CN203700552U - 便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪；便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪含有中央处理模块、检测模块、键盘、显示器和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，检测模块中含有电压信号放大电路，电压信号放大电路的输入端与电解槽阳极导杆连接，电压信号放大电路的输出端与微处理器的第一模拟信号输入端连接；电压信号放大电路中含有第一运算放大器和第二运算放大器，电解槽阳极导杆上的电压信号依次经第一运算放大器﹑第二运算放大器放大后进入到微处理器的第一模拟信号输入端；本实用新型提供了一种测量准确、功能强、使用方便的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪。
Description
（一）、技术领域：本实用新型涉及一种电流测量记录分析仪，特别涉及一种便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪。
（二）、背景技术：铝电解槽是一个复杂的多变量体系，找出能准确诊断铝电解槽工作状态的方法，对铝电解槽工作状态的监测分析有十分重要的意义。长期以来，操作工人利用指针式毫伏表和两根顶端固定有一定距离（20cm-30cm）的电极的探针对阳极电流分布情况进行测量评估，操作时，必须有一人持表探杆取样，另一人记录数据，对电流分布的测量记录往往需要2到3个人才能完成，费时费力，且后期数据手工传抄、整理、录入麻烦，数据分析还容易受到人为经验的影响。
（三）、实用新型内容：
本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种测量准确、功能强、使用方便的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪。
本实用新型的技术方案：
一种便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，含有中央处理模块、检测模块、键盘、显示器和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，键盘与微处理器的键盘口连接，显示器与微处理器的显示口连接，检测模块中含有电压信号放大电路，电压信号放大电路的输入端与电解槽阳极导杆连接，电压信号放大电路的输出端与微处理器的第一模拟信号输入端连接；电源模块为中央处理模块、检测模块和显示器供电。
电压信号放大电路中含有第一运算放大器和第二运算放大器，电解槽阳极导杆上的电压信号依次经第一运算放大器﹑第二运算放大器放大后进入到微处理器的第一模拟信号输入端。
电解槽阳极电流测量的方法是“等距压降法”。根据欧姆定律和物体的电阻率计算公式，有 I=U/R 和 R=（ρ×L）/A，即：I = （U×A）/(ρ×L)
其中：I 为通过电解槽阳极导杆的电流，单位为安倍；
U为电解槽阳极导杆测量长度上的电压降，单位为伏；
R 为电解槽阳极导杆测量长度上的电阻，单位为欧姆；
ρ为电解槽阳极导杆的电阻率,铝为 2.83 × 10-8Ω/m,铜为1.75 × 10-8Ω/m；
A为电解槽阳极导杆横截面积，单位为平方米；
L 为电解槽阳极导杆的测量长度，单位为米；
可以看出：对于相同的电解槽阳极导杆，I与U成正比！因此，对阳极电流的测量可以转化为对电解槽阳极导杆电压的测量。
检测模块中还含有温度传感器，温度传感器的输出端与微处理器的第二模拟信号输入端连接。温度传感器用于测量室内的温度。
该记录分析仪还含有时钟发生模块，时钟发生模块中含有时钟晶振、时钟发生器和第一电池，时钟晶振与时钟发生器的晶振端连接，第一电池与时钟发生器的电源端连接，时钟发生器的串行通讯口与微处理器的第一串行通讯口连接；电源模块还为时钟发生模块供电。时钟发生模块用于提供时间信息。
该记录分析仪还含有通讯模块，通讯模块中含有USB-RS232接口转换器和USB通讯接口，微处理器的第二串行通讯口通过USB-RS232接口转换器与USB通讯接口连接；电源模块还为通讯模块供电。通讯模块用于该记录分析仪与外部PC通讯。
