专利名称：电解质过热度自动测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电解铝生产过程中对电解工艺技术参数自动测量的装置，尤其是一种电解质过热度自动测量仪。
背景技术：
在铝电解生产中电解质的电解温度是一项重要的电解工艺参数，电解温度的高低决定着能耗的大小、电解槽的热平衡状况、电解槽的使用寿命等生产指标；因此，在保证电解生产能够正常运行的情况下，电解温度越低则对电解生产越有利，能耗低、电流效率高、铝水的还原现象少、电解槽的使用寿命也会相应提高。
在电解铝的生产过程中电解温度的高低由电解质(即冰晶石)的初晶温度点和过热度所决定，电解温度＝初晶温度+过热度，过热度一般控制在8～15℃，而电解质的初晶温度则由分子比(即ALF3与NaF在电解质中的比例)决定，分子比是电解生产中需要经常化验的工艺参数，当分子比确定后，通过测量电解质的初晶温度点和过热度，调整分子比、电解温度，使电解质尽可能保持较低的初晶温度点和过热度，从而达到节能降耗的目的。
目前国内绝大部分电解铝企业，利用每天取样通过化验室化验得出的分子比和电解温度值理论来推算电解质初晶温度点，这种方法很不准确，使过热度的理论计算没有指导生产的实际意义。电解铝厂至今无法对过热度进行现场测量，更无法通过合理控制电解温度而达到节能降耗的目的。已知德国技术可以实现电解质过热度现场测量，但是其测量探头与采样杯都是一次性使用，不能重复使用，因成本太高，性价比太低，无法用于实际生产。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够实现在生产现场自动测量电解质过热度，测量探头和采样杯可多次反复使用，测量成本低的电解质过热度自动测量仪。
本实用新型的技术方案是一种电解质过热度自动测量仪，由采样机和控制箱组成；采样机由外壳、测量探头、采样杯、两个直流电机、直线升降部件及转杆组成；第一直流电机输出端与直线升降部件连接，直线升降部件与测量探头连接；第二直流电机输出端与转杆连接，转杆与采样杯连接，采样杯的杯口与测量探头相对应；控制箱安装有单片机、电解质初晶温度点检测电路、测量探头及采样杯多次使用电路与测温电路，控制箱面板装有电解温度数字显示屏与过热度数字显示屏；通讯线将采样机与控制箱连接。
该电解质过热度自动测量仪还配备有UPS电源，UPS电源与控制箱11连接，为控制箱提供电源；采样机、控制箱、UPS电源均装在推车上，可进行逐槽流动测量。
本实用新型的电解质初晶温度点检测电路由单片机读取、分析、比较采样杯中的电解质冷却过程中的物理变化量，当冷却的电解质到达初晶温度点时，利用电解质因质变而突发的量变关系，单片机可检测到电解质的初晶温度点，单片机锁定初晶温度并根据过热度＝电解温度-初晶温度，计算出电解质的过热度，存储、并输出到相应的数字显示屏显示，单片机同时将相应的管脚置为高电平，使过热度检测继电器吸合，完成电解质过热度的测量工作。
测量探头及采样杯多次使用电路在完成电解质过热度的测量后，通过过热度检测继电器的开关量信号，控制测量探头离开采样杯自动回位，控制采样杯旋转自动倾倒电解质，从而使测量探头及采样杯满足了可多次使用的要求，极大地降低了电解质过热度的测量成本。
本实用新型的有益效果是将电解铝厂无法现场测量的电解质过热度实现了现场自动测量，完善了铝电解生产的计算机过程控制，有效地达到节能、降耗的理想目的。本实用新型采用动态测量的方法，使测量探头及采样杯可多次重复使用，极大地降低了电解铝厂的测量成本，具有很高的性价比。
图1是本实用新型的结构示意图，图2是图1中采样机机械构造示意图，图3是本实用新型的电解质初晶温度点检测电路图，图4是本实用新型的测量探头及采样杯多次使用电路图，图5是本实用新型用于测量电解质过热度的工作过程示意图，图6是本实用新型现场应用示意图。
