基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置及其测量方法

摘要

本发明公开了基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置及其测量方法，解决现有的测量方式不能真实反映出电解槽阳极电流的分布情况的问题。该在线测量装置，包括控制系统，设有安装孔的基板，设置在该基板上的阳极电流采集器、信号传输装置和推进机构，以及安装在该推进机构上的信号采集装置；所述阳极电流采集器通过无线通讯与该控制系统连接。通过上述方案，本发明达到了实时测量阳极导杆的电压和温度，从而得出阳极导杆的电流分布情况的目的，本发明完美地将实践与理论相结合，具有设计巧妙、制作成本低廉、流程简洁、测量精度高、使用方便、工作效率高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置，具体地说，是涉及一种基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置及其测量方法。

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。

综上所述，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置，主要解决现有的测量方式不能真实反映出电解槽阳极电流的分布情况的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置，包括控制系统，还包括设有安装孔的基板，设置在该基板上的阳极电流采集器、信号传输装置和推进机构，以及安装在该推进机构上的信号采集装置；所述阳极电流采集器通过无线通讯与该控制系统连接。

具体地说，所述信号传输装置包括固定在基板上的支架，以及安装在该支架上、用于将信号采集装置采集的信号传输至阳极电流采集器的航空插头。

进一步地，所述推进机构包括固定在基板上的固定板，设置在该固定板上的锁紧卡箍，以及与该锁紧卡箍连接并可移动的移动轴；所述移动轴与信号采集装置连接。

具体地说，所述信号采集装置包括与移动轴连接的探针固定架，分别安装在该探针固定架上并以移动轴为中心对称分布的第一探针弹簧和第二探针弹簧，与第一探针弹簧连接的第一探针，与第二探针弹簧连接的第二探针，以及安装在探针固定架上并位于第一探针和第二探针之间的感温垫板。

再进一步地，所述移动轴与探针固定架的连接处还设有用于防止移动轴移动时发生转动的防转滑板。

由于涉及到探头对电流的检测，因此，所述探针固定架由绝缘材料制成。

作为优选，所述探针固定架由3240绝缘板构成。

同时，所述基板由不锈钢或无机非金属材料制成。

在上述硬件基础上，本发明还提供了该基于铝电解槽阳极电流分布的在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）通过设置在基板上的安装孔将基板安装到电解槽阳极导杆的母线上；

（2）利用推进机构推动信号采集装置以使该信号采集装置与电解槽阳极导杆紧密接触，并由信号采集装置采集电解槽阳极导杆的实时电压信号和温度信号；

（3）航空插头将信号采集装置采集的电压信号和温度信号传输至阳极电流采集器，并由阳极电流采集器将其转化为阳极电流信号；

（4）阳极电流采集器将阳极电流信号发射至控制系统，由控制系统对接收的信号进行转化、处理，得出阳极电流的分布情况。

具体地说，所述步骤（2）包括以下步骤：

（2a）逆时针旋松锁紧卡箍，并推动移动轴往靠近阳极导杆的方向移动直至第一探针、第二探针以及感温垫板均与阳极导杆的表面紧密接触；

（2b）顺时针旋紧锁紧卡箍，使其锁定移动轴，此时，第一探针和第二探针采集阳极导杆的实时电压信号，感温垫板采集阳极导杆的实时温度信号。

本发明的设计原理在于：根据欧姆定律可知，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积、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，由于阳极导杆的截面积已知恒定不变，因此，当第一探针和第二探针的间距一定时，其测量的是等距电压，由于阳极导杆的电阻率也已知，因此，只要测得导杆上一定间距的电压和该段导杆上的温度，就可得到阳极导杆的电流。因此，本发明采用的技术手段是将基板安装到阳极导杆的母线卡具上，使其可以在阳极导杆升降的同时，能够与阳极导杆一同移动，从而保证两个探针和感温垫板与阳极导杆之间不会发生相对运动，确保测量精度，然后利用锁紧卡箍带动移动轴移动，从而使得第一探针、第二探针以及感温垫板与被测阳极导杆紧密接触，便可以准确得到该阳极导杆的实时电流和温度，最后再通过阳极电流采集器将采集的信号发射到控制系统中便可处理得出测试结果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明设计合理，整体结构简单，安装方便，使用效果佳。

