RU2301288C1 - Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров - Google Patents
Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301288C1 RU2301288C1 RU2006100791/02A RU2006100791A RU2301288C1 RU 2301288 C1 RU2301288 C1 RU 2301288C1 RU 2006100791/02 A RU2006100791/02 A RU 2006100791/02A RU 2006100791 A RU2006100791 A RU 2006100791A RU 2301288 C1 RU2301288 C1 RU 2301288C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- series
- input
- current
- uvk
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области автоматизации процесса производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов и может быть использовано для контроля и регулирования процесса электролиза, контроля величины обратной ЭДС, активного сопротивления, концентрации глинозема в электролите и межполюсного расстояния. Технический результат - повышение точности контроля активного сопротивления, обратной ЭДС, концентрации глинозема в электролите и межполюсного зазора (расстояния анод-катод) алюминиевого электролизера. Устройство содержит канал измерения падения напряжения на электролизере, канал измерения тока серии, управляющий вычислительный комплекс (УВК), шунт постоянного тока, индукционный датчик. Устройство измеряет падение напряжения на электролизере и величину тока серии постоянной и переменных составляющих на частотах 600 Гц, 1200 Гц и 2400 Гц. Выделение гармоник осуществляется цифровыми фильтрами. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области автоматизации процесса производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов, более конкретно к автоматическому контролю величины обратной ЭДС, активного сопротивления, концентрации глинозема в электролите и межполюсного расстояния.
Перечисленные параметры используются в АСУ ТП электролиза алюминия или обслуживающим персоналом электролизного цеха для оценки технологического состояния электролизных ванн и выработки регулирующих воздействий.
Известен способ и устройство (А.С. СССР №1196418, кл. С25С 3/20, аналог, 1985) для реализации контроля и управления перечисленных выше параметров, включающий измерение постоянной и переменной составляющих падения напряжения на электролизере и силы тока серии и вычисление сопротивления электролизера. Измерения постоянной и переменной составляющих падения напряжения на электролизере и тока серии производят одновременно, причем измерения на переменном токе ведут на гармониках, кратных частоте 50 или 60 Гц, и по результатам измерений определяют величину обратной ЭДС по формуле
где Iс, Uэ - постоянные составляющие тока серии и напряжения на электролизере;
Rэ - активная составляющая сопротивления электролизера, равная 
, где R активная составляющая сопротивления электролизера, измеренная на частоте, кратной 50 (60) Гц; К - коэффициент, учитывающий изменение активного и индуктивного сопротивлений массивного проводника с ростом частоты.
Недостатком данного способа является значительная погрешность и нестабильность получаемых данных из-за ошибок в определении переменной составляющей тока серии на частотах, кратных 50 (60) Гц, нестабильность коэффициентов передачи и амплитудно-частотных характеристик избирательных усилителей, большое количество аналоговых каскадов, участвующих в преобразованиях информационных параметров.
Известен также «Способ контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров» (Пат. РФ №2057823, Опубл. в Б.И. от 1996.04.10, устройство, реализующее способ, взято за прототип). Устройство состоит из двух каналов: канала измерения падений напряжения на участке анод-катод электролизера и канала измерения тока серии. В канале измерения падения напряжения на участке анод-катод электролизера входной коммутатор напряжения подключен входами к участкам анод-катод каждого электролизера, а выходами - к трем полосовым фильтрам и к автоматическому аттенюатору. Выходы полосовых фильтров через последовательно соединенные блоки усилителей, детекторов, преобразователей напряжение-частота, блоки гальванической развязки, преобразователи частота-напряжение, подключены к входам АЦП, выход которого подключен к управляющему вычислительному комплексу (УВК). Выход автоматического аттенюатора (канала измерения постоянной составляющей напряжения электролизера) подключен к входу АЦП через последовательно включенные блоки: преобразователя напряжение-частота, блок гальванической развязки и преобразователь частота-напряжение.
Аналогично, во втором канале измерения тока серии индукционный датчик подключен к входам полосовых фильтров, выходы которых соединены с входами АЦП, через последовательно включенные блоки: усилителей, детекторов, преобразователей напряжение-частота, гальванической развязки, преобразователей частота-напряжение. Выход шунта также соединен с входом АЦП через последовательно включенные блоки: преобразователя напряжение-частота, гальванической развязки и преобразователь частота-напряжение. Выход АЦП подключен к входу УВК.
Недостатком данного устройства, взятого за прототип, является значительная погрешность и нестабильность получаемых данных из-за ошибок в определении переменной составляющей тока серии на частотах, кратных 50 (60) Гц, нестабильность коэффициентов передачи и амплитудно-частотных характеристик избирательных усилителей, большое количество аналоговых каскадов, участвующих в преобразованиях информационных параметров.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности контроля активного сопротивления, обратной ЭДС, концентрации глинозема в электролите и межполюсного зазора (расстояния анод-катод) алюминиевого электролизера.
Результатом решения поставленной задачи является устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров, в котором согласно изобретению в канале измерения падения напряжения автоматический аттенюатор подключен входами к участкам анод-катод электролизера, основной выход подключен параллельно к входу полосового фильтра и фильтра нижних частот, а дополнительный выход автоматического аттенюатора подключен к входу управления АЦП. Выходы полосового фильтра и ФНЧ через последовательно соединенные АЦП, элементы гальванической развязки подключены к коммутатору, выход которого соединен с входом УВК.
