CN204405213U - 一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头 - Google Patents
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Abstract
一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，包括探头Ⅰ和探头Ⅱ，每个探头由一个温度传感器和一个保护套管组成；温度传感器的上部固定在保护套管内；其中探头Ⅰ的底部固定有一个取样室，取样室由中间槽和测量筒组成，中间槽内壁上方与探头Ⅰ的保护套管外壁相配合并固定在一起；中间槽和测量筒之间设有通道，探头Ⅰ的传感器通过该通道插入测量筒内。本实用新型的装置方法适用于各种成分的电解质温度测量；探头Ⅰ底端的取样室可保护传感器不受熔体流动的影响，重复测量不需要处理附着的电解质，便于操作且有利于延长保护套管的寿命。本实用新型的装置及方法具有测量结果准确，重复测量稳定，便于操作的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铝电解温度测量装置，特别涉及一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头。
背景技术
金属铝是通过电化学法还原溶解在冰晶石熔体中的氧化铝来生产的；生产过程中需要测量铝电解质的温度和初晶温度。近年来，已经相继问世了多种用于同时测量铝电解质温度和初晶温度的方法，这些方法大体可分成两类：单温度传感器技术和双温度传感器技术。
相对于单温度传感器探头，双温度传感器技术对拐点的分辨度更高，特别适合用于测试电解质中氟化铝含量高于8%的电解质的初晶温度；但是这两种传感器都存在一个共同的缺点，由于冷却过程中冷却速度太大，造成测定的电解质初晶温度与实际值相比偏低；并且测量结果受环境影响较大，重现性较差；还有再次测量时，必须将样品杯中的电解质清除干净，除了操作比较麻烦，还将影响探头的寿命。
授权公告号 CN 102494789 B的中国专利提供了一种双温度传感器装置，其原理是测量升温曲线来判断电解质的初晶温度和过热度；但是该装置仍然一定程度上存在重复测量时会有电解质附着，尤其是测量高速熔体或波动较大的熔体的情况下，造成测量初晶温度的重现性较低和降低传感器使用寿命等问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，通过在探头的保护套管底端设置取样室，使温度传感器底端位于取样室内，保护温度传感器不受熔体流动的影响，便于操作，延长保护套管的寿命。
本实用新型的测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头包括探头Ⅰ和探头Ⅱ，每个探头由一个温度传感器和一个保护套管组成；温度传感器的上部固定在保护套管内；其中探头Ⅰ的底部固定有一个取样室，取样室由中间槽和测量筒组成，中间槽内壁上方与探头Ⅰ的保护套管外壁相配合并固定在一起；中间槽和测量筒之间设有通道，探头Ⅰ的传感器通过该通道插入测量筒内。
上述装置中，探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差≤3mm。
上述装置中，探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁1~9毫米。
上述装置中，取样室的测量筒内径在2~10毫米。
上述装置的两个温度传感器的水平高度差≤30mm。
上述装置中，探头Ⅰ的保护套管的顶端封闭。
上述装置中，保护套管的材质选用铁、镍、铜或不锈钢；所述的不锈钢为310s、304、316或316L不锈钢。
上述的温度传感器为K型镍铬-镍硅热电偶或S型铂铑-铂热电偶。
上述的测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头的使用方法为：
1、将测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头与分析仪器连接，组成测量铝电解质温度和初晶温度的装置；所述的分析仪器为与计算机装配在一起的热电偶模块、与计算机装配在一起的电位差计或与计算机装配在一起的万用表；
2、将两个探头快速插入到熔融的电解质中测量电解质的温度，通过分析仪器记录两个探头的温度，并建立温度-时间关系曲线；当两个探头测量到的温度都恒定不变时，停止记录；
3、将两个探头从电解质中取出，空冷至温度≤300℃，准备下次进行测量；
4、建立温度差-温度曲线，其中温度差坐标为同一时刻探头Ⅰ与探头Ⅱ测得的温度差，温度坐标为探头Ⅱ测得的温度；温度差-温度曲线中停止记录时温度差为0，该处对应的探头Ⅱ测得的温度即为电解质温度；温度差-温度曲线中电解质温度前第一个峰值点处对应的探头Ⅱ测得的温度即为电解质的初晶温度。电解质的过热度为电解质温度与初晶温度的差值。
本实用新型的装置方法适用于各种成分的电解质温度测量；探头Ⅰ底端的取样室可保护传感器不受熔体流动的影响，重复测量不需要处理附着的电解质，便于操作且有利于延长保护套管的寿命。本实用新型的装置及方法具有测量结果准确，重复测量稳定，便于操作的效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的探头Ⅰ结构示意图；
图2为本实用新型实施例中的探头Ⅱ结构示意图；
图中，1、温度传感器Ⅰ，2、保护套管Ⅰ，3、取样室，4、温度传感器Ⅱ，5、保护套管Ⅱ，6、小孔，7、通道；
图3为本实用新型实施例1中获得的温度差-温度曲线图；图中A为电解质温度Tl，B为电解质的初晶温度Tb。
具体实施方式
本实用新型实施例中采用的温度传感器的测量误差≤0. 5%。
本实用新型实施例中采用的电位差计和万用表的电位测量精度为6位半。
实施例1
测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头包括探头Ⅰ和探头Ⅱ，每个探头由一个温度传感器和一个保护套管组成；温度传感器的上部固定在保护套管内；其中探头Ⅰ的底部固定有一个取样室，取样室由中间槽和测量筒组成，中间槽内壁上方与探头Ⅰ的保护套管外壁相配合并固定在一起；中间槽和测量筒之间设有通道，探头Ⅰ的传感器通过该通道插入测量筒内；测量筒为筒状结构；中间槽为槽型结构；
探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差为0.5mm；
探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁1毫米；
取样室的测量筒内径在2毫米；
两个温度传感器的水平高度差≤30mm；
探头Ⅰ的保护套管的顶端封闭；
保护套管的材质选用铁；
温度传感器为S型铂铑-铂热电偶；
