铝电解槽母线电流测量装置及阳极电流测量系统和方法与流程

本发明实施例涉及铝电解技术领域，特别涉及一种铝电解槽母线电流测量装置及阳极电流测量系统和方法。

背景技术：

目前，现有的铝电解行业中在预焙电解槽生产过程中，需要每天进行阳极电流分布的测量，其采用的是离线等距电压降的人工测量手段进行测量。

然而，该种测量方式由于不能消除阳极导杆温度变化对阳极电流测量带来的影响，因此其存在着很大的测量误差；此外，又由于人工测量每次只能测量一个阳极，操作完后再进行下一个阳极的测量，如此反复进行，不仅测量程序繁复，工作量大，而且时间长，效率低下。由于测量的结果也不能实时地送入计算机控制系统，而是得需要先把测定结果提交给相关人员，然后再由相关人员按照规程输入到控制系统，测量的结果存在时间差，因此，现有的测量方式并不能真实地反映电解槽阳极电流的分布情况。

另外，随着电解生产过程的进行，阳极高度也需要实时调整，而随着电解生产过程的进行，阳极也在不断地被消耗，这样每间隔一定的时间就需要调整阳极导杆和母线的相对位置，因而采用固定安装的电流测量架就必须要不断地拆装测量架，这也给测量工作带来极大的不便。

如果不解决以上问题，阳极电流测量将无法达到预期效果，并且无法真实再现电解槽阳极电流分布状况和变化趋势，为操作人员及时调整阳极高度提供及时准确的数据，从而有效防止因阳极电流集中引起的阳极脱落故障，进一步提高电解槽的电流效率，降低阳极消耗，降低电力消耗，进而达到节 约电力能源的目的；

目前，阳极电流的测量均需直接加载测量装置在阳极导杆上，随着阳极导杆高度的调整，阳极导杆上的测量装置则需拆卸和移动维护，不但增加了生成工序、提高了生产成本，而且还存在一定的安全生产隐患。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种铝电解槽母线电流测量装置及阳极电流测量系统和方法，用以解决现有技术中阳极电流的测量均需直接加载测量装置在阳极导杆上的缺陷，进而随着阳极导杆高度的调整、阳极导杆上的测量装置无需拆卸和移动维护，同时可实现减少生成工序、降低生产成本、并消除随之所带来的安全生产隐患的目的。

为实现上述发明目的，一方面，本发明实施例提供一种铝电解槽母线电流测量装置，应用于铝电解槽中的母线电流测量，所述母线电流测量装置设置于所述铝电解槽的阳极导杆一侧的母线上，包括：

卡架，所述卡架包括分别设置于所述卡架两端的母线电压及温度采集器和锁紧装置，且所述母线电流测量装置通过所述母线电压及温度采集器和锁紧装置固定于阳极导杆一侧的母线上；

母线电流采集器，所述母线电流采集器设置于所述卡架上，用于根据所述母线电压及温度采集器所反馈的母线温度确定母线电阻，并根据所述母线电阻和所述母线电压及温度采集器所反馈的母线等距电压获取阳极导杆一侧的母线电流并发送。

