電解槽陽極母線電流分布測量儀的製作方法

2023-06-25 20:16:01

專利名稱：電解槽陽極母線電流分布測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電流測量領域，具體來說是一種電解槽陽極母線電流分布 測量儀。
背景技術：
在冶金行業中，電解槽是進行電解，將金屬氧化物(如氧化鋁)還原為純 金屬(如鋁)的生產設備，它的運轉狀況直接關係到金屬的各項生產指標如產 量、電流效率和能耗。通過測量電解槽陽極母線、陰極鋼棒上的電流值，可以 反映出整個電解槽的電流分布情況，以便及時發現潛在問題並採取措施，保證 生產順利進行。
目前，電解槽陽極母線電流分布測量的方式是在每個陽極母線上安裝電 流互感器，並對各個陽極母線的電流進行實時測量，通過通訊網絡上傳到上位 計算機上進行顯示。這種方法，雖然能夠實時給出電解槽陽極母線的電流分布 情況，但是存在如下缺點
一是無法在現場直接查看某陽極母線的測量結果，若電解槽出現工作異 常，不便於及時採取應對措施。
二是需要在後期手工錄入電解槽的設備編號、陽極母線編號、測量時間、 測量結果等數據，其工作效率不高，勞動強度較大，且易造成人為失誤。
三是需要建設通訊網絡，不僅增加投資，且由於測量環境的磁場非常強， 容易造成通訊數據錯誤或丟失；
四是設備投資很大，每個陽極母線的電流互感器不能移動，且單個電流互 感器成本在萬元以上，整個測試系統投資巨大。
由此，現有的電解槽陽;f及母線電流分布的測量方法及測量裝置，不利於電 解企業推廣應用，有鑑於此，需要設計一種更為先進的電解槽陽極母線電流分 布測量儀。
實用新型內容
針對現有技術的缺陷，本實用新型提供一種電解槽陽才及母線電流分布測量儀，可以實時測量陽極母線電流，並同時顯示電解槽的設備編號、陽極母線編 號和測量時間、測量結果等測量信息，從而便於在電解槽工作異常時及時採取 應對措施。
為解決以上技術問題，本實用新型提供的電解槽陽極母線電流分布測量
儀，其技術方案是包括測量頭、模數轉換器、微處理器、顯示器、時鐘；所 述測量頭外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉換為適於檢測的毫伏 級電壓信號或毫安級電流信號；所述模數轉換器的輸入端連接所述測量頭的輸 出端，以便將所述測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、悽M莫轉換為數位訊號； 所述微處理器的一輸入端連接所述時鐘的輸出端，以便讀取所述時鐘的當前時 間；所述微處理器的另一輸入端連接所述模數轉換器的輸出端，以便將所述模 數轉換器的輸出信號處理為用戶期望的格式；所述微處理器還預設電解槽的設 備編號、陽極母線編號；所述顯示器的輸入端連接所述微處理器的輸出端，以 便顯示所述微處理器輸出的電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、 陽'^l母線編號的測量信息。
優選地，還包括存儲器，所述存儲器與所述微處理器之間通過i/o接口連
接，以便所述微處理器讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編 號、陽極母線編號的測量信息。
優選地，還包括功能按鍵，所述功能按鍵的輸出端與所述微處理器的又一 輸入端連接，以便開啟測量功能、保存當前測量信息及查閱歷史測量信息。
優選地，還包括用以與上位計算機連接的USB通訊接口 ，所述USB通訊 接口與所述微處理器之間通過i/o接口連接，以便所述微處理器與上位計算機 之間下載或上傳測量信息。
優選地，還包括電池及電源切換器，所述電池及所述USB通訊接口的輸 出端分別連接所述電源切換器的 一個輸入端，所述的電源切換器的輸出端與所 述微處理器的輸入端連接。
優選地，所述微處理器內置或外接超限報警器，以便在電解槽陽極母線電 流測量結果超過用戶設定的上限值時進行報警。
優選地，所述模數轉換器為增益可編程模數轉換器。優選地，所述顯示器為液晶顯示器。
優選地，還包括光線檢測器，所述光線檢測器的輸出端與所述微處理器的 再一輸入端連接，以便控制所述液晶顯示器背光光源的開啟與關閉。 優選地，所述微處理器為嵌入式微處理器
與現有技術相比，本實用新型提供的電解槽陽極母線電流分布測量儀，不 僅可實時測量陽極母線電流，還可同時將電解槽的設備編號、陽極母線編號和
測量時間、測量結果等測量信息顯示在顯示器上；由此，操作人員在現場可以 直接查看某陽極母線的測量結果，當電解槽工作異常時，操作人員可立即採取 應對措施，保證生產的順利進行。