图中1—采样机，2—电解槽，3—电解质熔液，4—阳极，5—氧化铝粉壳体，6—出铝口，7—气锤，8—电解质液面，9—手持杆，10—通讯线，11—控制箱，12—电解温度数字显示屏，13—过热度数字显示屏，14—推车，15-UPS电源，16—电源线，17—采样杯，18—测量探头，即铠装热电偶，19—中空导电杆，20—转杆，21—导套，22—滑道，23—第一采样导线(D)，24—固定座，25—丝杠，26—导向杆，27、K2—上位行程开关，28—螺母，29—接线盒，30—温度补偿导线，31—隔热固定座，32即DJ1—第一直流电机，33即DJ2—第二直流电机，34—外壳，35—接线端子，36、K3—微动开关，37—挡位销，38—定位块，39—第二采样导线(N)，40、K1—下位行程开关，41—绝缘底板，β—夹角；Jg—过热度检测继电器，J1—换向继电器，J2—启动继电器，K1b-K1的一组开关的常闭触点，K2a、K2b-K2的一组开关，K3a-K3的一组开关的常开触点，K3c-K3的另一组开关的常开触点，J1a、J1b、J1c、J1d-J1继电器的二组开关，Jga-Jg继电器一组开关的常开触点，Jgc、Jgd-Jg继电器另一组开关，J2a-J2继电器一组开关的常开触点，J2d-J2继电器另一组开关的常闭触点；T1、T2—三极管，R1—采样杯中电解质熔液的电阻，R2、R3、R4、R5—限流电阻，C—滤波电容，D、N—测量电极，IC—单片机，AD—模数转换器，Vcc—外部电源，VD-测量电极P与测量电极N之间的电压。
具体实施方式
如图1所示一种电解质过热度自动测量仪，由采样机1和控制箱11组成；参见图2采样机1由外壳34、测量探头18、采样杯17、两个直流电机32和33、直线升降部件及转杆20组成；第一直流电机32输出端与直线升降部件连接，直线升降部件与测量探头18连接；第二直流电机33输出端与转杆20连接，转杆20与采样杯17连接，采样杯17的杯口与测量探头18相对应，采样杯17的敞口端大于底面，采样杯17杯口与转杆20之间的夹角β是钝角，这样能使采样杯17旋转时，将杯中的电解质熔液倾倒干净；控制箱11安装有单片机IC、电解质初晶温度点检测电路、测量探头及采样杯多次使用电路与测温电路，控制箱11面板装有电解温度数字显示屏12与过热度数字显示屏13；通讯线10将采样机1与控制箱11连接。测量探头18的测量端从外壳34伸出做直线移动，转杆20与采样杯17的连接端从外壳34伸出可作旋转运动。
该测量仪配备有UPS电源15，电源线16将UPS电源15与控制箱11连接，由UPS电源15给控制箱11供电，采样机1、控制箱11、UPS电源15均装在推车14上，以实现逐槽流动测量。
参见图2外壳34内固定装有绝缘底板41，绝缘底板41固装有固定座24和隔热固定座31，作为动力源的第一直流电机32、第二直流电机33固定安装于隔热固定座31，直线升降部件由丝杠25、导向杆26、螺母28与中空导电杆19组成；螺母28套装在丝杠25和导向杆26上，导向杆26限制螺母28转动，使螺母28直线运行，螺母28与中空导电杆19固接；丝杠25和导向杆26安装于固定座24与隔热固定座31；第一直流电机32输出端与丝杠25连接；绝缘底板41上固定有滑道22，中空导电杆19位于滑道22内腔与其滑动连接，滑道22是中空导电杆19的直线运行轨道，中空导电杆19下端固定安装测量探头18；测量探头18是一支铠装热电偶，其外金属管是测量电极D，K型热电偶位于外金属管内，通过填充氧化镁粉与外金属管绝缘，因此，测量探头18既是测量电极D，又是测温热电偶；测量探头18的K型热电偶的冷端穿过中空导电杆19与温度补偿导线30的一端在接线盒29中连接，温度补偿导线30的另一端与在环境温度相对稳定的接线端子35连接；测量探头18、中空导电杆19、滑道22三者导通，形成测量电极D；第一采样导线23的一端与滑道