一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法及系统，能够提高极距值的准确性。所述方法包括：采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数；基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型；获取所述等效电路模型的频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式；依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。本发明适用于铝电解监测技术领域。
【专利说明】
一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及铝电解监测技术领域，特别是指一种基于铝电解槽等效电路模型的极 距测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 铝生产最主要的阶段是在铝电解槽中完成，因此对铝电解槽的生产管理和生产操 作就成为重要的工作之一。铝电解槽是一个多变量耦合、时变和大滞后的工业过程对象，其 自身内部复杂的物理化学过程和各种外界条件和作业的干扰，形成了复杂多变的工况特 征，这给生产操作带来了很多难题。因此对于电解槽的控制就显得尤为重要。
[0003] 在影响铝电解槽稳定的所有因素中，极距对铝电解槽电压的影响最大，极距的微 小改变将导致铝电解槽电压发生明显变化，因此减小极距将是降低铝电解槽电压，从而达 到节能的主要方法，但过分降低极距将导致阳极效应的发生，造成铝电解槽的不稳定，降低 电流效率，因此实现极距的测量对合理调整极距有重要意义。
[0004] 现有技术一，国内工业上大多数采用钎插法对极距进行测量，该方法是人工将铁 制的钎子从出铝口插入铝电解槽中，在铝电解槽中停留数分钟后拔出，此时附在铁棒上的 电解质和铝因为环境温度的突然下降而迅速凝固在铁棒上，从而在铁棒上形成两种表观不 同的凝固层，而中间的界面具有两层的共同性质，通过判断此界面的位置就可以确定极距 的大小。但此方法忽略了人为的观察误差和铝液界面波动所带来的误差，最终很难得到准 确极距值，且不能反应整个铝电解槽极距的变化情况。
[0005] 现有技术二，专利CN205079702U公开了一种测量铝电解槽极距的新型装置，其内 容包括几根长短不一的钢筋直杆，通过组装焊接成不等长，横、竖折竖型结构，粗细钢筋的 搭配延长了使用寿命，减轻了测量工具的自身重量，提高了工作效率。但其测量本质仍是钎 插法，并不能改善测量误差以及实现整体分布式测量。
[0006] 现有技术三，专利CN204714917U公开了一种铝电解槽铝液界面波动和极距在线监 测装置，它是利用一种载波装置，产生不同的载波信号，通过计算输出电压与输入电压的幅 值比计算出极距。该装置可在线获取电解槽各区域的实时极距，但其操作较为复杂，使用的 设备在铝电解厂现场难以推广。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方 法及系统，能够提高极距值的准确性。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距 测量方法，包括：
[0009] 采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集的所述频率特性数据进行 处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数；
[0010] 基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函 数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型；
[0011]根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型的频域阻抗传递函 数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数 建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式；
[0012] 依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。
[0013] 进一步地，所述采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括：
[0014] 利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据；
[0015] 其中，所述频率特性数据采集系统包括:信号发生器、示波器、工控机、铝电解槽、 位于电路板上的可调电阻及隔直电容；
[0016] 所述信号发生器依次与所述可调电阻、铝电解槽及隔直电容连接形成第一串联电 路;所述信号发生器依次与所述工控机、示波器、可调电阻连接形成第二串联电路。
[0017] 进一步地，所述铝电解槽包括:铝电解槽本体、与所述铝电解槽本体相连的预定根 数的阳极导杆，及与所述铝电解槽本体相连且与所述阳极导杆一一对应的阴极钢棒；
[0018] 其中，所述可调电阻与所述铝电解槽的一阳极导杆相连；
[0019] 所述隔直电容与所述一阳极导杆所对应的阴极钢棒相连。
[0020] 进一步地，所述利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特 性数据包括：
[0021] 通过所述工控机控制所述信号发生器产生预定频率的正弦信号作为频率特性数 据采集系统的输入信号；
[0022] 通过所述工控机控制所述示波器测量所述可调电阻两端的正弦信号，并将测量的 所述可调电阻两端的正弦信号传回所述工控机；
[0023] 根据传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号的相位和幅值信息，获取铝 电解槽单个阳极导杆的频率特性数据。
[0024] 进一步地，所述对采集的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导 杆的传递函数包括：
