CN112760673B - 一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法 - Google Patents

一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法，其中电解水电解槽小室电压监测装置用于监测电解槽小室电压的电解电压，电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，电解水电解槽小室电压监测装置包括：控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据，进而得到每个单室电压对应的电解电压。

Description

一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法
技术领域
本发明涉及电解水实验领域，特别是涉及一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法。
背景技术
能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的物质基础。随着化石燃料耗量日益增加和储量日益减少，全球己出现环境污染，气候异常和能源短缺三大问题，因此寻找来源丰富的清洁能源是当今世界面临的最紧迫问题。
氢是地球上储量最丰富的元素，主要以水和碳氢化合物等形式存在，而水又是地球的主要资源，地球表面有71％被水覆盖，氢可以大规模生产，并且氢能具有清洁和燃烧值高的特点，1Kg氢燃烧所放出的热量为1.2×108J，相当于1Kg汽油燃烧值的3倍，且其燃烧时只生成水和少量的氮化氢，不会对环境造成污染。因此，氢能的研究和发展倍受青睐，可以预见，氢能将成为21世纪能源体系的重要组成部分。
氢的制备由来已久，1783年法国的物理学家夏尔理提出用硫酸和铁作用制取氢气；1800年，Nicholson与Carlisle发现电可以分解水的现象，实现了水电解制取氢气；二十世纪初，水煤气制取氢气和气体烃-水蒸气重整制氢得到快速发展；1966年，建立了第一个固体聚合物电解质体系(SPE system)。目前工业制氢的主要方法是矿物燃料转化制氢和电解水制氢，而热分解制氢、光催化制氢、生物制氢等可再生能源制氢工艺正处于研究阶段。
而其中针对电解水制氢研究仍在不断的提升和探索，各研究院、高校也投入了大量的人力、物力在电解水制氢的研究、测试中。
研究院、大学等机构的电极研究测试中需监测电极小室电压，用于研究电极性能，进而进行相关的数据分析，这就需要监测控制系统对电解槽内的各小室电压进行集中采集与处理。传统的电压采集方式是对电解槽中的各小室电压的分别进行，采集误差较大，无法较精准的测量每个单室电压，进而导致后续的数据分析误差较大。
发明内容
基于此，有必要针对传统的监测装置中对电解槽中的单室电压监测误差较大，无法得到精确的测量，导致后续电解分析实验数据不准确的问题，提供一种能够精准的测量电解槽中的每个单室电压的电解水电解槽小室电压监测装置和方法。
一种电解水电解槽小室电压监测装置，用于监测电解水实验装置的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，所述电解水电解槽小室电压监测装置包括：
控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
上述电解水电解槽小室电压监测装置能够集中采集控制器得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据，进而得到每个单室电压对应的电解电压。
在其中一个优选实施方式中，所述控制器包括：
电压采集模块，具有与电极片数量相对应的电压采集端，所述多个电压采集端依次分别与对应的电极片电性连接，用以采集每个电极片的相应电位；
处理模块，与所述电压采集模块电性连接，用以获取所述每个电极片的相应电位，并根据每相邻两个电极片的电位得到对应相邻两个电极片之间形成的单室电压。
上述电解水电解槽小室电压监测装置能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据，进而得到每个单室电压对应的电解电压。
在其中一个优选实施方式中，所述处理模块根据每相邻两个电极片的电位得到所述相邻两个电极片的电位差值，并将所述电位差值作为对应相邻两个电极片之间形成的单室电压。
上述实施方式中，因处理模块仅需对相邻的电极片做电位的差值处理，运算方式简单，处理器负荷较小，运算效率快。
在其中一个优选实施方式中，所述电压采集模块包括至少一个电压采集芯片。
在其中一个优选实施方式中，所述电极片的数量为N个，所述电压采集模块包括第一电压采集芯片至第M电压采集芯片，ki个电极片电性连接于第i电压采集芯片的电压采集端，
Figure BDA0002848156190000031
其中N、M、i、ki是正整数，且M≤N，i≤M。
上述实施方式中能够将电极片分别对应连接每个电压采集芯片的对应的电压采集端。
在其中一个优选实施方式中，所述电极片的数量为9个，所述电压采集模块包括第一电压采集芯片及第二电压采集芯片，前5个电极片依次电性连接于第一电压采集芯片的电压采集端，后4个电极片依次电性连接于第二电压采集芯片的电压采集端。
上述实施方式中，因有些电压采集芯片具有8个通道电压采集端，单个芯片所能承受的最大电压为10V，电解槽单个小室电压又控制在2V左右，因此，需要采用第一电压采集芯片及第二电压采集芯片同时工作。
在其中一个优选实施方式中，当所述电压采集芯片的数量大于一个时，每个所述电压采集芯片采用同一负极电势。
上述实施方式所采用的电压采集芯片采用同一负极电势，为确保获取每个电极的电势采用统一的参考电压。
