一种稀土熔盐电解槽温度检测装置及系统的制作方法

本发明涉及电解生产工艺远程检测温度领域，特别是涉及一种稀土熔盐电解槽温度检测系统。

背景技术：

稀土具有优良的光电磁等物理特性，是改造传统产业、发展新兴产业及国防科技工业不可缺少的关键元素，稀土已成为国家的战略资源之一。稀土金属生产能耗较高、生产过程的机械自动化程度低，稀土金属的生产仍依靠人工完成，生产过程依赖电解工的经验进行操作，导致稀土金属的生产受人为的因素影响大，产品质量不稳定，严重制约了稀土电解工艺的发展水平。

电解槽的电解温度是生产稀土金属的一个非常重要的工艺参数。电解温度直接影响产品的产量、质量以及电解效率，进而影响电解稀土金属加工的成本。在实际生产中工人凭肉眼观察熔盐颜色来判断电解温度，进行加料换极等相应操作。这种纯人工操作容易造成电流效率低下和原料浪费大。能否进行在线检测并实时变送槽内熔盐温度是实现稀土熔盐电解自动化亟待解决的问题。

目前，稀土熔盐温度检测采用的人工就地显示的方式主要包括以下两种：

方式1：采用红外测温仪进行测量，只能测量熔盐表面的温度，无法测量槽底或熔盐内部的温度；由于稀土熔盐电解过程中会产生含氟气体并具有腐蚀功能，红外测温仪长期置于电解槽上方会腐蚀测温仪的镜头；

方式2：将温度传感器热电偶放在陶瓷或其他材料做成的套管内，再固定在电解熔盐内进行测温，测量的数据就地显示，不能进行远程监测和显示。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种稀土熔盐电解槽温度检测装置及系统，可以实时检测稀土电解过程中电解槽内任何部位的温度并实现远程监测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种稀土熔盐电解槽温度检测装置，所述温度检测装置包括：固定装置、旋转凹槽、水平伸缩机械臂、垂直伸缩机械臂、热电偶和套管；

所述固定装置的上端设置有所述旋转凹槽；所述水平伸缩机械臂卡在所述旋转凹槽中，所述水平伸缩机械臂远离所述旋转凹槽的一端与所述垂直伸缩机械臂连接；所述垂直伸缩机械臂的下端固定有所述套管；所述热电偶焊接在所述套管内。

可选的，所述水平伸缩机械臂包括：第一线性导轨和第一滚珠丝杠；

所述第一线性导轨与所述第一滚珠丝杠通过螺纹固定连接；所述第一线性导轨卡在所述旋转凹槽中；所述第一滚珠丝杠远离所述旋转凹槽的一端与所述垂直伸缩机械臂连接。

可选的，所述垂直伸缩机械臂包括：第二线性导轨、第二滚珠丝杠和限位开关；

所述第二线性导轨与所述水平伸缩机械臂远离所述旋转凹槽的一端连接；所述第二滚珠丝杠的下端固定有所述套管；所述限位开关固定在所述第二线性导轨的下端。

可选的，所述热电偶与所述套管之间的焊接部分上设置有第一排气孔；所述套管的的上端设置有第二排气孔。

一种稀土熔盐电解槽温度检测系统，所述温度检测系统包括：权利要求1-4中任一项的温度检测装置、信号采集电路、微处理器、通信接口电路和上位机；

所述温度检测装置的热电偶的信号输出端与所述信号采集电路连接，所述温度检测装置用于检测电解槽内稀土熔盐的温度，并将熔盐温度信号传输给所述信号采集电路；

所述信号采集电路与所述微处理器连接，所述信号采集电路用于对熔盐温度信号进行采样，并将采样后的熔盐温度信号传输给所述微处理器；

所述微处理器与所述上位机通过所述通信接口电路连接，所述微处理器用于对处理后的熔盐温度信号进行去躁滤波处理，并将去躁滤波处理后的熔盐温度信号通过通信接口电路传输给所述上位机；

所述上位机用于将熔盐温度信号转换成温度值，并显示和存储所述温度值。

可选的，所述温度检测系统还包括：信号干扰抑制电路；

所述信号干扰抑制电路设置在所述信号采集电路和所述微处理器之间，所述信号干扰抑制电路用于对采样后的熔盐温度信号进行共模抑制干扰处理，并将处理后的熔盐温度信号传输给所述微处理器。