（2）本发明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，将基板安装在阳极导杆的母线卡具上，使得装置可在阳极导杆升降的同时与阳极导杆一同移动，并通过锁紧卡箍的旋松来推动移动轴，进而带动探针和感温垫板紧贴阳极导杆，使其测出阳极导杆的电流和温度，最后经控制系统得出电流分布情况，本发明将结构与流程完美衔接，测量装置与阳极导杆之间不产生相对运动，从而在提升阳极导杆和调整极距时不需要拆卸和重新安装，并且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，测量精度非常高，检测时间也非常短。

（3）本发明利用感温垫板对阳极导杆的温度进行实时检测，可以针对阳极导杆电流的温度进行外加补偿。

（4）本发明设置了防转滑板，可以防止移动轴在移动时发生转动，影响探针在导杆上的实际测量间距，从而影响最后测量的精度。

（5）本发明中基板采用不锈钢或无机非金属材料制成，因此，其具有耐高温的特性，可以更好地投入使用，并且进一步提高了整个测量装置的测量精度。

（6）本发明流程简洁，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，不仅降低了阳极消耗，节约电力能源，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，因此，与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

（7）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需要进行感应测量的设备和装置，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。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明部分零部件的侧视图。

图3为本发明的使用状态图。

图4为本发明的流程示意图。

其中，上述附图标记对应的零部件名称为：

1-控制系统，2-基板，3-安装孔，4-锁紧卡箍，5-移动轴，6-固定板，7-探针固定架，8-第一探针，9-第一探针弹簧，10-感温垫板，11-第二探针，12-第二探针弹簧，13-防转滑板，14-支架，15-航空插头，16-阳极电流采集器，17-母线卡具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1～4所示，本发明用于测量铝电解槽阳极电流的实时分布情况，其包括控制系统1、基板2、信号传输装置、推进机构、信号采集装置以及阳极电流采集器16，其中，控制系统1用于对采集的信号进行处理，从而得到阳极导杆的实时电流分布情况，该控制系统1与背景技术中的控制系统相同，其为现有技术，因此，不再对其进行详细介绍。控制系统1通过无线通讯的方式与阳极电流采集器16连接，因此，阳极电流采集器16可以通过无线发射的形式将信号传递至控制系统1。所述阳极电流采集器16安装在基板2上，而基板2上则设有安装孔3，该安装孔3与阳极导杆的母线卡具17上的螺母相匹配，由于信号传输装置和推进机构均安装在基板2上，而信号采集装置与推进机构连接，因此，通过将安装孔3推进母线卡具17的螺母后将该螺母旋紧即可将本发明的检测部分固定到母线上，使基板2可以随着母线的移动而移动，从而实现与阳极导杆一同移动，确保两者之间不会发生相对运动，保证测量的精度。并且作为优选，该基板2由不锈钢或是无机非金属材料制成。

信号传输装置用于将信号采集装置采集的信号传递至阳极电流采集器16，具体地说，该信号传输装置包括固定在基板2上的支架14和安装在该支架14上的航空插头15。航空插头15为现有技术，其一般由插头和插座组成，通过插头、插座的插合和分离来实现电路的连接和断开，故信号采集装置采集的信号在航空插头15的插头和插座插合时可以通过其传输至阳极电流采集器16。

