CN108411339B - 一种测量阴极电流的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量阴极电流的系统。该系统包括：导电排和电流测量装置，导电排为长方形板状结构，将导电排的第一端垂直切割形成多个长齿，多个长齿等间距的分布在导电排的第一端，多个长齿的数量与阴极数量相等；每个长齿的上表面包括凸起的导电触头，每个导电触头与上游槽的一个阴极连接；导电排的第二端与下游槽连接，导电排的第二端为与第一端相对的一端；电流测量装置设置于导电排上，用于测量每个阴极的电流。采用本发明的系统，能够在不影响槽面作业槽的情况下实现对阴极电流的在线准确测量，预测阴极短路隐患，能够及时发现阴极板上是否存在短路隐患，避免阴极短路的发生，提高电解电流效率和产品质量，减轻现场操作人员的劳动强度。

Description

一种测量阴极电流的系统

技术领域

本发明涉及水溶液电解领域，特别是涉及一种测量阴极电流的系统。

背景技术

在铜的水溶液电解精炼和电解沉积的工业生产过程中，单个电解槽包含50块左右的阳极和对应数量的阴极，电解槽的阳极、阴极都是板状，称为阳极板、阴极板，单面面积为1m2以上，单块电极可以通过500A以上的电流，阳极板和阴极板交叉并排排列。由于电解槽上阴阳极之间空间狭窄，电极距离几十毫米，电极表面上局部的变形可能都会引起电流在电极表面上分布不均，导致局部电流密度增大；电解过程中添加剂的比例或成分失调，引起表面形成枝晶；精炼使用的阳极，一些成分和表观质量超过要求，导致对应阴极表面形成结粒。这些情况的发生，会导致阴极表面局部生成结粒并逐渐快速长大成粗大粒子，当粒子与阳极表面接触时，阴极和阳极之间形成短路，此时阴极电流最大达到平均电流的3倍，造成电流效率损失2～4％以上，同时也降低了阴极质量，甚至造成阴极板及导电棒的烧损、变形等严重情况。

另外，阴极板通过导电棒搭接到电解槽的导电排上，通过阴极自重实现导电棒与导电排的接触连接。当铜排上的触点清理不到位，容易造成接触电阻增大，大幅减少阴极电流，导致断路的发生。阴极断路的发生，不仅使该阴极上沉积的铜减少，增加周围电解的电流，而且在无电流的断路状态下还会发生阴极铜的反溶，形成“冷烧板”。

为了减小阴极间电流密度分布的分散性，减少短路电流造成的较大电流效率损失的产品质量降低，有的文献提出了分隔式的槽间导电排结构。通过这种导电排连接结构的改变，将传统的电势控制电极连接方式转变为电流控制的电极连接方式，大幅度减小了阴极极间电流密度分布的分散性，将最大短路电流由平均电流的3倍减少到1.5倍，也降低了短路的发生率。但是，此类导电排需要进行特定形状的加工，企业在改建时需要增加更多的新型铜排的加工费用。另外，导电排的倾斜结构，也要求底座进行异形加工，加大了投资成本。而且对阴极/阳极对压降测量中，通过使用长时间的电压变化信息进行线性趋势分析以诊断短路和短路的发生。由于实际测量时，阴极电流来自阴极的两个工作表面，每个表面的电流大小及其变化无法进行区分，因此无法实现阴极电流的测量，现有技术中，对阳极-阴极对的阴极短路检测通常都是通过压降测量实现短路的检测，当检测出短路时，短路已经发生了较长时间并已经形成损失。因此，上述的检测方法具有延迟性。

针对上述情况，本发明提出了一种测量阴极电流的系统，能够在不影响槽面作业槽的情况下实现对阴极电流的在线准确测量，从而可以根据测得的电流预测阴极短路隐患，诊断断路。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量阴极电流的系统，以实现阴极电流的准确测量，从而根据检测的电流应用于阴极短路预测，提高预测的准确度及及时性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种测量阴极电流的系统，所述系统包括：导电排和电流测量装置，所述导电排为长方形板状结构，将所述导电排的第一端垂直切割形成多个长齿，所述多个长齿等间距的分布在所述导电排的第一端，所述多个长齿的数量与阴极数量相等；每个所述长齿的上表面包括凸起的导电触头，每个所述导电触头与上游槽的一个阴极连接；所述导电排的第二端与下游槽连接，所述导电排的第二端为与所述第一端相对的一端；所述电流测量装置设置于所述导电排上，用于测量每个阴极的电流。

可选的，所述多个长齿的每个长齿的宽度为30～100mm，长度为50～180mm。

可选的，所述测量装置为霍尔元件，所述霍尔元件位于所述导电排的上方或者下方与所述长齿对应的位置；每个所述长齿对应一个霍尔元件组，每个霍尔元件组包括两个所述霍尔元件；

对于每个长齿，所述霍尔元件组位于所述长齿的导电部分中部位置、垂直于所述导电排上表面的垂直线上，且与所述长齿不接触；所述霍尔元件组中两个所述霍尔元件之间的距离在设定距离范围内，通过所述霍尔元件组测量的磁场强度获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