[0025] 利用采集的铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘制所述频率特性数据 对应的幅频特性曲线；
[0026] 依据绘制的所述幅频特性曲线，获取铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的分子和 分母各自对应的阶数；
[0027] 对铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识，获取铝电解槽单个阳 极导杆的传递函数的系数。
[0028] 进一步地，所述铝电解槽的等效电路模型包括:铝电解槽的阳极、铝电解槽的阴 极、第一电感、第二电感、等效电容及电阻；
[0029] 其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述铝电解槽的阳极相连;所述 第一电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻 的连接点与所述铝电解槽的阴极相连。
[0030] 进一步地，所述等效电路模型中等效电容与极距的关系表示为：
[0031] C 二-- d
[0032]式中，C表示等效电容，ε表示电容极板间的电介质的相对介电常数，S表示铝电解 槽阳极底部面积，d表示待求的极距。
[0033]本发明实施例还提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统，包括：
[0034] 传递函数获取模块，用于采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集 的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数；
[0035] 等效电路获取模块，用于基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽 单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型；
[0036] 表达式获取模块，用于根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路 模型的频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单 个阳极导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式；
[0037]极距获取模块，用于依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距 的值。
[0038] 进一步地，所述传递函数获取模块包括：
[0039] 曲线绘制单元，用于利用采集的铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘 制所述频率特性数据对应的幅频特性曲线；
[0040] 阶数获取单元，用于依据绘制的所述幅频特性曲线，获取铝电解槽单个阳极导杆 的传递函数的分子和分母各自对应的阶数；
[0041] 系数获取单元，用于对铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识， 获取铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数。
[0042] 进一步地，所述铝电解槽的等效电路模型包括:铝电解槽的阳极、铝电解槽的阴 极、第一电感、第二电感、等效电容及电阻；
[0043] 其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述铝电解槽的阳极相连;所述 第一电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻 的连接点与所述铝电解槽的阴极相连。
[0044] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0045] 上述方案中，通过对采集的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极 导杆的传递函数;基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆的 传递函数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型;根据建立的铝电解槽的等效 电路模型，获取所述等效电路模型的频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻 抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模 型中等效电容表达式;依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。这 样，通过建立铝电解槽等效电路模型，能够对不同工况下的极距值进行实时测量，且能够大 大提高极距值的准确性，操作过程简单，对铝电解生产管理具有指导意义。
【附图说明】
[0046] 图1为本发明实施例提供的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的流程示 意图；
[0047] 图2为本发明实施例提供的频率特性数据采集系统示意图；
[0048] 图3为本发明实施例提供的铝电解槽等效电路模型示意图；
[0049] 图4为本发明实施例提供的Multisim中搭建的等效电路模型的仿真电路示意图；
[0050] 图5为本发明实施例提供的示波器面板示意图一；
[0051] 图6为本发明实施例提供的示波器面板示意图二；
[0052] 图7(a)为本发明实施例提供的等效电路模型的MATLAB仿真相位差示意图；
[0053] 图7(b)为本发明实施例提供的等效电路t旲型的MATLAB仿真幅值比不意图；
[0054] 图8为本发明实施例提供的等效电路模型的Matlab仿真(Cx，f)_幅值比关系图；
[0055] 图9为本发明实施例提供的等效电路模型的Matlab仿真(Cx，f)_相位差关系图；