另一方面，本发明实施例提供一种铝电解槽阳极电流测量系统，应用于铝电解槽的阳极电流测量，包括一控制装置和上述母线电流测量装置；

所述两母线电流测量装置分别等间距地设置于所述阳极导杆两侧的母线上，每一所述母线电流测量装置用于测量阳极导杆一侧的母线电流并发送给所述控制装置；

所述控制装置用于分别接收所述两母线电流测量装置所测得的所述阳极导杆两侧的母线电流，并根据所述阳极导杆两侧的母线电流获取所述阳极导杆上的阳极电流。

再一方面，本发明实施例提供一种铝电解槽阳极电流测量方法，应用于铝电解槽的阳极电流测量，包括：

设置于阳极导杆两侧的母线电流测量装置分别测量阳极导杆两侧的母线电流并发送至控制装置；

所述控制装置接收所述母线电流测量装置所测得的所述阳极导杆两侧的母线电流，并根据所测得的所述阳极导杆两侧的母线电流获得所述阳极导杆上的阳极电流。

本发明实施例提供的阳极电流测量方案，通过所述两母线电流测量装置分别等间距地设置于所述阳极导杆两侧的母线上，每一所述母线电流测量装置用于测量阳极导杆一侧的母线电流并发送给所述控制装置；所述控制装置用于分别接收所述两母线电流测量装置所测得的所述阳极导杆两侧的母线电流，并根据所述阳极导杆两侧的母线电流获取所述阳极导杆上的阳极电流的相关技术方案，解决了现有技术中阳极电流的测量均需直接加载测量装置在阳极导杆上的缺陷，进而随着阳极导杆高度的调整、阳极导杆上的测量装置无需拆卸和移动维护，同时可实现减少生成工序、降低生产成本、并消除随之所带来的安全生产隐患的目的。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置的正视图；

图2为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置的侧视图；

图3为本发明实施例母线电压及温度采集器的结构示意图；

图4为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置设置于阳极导杆一侧母线上的结构示意图；

图5为本发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统的示意图；

图6为本发明实施例铝电解槽阳极电流测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

实施例一

图1为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置的正视图；图2为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置的侧视图；图3为本发明实施例母线电压及温度采集器的结构示意图；图4为本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置设置于阳极导杆一侧母线上的结构示意图。参考图1至图4，本发明实施例铝电解槽母线电流测量装置应用于铝电解槽中的母线电流测量，如图4所示，母线电流测量装置设置于铝电解槽的阳极导杆一侧的母线上；该母线电流测量装置可测量其所在阳极导杆一侧的母线上的母线电流；

其中，该母线电流测量装置包括卡架1和母线电流采集器；

该卡架1可采用型钢制成，具体材料不做限定，本领域技术人员可具体经验选择，满足支撑效果即可，其包括设置于卡架1两端的母线电压及温度采集器和锁紧装置，且母线电流测量装置可通过母线电压及温度采集器和锁紧装置固定于阳极导杆一侧的母线上；

具体地，卡架1可为凹字形支架，该凹字形支架通过其凹槽部分将母线电流测量装置套设于母线上，凹字形支架其突出两端分别设置的母线电压及温度采集器和锁紧装置可将母线电流测量装置固定于阳极导杆一侧的母线上，即通过母线电压及温度采集器和锁紧装置可将套设于母线上的凹字形支架其突出两端贴紧母线固定。

该锁紧装置为设置于凹字形支架其突出的另一端的顶丝11，通过旋拧该顶丝11的锁紧螺栓，可将设置于凹字形支架其突出的一端的母线电压及温度采集器与母线紧密接触，进而可达到凹字形支架其突出两端分别设置的母线电压及温度采集器和锁紧装置可将母线电流测量装置固定于阳极导杆一侧的母线上的目的。

上述母线电压及温度采集器包括一支架组件、两探针组件和一感温组件；其中，支架组件为一绝缘材料支架5，其具体可采用3240绝缘材料制成，当然也可采用其他绝缘材料制成，在此不作具体限定，绝缘材料支架5优选矩形，该绝缘材料支架5设置于凹字形支架突出的一端的内侧，并与凹字形支架其突出的一端呈十字结构而固定，由此可使得凹字形支架设置有母线电压及温度采集器的突出的一端由于绝缘材料支架5呈矩形且与凹字形支架其突出的一端呈十字结构，进而可增大贴紧母线的面积；如图3所示，两探针组件分别设置于呈矩形的绝缘材料支架5的两端，每一探针组件包括探针4、弹簧10、锁定螺母6和接线端子7，且探针4的前端为伞状顶针、后端为螺纹杆，弹簧10套设在探针4上，其一端抵住伞状顶针的底部、另一端抵住绝缘材料支架的一凹槽内，通过锁定螺母6旋拧在螺纹杆上可将探针4和接线端子7与绝缘材料支架5锁紧成一体；感温组件设置于绝缘材料支架5的中部，包括感温垫板8和电子感温器件9，且电子感温器件9置于感温垫板8中，再如图3所示，通过设置于感温垫板8两端的螺栓可将绝缘材料支架5和感温垫板8固定在卡架1上。