可选的，所述信号干扰抑制电路包括差分放大电路；

所述差分放大电路包括第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和电容器；

所述第一放大器的反向输入端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端接地；所述第一放大器的输出端与所述第三电阻的一端连接；

所述第二放大器的同相输入端与分别所述第二电阻的一端和所述第三电阻的另一端连接；所述第二放大器的反向输入端和所述第二放大器的输出端均与所述第一电阻的一端连接；所述第一电阻的另一端和所述第一放大器的同向输入端均与所述电容的一端连接。

可选的，所述温度检测系统还包括：温度显示电路和存储器；

所述温度显示电路和所述存储器分别与所述微处理器连接。

可选的，所述温度检测系统还包括：电源电路；

所述电源电路分别与所述温度检测装置、所述信号采集电路、所述信号干扰抑制电路、所述微处理器、所述温度显示电路、所述通信接口电路和所述存储器连接。

可选的，所述电源电路包括：隔离变压器、开关电源、第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路；

所述隔离变压器与所述开关电源的输入端连接；所述开关电源的输出端分别与所述第一dc/dc变换电路的输入端和所述第二dc/dc变换电路的输入端连接；所述第一dc/dc变换电路的输出端分别与所述第一放大器的电源输入端和所述第二放大器的电源输入端连接；所述第二dc/dc变换电路的输出端分别与所述温度检测装置的电源输入端、所述信号采集电路的电源输入端、所述微处理器的电源输入端、所述温度显示电路的电源输入端、所述通信接口电路的电源输入端和所述存储器的电源输入端连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的温度检测装置通过旋转凹槽、水平伸缩机械臂和垂直伸缩机械臂的协调控制，可以实现检测稀土电解过程中电解槽内任何部位的温度。

本发明的温度检测系统将温度检测信号传送给上位机，实现了稀土熔盐电解槽内温度的实时显示、存储与远程监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的温度检测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的温度检测装置的热电偶与套管的连接结构图；

图3为本发明提供的温度检测系统的结构示意图；

图4为本发明提供的差分放大电路的电路图；

图5为本发明提供的温度检测方法的流程图；

符号说明：1-温度检测装置，2-信号采集电路，3-信号干扰抑制电路，4-微处理器，5-通信接口电路，6-上位机，7-温度显示电路，8-存储器，9-水平伸缩机械臂，10-垂直伸缩机械臂，11-旋转凹槽，12-第一线性导轨，13-套管，14-固定装置，15-热电偶，16-第一排气孔，17-第二排气孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种稀土熔盐电解槽温度检测装置及系统，可以实时检测稀土电解过程中电解槽内任何部位的温度并实现远程监测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了稀土熔盐电解槽温度检测装置，如图1和图2所示，温度检测装置1包括：固定装置14、旋转凹槽11、水平伸缩机械臂9、垂直伸缩机械臂10、热电偶15和套管13；

固定装置14的上端设置有旋转凹槽11；水平伸缩机械臂9卡在旋转凹槽11片中，水平伸缩机械臂9远离所述旋转凹槽11的一端与垂直伸缩机械臂10连接；垂直伸缩机械臂10的下端固定有套管13；热电偶15焊接在套管13内，热电偶15的测温端位于套管13的内部。

由于稀土熔盐的腐蚀性较强，优选地，套管13的材料为金属钼或金属钨；金属钼和金属钨都具有良好的耐酸蚀和耐多种液态金属腐蚀性，不会影响稀土金属的品质；热电偶15焊接在套管13内，保证检测过程中保持热电偶15位置不动。

水平伸缩机械臂9包括：第一线性导轨12和第一滚珠丝杠；第一线性导轨12为空心圆柱体，第一线性导轨的内部呈螺纹状；第一滚珠丝杠为螺纹圆柱，第一滚珠丝杠与所述第一线性导轨12通过螺纹固定连接；第一线性导轨卡在旋转凹槽11中；第一滚珠丝杠远离旋转凹槽11的一端与垂直伸缩机械臂10连接；水平伸缩机械臂9控制套管13和热电偶15水平前后移动，完成测温装置投入测温和退出测温的前后移动。

