CN213866447U - 一种应用于电解槽上的采样检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于电解槽上的采样检测装置，涉及电解铝技术领域，解决了常见当电解槽内方钢有破损或者电解液有渗漏等情况下，阳极电压电流或者阴极电压电流发生过大突变，有可能影响电解铝的生产质量和生产过程的稳定性甚至可能发生严重事故的问题，其技术方案要点是，包括阳极水平母线、阴极分支母线、检测装置、以及用于电压值处理的控制器，阳极水平母线沿着自身轴向设有阳极采样点，阴极分支母线上设有阴极采样点，阳极采样点和阴极采样点均与检测装置连接，检测装置与控制器通连接，达到可实现对电解槽电压值数据的实时监测，以便于及时发现电解槽的异常情况及位置，同时也方便阳极的更换的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解铝技术领域，特别涉及一种应用于电解槽上的采样检测装置。
背景技术
铝及其合金具的独特性质，应用极为广泛，在工业领域起着极为重要的作用。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。因此，社会对铝的需求非常巨大，中国的铝年产量超过3000万吨。铝的生产技术均采用电解铝技术，电解槽普遍采用超过350KA直流电流，电解槽的电流会分别通过多个电极，每一个电极都分位阴极和阳极。
现今的设备无法实时、有效和准确地测量出该电解槽各个分支的电流电压的情况，当电解槽内方钢有破损或者电解液有渗漏等情况下，阳极电压电流或者阴极电压电流发生过大突变，有可能影响电解铝的生产质量和生产过程的稳定性甚至可能发生严重事故，进而可能发生人员伤亡和财产损失。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种应用于电解槽上的采样检测装置，具有可实现对电解槽电压值数据的实时监测，以便于及时发现电解槽的异常情况及位置，同时也方便阳极的更换的优点。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种应用于电解槽上的采样检测装置，包括阳极水平母线、阴极分支母线、用于采集电压值的检测装置、以及用于电压值处理的控制器，所述阳极水平母线上设有阳极采样点，所述阴极分支母线上设有阴极采样点，所述阳极采样点和阴极采样点均与检测装置连接，所述检测装置与控制器通连接。
通过采用上述技术方案，首先对各采样点的电压值进行采集，然后经过本方法进行运算和对比，从而实现监测电解槽的阳极电流和阴极电流，可以有效地检测电解槽的电解反应情况和生产情况，本方案将对应采样点所在的号码位置信息数据和电压电流值的状态实时上传至后台服务器，以便于维修人员可以及时地尽快地发现采样点中电流异常的情况，以便于及时的维护，进而便于避免事故发生，后台实时监控，具有监控预警的功能。
本实用新型的进一步设置，所述阳极采样点数量为若干个且沿着阳极水平母线的轴向布置，所述阴极采样点的数量为若干个且沿着阴极分支母线的轴向布置。
通过采用上述技术方案，阳极采样点的数量与阳极水平母线的长度成正比，阴极采样点的数量与阴极分支母线的长度成正比，本方案的阳极采样点和阴极采样点数量均为48个，通过布置若干个阳极采样点和阴极采样点，可便于提高电解槽异常状态的发现率。
本实用新型的进一步设置，所述阳极采样点连接有阳极采样信号线，所述阳极水平母线上设有连接部，所述阳极采样信号线的一端连接于连接部上，另一端连接于检测装置上；所述连接部夹持固定于阳极水平母线上。
本实用新型的进一步设置，所述连接部夹持套设于阳极水平母线上，所述连接部的旁侧穿设有可螺纹锁紧于阳极水平母线上的紧固件。
通过采用上述技术方案，阳极采样点安装在阳极水平母线上，使用夹具式的连接部卡在阳极水平母线上，再上紧紧固件，因此安装更加方便。而现有技术中的阳极采样点是安装在阳极导杆上，但阳极导杆是每一定时间就需要更换，因此阳极导杆需要反复拆除和安装，如果像现有技术一样将阳极采样点安装在阳极导杆后，会增加工人的工作负担。而本方案的安装方式无需重复安装，也不影响更换阳极。
本实用新型的进一步设置，所述阴极采样点连接有阴极采样信号线，所述阴极采样信号线上设有导电粘贴部，所述导电粘贴部粘合于阴极分支母线上。
通过采用上述技术方案，导电粘贴部为导电胶，阴极采样点安装在阴极分支母线上，使用导电胶把信号线与阴极母线粘合在一起，既安装方便，而且粘合牢固，可长时间粘合不脱落。软连接的电流即为阴极的电流，因此阴极的电流计算方法与计算阳极电流方法一样。