可选的，每个所述霍尔元件组中的两个霍尔元件之间的距离在10～30mm的范围内；所述霍尔元件组距离所述长齿的表面的距离在10～50mm的范围内。

可选的，所有的霍尔元件被封装于测量盒中，所述测量盒安装于所述导电排的上表面或下表面固定位置。

可选的，所述测量装置为光纤电流传感器，每个所述长齿对应一个所述光纤电流传感器；

对于每个长齿，所述光线电流传感器绕在所述长齿的外部形成闭环，通过测量所述光纤电流传感器测量的磁场获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

可选的，所述系统还包括保护套，所述保护套将所述长齿上表面和下表面凸出的所述光纤传感器进行包覆保护。

可选的，所述测量装置为电压测量装置，所述电压测量装置位于所述导电排的上表面或下表面；每个所述长齿对应一个所述电压测量装置，所有的电压测量装置位于对应长齿的位置均相同；

对于每个长齿，所述电压测量装置的第一端连接所述长齿上靠近导电触头的第一连接点，所述电压测量装置的第二端连接所述长齿上远离所述导电触头的第二连接点，通过所述电压测量装置测得的所述第一连接点与所述第二连接点之间的电压降，获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了新的导电排结构，能够在不影响槽面作业槽的情况下实现对阴极电流的在线准确测量，预测阴极短路隐患，能够及时发现阴极板上是否存在短路隐患，避免阴极短路的发生，消除电流的短路损失，提高电解电流效率和产品质量，能够提高电流效率2％以上，而且减轻现场操作人员的劳动强度。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明测量阴极电流的系统的导电排的结构示意图；

图2为本发明测量阴极电流的系统的实施例1的结构示意图；

图3为本发明测量阴极电流的系统的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明测量阴极电流的系统的导电排的结构示意图。如图1所示，所述导电排为长方形板状结构，将所述导电排的第一端垂直切割形成多个长齿1，所述多个长齿1等间距的分布在所述导电排的第一端，形成长齿型。此时可以理解为导电排由基体3和与基体3连接的多个长齿1组成。所述多个长齿1的数量与阴极数量相等；每个所述长齿1的上表面包括凸起的导电触头2，每个所述导电触头2与上游槽的一个阴极连接；所述导电排的第二端与下游槽连接，所述导电排的第二端为与所述第一端相对的一端。上游槽的阴极电流通过导电排传导到下游槽，通过长齿1部分时，形成独立的电流信号，通过对该信息号的测量，从而获得阴极电流的大小。所述电流测量装置设置于所述导电排上，用于测量每个阴极的电流。每个长齿1的宽度为30～100mm，长度为50～180mm。

关于导电排的具体参数根据电解槽的实际规格确定。例如，铜电解槽阴极数位50、阳极数为51，导电排可以设计为宽度总宽度为260mm，长度为5200mm，高度20mm。导电排的一边切割出50个长齿，其宽度90mm，长度170mm。长齿1之间的间隔(齿缝)为10mm。长齿1上的导电触头与阴极导电棒连接，距离长齿头20mm。

基于该导电排的测量阴极电流的系统，如图2和图3所示。

图2为本发明测量阴极电流的系统的实施例1的结构示意图。如图2所示，本实施例采用的测量装置为霍尔元件，所述霍尔元件位于所述导电排的上方或者下方与所述长齿对应的位置；每个所述长齿对应一个霍尔元件组，每个霍尔元件组包括两个所述霍尔元件S1和S2；

对于每个长齿，所述霍尔元件组位于所述长齿的导电部分中部位置、垂直于所述导电排上表面的垂直线上，且与所述长齿不接触；所述霍尔元件组中两个所述霍尔元件之间的距离在设定距离范围内，通过所述霍尔元件组测量的磁场强度获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。通常每个霍尔元件组中的两个霍尔元件之间的距离在10～30mm的范围内；霍尔元件组距离长齿的表面的距离在10～50mm的范围内。

霍尔元件S1和S2的工作面与长齿方向平行，霍尔元件组可以放在铜排的上表面和下表面，图2所示为放置在铜排的下表面。铜排上的每根长齿分别放置一组元件，进行相应电流的测量。所有霍尔元件均被封装到测量盒中，测量盒安装在铜排的上表面或下表面固定位置，确保霍尔元件对于长齿的位置相对固定。

霍尔元件S1与S2分别测量对应位置的磁场强度E_i1与E_i2，磁场强度的差值与长齿上通过的电流I_i成正比，即

I_i＝k_i(E_i1-E_i2) (1)

(1)式中k为比例常数，在使用前对每组元件的系数进行标定，在生产现场进行安装即可。通过已知电流进行标定得到。通过使用霍尔元件组，能够将背景磁场的干扰有效减少，达到测量的精度。