进步一地，在母线电流测量装置设置于铝电解槽的阳极导杆一侧的母线 上后，由于旋拧该顶丝11的锁紧螺栓可将设置于凹字形支架其突出的一端的母线电压及温度采集器与母线紧密接触，则感温垫板8将与母线紧密接触，电子感温器件9可实时测量母线的温度并反馈给母线电流采集器3，而设置在绝缘材料支架5两端的接线端子7可将两探针4之间的母线等距电压实时反馈给母线电流采集器3，绝缘材料支架5则实现了两探针4之间的电气隔离，保证了母线等距电压的有效性。

进而，设置于铝电解槽母线电流测量装置上的母线电流采集器3可根据母线电压及温度采集器中的电子感温器件9所反馈的母线温度确定母线电阻，并根据母线电阻和母线电压及温度采集器所包括的两探针4所反馈的母线等距电压实时获取阳极导杆其中一侧的母线电流，由于所测量母线电流具有实时性，该母线电流可反映铝电解槽母线电流测量装置其所在阳极导杆一侧的母线电流分布。该母线电流采集器3可具有无线通讯功能，能够将阳极导杆其中一侧的母线电流通过无线通讯的方式发送给控制系统(图1至图4中未示意出)，而由控制系统对阳极导杆两侧的母线电流进行处理，从而可获得阳极导杆上的阳极电流分布情况。再者，可利用母线电流采集器3上的航空插头(图1至图4中未示意出)将从接线端子7传输过来的母线等距电压转送至母线电流采集器3。

进一步地，铝电解槽母线电流测量装置还包括采集器支架2，母线电流采集器3可通过采集器支架2设置于卡架1的上方，该采集器支架2顶端连接于母线电流采集器3，其底端则连接于卡架1。

再次结合图1至图4，在实际应用中，铝电解槽母线电流测量装置可通过卡架1、顶丝11固定于母线上，并可以实现整体测量装置随母线的上下移动。具体安装过程如下：将卡架1放置于阳极导杆一侧的母线上端，顺时针旋转顶丝11的锁紧螺栓，使两测量探针4向母线方向移动，在旋进的过程中，测量探针会不断缩进，由于有弹簧10的作用，探针4始终能保持于母线的良好接触，此旋进过程直至感温垫板8与母线紧密接触为止，这样就保证了感 温垫板8与母线紧密接触，同时也保证了探针4与母线紧密接触，也就是同时保证了感温垫板8和探针4这两个结构体能同时与母线紧密接触。根据欧姆定律我们知道，通过一段导体的电流等于该段导体上的电压除以该段导体的电阻；一段导体的电阻与该段导体的横截面、长度、电阻率有关，而电阻率不仅与导体的材料性质有关，还与温度的高低有关，由于母线的截面积已知恒定不变，两探针的间距一定，测量的是母线等距电压，母线的电阻率也已知，因此，只要测得母线一定间距的母线等距电压和该段母线上的温度，即可得到母线电流。因此，利用本实施例铝电解槽母线电流测量装置可以克服温度变化引起的对测量结果的影响。

本发明实施例所提供的铝电解槽母线电流测量装置，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)设计合理，整体结构简单，安装方便，使用效果佳。

(2)巧妙地将理论与实践相结合，其采用了一种全新的结构和安装方式，将测量装置通过卡架安装在母线上，使得装置可在母线升降的同时与母线一同移动，使得在抬升母线、调整极距和更换阳极的工艺操作时，无需对本装置做拆卸或移动的维护工作；将结构与流程完美衔接，并且可采用无线通讯的方式实现控制系统与测量部分之间的通讯，从而代替了传统的人工录入测量数据的手段，因此，其达到了在线实时测量、并准确快速地传递测量结果，从而得出母线电流的分布情况的目的。

(3)流程简洁，能够有效地对母线电流进行连续检测，而且在检测时也不需要其它动力设备辅助，而且不污染环境，环保节能，工作效率高，本发明利用较低的成本实现了科技的创新，突破了行业的限制，其拥有现有技术无可比拟的巨大优势。