[0056] 图10为本发明实施例提供的多回路示意图；
[0057]图11为本发明实施例提供的多铝电解槽的等效电路示意图；
[0058] 图12 (a)为本发明实施例提供的多铝电解槽的等效电路的MATLAB仿真(Cx，f)-相 位差关系图；
[0059] 图12 (b)为本发明实施例提供的多铝电解槽的等效电路的MATLAB仿真(Cx，f)-幅 值比关系图；
[0060] 图13为本发明实施例提供的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统的结构 示意图。
【具体实施方式】
[0061] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0062] 实施例一
[0063] 参看图1所示，本发明实施例提供的一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量 方法，包括：
[0064] 步骤101:采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集的所述频率特性 数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数；
[0065] 步骤102:基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆 的传递函数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型；
[0066] 步骤103:根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型的频域阻 抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极导杆的 传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式；
[0067] 本发明实施例中，根据步骤102建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电 路模型的频域阻抗传递函数，并基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝 电解槽单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立等式，求出铝电解槽等效电路模 型中等效电容的表达式。
[0068]步骤104:依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。
[0069]本发明实施例所述的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法，通过对采集的 所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数;基于铝电解槽等效 电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立铝 电解槽的等效电路模型;根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型的 频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极 导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式;依据所述等效 电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。这样，通过建立铝电解槽等效电路模 型，能够对不同工况下的极距值进行实时测量，且能够大大提高极距值的准确性，操作过程 简单，对铝电解生产管理具有指导意义。
[0070] 在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】中，进一步 地，所述采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括：
[0071] 利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据。
[0072] 本发明实施例中，如图2所示，所述频率特性数据采集系统包括:信号发生器、示波 器、工控机、铝电解槽、位于电路板上的可调电阻及隔直电容;所述信号发生器依次与所述 可调电阻、铝电解槽及隔直电容连接形成第一串联电路;所述信号发生器依次与所述工控 机、示波器、可调电阻连接形成第二串联电路。
[0073] 本发明实施例中，如图2所示，所述铝电解槽包括:铝电解槽本体、与所述铝电解槽 本体相连的预定根数的阳极导杆，及与所述铝电解槽本体相连且与所述阳极导杆一一对应 的阴极钢棒;所述铝电解槽本体包括:冰晶石-氧化铝混合的电解质层、铝液层;其中，所述 可调电阻与所述铝电解槽的一阳极导杆相连;所述隔直电容与所述一阳极导杆所对应的阴 极钢棒相连。具体的，在所述可调电阻连接铝电解槽时，将连接导线(例如，单芯铜线)从一 阳极导杆上的爆炸焊接入，从与该阳极导杆对应的阴极钢棒接出，并与所述隔直电容相连。 [0074]在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】中，进一步 地，所述利用频率特性数据采集系统采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括： [0075]通过所述工控机控制所述信号发生器产生预定频率的正弦信号作为频率特性数 据采集系统的输入信号；
[0076] 通过所述工控机控制所述示波器测量所述可调电阻两端的正弦信号，并将测量的 所述可调电阻两端的正弦信号传回所述工控机；
[0077] 根据传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号的相位和幅值信息，获取铝 电解槽单个阳极导杆的频率特性数据。
