可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀的製作方法
2023-05-20 13:50:56
可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀；可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀含有中央處理模塊、檢測模塊、鍵盤、顯示器和電源模塊，中央處理模塊中含有微處理器，檢測模塊中含有電壓信號放大電路，電壓信號放大電路的輸入端與電解槽陽極導杆連接，電壓信號放大電路的輸出端與微處理器的第一模擬信號輸入端連接；電壓信號放大電路中含有第一運算放大器和第二運算放大器，電解槽陽極導杆上的電壓信號依次經第一運算放大器﹑第二運算放大器放大後進入到微處理器的第一模擬信號輸入端；本實用新型提供了一種測量準確、功能強、使用方便的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀。
【專利說明】可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀
[0001](一)、【技術領域】:本實用新型涉及一種電流測量記錄分析儀，特別涉及一種可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀。
[0002](二)、【背景技術】:鋁電解槽是一個複雜的多變量體系，找出能準確診斷鋁電解槽工作狀態的方法，對鋁電解槽工作狀態的監測分析有十分重要的意義。長期以來，操作工人利用指針式毫伏表和兩根頂端固定有一定距離(20cm-30cm)的電極的探針對陽極電流分布情況進行測量評估，操作時，必須有一人持表探杆取樣，另一人記錄數據，對電流分布的測量記錄往往需要2到3個人才能完成，費時費力，且後期數據手工傳抄、整理、錄入麻煩，數據分析還容易受到人為經驗的影響。
[0003](三)、實用新型內容:
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:針對現有技術不足，提供一種測量準確、功能強、使用方便的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀。
[0005]本實用新型的技術方案:
[0006]一種可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，含有中央處理模塊、檢測模塊、鍵盤、顯示器和電源模塊，中央處理模塊中含有微處理器，鍵盤與微處理器的鍵盤口連接，顯示器與微處理器的顯示口連接，檢測模塊中含有電壓信號放大電路，電壓信號放大電路的輸入端與電解槽陽極導杆連接，電壓信號放大電路的輸出端與微處理器的第一模擬信號輸入端連接；電源模塊為中央處理模塊、檢測模塊和顯示器供電。
[0007]電壓信號放大電路中含有第一運算放大器和第二運算放大器，電解槽陽極導杆上的電壓信號依次經第一運算放大器、第二運算放大器放大後進入到微處理器的第一模擬信號輸入端。
[0008]電解槽陽極電流測量的方法是「等距壓降法」。根據歐姆定律和物體的電阻率計算公式，有 I=U/R 和 R= ( P XL)/A，即:I = (UXA)/(P XL)
[0009]其中:I為通過電解槽陽極導杆的電流，單位為安倍；
[0010]U為電解槽陽極導杆測量長度上的電壓降，單位為伏；
[0011]R為電解槽陽極導杆測量長度上的電阻，單位為歐姆；
[0012]P為電解槽陽極導杆的電阻率，鋁為2.83 X 10-8 Ω/m,銅為1.75 X 10-8 Ω/m；
[0013]A為電解槽陽極導杆橫截面積，單位為平方米；
[0014]L為電解槽陽極導杆的測量長度，單位為米；
[0015]可以看出:對於相同的電解槽陽極導杆，I與U成正比！因此，對陽極電流的測量可以轉化為對電解槽陽極導杆電壓的測量。
[0016]檢測模塊中還含有溫度傳感器,溫度傳感器的輸出端與微處理器的第二模擬信號輸入端連接。溫度傳感器用於測量室內的溫度。