(4)测量原理是根据节点处电流平衡原理实现阳极电流的测量，采用两套测量装置分别测量阳极导杆两侧的等距母线电压，进行代数求和得到阳极电流，同时测量导杆两侧母线的温度，因此，本测量装置可以克服温度变化引起的 对测量结果的影响。

(5)本发明性价比高，针对性强，制造成本、维护成本都很低，易于批量生产，而且性能稳定，并且本发明不仅仅只局限于对铝电解槽阳极电流进行测量，其也可以适用于任何已知材料导体的电流(电流强度足够大)的测量，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值，适于在市场上大范围的推广应用。

实施例二

图5为本发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统的示意图。如图5所示，发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统应用于铝电解槽的阳极电流测量，包括一控制装置(图5中未示意出)和两上述实施例一中的母线电流测量装置；其中，

两母线电流测量装置分别等间距地设置于阳极导杆两侧的母线上，每一母线电流测量装置用于测量阳极导杆一侧的母线电流并发送给控制装置；

控制装置用于分别接收两母线电流测量装置所测得的阳极导杆两侧的母线电流，并根据阳极导杆两侧的母线电流获取阳极导杆上的阳极电流。

这里需要说明的是，由于本发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统中所采用的铝电解槽母线电流测量装置与实施例一中所描述的铝电解槽母线电流测量装置相同，因此本实施例将不再对铝电解槽母线电流测量装置的结构进行进行详细描述。

结合图1至图5，在实际应用中，按实施例一中铝电解槽母线电流测量装置固定于母线上的描述，可将两母线电流测量装置分别等间距地设置于阳极导杆两侧的母线上，具体安装过程这里不再赘述。

在安装完成后，铝电解槽母线电流测量装置上的探针4就会与导杆良好的接触，从而完成阳极导杆两侧母线上的等距电压的测量。母线电压及温度采集器所测得的阳极导杆两侧的母线等距电压信号通过导线和安装在测量装置上的母线电流采集器3上的航空插头(图1至图5中未示意出)传输至母 线电流采集器3。并且，母线电流采集器3可根据母线电压及温度采集器中的电子感温器件9所反馈的母线温度确定母线电阻。进而，母线电流采集器3可根据母线电阻和母线电压及温度采集器所包括的两探针4所反馈的母线等距电压实时获取阳极导杆两侧的母线电流，由于所测量母线电流具有实时性，阳极导杆每一侧的母线电流可反映铝电解槽母线电流测量装置其所在阳极导杆一侧的母线电流分布。最终，再由母线电流采集器3将阳极导杆两侧母线的母线电流无线发射至控制系统，由控制系统对接收的信号进行转化、处理，并根据根据节点处电流平衡原理得出阳极电流的分布情况。进一步地，在更换阳极炭块或抬母线的工艺操作时，无需再对电解槽母线电流测量装置进行拆装操作，在工艺操作完成后，既可进行阳极导杆上阳极电流分布的在线监测，又可消除由于工艺制度产生的测量装置的操作，极大地减轻了维护工作量。

通过以上描述，本领域技术人员可预见到本发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统优点在于可以测量通过任何已知材料导体的电流(电流强度足够大)，以消除由于工艺制度产生的测量装置的操作，可极大地减轻维护工作量；从而本系统能够不仅限于铝电解生产中阳极电流的测量。

本发明实施例所提供的铝电解槽阳极电流测量系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)设计合理，整体结构简单，安装方便，使用效果佳。

(2)巧妙地将理论与实践相结合，其采用了一种全新的结构和安装方式，将测量装置通过卡架安装在母线上，使得装置可在母线升降的同时与母线一同移动，使得在抬升母线、调整极距和更换阳极的工艺操作时，无需对本装置做拆卸或移动的维护工作；将结构与流程完美衔接，并且可采用无线通讯的方式实现控制系统与测量部分之间的通讯，从而代替了传统的人工录入测量数据的手段，因此，其达到了在线实时测量、并准确快速地传递测量结果，从而得出阳极电流的分布情况的目的。

(3)流程简洁，能够有效地对阳极电流进行连续检测，而且在检测时也不需要其它动力设备辅助，而且不污染环境，环保节能，工作效率高，本发明利用较低的成本实现了科技的创新，突破了行业的限制，其拥有现有技术无可比拟的巨大优势。