此外，還可避免人為記錄設備編號、測量時間、測量it據和讀取數據的麻 煩，減少記錄及錄入過程中可能出現的人為失誤，節省勞動力支出，降低操作 人員的勞動強度，提高工作效率；無需建設通訊網絡，可節省投資，其不受電 >磁環境影響，可避免數據錯誤或丟失；由於測量頭外接的電流互感器可移動， 無需在每個陽極母線上安裝電流互感器，從而可減輕測量成本。


圖l是本實用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀基本型的框圖； 圖2是本實用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀改進型的框圖。
具體實施方式

本實用新型的基本構思是，包括測量頭、模數轉換器、微處理器、顯示器、 時鐘；測量頭外接電流互感器，將電解槽陽極母線電流轉換為適於檢測的毫伏 級電壓信號或毫安級電流信號；模數轉換器將測量頭輸出的模擬信號濾波、放 大、數模轉換為數位訊號；微處理器預設電解槽的設備編號、陽極母線編號， 讀取時鐘的當前時間，並將所述模數轉換器的輸出信號處理為用戶期望的格 式；顯示器可實時顯示測量結果、時間及設備編號、陽極母線編號等測量信息。
下面結合具體實施方式
與附圖進行說明。
請參考圖1,該圖為本實用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀基本型的 框圖。該實施方式中的解槽陽極母線電流分布測量儀(以下簡稱測量儀)，包 括包括測量頭l、模數轉換器2、微處理器3、顯示器7、時鐘4,其中測量頭1外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉換為適於檢測的
毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；模數轉換器2的輸入端連接測量頭1的輸 出端，以便將測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數模轉換為數位訊號；微處 理器3具有多個輸入端及多個輸出端，其一輸入端連接時鐘4的輸出端，以 便讀取時鐘的當前時間，其另一輸入端連接模數轉換器2的輸出端，以便將模 數轉換器2的輸出信號處理為用戶期望的格式；此外，微處理器還預設電解槽 的設備編號、陽極母線編號；顯示器7的輸入端連接微處理器3的輸出端，以 便顯示微處理器3輸出的電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、陽 極母線編號等的測量信息。
本實施方式中，所述測量頭1外接電流互感器，如保定通用電氣有限公司 生產的電解槽母線電流專用直流互感器；所述模數轉換器2、微處理器3、時 鍾4均可為集成晶片；特別地，模數轉換器2為增益可編程模數轉換器，如 AD7715型模數轉換器；微處理器3為嵌入式微處理器，如ATmega64型微處 理器；時鐘可為DS1307型時鐘晶片；顯示器7優選地為液晶顯示器。
該測量儀工作時，通過外接測量頭1上的電流互感器將陽極母線電流成比 例縮小為毫伏級電壓信號或毫安級電流信號，以便於檢測；模數轉換器2完成 信號的濾波、放大和模數轉換，然後傳遞到微處理器3得到實際電流；微處理 器3同時讀取時鐘4的當前時間，連同測量電流結果一同傳遞到顯示器7進4亍 顯示。根據測量需要，還在微處理器3內預先設定被測電解槽的設備編號、陽 極母線編號，使其一同在顯示器7內顯示，以便簡化操作。
由此，本實用新型的測量儀，不僅可實時測量陽極母線電流，還可同時將 電解槽的設備編號、陽極母線編號和測量時間、測量結果等測量信息顯示在顯 示器上；因此，操作人員在現場可以直接查看某陽極母線的測量結果，當電解 槽工作異常時，操作人員可立即採取應對措施，保證生產的順利進行。
此外，還可避免人為記錄設備編號、測量時間、測量數據和讀取數據的麻 煩，減少記錄及錄入過程中可能出現的人為失誤，節省勞動力支出，降低操作 人員的勞動強度，提高工作效率；無需建設通訊網絡，可節省投資，其不受電 磁環境影響，可避免數據錯誤或丟失；由於測量頭外接的電流互感器可移動， 無需在每個陽極母線上安裝電流互感器，從而可減輕測量成本。進一步地，因為每條測量記錄包括電解槽設備編號號、陽極母線編號、測 量結果、測量時間等信息，更有利於通過分析軟體分析電解槽的歷史電流分布 信息及電解槽某時刻的電流分布情況。
本實用新型還可進一步改進，簡述如下