上述的测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头的使用方法为：
1、将测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头与分析仪器连接，组成测量铝电解质温度和初晶温度的装置；所述的分析仪器为与计算机装配在一起的热电偶模块；
2、将两个探头快速插入到熔融的电解质中测量电解质的温度，通过分析仪器记录两个探头的温度，并建立温度-时间关系曲线；当两个探头测量到的温度都恒定不变时，停止记录；
3、将两个探头从电解质中取出，空冷至温度≤300℃，准备下次进行测量；
4、建立温度差-温度曲线，其中温度差坐标为同一时刻探头Ⅰ与探头Ⅱ测得的温度差，温度坐标为探头Ⅱ测得的温度；温度差-温度曲线中停止记录时温度差为0，该处对应的探头Ⅱ测得的温度即为电解质温度；温度差-温度曲线中电解质温度前第一个峰值点处对应的探头Ⅱ测得的温度即为电解质的初晶温度。电解质的过热度为电解质温度与初晶温度的差值；
将电解质加热至975±1℃，采用的电解质的由氟化钠、氟化铝、氟化钙和氧化铝组成，氟化钙占电解质总重量的5%，氧化铝占电解质总重量的5%，其余为氟化钠和氟化铝，氟化钠和氟化铝的摩尔比为2.2:1；
采用上述电解质进行试验，完成后将两个探头从电解质中取出，空冷至温度≤300℃，准备下次进行测量；
建立的温度差-温度曲线如图3所示，其中温度差坐标为同一时刻探头Ⅰ测得的温度与探头Ⅱ测得的温度的差ΔT=Ti-Tii，Ti为探头Ⅰ测得的温度，Tii为探头Ⅱ测得的温度；温度坐标为探头Ⅱ测得的温度Tii；
停止记录时温度差为0，该处对应的探头II测得的温度即为电解质温度Tl，根据温度差-温度曲线图该温度为976℃；温度差-温度曲线中电解质温度前第一个峰值点处对应的探头Ⅱ测得的温度即为电解质的初晶温度Tb，根据温度差-温度曲线图该温度为947℃；
上述过程中同时采用步冷曲线法测得该电解的初晶温度为947.3℃，测试过程中控制温度传感器的冷却速度为1℃/min；
测量结果与传统实验技术获得的结果近似，测量误差在电偶误差范围以内。
实施例2
测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头结构同实施例1，不同点在于：
探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁3毫米；取样室的测量筒内径在5毫米；保护套管的材质选用镍；
探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差为1mm；
温度传感器为S型铂铑-铂热电偶；
使用方法同实施例1，所述的分析仪器为与计算机装配在一起的电位差计；
测量结果与传统实验技术获得的结果近似，测量误差在电偶误差范围以内。
实施例3
测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头结构同实施例1，不同点在于：
探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁6毫米；取样室的测量筒内径在8毫米；保护套管的材质选用铜；
探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差为2mm；
温度传感器为K型镍铬-镍硅热电偶；
使用方法同实施例1，所述的分析仪器为与计算机装配在一起的热电偶模块；
测量结果与传统实验技术获得的结果近似，测量误差在电偶误差范围以内。
实施例4
测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头结构同实施例1，不同点在于：
探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁9毫米；取样室的测量筒内径在10毫米；保护套管的材质选用316L不锈钢；
探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差为3mm；
温度传感器为K型镍铬-镍硅热电偶；
使用方法同实施例1，所述的分析仪器为与计算机装配在一起的万用表；
测量结果与传统实验技术获得的结果近似，测量误差在电偶误差范围以内。
Claims (5)
1.一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，包括探头Ⅰ和探头Ⅱ，每个探头由一个温度传感器和一个保护套管组成；温度传感器的上部固定在保护套管内；其特征在于：探头Ⅰ的底部固定有一个取样室，取样室由中间槽和测量筒组成，中间槽内壁上方与探头Ⅰ的保护套管外壁相配合并固定在一起；中间槽和测量筒之间设有通道，探头Ⅰ的传感器通过该通道插入测量筒内。
2.根据权利要求1所述的一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，其特征在于所述的探头Ⅱ的保护套管底端设有封闭的小孔，探头Ⅱ的传感器底端与小孔底壁接触；小孔孔径与探头Ⅱ的传感器的外径的差≤3mm。
3.根据权利要求1所述的一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，其特征在于所述的探头Ⅰ的温度传感器的底端延伸出取样室的测量筒内壁1~9毫米。
4.根据权利要求1所述的一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，其特征在于所述的取样室的测量筒内径在2~10毫米。
5.根据权利要求1所述的一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头，其特征在于所述的两个温度传感器的水平高度差≤30mm。
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| CN201520033443.0U CN204405213U (zh) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | 一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104535212A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-22 | 东北大学 | 一种测量铝电解质温度和初晶温度的双传感器探头 |
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2015
- 2015-01-15 CN CN201520033443.0U patent/CN204405213U/zh not_active Expired - Fee Related
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