22电连接，另一端与接线端子35连接；中空导电杆19固定有定位块38，中空导电杆19的侧面装有可与定位块38碰接的上位行程开关27与下位行程开关40，依靠定位块38拨动上位、下位行程开关27、40，使测量探头18能够定位升降；测量时在螺母28的驱动下，中空导电杆19带动测量探头18进入采样杯17中，对电解槽2及采样杯17中的电解质熔液3进行数据采集和测量；绝缘底板41上还固定有导套21，采样杯17固定安装于转杆20下端，转杆20穿过导套21与导套21可转动连接，导套21是转杆20的轴套，转杆20驱动采样杯17旋转，使采样杯17中的电解质熔液3可以被倒掉，从而使采样杯17可以被多次使用；采样杯17、转杆20、导套21三者导通，形成测量电极N；第二采样导线39的一端与导套21电连接，另一端与接线端子35连接；转杆20上固定有挡位销37，转杆20的旁边装有可与挡位销37触接的微动开关36，依靠挡位销37拨动微动开关36，使转杆20转动一圈后自动回位；隔热固定座31可以使直流电机32、直流电机33、接线端子35的环境温度相对稳定，上位行程开关27、下位行程开关40、微动开关36、接线端子35固定安装在绝缘底板41上；外壳34上固定安装手持杆9，从接线端子35上引出的通讯线10穿过手持杆9与控制箱11连接。
如图3所示电解质初晶温度点检测电路由单片机IC、模数转换器AD、三个限流电阻R2、R3、R4、滤波电容C、三极管T1、过热度检测继电器Jg和测量电极D、测量电极N组成；单片机IC与模数转换器AD的工作电压正极接电源正极，工作电压负极接地，模数转换器AD的输出端与单片机IC连接，模数转换器AD输入端串联限流电阻R3与测量电极D连接，测量电极N接地，滤波电容C一端接模数转换器AD的输入端，另一端接地，测量电极D与测量电极N组成模数转换器AD的模拟信号输入端，限流电阻R2一端与外部电源Vcc连接，另一端与测量电极D连接，测量电极N接地，三极管T1的基极与限流电阻R4串联后与单片机IC连接，三极管T1的集电极与过热度检测继电器Jg串联后接电源正极，三极管T1的发射极接地。
模拟信号是测量电极D与测量电极N所采集的、采样杯中电解质熔液电阻R1的电压值VD；将一个外部电源Vcc经限流电阻R2限流、分压后，通过测量电极D与测量电极N施加在采样杯内的电解质熔液中，电流通过采样杯中电解质熔液电阻R1，就得到检测电压值VD；电压值VD经限流电阻R3限流、滤波电容C滤波后输入到模数转换器AD中，由模数转换器AD转换为数字信号后提供给单片机IC读取，单片机IC每秒钟读取一次VD电压值，并对前、后VD电压值进行连续比较，当采样杯内的电解质为液体时，测量电极D与测量电极N之间的、采样杯中电解质熔液电阻R1基本不变，则VD电压值不变，VD后＝VD前，单片机IC继续读取、比较VD电压值，电解质继续冷却；当冷却的电解质到达初晶点时，由于电解质自身性质发生突变，即由液态向固态转变，其自身电阻即采样杯中电解质熔液电阻R1增大，使VD电压值升高，此时VD后＞VD前，单片机IC立即锁存此刻的电解质温度，此温度就是电解质初晶温度，已锁存的电解温度与初晶温度的差就是电解质的过热度，即过热度＝电解温度-初晶温度，单片机IC将过热度存储、并输出到相应的数字显示屏显示，同时单片机IC将与限流电阻R4连接的管脚置为高电平，使三极管T1的基极有电流通过，三极管T1导通，过热度检测继电器Jg吸合，完成过热度测量工作。