請參考圖2,該圖為本實用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀改進型的 框圖。該圖中示出了以下全部改進點，但根據實際需要，也可以選擇一種或幾 種組合實施方式。
本實施方式的改進之一測量儀內還設置存儲器8，優選地，為非易失存 儲器，如FM24C256型存儲器，其在完全掉電情況下仍能長時間保存數據。該 所述存儲器8與所述微處理器3之間通過I/0接口連接，以便微處理器3從存 儲器8讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、陽極母線編 號等測量信息。
與此對應，測量儀內進一步設置功能按鍵5，以便開啟測量功能、保存當 前測量信息及查閱歷史測量信息。所述功能按鍵5的輸出端與微處理器3的輸 入端連接，存儲器8的輸出端與微處理器3的一輸入端連接，存儲器8的輸入 端還與微處理器3的一輸出端連接。由此，通過微處理器3，可以方便地保存 或讀入存儲器8中的數據；並且，根據測量要求，操作人員可隨時操作功能按 鍵5,隨時查閱歷史測量信息。
本實施方式的改進之二測量儀還設置用以與上位計算機(圖未示)連接 的USB通訊接口 11,該USB通訊接口與微處理器3之間通過I/0接口連接， 以便微處理器3與上位計算機之間下載或上傳測量信息。
所述USB通訊接口 11可為集成晶片，如USB轉RS232橋接晶片。如圖 2所示，USB通訊接口 11的輸出端與微處理器3的輸入端連接，USB通訊接 口 1的輸入端與微處理器3的輸出端連接。設置USB通訊接口 11的作用在於， 可以通過標準的USB接口將測量儀與上位計算機連接，以便進行數據下載和 上傳操作；進一步地，還可以實現測量儀和上位計算機之間的帶電熱插拔，方 便使用和操作。
在需要數據上傳時，通過miniUSB連接線將測量儀與上位計算機的USB 接口連接，測量儀自動通過USB接口供電並開始工作，然後通過上位計算機進行任務上載操作，將所有數據傳輸到上位計算機中。
本實施方式的改進之三還包括電池9及電源切換芯器10，電源切換器 10的輸出端與微處理器3的輸入端連接，USB通訊接口 11的輸出端與電源切 換器10的一個輸入端連"^秦，電池9的輸出端與電源切換器的另一個輸入端連 接。採用雙路供電方案，達到方便操作和節省電池，延長電池9使用壽命之目 的。
當測量儀未連接上位計算機時，由電池9供電；反之，當測量儀通過標準 USB通訊電纜連接到上^f立計算機上，電源切:換器10自動切換到USB 口供電 方式，同時切斷電池9與測量儀的電氣連接，自動打開測量儀。
優選地，所迷電源切換器IO為電源切換晶片，如美國TI公司的TPS2111 電源自動切換晶片；所述電池9採用5 9V電池，如鋰電池等。由此，在正常 測量時可以採用標準5 9V電池供電，而當需要與上位計算機通信時，可以自 動由USB接口供電，從而實現雙路供電。
本實施方式的改進之四測量儀內還包括光線檢測器6,可用於顯示器7 位液晶顯示器的情形。所述光線檢測器6的輸出端與微處理器3的輸入端連接。 當微處理器3通過光線才全測器6檢測到外部光線較強時，自動關閉液晶顯示器 7上的背光電源，達到省電的目的；反之，當微處理器3通過光線檢測器檢測 到外部光線較弱時，自動打開液晶顯示器7上的背光電源，方便操作人員在較 暗的環境下操作。
其中，所述的光線才企測器6可為光線4全測器晶片，也可採用標準的光敏電 阻，在此不再贅述。
本實施方式的改進之五微處理器3內置或外接超限報警器(圖未示)， 以便在電解槽陽極母線電流測量結果超過用戶設定的上限值時進行報警。
所述超限報警器的報警信號可為聲、光、振動信號之一或任意組合。優選 地，測量儀內部設置蜂鳴器進行報警，每次將測得的電流值與預先設定的電流 值上限進行比較，當電流超過上限時，蜂鳴器進行報警。
以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施 方式不應視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型 的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實 用新型的保護範圍。