中央处理模块中还含有存储器﹑指示灯和报警器，存储器与微处理器的串行存储口连接，微处理器的指示灯信号输出端的信号经第一三极管放大后驱动指示灯工作，微处理器的报警信号输出端的信号经第二三极管放大后驱动报警器工作。
中央处理模块中还含有编程接口，编程接口与微处理器连接；指示灯为发光二极管，报警器为电铃，显示器为液晶显示器。
电源模块中含有第二电池﹑P沟道场效应管﹑开机按键﹑第三三极管和电压转换器，第二电池的正极与P沟道场效应管的源极连接，P沟道场效应管的漏极与电压转换器的输入端连接，电压转换器的输出端输出供电电源，P沟道场效应管的栅极和源极之间并接有第一电阻，P沟道场效应管的栅极通过第二电阻与第三三极管的集电极连接，第三三极管的发射极接地，微处理器的开关机控制信号输出端通过第三电阻与第三三极管的基极连接，第三三极管的集电极与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与开机按键的一端连接，开机按键的另一端接地，第一二极管的负极与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极与微处理器的开机信号输入端连接，第四电阻和第五电阻串联在一起后并接在电压转换器的输入端和地之间，第四电阻和第五电阻的连接处与微处理器的第三模拟信号输入端连接，用于检测第二电池的电量。
该记录分析仪关机后，长按开机按键，微处理器的开关机控制信号输出端输出高电平，开启系统电源。
实际使用时，可采用该记录分析仪对每组电解槽阳极导杆电流进行测量、记录、显示，外部PC的配套软件再通过该记录分析仪的USB通讯接口将其数据导出、进行分析、生成报表等。
该记录分析仪的软件使用C语言编写，程序中通过硬件按键操作设备实现测量、记录、查看数据。同时，该记录分析仪具有一些贴心的功能，如在测量一根导杆之后，能够自动跳到下一个导杆号；一段时间无操作，设备自动关机。
外部PC与该记录分析仪通过USB口进行通信，通信协议自定义。外部PC程序使用LabVIEW进行编写，主体采用生产者-消费者框架，数据通信传输部分使用队列和状态机，使数据传输更为可靠。外部PC软件可以从该记录分析仪中读取/擦除数据、校准设备时间、将数据绘制成曲线图以及导出成各种报表(支持Word\Excel\HTML\CSV格式)供外部使用。根据不同槽况下阳极电流波动的波形特征明显不同，尤其是波动频率的不同，数据分析部分能对采集到的阳极电流信息数据进行频谱分析，从而诊断出电解槽状态，为生产提供技术指导。
本实用新型的有益效果：
1．本实用新型通过对电解槽阳极导杆电压的测量来实现对阳极电流的测量，采用电压信号放大电路对电压信号进行放大，采用微处理器进行数据运算，采用时钟发生模块提供时间信息，采用通讯模块与外部PC通讯，因此，本实用新型不仅对阳极电流的测量精度高，而且功能强、使用方便，能实现单人轻松操作，极大减轻了操作人员的劳动强度，提高了劳动效率。
2．本实用新型采用数字芯片，比传统的指针式毫伏表更稳定、抗干扰性更强。
3. 本实用新型能方便、及时地保存数据到FLASH存储器，配套的外部PC软件能对记录的数据进行导出保存，减少人工录入、整理的麻烦，并且，外部PC软件分析槽况准确客观，能减少人为经验分析的主观影响。
（四）、附图说明：
图1为中央处理模块的电路原理示意图；
图2为显示器的电路原理示意图；
图3为检测模块的电路原理示意图；
图4为时钟发生模块的电路原理示意图；
图5为通讯模块的电路原理示意图；
图6为电源模块的电路原理示意图。
（五）、具体实施方式：
参见图1～图6，图中，便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪含有中央处理模块、检测模块、键盘、显示器LCD和电源模块，中央处理模块中含有微处理器U1，键盘与微处理器U1的键盘口P1.4-P1.7连接，显示器与微处理器U1的显示口P5.0﹑P5.1﹑P5.4﹑P5.5﹑PJ.0﹑P1.2﹑P1.3﹑P2.0﹑P4.3﹑P4.0连接，检测模块中含有电压信号放大电路，电压信号放大电路的输入端与电解槽阳极导杆连接，电压信号放大电路的输出端与微处理器U1的第一模拟信号输入端P6.1连接；电源模块为中央处理模块、检测模块和显示器LCD供电。
电压信号放大电路中含有第一运算放大器U6A和第二运算放大器U6B，电解槽阳极导杆上的电压信号依次经第一运算放大器U6A﹑第二运算放大器U6B放大后进入到微处理器U1的第一模拟信号输入端P6.1。