[0078] 本发明实施例中，如图2所示，频率特性数据采集系统的数据采集与控制部分分别 由示波器与工控机实现，在采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据的过程中，工控机 通过发送命令控制信号发生器产生预定频率的正弦信号作为频率特性数据采集系统的输 入信号，与此同时通过工控机控制示波器测量可调电阻两端的正弦信号，并将测量的所述 可调电阻两端的正弦信号传送至工控机进行存储，其中，所述正弦信号为正弦电压信号。在 测量所述可调电阻两端的正弦信号时，示波器将根据测量到的正弦信号频率的高低对采样 频率与测量精度进行自动调整。
[0079] 本发明实施例中，具体的测量步骤包括:在铝电解槽的正常工作过程中，信号发生 器产生预定频率的正弦信号作为输入信号，信号流经电路板上的可调电阻后，从阳极导杆 的爆炸焊接入铝电解槽，依次穿过铝电解槽的阳极导杆、铝电解槽本体、最终从所述阳极导 杆对应的阴极钢棒流出，回到电路板，经过电路板上的隔直电容回到信号发生器的接地端。 这样，通过连接导线将铝电解槽的阳极导杆、阴极钢棒，信号发生器，示波器连接在一起，不 断更改信号发生器产生的正弦信号的频率，即可得到铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数 据。
[0080] 在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】中，进一步 地，所述对采集的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数包 括：
[0081] 利用采集的铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘制所述频率特性数据 对应的幅频特性曲线；
[0082] 依据绘制的所述幅频特性曲线，获取铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的分子和 分母各自对应的阶数；
[0083] 对铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识，获取铝电解槽单个阳 极导杆的传递函数的系数。
[0084] 本发明实施例中，在正常工况情况下，采集铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特 性数据后，可以利用Matlab 2014a对采集的铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据进行处 理，绘制所述频率特性数据对应的幅频特性曲线，分析其幅频特性曲线可知其铝电解槽单 个阳极导杆的传递函数的分子和分母各自对应的阶数;还可以对铝电解槽单个阳极导杆的 传递函数的系数进行参数辨识，可得铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数，从而得到 准确的铝电解槽单个阳极导杆的传递函数。本发明实施例中，得到铝电解槽单个阳极导杆 的传递函数的操作过程简单，能够在铝电解厂复杂的环境下亦可稳定应用。
[0085] 在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】中，进一步 地，所述铝电解槽的等效电路模型包括:铝电解槽的阳极、铝电解槽的阴极、第一电感、第二 电感、等效电容及电阻；
[0086] 其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述铝电解槽的阳极相连;所述 第一电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻 的连接点与所述铝电解槽的阴极相连。
[0087] 本发明实施例中，得到的铝电解槽的等效电路模型如图3所示，所述铝电解槽的等 效电路模型包括:铝电解槽的阳极、铝电解槽的阴极、第一电感(Ll )、第二电感(L2 )、等效电 容(Cx)及电阻(Rl);其中，所述第一电感(LI)与所述第二电感的连接点(L2)与所述铝电解 槽的阳极相连;所述第一电感(LI)与所述等效电容(Cx)串联;所述第二电感(L2)与所述电 阻(Rl)串联;所述等效电容(Cx)与所述电阻(Rl)的连接点与所述铝电解槽的阴极相连。
[0088] 本发明实施例中，若图3所示的铝电解槽的等效电路模型成立，需对等效电路模型 中的等效电容(Cx)的可测性进行分析。例如，可以使用Multisim和Matlab对等效电容(Cx) 的可测性进行仿真分析，针对铝电解槽的等效电路模型搭建的仿真电路如图4所示，图4中， XFGl表示信号发生器，XSCl表示示波器，图5和图6位示波器的测量结果，由图5可知，所加正 弦信号周期为1000 us，可得相位差为134/1000*360 = 48.24° ;由图6可知，外串电阻R2两端 电压与所加正弦信号电压幅值之比为:67.123/99.922 = 0.672,与图7(a)、图7(b)中MATLAB 的仿真结果一致。
[0089]本发明实施例中，对铝电解槽的等效电路模型进行MATLAB仿真计算中，让所加正 弦信号的频率f也为自变量，最终绘制的(Cx，f)_幅值比、（Cx，f)_相位差如图8、图9所示。由 图8、图9可知，高频时(Cx，f)-幅值比变化不明显。
[0090]本发明实施例中，电解铝生产中直流电源采用多个整流机组并联的方式进行工 作，每个整流机组采用了三相桥式全控同相逆并联的方式，如图10所示。进一步的，需要分 析其它铝电解槽及整流机组对测量的影响，以及大直流电流情况下载入正弦信号问题。若 只有一个铝电解槽，交流信号源可以理想地将直流供电中的电流源认为是开路，同理，对于 多铝电解槽的等效电路模型可以表示为如图11所示的多铝电解槽的等效电路。
[0091] 本发明实施例中，考虑到实际生产情况，由二百多个铝电解槽串联进行电解铝生 产，实际的供电整流机组亦不可等效为理想的恒流源，可以认为对于交流信号，整流机组 (直流电源)短路(短路为最糟糕的情况），此时，每个非测量铝电解槽的等效电容在30-50UF 之间随机变化。在上述两种情况下，对图11所示的多铝电解槽的等效电路进行仿真计算，测 量AO端的电压1\。和，计算1^。与的相位差和幅值比，最终绘制的被测铝电解槽内 Cx与?Αα、??的相位差之间的关系如图12(a)所示，被测铝电解槽内Cx与?Α。、? €?的幅 值之间的关系如图12(b)所示。当铝电解槽数的数目大于200个时，串联的铝电解槽及整流 机组对被测铝电解槽的影响较小。