[0017]該記錄分析儀還含有時鐘發生模塊，時鐘發生模塊中含有時鐘晶振、時鐘發生器和第一電池，時鐘晶振與時鐘發生器的晶振端連接，第一電池與時鐘發生器的電源端連接，時鐘發生器的串行通訊口與微處理器的第一串行通訊口連接；電源模塊還為時鐘發生模塊供電。時鐘發生模塊用於提供時間信息。[0018]該記錄分析儀還含有通訊模塊，通訊模塊中含有USB-RS232接口轉換器和USB通訊接口，微處理器的第二串行通訊口通過USB-RS232接口轉換器與USB通訊接口連接；電源模塊還為通訊模塊供電。通訊模塊用於該記錄分析儀與外部PC通訊。
[0019]中央處理模塊中還含有存儲器、指示燈和報警器，存儲器與微處理器的串行存儲口連接，微處理器的指示燈信號輸出端的信號經第一三極體放大後驅動指示燈工作，微處理器的報警信號輸出端的信號經第二三極體放大後驅動報警器工作。
[0020]中央處理模塊中還含有編程接口，編程接口與微處理器連接；指示燈為發光二極體，報警器為電鈴，顯示器為液晶顯示器。
[0021]電源模塊中含有第二電池、P溝道場效應管、開機按鍵、第三三極體和電壓轉換器，第二電池的正極與P溝道場效應管的源極連接，P溝道場效應管的漏極與電壓轉換器的輸入端連接，電壓轉換器的輸出端輸出供電電源，P溝道場效應管的柵極和源極之間並接有第一電阻，P溝道場效應管的柵極通過第二電阻與第三三極體的集電極連接，第三三極體的發射極接地，微處理器的開關機控制信號輸出端通過第三電阻與第三三極體的基極連接，第三三極體的集電極與第一二極體的正極連接，第一二極體的負極與開機按鍵的一端連接，開機按鍵的另一端接地，第一二極體的負極與第二二極體的負極連接，第二二極體的正極與微處理器的開機信號輸入端連接，第四電阻和第五電阻串聯在一起後並接在電壓轉換器的輸入端和地之間，第四電阻和第五電阻的連接處與微處理器的第三模擬信號輸入端連接，用於檢測第二電池的電量。
[0022]該記錄分析儀關機後，長按開機按鍵，微處理器的開關機控制信號輸出端輸出高電平，開啟系統電源。
[0023]實際使用時，可採用該記錄分析儀對每組電解槽陽極導杆電流進行測量、記錄、顯示，外部PC的配套軟體再通過該記錄分析儀的USB通訊接口將其數據導出、進行分析、生成報表等。
[0024]該記錄分析儀的軟體使用C語言編寫，程序中通過硬體按鍵操作設備實現測量、記錄、查看數據。同時，該記錄分析儀具有一些貼心的功能，如在測量一根導杆之後，能夠自動跳到下一個導杆號；一段時間無操作，設備自動關機。
[0025]外部PC與該記錄分析儀通過USB 口進行通信，通信協議自定義。外部PC程序使用LabVIEW進行編寫，主體採用生產者-消費者框架，數據通信傳輸部分使用隊列和狀態機，使數據傳輸更為可靠。外部PC軟體可以從該記錄分析儀中讀取/擦除數據、校準設備時間、將數據繪製成曲線圖以及導出成各種報表(支持Word\EXCel\HTML\CSV格式)供外部使用。根據不同槽況下陽極電流波動的波形特徵明顯不同，尤其是波動頻率的不同，數據分析部分能對採集到的陽極電流信息數據進行頻譜分析，從而診斷出電解槽狀態，為生產提供技術指導。
[0026]本實用新型的有益效果:
[0027]1.本實用新型通過對電解槽陽極導杆電壓的測量來實現對陽極電流的測量，採用電壓信號放大電路對電壓信號進行放大，採用微處理器進行數據運算，採用時鐘發生模塊提供時間信息，採用通訊模塊與外部PC通訊，因此，本實用新型不僅對陽極電流的測量精度高，而且功能強、使用方便，能實現單人輕鬆操作，極大減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動效率。[0028]2.本實用新型採用數字晶片，比傳統的指針式毫伏表更穩定、抗幹擾性更強。
[0029]3.本實用新型能方便、及時地保存數據到FLASH存儲器，配套的外部PC軟體能對記錄的數據進行導出保存，減少人工錄入、整理的麻煩，並且，外部PC軟體分析槽況準確客觀，能減少人為經驗分析的主觀影響。
[0030](四)、【專利附圖】
【附圖說明】:
[0031]圖1為中央處理模塊的電路原理示意圖；
[0032]圖2為顯不器的電路原理不意圖；
[0033]圖3為檢測|旲塊的電路原理不意圖；
[0034]圖4為時鐘發生模塊的電路原理示意圖；
[0035]圖5為通訊模塊的電路原理示意圖；
[0036]圖6為電源模塊的電路原理示意圖。
[0037](五)、【具體實施方式】:
[0038]參見圖1?圖6，圖中，可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀含有中央處理模塊、檢測模塊、鍵盤、顯示器IXD和電源模塊，中央處理模塊中含有微處理器U1，鍵盤與微處理器Ul的鍵盤口 Pl.4-P1.7連接，顯示器與微處理器Ul的顯示口 P5.0、P5.1、P5.4、P5.5、PJ.0、Pl.2、Pl.3、P2.0、P4.3、P4.0連接，檢測模塊中含有電壓信號放大電路，電壓信號放大電路的輸入端與電解槽陽極導杆連接，電壓信號放大電路的輸出端與微處理器Ul的第一模擬信號輸入端P6.1連接；電源模塊為中央處理模塊、檢測模塊和顯示器IXD供電。
[0039]電壓信號放大電路中含有第一運算放大器U6A和第二運算放大器U6B，電解槽陽極導杆上的電壓信號依次經第一運算放大器U6A、第二運算放大器U6B放大後進入到微處理器Ul的第一模擬信號輸入端P6.1。
[0040]檢測模塊中還含有溫度傳感器U7，溫度傳感器U7的輸出端與微處理器Ul的第二模擬信號輸入端P6.2連接。溫度傳感器U7用於測量室內的溫度。
[0041]微處理器Ul的型號為:MSP430F5310 ;第一運算放大器U6A和第二運算放大器U6B的型號為:LMV358 ;溫度傳感器U7的型號為:TC1047 ;顯示器IXD為液晶顯示器，顯示器IXD的型號為:JLX12864G-189。
[0042]該記錄分析儀還含有時鐘發生模塊，時鐘發生模塊中含有時鐘晶振Y2、時鐘發生器U4和第一電池BAT，時鐘晶振Y2與時鐘發生器U4的晶振端Osc1、Osco連接，第一電池BAT與時鐘發生器U4的電源端VDD連接，時鐘發生器U4的串行通訊口 SCL、SDA與微處理器Ul的第一串行通訊口 P4.2、P4.1連接；電源模塊還為時鐘發生模塊供電。時鐘發生模塊用於提供時間信息。
[0043]時鐘發生器U4的型號為:PCF8563。
[0044]該記錄分析儀還含有通訊模塊，通訊模塊中含有USB-RS232接口轉換器U5和USB通訊接口 J5，微處理器Ul的第二串行通訊口 P4.5、P4.4通過USB-RS232接口轉換器U5與USB通訊接口 J5連接；電源模塊還為通訊模塊供電。通訊模塊用於該記錄分析儀與外部PC通訊。
[0045]USB-RS232 接口轉換器 U5 的型號為:PL2303HXD。
[0046]中央處理模塊Ul中還含有存儲器U3、指示燈LED和報警器BI，存儲器U3與微處理器Ul的串行存儲口 PL O、P5.1、P5.0、P5.4連接，微處理器Ul的指示燈信號輸出端PJ.1的信號經第一三極體Q5放大後驅動指示燈LED工作，微處理器Ul的報警信號輸出端P4.7的信號經第二三極體Q4放大後驅動報警器BI工作。存儲器U3的型號為:⑶25Q40。
[0047]中央處理模塊中還含有編程接口，編程接口與微處理器Ul連接；指示燈LED為發光二極體，報警器BI為電鈴。
[0048]電源模塊中含有第二電池Jl、P溝道場效應管Ql、開機按鍵Kl、第三三極體Q2和電壓轉換器U2，第二電池Jl的正極與P溝道場效應管Ql的源極連接，P溝道場效應管Ql的漏極與電壓轉換器U2的輸入端連接，電壓轉換器U2的輸出端輸出供電電源,P溝道場效應管Ql的柵極和源極之間並接有第一電阻R4，P溝道場效應管Ql的柵極通過第二電阻R5與第三三極體Q2的集電極連接，第三三極體Q2的發射極接地，微處理器Ul的開關機控制信號輸出端P6.3通過第三電阻R6與第三三極體Q2的基極連接，第三三極體Q2的集電極與第一二極體Dl的正極連接，第一二極體Dl的負極與開機按鍵Kl的一端連接，開機按鍵Kl的另一端接地，第一二極體Dl的負極與第二二極體D2的負極連接，第二二極體D2的正極與微處理器Ul的開機信號輸入端Pl.1連接，第四電阻R9和第五電阻RlO串聯在一起後並接在電壓轉換器U2的輸入端和地之間，第四電阻R9和第五電阻RlO的連接處與微處理器Ul的第三模擬信號輸入端P6.0連接，用於檢測第二電池Jl的電量。
[0049]電壓轉換器U2的型號為:SP6641。
[0050]該記錄分析儀關機後，長按開機按鍵K1，微處理器Ul的開關機控制信號輸出端P6.3輸出高電平，開啟系統電源。
[0051]實際使用時，可採用該記錄分析儀對每組電解槽陽極導杆電流進行測量、記錄、顯示，外部PC的配套軟體再通過該記錄分析儀的USB通訊接口將其數據導出、進行分析、生成報表等。
[0052]該記錄分析儀的軟體使用C語言編寫，程序中通過硬體按鍵操作設備實現測量、記錄、查看數據。同時，該記錄分析儀具有一些貼心的功能，如在測量一根導杆之後，能夠自動跳到下一個導杆號；一段時間無操作，設備自動關機。