在其中一个优选实施方式中，所述处理模块为PLC处理器。
一种电解水电解槽小室电压监测方法，用于监测电解水实验装置的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，所述方法包括：
获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
在其中一个优选实施方式中，所述获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压，包括：
监测每个电极片的对应电位；
获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
上述电解水电解槽小室电压监测方法能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据，进而精确的得到每个单室电压对应的水解电压。
附图说明
图1为本发明第一优选实施方式中的电解水电解槽小室电压监测装置的工作示意图；
图2为本发明第一优选实施方式中的电解水电解槽小室电压监测装置的模块示意图；
图3为本发明第一优选实施方式中的电解水电解槽小室电压监测装置的电压采集芯片的电路连接示意图；
图4为本发明第二优选实施方式中的电解水电解槽小室电压监测方法的流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
结合图1及图2所示，本发明第一优选实施方式公开了一种电解水电解槽小室电压监测装置100，该电解水电解槽小室电压监测装置100用于监测电解槽电极小室的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，所述电解水电解槽小室电压监测装置100包括控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
具体地，控制器包括电压采集模块110及处理模块120。
具体地，上述电压采集模块110具有与上述电解槽内的电极片数量相对应的若干个电压采集端，所述若干个电压采集端依次分别与对应地电极片电性连接，用以采集所述每个电极片的相应电位。
本实施方式中，上述电解水实验装置具有9个电极片，该9个电极片依次分别为第一电极片m1、第二电极片m2、第三电极片m3、第四电极片m4、第五电极片m5、第六电极片m6、第七电极片m7、第八电极片m8及第九电极片m9。其中第一电极片m1为正电极，第九电极片m9为负电极，其余电极片m2～m8为正负双极性电极。上述正负双极性电极为在不同相邻的小室电压中，电极片呈正负不同的极性表现。以第二电极片m2为例，在上述第一电极片m1与第二电极片m2所形成的小室电压中，上述第二电极片m2为负电极，在上述第二电极片m2与第三电极片m3所形成的小室电压中，上述第二电极片m2为正电极。
该电压采集模块110同样具备9个电压采集端，该9个电压采集端分别为第一电压采集端n1、第二电压采集端n2、第三电压采集端n3、第四电压采集端n4、第五电压采集端n5、第六电压采集端n6、第七电压采集端n7、第八电压采集端n8、第九电压采集端n9。上述电压采集端依次分别与对应地电极片电性连接，用以采集所述每个电极片的相应电位，具体地，上述第一电压采集端n1与上述第一电极片m1电性连接，上述第二电压采集端n2与上述第二电极片m2电性连接，上述第三电压采集端n3与上述第三电极片m3电性连接，上述第四电压采集端n4与上述第四电极片m4电性连接，上述第五电压采集端n5与上述第五电极片m5电性连接，上述第六电压采集端n6与上述第六电极片m6电性连接，上述第七电压采集端n7与上述第七电极片m7电性连接，上述第八电压采集端n8与上述第八电极片m8电性连接，上述第九电压采集端n9与上述第九电极片m9电性连接。
上述第一电极片m1与上述第二电极片m2形成第一单室电压V1，上述第二电极片m2与上述第三电极片m3形成第二单室电压V2，上述第三电极片m3与上述第四电极片m4形成第三单室电压V3，上述第四电极片m4与上述第五电极片m5形成上述第四单室电压V4，上述第五电极片m5与上述第六电极片m6形成上述第五单室电压V5，上述第六电极片m6与上述第七电极片m7形成第六单室电压V6，上述第七电极片m7与上述第八电极片m8形成第七单室电压V7，上述第八电极片m8与上述第九电极片m9形成第八单室电压V8。
具体地，上述电压采集模块110包括至少一个电压采集芯片。假设所述电极片的数量为N个，所述电压采集模块包括第一电压采集芯片至第M电压采集芯片，ki个电极片电性连接于第i电压采集芯片的电压采集端，
Figure BDA0002848156190000061
其中N、M、i、ki是正整数，且M≤N，i≤M。
上述实施方式中能够将电极片分别对应连接每个电压采集芯片的对应的电压采集端。
具体地，因有些电压采集芯片具有8个通道电压采集端，单个芯片所能承受的最大电压为10V，在本实施方式中，由于电解槽单个小室电压又控制在2V左右，因此，需要采用两个上述电压采集芯片，即第一电压采集芯片111及第二电压采集芯片112同时工作。
结合图3所示，本实施方式中，上述电压采集模块110包括两个电压采集芯片，分别为第一电压采集芯片111及第二电压采集芯片112，具体地，上述第一电压采集芯片111包括五个上述电压采集端，分别为第一电压采集端n1、第二电压采集端n2、第三电压采集端n3、第四电压采集端n4及第五电压采集端n5，前5个电极片依次电性连接于第一电压采集芯片111的电压采集端，换言之，上述第一电极片m1、第二电极片m2、第三电极片m3、第四电极片m4及第五电极片m5分别与上述第一电压采集芯片111的五个电压采集端电性连接，上述第二电压采集芯片112包括四个上述电压采集端，分别为第六电压采集端n6、第七电压采集端n7、第八电压采集端n8及第九电压采集端n9。后4个电极片依次电性连接于第二电压采集芯片112的电压采集端，换言之，上述第六电极片m6、第七电极片m7、第八电极片m8及第九电极片m9分别于上述第二电压采集芯片112的电压采集端电性连接。