推进机构则是用于将信号采集装置与阳极导杆紧密接触的机构，其包括固定在基板2上的固定板6，设置在该固定板6上的锁紧卡箍4，以及与该锁紧卡箍4连接并由其带动移动的移动轴5；而所述信号采集装置则包括与移动轴5连接的探针固定架7，分别安装在该探针固定架7上并以移动轴5为中心对称分布的第一探针弹簧9和第二探针弹簧12，与第一探针弹簧9连接的第一探针8，与第二探针弹簧12连接的第二探针11，以及安装在探针固定架7上并位于第一探针8和第二探针11之间的感温垫板10，感温垫板10为现有技术，其由垫板以及安装在垫板中的电子感温器构成。移动轴5的前端通过螺栓与探针固定架7和感温垫板10连接，该探针固定架7由绝缘材料制成（或者也可以采用金属材料制成，然后在其外表面增加绝缘轴套），作为优选，本发明中，探针固定架7由3240绝缘板构成。移动轴5与锁紧卡箍4配合实现探针固定架7的朝着靠近或远离阳极导杆的方向移动，第一探针8和第二探针11的前端均呈伞头状，后端为螺纹，通过与第一探针弹簧9和第二探针弹簧12配合可使两个探针头实现前后移动，在推进的过程中，第一探针8和第二探针11会不断缩进，由于有第一探针弹簧9和第二探针弹簧12的作用，因此，第一、第二探针始终能保持与阳极导杆的良好接触，并且此过程会持续到整个推进过程结束，同时此推进过程会持续到感温垫板10与阳极导杆紧密接触为止，因此，通过它与第一探针弹簧9和第二探针弹簧12的弹力配合可以方便、快速地将第一、第二探针和感温垫板10固定于阳极导杆上。此外，在移动轴5移动带动探针固定架7移动时，为防止移动轴5发生转动，在移动轴5与探针固定架7二者的连接处还设有防转滑板13。

通过上述设置，便可以很好地对阳极导杆的实时电压和温度进行测量，从而得出阳极导杆的电流分布情况。如图3、4所示，本发明的工作过程如下：

（1）通过设置在基板上的安装孔将基板安装到电解槽阳极导杆的母线上；

（2）利用推进机构推动信号采集装置以使该信号采集装置与电解槽阳极导杆紧密接触，并由信号采集装置采集电解槽阳极导杆的实时电压信号和温度信号；此过程中，由于可以实时得知阳极导杆的实时温度，因此可以通过外加的方式对阳极导杆电流的温度进行补偿，使其始终符合测量的要求；

该步骤的具体实施过程为：

（2a）逆时针旋松锁紧卡箍，并推动移动轴往靠近阳极导杆的方向移动直至第一探针、第二探针以及感温垫板均与阳极导杆的表面紧密接触；

（2b）顺时针旋紧锁紧卡箍，使其锁定移动轴，此时，第一探针和第二探针采集阳极导杆的实时电压信号，感温垫板采集阳极导杆的实时温度信号；在采集阳极导杆的温度信号时； 

（3）采集到阳极导杆的实时电压信号和温度后，航空插头将信号采集装置采集的电压信号和温度信号传输至阳极电流采集器，并由阳极电流采集器将其转化为阳极电流信号； 

（4）阳极电流采集器将阳极电流信号通过无线发射的方式发送至控制系统，由控制系统对接收的信号进行转化、处理，最后得出阳极电流的实时分布情况。

本发明采用了一种全新的结构设计，即可在测量阳极导杆电压的同时检测其温度，消除由于阳极导杆温度变化导致阳极导杆电阻率变化对阳极电流测量带来的影响，并通过无线传输的方式将测量结果发送至控制系统进行处理，其能够真实地反映电解槽阳极电流的分布情况，并且测量精度高，本发明的测量部分可以随着母线的移动而移动，从而使得其能够与阳极导杆同时移动，步调时刻保持一致，不需人工频繁地对其进行安装和拆卸便可时刻保持阳极导杆的等距电压实时测量，本发明是针对现有技术提出的一大创新和改进，其具有实质性的改进，真正解决了一直困扰着铝电解行业的阳极电流测量问题。本发明可以测量通过任何已知材料导体的电流，因此，其具有很高的实用价值和推广价值。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。