水平伸缩机械臂9还包括：第二限位开关；第二限位开关固定在第一线性导轨上。

垂直伸缩机械臂10包括：第二线性导轨、第二滚珠丝杠和限位开关；第二线性导轨与水平伸缩机械臂9远离旋转凹槽11的一端连接；第二滚珠丝杠的下端固定有套管13，套管13与第二滚珠丝杠一起移动；限位开关固定于第二线性导轨的下端，当套管13接触到槽底时使限位开关动作，套管13停止下移，开始测温，有效避免了套管13的损伤；垂直伸缩机械臂10控制套管13和热电偶15上下移动，完成测量熔盐液面温度、槽底温度以及熔盐不同深度的温度。

旋转凹槽11控制套管13和热电偶15旋转平移(0°～360°之间旋转)，方便电解槽更换以及电解设备检修。

当开始测温时，首先调整旋转凹槽11使得套管13位于电解槽水平前方，然后控制水平伸缩机械臂9使得套管13位于电解槽上方，最后控制垂直伸缩机械臂10向下移动将套管13插入熔盐中，开始测温；当出金属退出测温时，首先控制垂直伸缩机械臂10向上移动，使得套管13离开电解槽液面直至限位开关动作停止移动，然后控制水平伸缩机械臂9水平移动远离电解槽，直至第二限位开关动作停止移动，最后根据现场需要手动控制旋转凹槽11直至满足现场需求，包括更换电解槽或维修电解设备。

通过水平伸缩机械臂9、垂直伸缩机械臂10和旋转凹槽11的协调控制，可实现检测电解槽内任何位置的温度，同时不影响出金属操作和电解槽更换以及检修工作。

热电偶15与套管13之间的焊接部分上设置有第一排气孔16；套管13的的上端设置有第二排气孔17；由于测温时套管13内温度升高，套管13内压力增加，第一排气孔16和第二排气孔17有效防止发生爆管。

本发明还提供了一种稀土熔盐电解槽温度检测系统，如图3所示，温度检测系统包括：温度检测装置1、信号采集电路2、微处理器4、通信接口电路5和上位机6；

温度检测装置1的热电偶15的信号输出端与信号采集电路2连接，温度检测装置1用于检测电解槽内稀土熔盐的温度，并将熔盐温度信号传输给信号采集电路2；优选地，热电偶15的信号输出端与信号采集电路2通过信号传输线连接，信号传输线采用屏蔽线，保证外层屏蔽线有效接地。

信号采集电路2与微处理器4连接，信号采集电路2用于对熔盐温度信号进行采样，并将采样后的熔盐温度信号传输给微处理器4；优选地，信号采集电路2选用microchip公司的dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理器)进行信号高频采集，dsp具有高速处理能力，工作速度可达30mips，能够提高温度检测精度，同时dsp的工作温度可达150℃且具有较强的抗干扰能力，能够适应稀土熔盐电解的强磁场工作环境；并且dsp还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等优点；优选地，温度检测信号采样周期为1k。

微处理器4与上位机6通过通信接口电路5连接，微处理器4用于对处理后的熔盐温度信号进行去躁滤波处理，并将去躁滤波处理后的熔盐温度信号通过通信接口电路5传输给上位机6；在微处理器4中建立检测信号去噪模型，通过信号去噪模型及算法对检测信号再一次进行滤波处理，有效提高了温度的检测精度；优选地，微处理器的型号为tms320c5000。

通信接口电路5为rs232串行接口；通信接口电路5中的通信协议通过自行开发实现，通信接口电路5采用事件控制和定时发送，上位机6采用事件中断的方式接收，完成通信接口电路5与上位机6之间的双向通信。

通讯协议采用二进制方式传输数据，具有简便高效、传输速度快的优点；二进制码设有起始码，截止码，时间戳，地址码，操作码，校验码和数据长度以及数据个数。

数据传输以整包的形式进行传输，若数据传输有误，上位机6请求通信接口电路5再次发送数据。

上位机6用于将熔盐温度信号转换成温度值，并显示和存储温度值。

温度检测系统还包括：信号干扰抑制电路3；信号干扰抑制电路3设置在信号采集电路2和微处理4之间，信号干扰抑制电路3的另一端与微处理器4连接，信号干扰抑制电路3用于对采样后的熔盐温度信号进行共模抑制干扰处理，并将处理后的熔盐温度信号传输给微处理器4。