[0092] 本发明实施例中，整流机组侧阻抗较大，无法通过频率大于预定赫兹的信号，例 如，30赫兹，故通过整流机组侧的回路可忽略。在交流信号作用下，其它铝电解槽对被测铝 电解槽几乎没有影响，只需考虑单铝电解槽，从而可以确认铝电解槽的等效电路模型，并求 得铝电解槽的等效电路模型的频域阻抗传递函数。
[0093]本发明实施例中，当铝电解槽内极距的改变时，会使铝电解槽等效电路模型中的 参数发生改变，从而能够精确的等效铝电解槽。
[0094]在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】中，进一步 地，所述等效电路模型中等效电容与极距的关系表示为：
[0095] C =--
[0096] 式中，C表示等效电容，ε表示电容极板间的电介质的相对介电常数，ε值保持不变， S表示铝电解槽阳极底部面积，d表示待求的极距。
[0097]实施例二
[0098]本发明还提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统的【具体实施方式】， 由于本发明提供的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统与前述基于铝电解槽等效 电路模型的极距测量方法的【具体实施方式】相对应，该基于铝电解槽等效电路模型的极距测 量系统可以通过执行上述方法【具体实施方式】中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述 基于铝电解槽等效电路模型的极距测量方法【具体实施方式】中的解释说明，也适用于本发明 提供的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统的【具体实施方式】，在本发明以下的具体 实施方式中将不再赘述。
[0099]参看图13所示，本发明实施例还提供一种基于铝电解槽等效电路模型的极距测量 系统，包括：
[0100] 传递函数获取模块11，用于采集铝电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采 集的所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数；
[0101] 等效电路获取模块12,用于基于铝电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述铝电解 槽单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立铝电解槽的等效电路模型；
[0102]表达式获取模块13,用于根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电 路模型的频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽 单个阳极导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式；
[0103] 极距获取模块14,用于依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极 距的值。
[0104] 本发明实施例所述的基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统，通过对采集的 所述频率特性数据进行处理，得到铝电解槽单个阳极导杆的传递函数;基于铝电解槽等效 电路模型的频域阻抗与所述铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立铝 电解槽的等效电路模型;根据建立的铝电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型的 频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述铝电解槽单个阳极 导杆的传递函数建立等式，获取铝电解槽等效电路模型中等效电容表达式;依据所述等效 电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。这样，通过建立铝电解槽等效电路模 型，能够对不同工况下的极距值进行实时测量，且能够大大提高极距值的准确性，操作过程 简单，对铝电解生产管理具有指导意义。
[0105] 在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统的【具体实施方式】中，进一步 地，所述传递函数获取模块11包括：
[0106]曲线绘制单元，用于利用采集的铝电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘 制所述频率特性数据对应的幅频特性曲线；
[0107] 阶数获取单元，用于依据绘制的所述幅频特性曲线，获取铝电解槽单个阳极导杆 的传递函数的分子和分母各自对应的阶数；
[0108] 系数获取单元，用于对铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识， 获取铝电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数。
[0109]在前述基于铝电解槽等效电路模型的极距测量系统的【具体实施方式】中，进一步 地，所述铝电解槽的等效电路模型包括:铝电解槽的阳极、铝电解槽的阴极、第一电感、第二 电感、等效电容及电阻；
[0110]其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述铝电解槽的阳极相连;所述 第一电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻 的连接点与所述铝电解槽的阴极相连。