本实用新型的进一步设置，包括GSM通信装置，所述检测装置与GSM通信装置连接，所述GSM通信装置与控制器连接。
本实用新型的进一步设置，包括后台服务器，所述GSM通信装置与后台服务器连接。
通过采用上述技术方案，GSM通信装置为4G模块。通过GSM模块实现无线通讯，具有抗干扰性强、且可在强磁场环境中正常工作的特点，而且无线传输，不受距离限制。电源模块分别与控制器、检测装置均电性连接，电源模块是将220V交流电转12V、5V和3.3V直流电分别为GSM通信装置、检测装置和控制器供电。
本实用新型的进一步设置，所述阳极水平母线或阴极分支母线的旁侧设有磁场屏蔽箱，所述控制器设置于磁场屏蔽箱内。
通过采用上述技术方案，由于电解铝过程会产生较强的磁场，而本方案则具有抗强磁场效果，因为控制器和或后台服务器安装屏蔽箱内，使用屏蔽箱保护电路设备，且选用抗干扰的高精度测量芯片，可以使得本方案很好地在强磁场的环境正常工作。
现场控制器旁侧预留一个与控制器485接口，控制器把读取到的数据通过485接口发送出来，现场人员可在现场使用485读取数据。本方案通讯接口多样，预留现场接口，可在现场读取数据；现场有数码管液晶屏实时显示数据。
本实用新型的进一步设置，所述检测装置包括测量芯片和用于显示当前电压值的显示装置，所述测量芯片分别与显示装置连接和控制器连接。
通过采用上述技术方案，显示装置为数码管液晶屏，控制器循环切换48 个采样点的通信通道，使检测装置循环检测48个采样点的电压，测量芯片把测量到的电压值通过数码管显示，控制器同时读取数码管液晶屏的数值，并保存读取到数据，读取完所有的采样点的电压值数据后统一发送到通讯装置。
本实用新型的进一步设置，所述测量芯片型号为A/D转换器ICL71xx系列。
通过采用上述技术方案，选用稳定性好，可在强磁场和高温环境工作的测量芯片和控制器，再使用屏蔽柜保护线路板。测量芯片的A/D转换器为双积分A/D型转换器，具有稳定性好和测量精度高的特点，且测量精度高达 0.1mV。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
1、可实现对电解槽电压值数据的实时监测；
2、可便于维修人员可以及时地尽快地发现采样点中电流异常的情况，以便于及时的维护；
3、方便安装，同时也方便阳极的更换；
4、抗干扰性强，可在强磁场环境中正常工作。
总的来说本实用新型，可实现对电解槽电压值数据的实时监测，以便于及时发现电解槽的异常情况及位置，同时也方便阳极的更换。
附图说明
图1是实施例一中阳极水平母线和阳极导杆的示意图；
图2是实施例一中阳极采样点在阳极水平母线上的连接关系示意图；
图3是实施例一中阴极采样点在阴极分支母线上的连接关系示意图；
图4是实施例一中磁场屏蔽箱的结构示意图；
图5是实施例一中电源模块的电路图；
图6是实施例一中控制器的电路图；
图7是实施例一中采样点端口的电路图；
图8是实施例一中测量芯片的电路图；
图9是实施例一中数码管液晶显示屏的电路图；
图10是实施例一中通讯装置的电路图。
附图标记：1、紧固件；2、阳极水平母线；21、阳极采样点；211、阳极采样信号线；212、连接部；3、阴极分支母线；31、阴极采样点；311、阴极采样信号线；5、导电粘贴部；6、阳极导杆；7、阳极立柱；8、采样点C1； 9、采样点C2；10、采样点C3；11、第一处阳极导杆；12、第二处阳极导杆； 13、软连接。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例一：
如图1至10所示，一种应用于电解槽上的采样检测装置，包括阳极水平母线2、阴极分支母线3、用于采集电压值的检测装置、以及用于电压值处理的控制器，阳极水平母线2上设有阳极采样点21，阴极分支母线3上设有阴极采样点31，阳极采样点21和阴极采样点31均与检测装置连接，检测装置与控制器通连接。
首先对各采样点的电压值进行采集，然后经过本方法进行运算和对比，从而实现监测电解槽的阳极电流和阴极电流，可以有效地检测电解槽的电解反应情况和生产情况，本方案将对应采样点所在的号码位置信息数据和电压电流值的状态实时上传至后台服务器，以便于维修人员可以及时地尽快地发现采样点中电流异常的情况，以便于及时的维护，进而便于避免事故发生，后台实时监控，具有监控预警的功能。
阳极采样点21数量为若干个且沿着阳极水平母线2的轴向布置，阴极采样点31的数量为若干个且沿着阴极分支母线3的轴向布置。
本方案的阳极采样点21和阴极采样点31数量均为48个，但不仅限于此数量，通过布置若干个阳极采样点21和阴极采样点31，可便于提高电解槽异常状态的发现率。