信号干扰抑制电路3包括差分放大电路，如图4所示，差分放大电路包括第一放大器a1、第二放大器a2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和电容器c；第一放大器a1的反向输入端与第二电阻r2的一端连接；第二电阻r2的另一端接地；第二电阻r2接地有效地避免了现场环境对测量干扰造成的测量误差，并且考虑到多个接地会形成接地环路，很容易干扰测量电路的小信号，为此，只将第一放大器a1的反向输入端接地连接；第一放大器a1的输出端与第三电阻r3的一端连接。

第二放大器a2的同相输入端分别与第二电阻r2的一端和第三电阻r3的另一端连接；第二放大器a2的反向输入端和第二放大器a2的输出端均与第一电阻r1的一端连接；第一电阻r1的另一端和第一放大器a1的同向输入端均与电容c的一端连接。

电容c的另一端作为差分放大电路的输入端；第一放大器a1的输出端作为差分放大电路的输出端；差分放大电路抑制共模干扰信号，减少了检测现场环境及测量误差的干扰。

温度检测系统还包括：温度显示电路7和存储器8；温度显示电路7和存储器8分别与微处理器4连接；温度显示电路7可显示电解槽内熔盐的温度值；存储器8存储温度检测信号。

温度检测系统还包括：电源电路；电源电路分别与温度检测装置1、信号采集电路2、信号干扰抑制电路3、微处理器4、温度显示电路7、通信接口电路5和存储器8连接。电源电路包括：隔离变压器、开关电源、第一dc/dc变换电路和第二dc/dc变换电路；

隔离变压器与开关电源的输入端连接；温度检测电路所需的开关电源由隔离变压器供电，避免强磁环境影响工作电源的稳定性。

开关电源的输出端分别与第一dc/dc变换电路的输入端和第二dc/dc变换电路的输入端连接；第一dc/dc变换电路的输出端分别与第一放大器的电源输入端和第二放大器的电源输入端连接；第二dc/dc变换电路的输出端分别与温度检测装置1的电源输入端、信号采集电路2的电源输入端、微处理器4的电源输入端、温度显示电路7的电源输入端、通信接口电路5的电源输入端和存储器8的电源输入端连接；由于检测电路中各硬件模块所需电压等级不同，优选地，开关电源为24v，开关电源经第一dc/dc变换电路转换为15v电源，开关电源经第二dc/dc变换电路转换为5v电源，其中15v电源为第一放大器和第二放大器供电，5v电源为检测电路中其他模块电路供电。

如图5所示，本发明检测稀土熔盐电解槽温度的方法如下：

步骤501：温度检测装置1检测电解槽内熔盐的温度；

步骤502：信号采集电路2高频采样温度检测信号；

步骤503：信号干扰抑制电路3对温度检测信号进行干扰抑制处理；

步骤504：微处理器4对温度检测信号进行去躁滤波处理，微处理器4采用swt(stationarywavelettransform，静态小波变换)方法对温度信号进行最后一步去噪处理，具体如下：

步骤5041：温度检测信号经swt可得第j层的近似系数cj，cj在低通滤波器和高通滤波器作用下则可得j+1层的近似系数cj+1和细节系数dj+1；

步骤5042：将dj+1分解为m个不同的区间，通过计算每个区间的小波熵，并将熵值最大的区间最为第j+1层造成的标准差σj+1，则阀值为:

其中，l(dj+1,k+1)为区间信号长度，k＝1,2,...,m-1,m；

步骤5043：bn小波系能够灵活的去除信号噪声，选取db1～db12小波函数对信号进行3层小波分解，重构后得到12种去噪信号，选择db6作为最优小波基；

步骤505：去躁滤波处理后的温度检测信号上传至上位机6，上位机6将温度检测信号转换成温度值，实时显示和存储温度值，并给出每个电解工序的温度曲线。

本发明采用温度检测装置1实现了对电解槽内任何部位的温度进行检测，能够获得电解槽内的温度分布情况，便于分析电解槽内的温度分布场；本发明通过结合温度检测系统，实现了稀土熔盐电解槽内温度的连续测量和实时显示与存储，完成了稀土熔盐电解槽内温度的远程监测；

本发明中的温度检测系统在不影响电解槽出金属操作和更换电解槽及维修电解设备的同时，还大大地减轻了工人的劳动强度，有效提高了电解槽内温度的检测效率；本发明易于实现，操作简单方便，可以避免高温、强磁环境对检测精度的影响，提高温度检测精度，为实现稀土熔盐电解自动化生产提供数据支撑。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。