如图4所示测量探头及采样杯多次使用电路由换向继电器J1、启动继电器J2、下位行程开关K1、上位行程开关K2、微动开关K3、限流电阻R5、三极管T2、过热度检测继电器Jg的二组开关、下位行程开关K1和上位行程开关K2的各一组开关、微动开关K3的二组开关、换向继电器J1的二组开关、启动继电器J2的二组开关组成；启动继电器J2的一端与三极管T2的集电极连接，另一端接电源正极，三极管T2的发射极接地，基极串联限流电阻R5与微动开关K3的一组开关的常开触点K3c的一端连接，K3c的另一端接电源正极，启动继电器J2的一组开关的常开触点J2a与K3c并联；换向继电器J1的一端接地，另一端与继电器Jg的一组开关的常开触点Jga的一端连接，Jga的另一端接电源正极，换向继电器J1的二组开关的公共触点分别接第一直流电机DJ1的正负极，其中一组开关的常开触点J1c与另一组开关的常闭触点J1b连接后接地，其中一组开关的常闭触点J1d与另一组开关的常开触点J1a及过热度检测继电器Jg的另一组开关的公共触点连接，过热度检测继电器Jg的该组开关的常开触点Jgc与上位行程开关K2的一组开关的常闭触点K2b连接，过热度检测继电器Jg的常闭触点Jgd与下位行程开关K1的一组开关的常闭触点K1b连接，K1b的另一端与K2的该组开关的公共触点接电源正极，上位行程开关K2该组开关的常开触点K2a与继电器J2的另一组开关的常闭触点J2d的一端连接，J2d的另一端接第二直流电机DJ2的正极，微动开关K3的另一组开关的常开触点K3a与J2d并联，第二直流电机DJ2的负极接地。
本实用新型的测温电路可采用现有的成熟技术，不必赘述。
如图6与图5所示，本实用新型的工作过程与现场应用情况如下电解槽2表层是氧化铝粉壳体5，氧化铝粉壳体5的下面是电解质熔液3，氧化铝粉壳体5与电解质熔液3的界面是电解质液面8，阳极4位于电解槽2中；将装有采样机1、控制箱11、UPS电源15的推车14推至电解槽2附近，用气锤7打开出铝口6，打开电源，测量人员手握手持杆9将采样杯17从出铝口6放入电解质熔液3中，打开电源，第一直流电机DJ1正转，驱动测量探头18下降进入采样杯17中适当的位置，则下位行程开关K1动作，K1b断开，第一直流电机DJ1停转，测量探头18停在采样杯17中，测量探头18开始进行电解温度测量工作，温度数据经测温电路处理后不断输入到单片机IC中，由单片机IC读取、分析、存储达到热平衡后的电解温度值，并自动输出到相应的数字显示屏显示，则电解温度测量工作结束，将采样杯17盛满电解质熔液3后从电解槽2中取出，杯中的电解质熔液3开始冷却，冷却5～10秒钟，单片机开始读取、分析、比较测量电极D(测量探头18)与测量电极N(采样杯17)之间所检测到的电压值VD，当冷却的电解质到达初晶温度点时，单片机锁定初晶温度点同时计算出电解质的过热度，存储、并输出到相应的数字显示屏显示，单片机同时将相应的管脚置为高电平，使过热度检测继电器Jg吸合，Jga、Jgc闭合，使得换向继电器J1吸合，第一直流电机DJ1反转，驱动测量探头18上行离开采样杯17，当测量探头18上行至原位时，上位行程开关K2动作，K2b断开，K2a闭合，直流电机DJ1停转，使测量探头18停止在原位，同时，直流电机DJ2运转，通过转杆20带动采样杯17旋转，因采样杯17杯口与转杆20转动轴线的夹度β是钝角，可将采样杯17中的电解质倒掉，当采样杯17因转动而离开微动开关K3时，被压住的K3释放，K3a、K3c闭合，使三极管T2的基极有电流通过，T2导通，启动继电器J2吸合，J2d断开，J2a闭合，启动继电器J2完成对第二直流电机DJ2的启动工作，第二直流电机DJ2则通过K3a通电继续运转，当采样杯17旋转一圈又压住微动开关K3时，此时，K3a、K3c断开，J2a是一个自锁开关，使启动继电器J2仍吸合，J2d仍断开，则直流电机DJ2停转，保证采样杯17旋转一圈倾倒电解质后自动返回原位，以便下次继续使用，达到了测量探头及采样杯可多次使用的目的，至此整个测量工作完成。测量人员将推车14推至下一台电解槽2前，进行逐槽连续测量而不需更换测量探头18及采样杯17。