检测模块中还含有温度传感器U7，温度传感器U7的输出端与微处理器U1的第二模拟信号输入端P6.2连接。温度传感器U7用于测量室内的温度。
微处理器U1的型号为:MSP430F5310；第一运算放大器U6A和第二运算放大器U6B的型号为:LMV358；温度传感器U7的型号为:TC1047；显示器LCD为液晶显示器，显示器LCD的型号为:JLX12864G-189。
该记录分析仪还含有时钟发生模块，时钟发生模块中含有时钟晶振Y2、时钟发生器U4和第一电池BAT，时钟晶振Y2与时钟发生器U4的晶振端Osci﹑Osco连接，第一电池BAT与时钟发生器U4的电源端VDD连接，时钟发生器U4的串行通讯口SCL﹑SDA与微处理器U1的第一串行通讯口P4.2﹑P4.1连接；电源模块还为时钟发生模块供电。时钟发生模块用于提供时间信息。
时钟发生器U4的型号为:PCF8563。
该记录分析仪还含有通讯模块，通讯模块中含有USB-RS232接口转换器U5和USB通讯接口J5，微处理器U1的第二串行通讯口P4.5﹑P4.4通过USB-RS232接口转换器U5与USB通讯接口J5连接；电源模块还为通讯模块供电。通讯模块用于该记录分析仪与外部PC通讯。
USB-RS232接口转换器U5的型号为:PL2303HXD。
中央处理模块U1中还含有存储器U3﹑指示灯LED和报警器B1，存储器U3与微处理器U1的串行存储口P1.0﹑P5.1﹑P5.0﹑P5.4连接，微处理器U1的指示灯信号输出端PJ.1的信号经第一三极管Q5放大后驱动指示灯LED工作，微处理器U1的报警信号输出端P4.7的信号经第二三极管Q4放大后驱动报警器B1工作。存储器U3的型号为:GD25Q40。
中央处理模块中还含有编程接口，编程接口与微处理器U1连接；指示灯LED为发光二极管，报警器B1为电铃。
电源模块中含有第二电池J1﹑P沟道场效应管Q1﹑开机按键K1﹑第三三极管Q2和电压转换器U2，第二电池J1的正极与P沟道场效应管Q1的源极连接，P沟道场效应管Q1的漏极与电压转换器U2的输入端连接，电压转换器U2的输出端输出供电电源，P沟道场效应管Q1的栅极和源极之间并接有第一电阻R4，P沟道场效应管Q1的栅极通过第二电阻R5与第三三极管Q2的集电极连接，第三三极管Q2的发射极接地，微处理器U1的开关机控制信号输出端P6.3通过第三电阻R6与第三三极管Q2的基极连接，第三三极管Q2的集电极与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与开机按键K1的一端连接，开机按键K1的另一端接地，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的负极连接，第二二极管D2的正极与微处理器U1的开机信号输入端P1.1连接，第四电阻R9和第五电阻R10串联在一起后并接在电压转换器U2的输入端和地之间，第四电阻R9和第五电阻R10的连接处与微处理器U1的第三模拟信号输入端P6.0连接，用于检测第二电池J1的电量。
电压转换器U2的型号为:SP6641。
该记录分析仪关机后，长按开机按键K1，微处理器U1的开关机控制信号输出端P6.3输出高电平，开启系统电源。
实际使用时，可采用该记录分析仪对每组电解槽阳极导杆电流进行测量、记录、显示，外部PC的配套软件再通过该记录分析仪的USB通讯接口将其数据导出、进行分析、生成报表等。
该记录分析仪的软件使用C语言编写，程序中通过硬件按键操作设备实现测量、记录、查看数据。同时，该记录分析仪具有一些贴心的功能，如在测量一根导杆之后，能够自动跳到下一个导杆号；一段时间无操作，设备自动关机。
外部PC与该记录分析仪通过USB口进行通信，通信协议自定义。外部PC程序使用LabVIEW进行编写，主体采用生产者-消费者框架，数据通信传输部分使用队列和状态机，使数据传输更为可靠。外部PC软件可以从该记录分析仪中读取/擦除数据、校准设备时间、将数据绘制成曲线图以及导出成各种报表(支持Word\Excel\HTML\CSV格式)供外部使用。根据不同槽况下阳极电流波动的波形特征明显不同，尤其是波动频率的不同，数据分析部分能对采集到的阳极电流信息数据进行频谱分析，从而诊断出电解槽状态，为生产提供技术指导。
Claims (8)