图3为本发明测量阴极电流的系统的实施例2的结构示意图。本实施例采用等距压降方法进行测量，测量长齿中线上靠近阴极触头位置和靠近连接铜排基体的位置具有一定长度距离的压降。如图3所示，测量装置为电压测量装置V，所述电压测量装置V位于所述导电排的上表面或下表面；每个所述长齿对应一个所述电压测量装置V，所有的电压测量装置V位于对应长齿的位置均相同；

对于每个长齿，所述电压测量装置的第一端连接所述长齿上靠近导电触头的第一连接点V-1，所述电压测量装置的第二端连接所述长齿上远离所述导电触头的第二连接点V-2，通过所述电压测量装置测得的所述第一连接点V-1与所述第二连接点V-2之间的电压降，获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

对于第一连接点和第二连接点的位置根据实际情况进行布置，例如，在导电排上表面一个长齿中线上距离阴极触头10mm位置设定第一个连接点(即测量点)，沿着中线100mm位置为第二个连接点(即测量点)，测量两点之间的压降。

在每根长齿上的相同位置都进行等距压降的测量，通过第i个长齿上的电流I_i由测量得到的两点间的压降V_i来计算，即

I_i＝k_iV_i (2)

(2)式中，k_i为对应铜排长齿的等效电阻系数，通过测定已知电流下的压降进行标定。

在已知准确系列电流I_t的情况下，I_i还可按照(3)式进行计算以进一步减小误差：

式(3)中，n为阴极的数量，亦是铜排上导电长齿的数量。等距压降测量点即第一连接点和第二连接点可以在导电排的上表面，也可以在下表面。测量导线用测量盒进行封装固定。

本发明实施例3：

本实施例的测量装置采用光纤电流传感器，每个所述长齿对应一个所述光纤电流传感器；对于每个长齿，所述光线电流传感器绕在所述长齿的外部形成闭环，通过测量所述光纤电流传感器测量的磁场获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。为了保护光纤传感器，光纤传感器需要在导电排的上表面和下表面进行保护。例如，采用保护套将所述长齿上表面和下表面凸出的所述光纤传感器进行包覆保护。

本发明上述三个实施例所示是测量阴极电流的系统适用于各种分隔式铜排的阴极电流测量。新的导电排结构，能够在不影响槽面作业槽的情况下实现对阴极电流的在线准确测量，预测阴极短路隐患，诊断短路，提高电解电流效率和产品质量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种测量阴极电流的系统，其特征在于，所述系统包括：导电排和电流测量装置，所述导电排为长方形板状结构，将所述导电排的第一端垂直切割形成多个长齿，所述多个长齿等间距的分布在所述导电排的第一端，所述多个长齿的数量与阴极数量相等；每个所述长齿的上表面包括凸起的导电触头，每个所述导电触头与上游槽的一个阴极连接；所述导电排的第二端与下游槽连接，所述导电排的第二端为与所述第一端相对的一端；所述电流测量装置设置于所述导电排上，用于测量每个阴极的电流。

2.根据权利要求1所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所述多个长齿的每个长齿的宽度为30～100mm，长度为50～180mm。

3.根据权利要求1所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所述电流测量装置为霍尔元件，所述霍尔元件位于所述导电排的上方或者下方与所述长齿对应的位置；每个所述长齿对应一个霍尔元件组，每个霍尔元件组包括两个所述霍尔元件；

对于每个长齿，所述霍尔元件组位于所述长齿的导电部分中部位置、垂直于所述导电排上表面的垂直线上，且与所述长齿不接触；所述霍尔元件组中两个所述霍尔元件之间的距离在设定距离范围内，通过所述霍尔元件组测量的磁场强度获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

4.根据权利要求3所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，每个所述霍尔元件组中的两个霍尔元件之间的距离在10～30mm的范围内；所述霍尔元件组距离所述长齿的表面的距离在10～50mm的范围内。

5.根据权利要求4所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所有的霍尔元件被封装于测量盒中，所述测量盒安装于所述导电排的上表面或下表面固定位置。

6.根据权利要求1所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所述电流测量装置为光纤电流传感器，每个所述长齿对应一个所述光纤电流传感器；

对于每个长齿，所述光纤电流传感器绕在所述长齿的外部形成闭环，通过测量所述光纤电流传感器测量的磁场获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。

7.根据权利要求6所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所述系统还包括保护套，所述保护套将所述长齿上表面和下表面凸出的所述光纤传感器进行包覆保护。

8.根据权利要求1所述的测量阴极电流的系统，其特征在于，所述电流测量装置为电压测量装置，所述电压测量装置位于所述导电排的上表面或下表面；每个所述长齿对应一个所述电压测量装置，所有的电压测量装置位于对应长齿的位置均相同；

对于每个长齿，所述电压测量装置的第一端连接所述长齿上靠近导电触头的第一连接点，所述电压测量装置的第二端连接所述长齿上远离所述导电触头的第二连接点，通过所述电压测量装置测得的所述第一连接点与所述第二连接点之间的电压降，获得所述长齿对应的阴极的电流测量值。