当所述电压采集芯片的数量大于一个时，每个所述电压采集芯片采用同一负极电势。具体地，上述实施方式中的第一电压采集芯片111及第二电压采集芯片均连接于同一负极电势，这样便确保获取每个电极的电势采用统一的参考电压。
在本发明其他实施方式中，可根据电压采集芯片的型号的不同，灵活的选择单个芯片的电压采集的通道数量，对此，本发明不作限定。
上述处理模块120与上述电压采集模块110电性连接，用以获取电解槽中的每个电极片的相应电位，并根据每相邻两个电极片的电位得到对应的所述单室电压。本实施方式中，上述第一电压采集芯片采集上述第一电极片m1的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000071
采集上述第二电极片m2的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000072
采集上述第三电极片m3的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000073
采集上述第四电极片m4的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000074
采集上述第五电极片m5的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000075
上述第二电压采集芯片112采集上述第六电极片m6的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000076
采集上述第七电极片m7的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000077
采集上述第八电极片m8的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000078
采集上述第九电极片m9的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000079
具体地，上述处理模块120得到所述相邻的电极片的电位差值，并将所述电位差值作为对应相邻电极片之间形成的单室电压。
本实施方式中，上述第一单室电压V1的值为
Figure BDA00028481561900000710
上述第二单室电压V2的值为
Figure BDA00028481561900000711
上述第三单室电压V3的值为
Figure BDA00028481561900000712
上述第四单室电压V4的值为
Figure BDA00028481561900000713
上述第五单室电压V5的值为
Figure BDA00028481561900000714
上述第六单室电压V6的值为
Figure BDA00028481561900000715
上述第七单室电压V7的值为
Figure BDA00028481561900000716
上述第八单室电压V8的值为
Figure BDA00028481561900000717
上述因处理模块120仅需对相邻的电极片做电位的差值处理，运算方式简单，处理器负荷较小，运算效率快。本实施方式中，处理模块120为PLC处理器。
上述电解水电解槽小室电压监测装置100还可以包括显示终端，该显示终端用以显示所述单室电压和/或对应电极片的电位。该显示终端可以为显示屏或触控屏等。本实施方式利用显示终端对电解槽中的每个电极的电位进行直观的监测，以及对处理模块中的运算结果更为直观的显示，便于操作人员观察，以及进行后续的工作。
本发明上述实施方式中的电解水电解槽小室电压监测装置100能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据。
结合图1及图4所示，本发明第二实施方式中公开了一种电解水电解槽小室电压监测方法，该电解水电解槽小室电压监测方法可以用于监测电解水实验装置的电极电压，上述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，具体地，上述电解水电解槽小室电压监测方法包括：
获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。具体地，本实施方式中，上述方法包括：
S10：监测每个电极片的对应电位；
本实施方式中，上述电解水实验装置具有9个电极片，该9个电极片依次分别为第一电极片m1、第二电极片m2、第三电极片m3、第四电极片m4、第五电极片m5、第六电极片m6、第七电极片m7、第八电极片m8及第九电极片m9。其中第一电极片m1为正电极，第九电极片m9为负电极，其余电极片m2～m8为正负双极性电极。上述正负双极性电极为在不同相邻的小室电压中，电极片呈正负不同的极性表现。以第二电极片m2为例，在上述第一电极片m1与第二电极片m2所形成的小室电压中，上述第二电极片m2为负电极，在上述第二电极片m2与第三电极片m3所形成的小室电压中，上述第二电极片m2为正电极。
上述采集上述第一电极片m1的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000081
采集上述第二电极片m2的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000082
采集上述第三电极片m3的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000083