权利要求1.一种电解质过热度自动测量仪，其特征是该测量仪由采样机(1)和控制箱(11)组成；所述采样机(1)由外壳(34)、测量探头(18)、采样杯(17)、两个直流电机(32、33)、直线升降部件及转杆(20)组成；所述第一直流电机(32)输出端与所述直线升降部件连接，所述直线升降部件与所述测量探头(18)连接；所述第二直流电机(33)输出端与所述转杆(20)连接，所述转杆(20)与所述采样杯(17)连接，所述采样杯(17)的杯口与所述测量探头(18)相对应；所述控制箱(11)安装有单片机(IC)、电解质初晶温度点检测电路、测量探头及采样杯多次使用电路与测温电路，所述控制箱(11)面板装有电解温度数字显示屏(12)与过热度数字显示屏(13)；通讯线(10)将所述采样机(1)与所述控制箱(11)连接。
2.如权利要求1所述的一种电解质过热度自动测量仪，其特征是所述电解质初晶温度点检测电路由单片机(IC)、模数转换器(AD)、三个限流电阻(R2、R3、R4)、滤波电容(C)、三极管(T1)、过热度检测继电器(Jg)和测量电极(D)、测量电极(N)组成；所述单片机(IC)与所述模数转换器(AD)的工作电压正极接电源正极，工作电压负极接地，所述模数转换器(AD)的输出端与所述单片机(IC)连接，所述模数转换器(AD)输入端串联所述限流电阻(R3)与所述测量电极(D)连接，所述测量电极(N)接地，所述滤波电容(C)一端接所述模数转换器(AD)的输入端，另一端接地，所述测量电极(D)与所述测量电极(N)组成所述模数转换器(AD)的模拟信号输入端，所述限流电阻(R2)一端与外部电源(Vcc)连接，另一端与所述测量电极(D)连接，所述测量电极(N)接地，所述三极管(T1)的基极与所述限流电阻(R4)串联后与所述单片机(IC)连接，所述三极管(T1)的集电极与所述过热度检测继电器(Jg)串联后接电源正极，所述三极管(T1)的发射极接地；所述测量探头及采样杯多次使用电路由换向继电器(J1)、启动继电器(J2)、下位行程开关(K1、)上位行程开关(K2)、微动开关(K3)、限流电阻(R5)、三极管(T2)过热度检测继电器(Jg)的二组开关、下位行程开关(K1)和上位行程开关(K2)的各一组开关、微动开关(K3)的二组开关、换向继电器(J1)的二组开关、启动继电器(J2)的二组开关组成；所述启动继电器(J2)的一端与所述三极管(T2)的集电极连接，另一端接电源正极，所述三极管(T2)的发射极接地，基极串联所述限流电阻(R5)与所述微动开关(K3)的一组开关的常开触点(K3c)的一端连接，(K3c)的另一端接电源正极，所述启动继电器(J2)的一组开关的常开触点(J2a)与(K3c)并联；所述换向继电器(J1)的一端接地，另一端与所述过热度检测继电器(Jg)的一组开关的常开触点(Jga)的一端连接，(Jga)的另一端接电源正极，换向继电器(J1)的二组开关的公共触点分别接第一直流电机(DJ1)的正负极，其中一组开关的常开触点(J1c)与另一组开关的常闭触点(J1b)连接后接地，其中一组开关的常闭触点(J1d)与另一组开关的常开触点(J1a)及所述过热度检测继电器(Jg)的另一组开关的公共触点连接，所述过热度检测继电器(Jg)的该组开关的常开触点(Jgc)与上位行程开关(K2)的一组开关的常闭触点(K2b)连接，所述过热度检测继电器(Jg)的常闭触点(Jgd)与下位行程开关(K1)的一组开关的常闭触点(K1b)连接，(K1b)的另一端与(K2)的该组开关的公共触点接电源正极，所述上位行程开关(K2)该组开关的常开触点(K2a)与所述启动继电器(J2)的另一组开关的常闭触点(J2d)的一端连接，(J2d)的另一端接所述第二直流电机(DJ2)的正极，所述微动开关(K3)的另一组开关的常开触点(K3a)与(J2d)并联，所述第二直流电机(DJ2)的负极接地。
3.如权利要求1所述的一种电解质过热度自动测量仪，其特征是所述采样杯(17)的敞口端大于底面，所述采样杯(17)杯口与所述转杆(20)之间的夹角(β)是钝角。