阳极采样点21连接有阳极采样信号线211，阳极水平母线2上设有连接部212，阳极采样信号线211的一端连接于连接部212上，另一端连接于检测装置上；连接部212夹持固定于阳极水平母线2上。
连接部212夹持套设于阳极水平母线2上，连接部212的旁侧穿设有可螺纹锁紧于阳极水平母线2上的紧固件1。
阳极采样点21安装在阳极水平母线2上，使用夹具式的连接部212卡在阳极水平母线2上，再上紧紧固件1，因此安装更加方便。而现有技术中的阳极采样点21是安装在阳极导杆6上，但阳极导杆6是每一定时间就需要更换，因此阳极导杆6需要反复拆除和安装，如果像现有技术一样将阳极采样点21安装在阳极导杆6后，会增加工人的工作负担。而本方案的安装方式无需重复安装，也不影响更换阳极。
阴极采样点31连接有阴极采样信号线311，阴极采样信号线311上设有导电粘贴部5，导电粘贴部5粘合于阴极分支母线3上。阴极的电流经软连接13流入阴极分支母线3，阴极的电流等于软连接13的电流，一个阴极的电流等于一个软连接13的电流。
导电粘贴部5为导电胶，阴极采样点31安装在阴极分支母线3上，使用导电胶把信号线与阴极母线粘合在一起，既安装方便，而且粘合牢固，可长时间粘合不脱落。软连接13的电流即为阴极的电流，因此阴极的电流计算方法与计算阳极电流方法一样。
本实施例包括GSM通信装置，检测装置与GSM通信装置连接，GSM通信装置与控制器连接。
本实施例包括后台服务器，GSM通信装置与后台服务器连接。
GSM通信装置为4G模块。通过GSM模块实现无线通讯，具有抗干扰性强、且可在强磁场环境中正常工作的特点，而且无线传输，不受距离限制。电源模块分别与控制器、检测装置均电性连接，电源模块是将220V交流电转12V、5V和3.3V直流电分别为GSM通信装置、检测装置和控制器供电。
阳极水平母线2或阴极分支母线3的旁侧设有磁场屏蔽箱，控制器设置于磁场屏蔽箱内。
由于电解铝过程会产生较强的磁场，而本方案则具有抗强磁场效果，因为控制器和或后台服务器安装屏蔽箱内，使用屏蔽箱保护电路设备，且选用抗干扰的高精度测量芯片，可以使得本方案很好地在强磁场的环境正常工作。
现场控制器旁侧预留一个与控制器485接口，控制器把读取到的数据通过485接口发送出来，现场人员可在现场使用485读取数据。本方案通讯接口多样，预留现场接口，可在现场读取数据；现场有数码管液晶屏实时显示数据。
检测装置包括测量芯片和用于显示当前电压值的显示装置，测量芯片分别与显示装置连接和控制器连接。
显示装置为数码管液晶屏，控制器循环切换48个采样点的通信通道，使检测装置循环检测48个采样点的电压，测量芯片把测量到的电压值通过数码管显示，测量芯片把读取到的电压值通过数码管显示，并保存读取到数据，读取完所有的采样点的电压值数据后统一发送到通讯装置。
测量芯片型号为A/D转换器ICL71xx系列。选用稳定性好，可在强磁场和高温环境工作的测量芯片和控制器，再使用屏蔽柜保护线路板。测量芯片的A/D转换器为双积分A/D型转换器，具有稳定性好和测量精度高的特点，且测量精度高达0.1mV。
实施例二：
一种应用有如实施例一所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置的安全检测方法，包括如下步骤：
步骤A，于电解槽上设置若干个采样点，并设定各采样点的电流正常范围值K、参考电阻率ρ*、电阻率温度系数α、电阻率参考温度T*、实际温度T、横截面的长a、横截面的宽b、同一采样点内两条信号线的中心距L；
步骤B，采集电解槽上若干个采样点的电压值数据，检测模块将电压值数据储存至主控制器模块内，主控制器模块将电压值数据发送至通讯模块，通讯模块将电压值数据发送至后台服务器。
步骤C，后台服务器根据步骤所得的电压值数据，计算得出相邻两个采样点之间的电压压降值△U；
步骤D，根据公式ΔU＝IR、
ρ＝ρ*[1+α(T-T*)]、以及S＝ab、ρ为实际电阻率，推导出采样点的电流值
并计算得出各个采样点的电流值Im；
步骤E，并将各个采样点的电流值Im与电流正常范围值K进行对比，将电流值Im位于电流正常范围值以外的采样点信息数据发送至用户端。电流正常范围值为5000A～12000A，将电流值I位于电流正常范围值以外的采样点信息数据发送至用户端。
步骤F，等待间隔时间S后重复操作步骤A至E，间隔时间S为1min至 2min。
其中，横截面的长a与横截面的宽b均是指采样点所在的阴极分支母线或阳极水平母线横截面的长度a或宽度b，而实际温度T是用户根据历史温度变化而生成的一条固定的周期曲线。电流值Im为各个采样点的电流值。