[0053]外部PC與該記錄分析儀通過USB 口進行通信，通信協議自定義。外部PC程序使用LabVIEW進行編寫，主體採用生產者-消費者框架，數據通信傳輸部分使用隊列和狀態機，使數據傳輸更為可靠。外部PC軟體可以從該記錄分析儀中讀取/擦除數據、校準設備時間、將數據繪製成曲線圖以及導出成各種報表(支持Word\EXCel\HTML\CSV格式)供外部使用。根據不同槽況下陽極電流波動的波形特徵明顯不同，尤其是波動頻率的不同，數據分析部分能對採集到的陽極電流信息數據進行頻譜分析，從而診斷出電解槽狀態，為生產提供技術指導。
【權利要求】
1.一種可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，含有中央處理模塊、檢測模塊、鍵盤、顯示器和電源模塊，中央處理模塊中含有微處理器，鍵盤與微處理器的鍵盤口連接，顯示器與微處理器的顯示口連接，其特徵是:檢測模塊中含有電壓信號放大電路，電壓信號放大電路的輸入端與電解槽陽極導杆連接，電壓信號放大電路的輸出端與微處理器的第一模擬信號輸入端連接；電源模塊為中央處理模塊、檢測模塊和顯示器供電。
2.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:所述電壓信號放大電路中含有第一運算放大器和第二運算放大器，電解槽陽極導杆上的電壓信號依次經第一運算放大器、第二運算放大器放大後進入到微處理器的第一模擬信號輸入端。
3.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:所述檢測模塊中還含有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出端與微處理器的第二模擬信號輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:還含有時鐘發生模塊，時鐘發生模塊中含有時鐘晶振、時鐘發生器和第一電池，時鐘晶振與時鐘發生器的晶振端連接，第一電池與時鐘發生器的電源端連接，時鐘發生器的串行通訊口與微處理器的第一串行通訊口連接；電源模塊還為時鐘發生模塊供電。
5.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:還含有通訊模塊，通訊模塊中含有USB-RS232接口轉換器和USB通訊接口，微處理器的第二串行通訊口通過USB-RS232接口轉換器與USB通訊接口連接；電源模塊還為通訊模塊供電。
6.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:所述中央處理模塊中還含有存儲器、指示燈和報警器，存儲器與微處理器的串行存儲口連接，微處理器的指示燈信號輸出端的信號經第一三極體放大後驅動指示燈工作，微處理器的報警信號輸出端的信號經第二三極體放大後驅動報警器工作。
7.根據權利要求6所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:所述中央處理模塊中還含有編程接口，編程接口與微處理器連接；指示燈為發光二極體，報警器為電鈴。
8.根據權利要求1所述的可攜式電解槽陽極電流測量記錄分析儀，其特徵是:所述電源模塊中含有第二電池、P溝道場效應管、開機按鍵、第三三極體和電壓轉換器，第二電池的正極與P溝道場效應管的源極連接，P溝道場效應管的漏極與電壓轉換器的輸入端連接，電壓轉換器的輸出端輸出供電電源，P溝道場效應管的柵極和源極之間並接有第一電阻，P溝道場效應管的柵極通過第二電阻與第三三極體的集電極連接，第三三極體的發射極接地，微處理器的開關機控制信號輸出端通過第三電阻與第三三極體的基極連接，第三三極體的集電極與第一二極體的正極連接，第一二極體的負極與開機按鍵的一端連接，開機按鍵的另一端接地，第一二極體的負極與第二二極體的負極連接，第二二極體的正極與微處理器的開機信號輸入端連接，第四電阻和第五電阻串聯在一起後並接在電壓轉換器的輸入端和地之間，第四電阻和第五電阻的連接處與微處理器的第三模擬信號輸入端連接。
【文檔編號】G01R19/00GK203700552SQ201320768749
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】辛朋輝, 劉柯, 杜天章, 王偉之, 郭金穩 申請人:鄭州中實賽爾科技有限公司