采集上述第四电极片m4的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000084
采集上述第五电极片m5的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000085
采集上述第六电极片m6的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000091
采集上述第七电极片m7的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000092
采集上述第八电极片m8的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000093
采集上述第九电极片m9的对应的电位为
Figure BDA0002848156190000094
具体地，本实施方式利用电压采集芯片对采集对应上述电极片的对应电位。
S20：获取每相邻电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
上述第一电极片m1与上述第二电极片m2形成第一单室电压V1，上述第二电极片m2与上述第三电极片m3形成第二单室电压V2，上述第三电极片m3与上述第四电极片m4形成第三单室电压V3，上述第四电极片m4与上述第五电极片m5形成上述第四单室电压V4，上述第五电极片m5与上述第六电极片m6形成上述第五单室电压V5，上述第六电极片m6与上述第七电极片m7形成第六单室电压V6，上述第七电极片m7与上述第八电极片m8形成第七单室电压V7，上述第八电极片m8与上述第九电极片m9形成第八单室电压V8。
本实施方式中，上述第一单室电压V1的值为
Figure BDA0002848156190000095
上述第二单室电压V2的值为
Figure BDA0002848156190000096
上述第三单室电压V3的值为
Figure BDA0002848156190000097
上述第四单室电压V4的值为
Figure BDA0002848156190000098
上述第五单室电压V5的值为
Figure BDA0002848156190000099
上述第六单室电压V6的值为
Figure BDA00028481561900000910
上述第七单室电压V7的值为
Figure BDA00028481561900000911
上述第八单室电压V8的值为
Figure BDA00028481561900000912
本实施方式中，上述步骤采用可以采用PLC控制器对所述每个电极片的相应电位作数据处理，以获取每相邻电极片之间的电压差。
上述电解水电解槽小室电压监测方法能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据。
本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而已，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种电解水电解槽小室电压监测装置，用于监测电解水实验装置的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，其特征在于，所述电解水电解槽小室电压监测装置包括：
控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压；
所述控制器包括：
电压采集模块，具有与电极片数量相对应的电压采集端，所述多个电压采集端依次分别与对应的电极片电性连接，用以集中采集每个电极片的相应电位；
处理模块，与所述电压采集模块电性连接，用以获取所述每个电极片的相应电位，并根据每相邻两个电极片的电位，集中处理得到对应相邻两个电极片之间形成的单室电压；
所述处理模块根据每相邻两个电极片的电位得到所述相邻两个电极片的电位差值，并将所述电位差值作为对应相邻两个电极片之间形成的单室电压；
所述电压采集模块包括至少一个电压采集芯片，当所述电压采集芯片的数量大于一个时，每个所述电压采集芯片采用同一负极电势。
2.根据权利要求1所述的电解水电解槽小室电压监测装置，其特征在于，所述电极片的数量为N个，所述电压采集模块包括第一电压采集芯片至第M电压采集芯片，ki个电极片电性连接于第i电压采集芯片的电压采集端，
Figure FDA0003663545330000011
其中N、M、i、ki是正整数，且M≤N，i≤M。
3.根据权利要求1所述的电解水电解槽小室电压监测装置，其特征在于，所述电极片的数量为9个，所述电压采集模块包括第一电压采集芯片及第二电压采集芯片，前5个电极片依次电性连接于第一电压采集芯片的电压采集端，后4个电极片依次电性连接于第二电压采集芯片的电压采集端。
4.根据权利要求1所述的电解水电解槽小室电压监测装置，其特征在于，所述处理模块为PLC处理器。
5.一种电解水电解槽小室电压监测方法，用于监测电解水实验装置的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，其特征在于，所述方法包括：
集中获取每相邻两个电极片之间的电压差，以集中得到对应相邻电极片之间的所述单室电压；
所述集中获取每相邻两个电极片之间的电压差，以集中得到对应相邻电极片之间的所述单室电压，包括：
监测每个电极片的对应电位；
获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。
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