首先对各采样点的电压值进行采集，然后经过本方法进行运算和对比，从而实现监测电解槽的阳极电流和阴极电流，可以有效地检测电解槽的电解反应情况和生产情况，本方案将对应采样点所在的号码位置信息数据和电压电流值的状态实时上传至后台服务器，以便于维修人员可以及时地尽快地发现采样点中电流异常的情况，以便于及时的维护，进而便于避免事故发生，后台实时监控，具有监控预警的功能。
关于电路图和电压值计算出电流值的计算过程：
1、电解槽阳极的电流是由阳极导杆D的电流进入的，即电解槽阳极的电流等于阳极导杆的电流。
2、根据图1阳极电路图和基尔霍夫电流定律，可以得出：采样点C2的电流＝第二处阳极导杆的电流+采样点C1的电流；
由于第二处阳极导杆插设于第二处阳极上，第二处阳极为连接在阳极水平母线的第二个阳极，同理地，第一处阳极为连接在阳极水平母线的第一个阳极，第一处阳极导杆插设于第一处阳极上，因此第二出阳极的电流＝第二处阳极导杆的电流，第一处阳极的电流＝第一处阳极导杆的电流。
3、根据欧姆定律，采样点C1的电流＝采样点C1电压/采样点C1电阻。
4、采样点C1的电阻是由阳极水平母线的规格和材质，以及温度决定的，即计算出采样点C1的电导率。
对于1060纯铝来说，其化学成分如下(百分比含量)：
(常温下电阻率温度系数为0.0042；当T*＝20℃时，电导率为0.0278mm2Ω /m，正常工况下，T的均值在75℃左右)
在本方案中，后台服务器预先将电解槽中阳极和阴极的采样点数据进行采集，利用基尔霍夫电流定律来形成支路电流关系，通过工况和材质计算电导率，使用欧姆定计算电流值，监测电流大小变化情况判断电解槽的工作状况，有无异常。
检测模块对电解槽的各个采样点进行电压值数据采集，主控制器模块收集各个采样点的电压值数据，并把该电压值数据发送到通讯模块，通讯模块把接收到的数据发送到后台服务器，后台服务器根据电压值数据计算得出各个监测点的电流值，起到监控各个监控点的实时情况。
通过本方案可使得用户能够持续获得电解槽各采样点的电压值和电流值数据，以便于实现对电解槽状态的实时监测，进而便于提高电解铝过程的安全性，通过对电解槽状态的实时监测，可便于降低因为电解槽损坏而对电解铝生产质量造成不良影响的概率，可便于提高电解铝过程的稳定性，进而便于提高电解铝的加工效率。
采样点的采样时间约1分钟，且对同一极性所有的电极进行循环采集电压值数据。
关于电流正常范围值的说明：
总电流为400KA的电流会由六根阳极立柱进入到阳极水平母线，再有阳极水平母线流入48根阳极导杆，正常情况下阳极导杆的电流接近平均值400K/48＝8333A，每两个阳极更换的时间不一样，以及阳极消耗情况不一样，所以他们的电流有所不一样，也不会一直保持不变，会呈现一定变化情况。但正常情况下，电流会保持在比较接近平均值。
阳极在换极时，整个阳极导杆和阳极都被拔出，更换新的阳极，该极的电流会在正常范围突变为零。更换阳极后，该阳极会在一定的时间内，电流会从零以较快的速度上升到正常值，该情况会被视为正常情况。
阳极更换后，电流在一定时间达到一个正常范围值，电流应该是小于平均的。在下次换极前(约一个月)，阳极会不断第消耗石墨，并且缓慢第下沉，与阴极的距离减小，该阳极的电流会缓慢地上升。
若在异常情况下，如发生阳极效应，会出现气泡，会使阳极的接触面积减小，阳极的电流会显著减小，而非直接突变为零。
由于现在测量的电压是在阳极水平母线上，而非在阳极导杆的电压，所以测量的电压没有测量阳极导杆电压可以反映阳极电流的情况。
阴极电流正常范围设定在5000A到12000A，这个从总体上来讲的。由于阴极的分支母线的规格大小不一，会根据实际情况设定到相应的值。同时，阴极的电流比阳极的稳定，变化较小。
当电流大于或小于正常值，不一定是出现了异常情况，更多的是提醒现场人员及时查看情况，排除问题，提前预警作用。经常出现的异常为阳极效应，需要工人处理。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，包括阳极水平母线、阴极分支母线、用于采集电压值的检测装置、以及用于电压值处理的控制器，所述阳极水平母线上设有阳极采样点，所述阴极分支母线上设有阴极采样点，所述阳极采样点和阴极采样点均与检测装置连接，所述检测装置与控制器通连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述阳极采样点数量为若干个且沿着阳极水平母线的轴向布置，所述阴极采样点的数量为若干个且沿着阴极分支母线的轴向布置。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述阳极采样点连接有阳极采样信号线，所述阳极水平母线上设有连接部，所述阳极采样信号线的一端连接于连接部上，另一端连接于检测装置上；所述连接部夹持固定于阳极水平母线上。