4.如权利要求1至3任意一项所述的一种电解质过热度自动测量仪，其特征是所述外壳(34)内固定装有绝缘底板(41)，所述绝缘底板(41)固装有固定座(24)和隔热固定座(31)，所述第一直流电机(32)、所述第二直流电机(33)固定安装于所述隔热固定座(31)；所述直线升降部件由丝杠(25)、导向杆(26)、螺母(28)与中空导电杆(19)组成；所述螺母(28)套装在所述丝杠(25)和所述导向杆(26)上，所述螺母(28)与所述中空导电杆(19)固接；所述丝杠(25)和所述导向杆(26)安装于所述固定座(24)与所述隔热固定座(31)；所述第一直流电机(32)输出端与所述丝杠(25)连接；所述绝缘底板(41)上固定有滑道(22)，所述中空导电杆(19)位于所述滑道(22)内腔与其滑动连接，所述中空导电杆(19)下端固定安装所述测量探头(18)；所述测量探头(18)是一支铠装热电偶，所述测量探头(18)的K型热电偶的冷端穿过所述中空导电杆(19)与温度补偿导线(30)的一端在接线盒(29)中连接，所述温度补偿导线(30)的另一端与接线端子(35)连接；所述测量探头(18)、所述中空导电杆(19)、所述滑道(22)三者导通，形成测量电极(D)；第一采样导线(23)的一端与所述滑道(22)电连接，另一端与所述接线端子(35)连接；所述中空导电杆(19)固定有定位块(38)，所述中空导电杆(19)的侧面装有可与所述定位块(38)碰接的上位行程开关(27)与下位行程开关(40)；所述绝缘底板(41)上还固定有导套(21)，所述采样杯(17)固定安装于所述转杆(20)下端，所述转杆(20)穿过所述导套(21)与所述导套(21)可转动连接；所述采样杯(17)、所述转杆(20)、所述导套(21)三者导通，形成测量电极(N) ；第二采样导线(39)的一端与所述导套(21)电连接，另一端与所述接线端子(35)连接；所述转杆(20)上固定有挡位销(37)，所述转杆(20)的旁边装有可与所述挡位销(37)触接的微动开关(36)；所述上位行程开关(27)、所述下位行程开关(40)、所述微动开关(36)、所述接线端子(35)固定安装在所述绝缘底板(41)上。
5.如权利要求4所述的一种电解质过热度自动测量仪，其特征是该测量仪配备有UPS电源(15)，电源线(16)将所述UPS电源(15)与所述控制箱(11)连接，所述采样机(1)、所述控制箱(11)、所述UPS电源(15)均装在推车(14)上。
6.如权利要求5所述的一种电解质过热度自动测量仪，其特征是所述外壳(34)上固定安装手持杆(9)，所述接线端子(35)上引出的通讯线(10)穿过所述手持杆(9)与所述控制箱(11)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种电解质过热度自动测量仪，它由采样机和控制箱组成；采样机由外壳、测量探头、采样杯、两个直流电机、直线升降部件及转杆组成；第一直流电机输出端与直线升降部件连接，直线升降部件与测量探头连接；第二直流电机输出端与转杆连接，转杆与采样杯连接，采样杯的杯口与测量探头相对应；控制箱安装有单片机、电解质初晶温度点检测电路、测量探头及采样杯多次使用电路与测温电路，控制箱面板装有电解温度数字显示屏与过热度数字显示屏；通讯线将采样机与控制箱连接。它将电解铝厂无法现场测量的电解质过热度实现了现场自动测量，使测量探头及采样杯可多次重复使用，极大地降低了电解铝厂的测量成本，节能、降耗，具有很高的性价比。
文档编号C25C3/20GK2900554SQ200620078948
公开日2007年5月16日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者路建军, 袁子勤, 矫立新, 王军 申请人:兰州盛奥电子科技有限公司