權利要求1、一種電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於包括測量頭、模數轉換器、微處理器、顯示器、時鐘；所述測量頭外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉換為適於檢測的毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；所述模數轉換器的輸入端連接所述測量頭的輸出端，以便將所述測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數模轉換為數位訊號；所述微處理器的一輸入端連接所述時鐘的輸出端，以便讀取所述時鐘的當前時間；所述微處理器的另一輸入端連接所述模數轉換器的輸出端，以便將所述模數轉換器的輸出信號處理為用戶期望的格式；所述微處理器還預設電解槽的設備編號、陽極母線編號；所述顯示器的輸入端連接所述微處理器的輸出端，以便顯示所述微處理器輸出的電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、陽極母線編號的測量信息。
2、 根據權利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 還包括存儲器，所述存儲器與所述微處理器之間通過I/0接口連接，以便所述 微處理器讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、陽極母 線編號的測量信息。
3、 根據權利要求2所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 還包括功能按鍵，所述功能按鍵的輸出端與所述微處理器的又一輸入端連接， 以便開啟測量功能、保存當前測量信息及查閱歷史測量信息。
4、 根據權利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 還包括用以與上位計算機連接的USB通訊接口 ，所述USB通訊接口與所述《鼓 處理器之間通過I/O接口連接，以便所述微處理器與上位計算機之間下載或上 傳測量信息。
5、 根據權利要求4所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 還包括電池及電源切換器，所述電池及所述USB通訊接口的輸出端分別連接 所述電源切換器的一個輸入端，所述的電源切換器的輸出端與所述^:處理器 的輸入端連接。
6、 根據權利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 所述微處理器內置或外接超限報警器，以便在電解槽陽極母線電流測量結果超過用戶設定的上限值時進行報警。
7、 權利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於所 述模數轉換器為增益可編程模數轉換器。
8、 權利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於所 述顯示器為液晶顯示器。
9、 根據權利要求8所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特徵在於 還包括光線檢測器，所述光線檢測器的輸出端與所述微處理器的再一輸入端 連接，以^^控制所述液晶顯示器背光光源的開啟與關閉。
10、 根據權利要求l-9任一項所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其 特徵在於所述微處理器為嵌入式;f敖處理器。
專利摘要本實用新型公開一種電解槽陽極母線電流分布測量儀，包括測量頭、模數轉換器、微處理器、顯示器、時鐘；測量頭外接電流互感器，以將陽極母線電流轉換為適於檢測的毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；模數轉換器輸入端連接測量頭輸出端，以將測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數模轉換為數位訊號；微處理器一輸入端連接時鐘輸出端，以讀取時鐘當前時間；微處理器另一輸入端連接模數轉換器輸出端，以將模數轉換器輸出信號處理為用戶期望格式；微處理器預設電解槽設備編號、陽極母線編號；顯示器輸入端連接微處理器輸出端，以顯示陽極母線電流測量結果、時間及設備編號、陽極母線編號的測量信息。因可現場查看測量結果，便於電解槽異常時採取應對措施。
文檔編號C25C3/20GK201241186SQ20082010990
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月11日 優先權日2008年8月11日
發明者張志芳, 趙仁濤, 軍 鐵 申請人:北方工業大學