[0111]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，包括： 采集侣电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集的所述频率特性数据进行处 理，得到侣电解槽单个阳极导杆的传递函数； 基于侣电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述侣电解槽单个阳极导杆的传递函数的 数学表达式相同，建立侣电解槽的等效电路模型； 根据建立的侣电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型的频域阻抗传递函数， 根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述侣电解槽单个阳极导杆的传递函数建 立等式，获取侣电解槽等效电路模型中等效电容表达式； 依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。2. 根据权利要求1所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述采集侣电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括： 利用频率特性数据采集系统采集侣电解槽单个阳极导杆的频率特性数据； 其中，所述频率特性数据采集系统包括:信号发生器、示波器、工控机、侣电解槽、位于 电路板上的可调电阻及隔直电容； 所述信号发生器依次与所述可调电阻、侣电解槽及隔直电容连接形成第一串联电路； 所述信号发生器依次与所述工控机、示波器、可调电阻连接形成第二串联电路。3. 根据权利要求2所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述侣电解槽包括:侣电解槽本体、与所述侣电解槽本体相连的预定根数的阳极导杆，及与所 述侣电解槽本体相连且与所述阳极导杆一一对应的阴极钢棒； 其中，所述可调电阻与所述侣电解槽的一阳极导杆相连； 所述隔直电容与所述一阳极导杆所对应的阴极钢棒相连。4. 根据权利要求3所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述利用频率特性数据采集系统采集侣电解槽单个阳极导杆的频率特性数据包括： 通过所述工控机控制所述信号发生器产生预定频率的正弦信号作为频率特性数据采 集系统的输入信号； 通过所述工控机控制所述示波器测量所述可调电阻两端的正弦信号，并将测量的所述 可调电阻两端的正弦信号传回所述工控机； 根据传回所述工控机的所述可调电阻两端的正弦信号的相位和幅值信息，获取侣电解 槽单个阳极导杆的频率特性数据。5. 根据权利要求4所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述对采集的所述频率特性数据进行处理，得到侣电解槽单个阳极导杆的传递函数包括： 利用采集的侣电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘制所述频率特性数据对应 的幅频特性曲线； 依据绘制的所述幅频特性曲线，获取侣电解槽单个阳极导杆的传递函数的分子和分母 各自对应的阶数； 对侣电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识，获取侣电解槽单个阳极导 杆的传递函数的系数。6. 根据权利要求1所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述侣电解槽的等效电路模型包括:侣电解槽的阳极、侣电解槽的阴极、第一电感、第二电感、 等效电容及电阻； 其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述侣电解槽的阳极相连;所述第一 电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻的连 接点与所述侣电解槽的阴极相连。7. 根据权利要求1所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量方法，其特征在于，所 述等效电路模型中等效电容与极距的关系表示为： C-查 d 式中，C表示等效电容，ε表示电容极板间的电介质的相对介电常数，S表示侣电解槽阳 极底部面积，d表示待求的极距。8. -种基于侣电解槽等效电路模型的极距测量系统，其特征在于，包括： 传递函数获取模块，用于采集侣电解槽单个阳极导杆的频率特性数据，并对采集的所 述频率特性数据进行处理，得到侣电解槽单个阳极导杆的传递函数； 等效电路获取模块，用于基于侣电解槽等效电路模型的频域阻抗与所述侣电解槽单个 阳极导杆的传递函数的数学表达式相同，建立侣电解槽的等效电路模型； 表达式获取模块，用于根据建立的侣电解槽的等效电路模型，获取所述等效电路模型 的频域阻抗传递函数，根据所述等效电路模型的频域阻抗传递函数与所述侣电解槽单个阳 极导杆的传递函数建立等式，获取侣电解槽等效电路模型中等效电容表达式； 极距获取模块，用于依据所述等效电路模型中等效电容与极距的关系，获取极距的值。9. 根据权利要求8所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量系统，其特征在于，所 述传递函数获取模块包括： 曲线绘制单元，用于利用采集的侣电解槽单个阳极导杆的所述频率特性数据，绘制所 述频率特性数据对应的幅频特性曲线； 阶数获取单元，用于依据绘制的所述幅频特性曲线，获取侣电解槽单个阳极导杆的传 递函数的分子和分母各自对应的阶数； 系数获取单元，用于对侣电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数进行参数辨识，获取 侣电解槽单个阳极导杆的传递函数的系数。10. 根据权利要求8所述的基于侣电解槽等效电路模型的极距测量系统，其特征在于， 所述侣电解槽的等效电路模型包括:侣电解槽的阳极、侣电解槽的阴极、第一电感、第二电 感、等效电容及电阻； 其中，所述第一电感与所述第二电感的连接点与所述侣电解槽的阳极相连;所述第一 电感与所述等效电容串联;所述第二电感与所述电阻串联;所述等效电容与所述电阻的连 接点与所述侣电解槽的阴极相连。
【文档编号】G01B7/14GK105841600SQ201610221423
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】尹怡欣, 崔家瑞, 王粉花, 王家齐
【申请人】北京科技大学