装机构包括安装支架5和安装扳手6。
50.安装支架5包括顶部夹板51、固定支架52和底座53，顶部夹板51设置在固定支架52顶端，底座53可移动地套设在固定支架52底部，底座53上设置有检测元件盒7，检测装置可设置在检测元件盒7中。在固定支架52的底部，位于底座53的外侧，沿远离底座53的方向，还依次套设有紧固弹簧54、支撑管55和紧固螺栓56；固定支架52的底端设置有与紧固螺栓56相配合的螺纹；支撑管55与底座53的底部之间连接有定位件57。
51.安装扳手6包括扳手杆61，扳手杆61的顶端设置有与紧固螺栓56相配合的扳手套筒62，扳手杆61的底端设置有绝缘杆套63和绝缘手柄64。
52.在安装检测装置时，可通过顶部夹板51和底座53夹设在阴极钢棒上，将安装支架5可拆卸地设置在阴极钢棒的预设检测位置处；并且，可通过旋转绝缘手柄64，利用扳手套筒62来拧紧紧固螺栓56，使得支撑管55压缩紧固弹簧54，并向靠近顶部夹板51的方向(远离底端的方向)移动，从而带动定位件57来驱动底座53贴紧阴极钢棒的表面，也即，利用安装扳手6使检测装置贴紧阴极钢棒的表面。
53.进一步地，如图3所示，检测元件盒7包括设置在盒中的固定件71、第一紧固组件和第二紧固组件；固定件71设置在检测元件盒7的中部，第一紧固组件和第二紧固组件间隔预设检测长度。固定件71用于固定温度检测组件，第一紧固组件用于固定第一电压采集触头，第二紧固组件用于固定第二电压采集触头。
54.具体地，第一紧固组件包括第一接线螺丝74和第一压紧弹簧75，第一接线螺丝74的底端固定在检测元件盒7中，第一接线螺丝74的顶端设置有第一电压采集触头72，第一压紧弹簧75套设在第一接线螺丝74的底部。第二紧固组件包括第二接线螺丝76和第二压紧弹簧77，第二接线螺丝76的底端固定在检测元件盒7中，第二接线螺丝76的顶端设置有第二电压采集触头73，第二压紧弹簧77套设在第二接线螺丝的底部。
55.在利用安装扳手6拧紧紧固螺栓56时，支撑管55会带动定位件57来驱动底座53贴紧阴极钢棒，从而带动底座53上的检测元件盒7更加贴紧阴极钢棒，也即，第一电压采集触头72、第二电压采集触头73以及温度检测组件更加贴紧阴极钢棒的表面。
56.本实用新型实施例的铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，通过设置多个检测装置，可在阴极钢棒上的多个检测位置同时检测温度和电压，以及根据检测的温度、电压、阴极钢棒的横截面积和检测电压时两检测点的间隔长度等，计算当前检测位置处的电流，实现了对阴极钢棒的温度及电流的实时检测，还可通过显示器显示阴极钢棒的温度和电流
分布信息，为工作人员预判电解槽的实时槽况提供数据支持，从而方便操作人员及时且准确地掌握电解槽的运行槽况，以及预判槽况和预判相应数据的变化趋势，在电解槽运行不稳定时及时调整工艺控制流程，避免出现阴极钢棒损伤、漏槽及其他故障，有效地提高生产安全性。而且，铝电解槽阴极钢棒温度及电流检测系统，还具有检测准确度高、性能可靠、设备简单、成本较低等优点。
57.需要指出，根据实施的需要，可将本实用新型实施例中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分组合成新的部件，以实现本实用新型实施例的目的。
58.以上实施方式仅用于说明本实用新型实施例，而并非对本实用新型实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、变型或替换，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型实施例的范畴，本实用新型实施例的专利保护范围应由权利要求限定。