(4)测量原理是根据节点处电流平衡原理实现阳极电流的测量，采用两套测量装置分别测量阳极导杆两侧的等距母线电压，进行代数求和得到阳极电流，同时测量导杆两侧母线的温度，因此，本测量系统可以克服温度变化引起的对测量结果的影响。

(5)本发明实施例铝电解槽阳极电流测量系统性价比高，针对性强，制造成本、维护成本都很低，易于批量生产，而且性能稳定，并且本发明不仅仅只局限于对铝电解槽阳极电流进行测量，其也可以适用于任何已知材料导体的电流(电流强度足够大)的测量，因此，其具有很高的实用价值和推广价值，适于在市场上大范围的推广应用。

实施例三

这里需要说明的是，本发明实施例的测量方法为基于实施例一铝电解槽母线电流测量装置和实施例二铝电解槽阳极电流测量系统而作出铝电解槽阳极电流测量方法，因此对于铝电解槽母线电流测量装置和铝电解槽阳极电流测量系统不再赘述。

图6为本发明实施例铝电解槽阳极电流测量方法的流程图。结合图1至图6所示，本发明实施例铝电解槽阳极电流测量方法包括：

步骤S11，设置于阳极导杆两侧的母线电流测量装置分别测量阳极导杆两侧的母线电流并发送至控制装置；

设置于铝电解槽母线电流测量装置上的母线电流采集器3可根据母线电压及温度采集器中的电子感温器件9所反馈的母线温度确定母线电阻，并根据母线电阻和母线电压及温度采集器所包括的两探针4所反馈的母线等距电压实时获取阳极导杆其中一侧的母线电流，由于所测量母线电流具有实时性， 该母线电流可反映铝电解槽母线电流测量装置其所在阳极导杆一侧的母线电流分布。该母线电流采集器3可具有无线通讯功能，能够将阳极导杆其中一侧的母线电流通过无线通讯的方式发送给控制系统(图1至图5中未示意出)，而由控制系统对阳极导杆两侧的母线电流进行处理，从而可获得阳极导杆上的阳极电流分布情况。再者，可利用母线电流采集器3上的航空插头(图1至图4中未示意出)将从接线端子7传输过来的母线等距电压转送至母线电流采集器3。

在本步骤中，进一步包括以下子步骤：

步骤S111，母线电流测量装置获取其所包括的母线电压及温度采集器的两探针所反馈的等距电压；

步骤S112，并且获取母线电压及温度采集器所反馈的母线温度，并根据母线温度确定母线的电阻率，通过母线的横截面积、两探针之间的母线的长度及母线的电阻率确定母线电阻；

步骤S113，根据等距电压和母线电阻获取阳极导杆一侧的母线电流。

步骤S12，控制装置接收母线电流测量装置所测得的阳极导杆两侧的母线电流，并根据所测得的阳极导杆两侧的母线电流获得阳极导杆上的阳极电流。

控制系统接收来自母线电流采集器3无线发射的阳极导杆两侧母线的母线电流的信号，由控制系统对接收的信号进行转化、处理，并根据根据节点处电流平衡原理得出阳极电流的分布情况。

本发明实施例所提供的铝电解槽阳极电流测量方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)流程简洁，能够有效地对阳极电流进行连续检测，而且在检测时也不需要其它动力设备辅助，而且不污染环境，环保节能，工作效率高，本发明利用较低的成本实现了科技的创新，突破了行业的限制，其拥有现有技术无可比拟的巨大优势。

(2)测量原理是根据节点处电流平衡原理实现阳极电流的测量，采用两套测量装置分别测量阳极导杆两侧的等距母线电压，进行代数求和得到阳极电流，同时测量导杆两侧母线的温度，因此，本测量方法可以克服温度变化引起的对测量结果的影响。

(3)本发明实施例铝电解槽阳极电流测量方法不仅仅只局限于对铝电解槽阳极电流进行测量，其也可以适用于任何已知材料导体的电流(电流强度足够大)的测量，因此，其具有很高的实用价值和推广价值，适于在市场上大范围的推广应用。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。