1.一种便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，含有中央处理模块、检测模块、键盘、显示器和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，键盘与微处理器的键盘口连接，显示器与微处理器的显示口连接，其特征是：检测模块中含有电压信号放大电路，电压信号放大电路的输入端与电解槽阳极导杆连接，电压信号放大电路的输出端与微处理器的第一模拟信号输入端连接；电源模块为中央处理模块、检测模块和显示器供电。
2.根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：所述电压信号放大电路中含有第一运算放大器和第二运算放大器，电解槽阳极导杆上的电压信号依次经第一运算放大器﹑第二运算放大器放大后进入到微处理器的第一模拟信号输入端。
3.根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：所述检测模块中还含有温度传感器，温度传感器的输出端与微处理器的第二模拟信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：还含有时钟发生模块，时钟发生模块中含有时钟晶振、时钟发生器和第一电池，时钟晶振与时钟发生器的晶振端连接，第一电池与时钟发生器的电源端连接，时钟发生器的串行通讯口与微处理器的第一串行通讯口连接；电源模块还为时钟发生模块供电。
5.根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：还含有通讯模块，通讯模块中含有USB-RS232接口转换器和USB通讯接口，微处理器的第二串行通讯口通过USB-RS232接口转换器与USB通讯接口连接；电源模块还为通讯模块供电。
6.根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：所述中央处理模块中还含有存储器﹑指示灯和报警器，存储器与微处理器的串行存储口连接，微处理器的指示灯信号输出端的信号经第一三极管放大后驱动指示灯工作，微处理器的报警信号输出端的信号经第二三极管放大后驱动报警器工作。
7.根据权利要求6所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：所述中央处理模块中还含有编程接口，编程接口与微处理器连接；指示灯为发光二极管，报警器为电铃。
8. 根据权利要求1所述的便携式电解槽阳极电流测量记录分析仪，其特征是：所述电源模块中含有第二电池﹑P沟道场效应管﹑开机按键﹑第三三极管和电压转换器，第二电池的正极与P沟道场效应管的源极连接，P沟道场效应管的漏极与电压转换器的输入端连接，电压转换器的输出端输出供电电源，P沟道场效应管的栅极和源极之间并接有第一电阻，P沟道场效应管的栅极通过第二电阻与第三三极管的集电极连接，第三三极管的发射极接地，微处理器的开关机控制信号输出端通过第三电阻与第三三极管的基极连接，第三三极管的集电极与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与开机按键的一端连接，开机按键的另一端接地，第一二极管的负极与第二二极管的负极连接，第二二极管的正极与微处理器的开机信号输入端连接，第四电阻和第五电阻串联在一起后并接在电压转换器的输入端和地之间，第四电阻和第五电阻的连接处与微处理器的第三模拟信号输入端连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN104775136A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-07-15 | 沈阳西东控制技术有限公司 | 一种模块化电解槽控机 |
| WO2019241933A1 (zh) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | 深圳达钿科技有限公司 | 一种电子烤烟的系统及使用方法 |
| CN112162138A (zh) * | 2020-08-27 | 2021-01-01 | 中铝郑州有色金属研究院有限公司 | 一种测量均衡阳极电流分布的装置及方法 |
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