4.根据权利要求3所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述连接部夹持套设于阳极水平母线上，所述连接部的旁侧穿设有可螺纹锁紧于阳极水平母线上的紧固件。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述阴极采样点连接有阴极采样信号线，所述阴极采样信号线上设有导电粘贴部，所述导电粘贴部粘合于阴极分支母线上。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，包括GSM通信装置，所述检测装置与GSM通信装置连接，所述GSM通信装置与控制器连接。
7.根据权利要求6所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，包括后台服务器，所述GSM通信装置与后台服务器连接。
8.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述阳极水平母线或阴极分支母线的旁侧设有磁场屏蔽箱，所述控制器设置于磁场屏蔽箱内。
9.根据权利要求1所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述检测装置包括测量芯片和用于显示当前电压值的显示装置，所述测量芯片分别与显示装置连接和控制器连接。
10.根据权利要求9所述的一种应用于电解槽上的采样检测装置，其特征在于，所述测量芯片的型号为A/D转换器ICL71xx系列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022296620.8U CN213866447U (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种应用于电解槽上的采样检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202022296620.8U CN213866447U (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种应用于电解槽上的采样检测装置 |
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| CN213866447U true CN213866447U (zh) | 2021-08-03 |
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| CN202022296620.8U Active CN213866447U (zh) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | 一种应用于电解槽上的采样检测装置 |
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| CN (1) | CN213866447U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116154744A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-05-23 | 中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司 | 电解槽小室电压信号循环采集的安全保护方法 |
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2020
- 2020-10-15 CN CN202022296620.8U patent/CN213866447U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116154744A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-05-23 | 中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司 | 电解槽小室电压信号循环采集的安全保护方法 |
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