В канале измерения тока серии вход фильтра нижних частот подключен к шунту тока серии, а выход через последовательно соединенные АЦП, элемент гальванической развязки и коммутатор соединен с УВК. Вход полосового фильтра соединен с индукционным датчиком переменной составляющей тока серии, а выход через последовательно включенные АЦП, элемент гальванической развязки и коммутатор - к входу УВК. Выделение гармоник нужной частоты осуществляется цифровыми фильтрами, на которые подают реализации переменной составляющей тока серии и падения напряжения анод-катод электролизера.
Существенным отличием предлагаемого технического решения является то, что в канале измерения падения напряжения автоматический аттенюатор подключен входами к участкам анод-катод электролизера, а основной выход подключен к входам полосового фильтра и фильтра нижних частот, а дополнительный выход автоматического аттенюатора подключен к входу управления АЦП. Выходы полосового фильтра и ФНЧ через последовательно соединенные АЦП, элементы гальванической развязки подключены к коммутатору, выход которого соединен с входом УВК. Такое схемное решение позволяет значительно снизить погрешность падения напряжения на электролизере гармонических составляющих тока серии. Это достигается использованием одного канала для преобразования и усиления всех трех анализируемых гармоник.
Вторым существенным отличием является то, что в канале измерения тока серии вход фильтра нижних частот подключен к шунту тока серии, а выход через последовательно соединенные АЦП и элемент гальванической развязки соединен с УВК. Вход полосового фильтра соединен с датчиком переменной составляющей тока серии, а выход через последовательно включенные АЦП и элемент гальванической развязки - к входу УВК.
Третьим существенным отличием является то, что выделение гармоник нужной частоты осуществляется цифровыми фильтрами, на которые подают реализации тока серии и падения напряжения анод-катод. Это позволяет обеспечить идентичность коэффициентов передачи фильтров для обеих реализации (тока серии и падения напряжения на электролизере), что существенно снижает погрешность измерений.
Идентичность каналов первичной обработки информационных сигналов, тока серии и падения напряжения на электролизере, а также расположение первичных преобразователей (до элементов гальванической развязки включительно в непосредственной близости от точек подключения к объекту контроля) дает возможность устранить: нестабильность коэффициентов передачи и амплитудно-частотных характеристик избирательных усилителей, сократить количество аналоговых каскадов, участвующих в преобразованиях информационных параметров.
На чертеже приведена функциональная схема устройства контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров.
На чертеже введены следующие обозначения: 1 - автоматический аттенюатор; 2 - полосовые фильтры; 3 - фильтры нижних частот (ФНЧ); 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 5 - блок гальванической развязки; 6 - коммутатор; 7 - УВК; 8 - индукционный датчик силы тока гармоник тока серии; 9 - шунт для измерения постоянной составляющей тока серии.
Устройство состоит из двух каналов: канала измерения падений напряжения на участке анод-катод электролизера и канала измерения тока серии. В канале измерения падения напряжения на участке анод-катод электролизера автоматический аттенюатор 1 подключен входами к участкам анод-катод электролизера, а основным выходом - к полосовому фильтру 21 и ФНЧ 31. Выходы полосового фильтра и ФНЧ через последовательно соединенные АЦП 41, 411 и элементы гальванической развязки 51, 511 подключены к входам коммутатора 6, выход которого подключен к УВК 7. Дополнительный выход автоматического аттенюатора 1 подключен к управляющему входу АЦП 411.
Во втором канале измерения тока серии индукционный датчик 8 силы тока гармоник тока серии подключен к входу полосового фильтра 22, а вход ФНЧ 32 соединен с выходом шунта 9. Выход полосового фильтра 22 соединен через последовательно включенные АЦП 42 и элемент гальванической развязки 52 с входом коммутатора 6. Выход ФНЧ 32 также соединен с входом коммутатора 6 через последовательно включенные АЦП 422 и элемент гальванической развязки 522. Выход коммутатора 6 подключен к входу УВК 7.
Устройство работает следующим образом: сигнал, снимаемый с участка анод-катод электролизера, содержит постоянную и переменную составляющие падения напряжения на электролизере, поступает на вход автоматического аттенюатора 1, с выхода аттенюатора сигнал поступает на полосовой фильтр 21 с частотами среза 550-2500 Гц по уровню 3 дБ и фильтр нижних частот 31. С полосового фильтра 21 усиленный сигнал переменной составляющей поступает на вход АЦП 41 и через блок гальванической развязки 51 и коммутатор 6 поступает на УВК 7. С выхода фильтра нижних частот 31 сигнал постоянной составляющей поступает на вход АЦП 411 и через блок гальванической развязки 511 и коммутатор 6 поступает на УВК 7. Автоматический аттенюатор 1 имеет два дискретных коэффициента передачи сигналов 1 и 0.1. При переходе на уровень 0.1 на дополнительном выходе, соединенном с АЦП 411, вырабатывается сигнал Логическая единица.
Аналогично работает канал измерения тока серии. Сигнал, содержащий переменную составляющую тока серии, снимается с индукционного датчика 8 и поступает на вход полосового фильтра 22, частоты среза которого составляют 550-2500 Гц по уровню 3 дБ. Сигнал, пропорциональный постоянной составляющей тока серии, снимается с шунта 9 и поступает на вход фильтра нижних частот 32. С выхода полосового фильтра 22 усиленный сигнал переменной составляющей поступает на вход АЦП 42 и через блок гальванической развязки 52 и коммутатор 6 поступает на УВК 7. С выхода ФНЧ 32 сигнал поступает на вход АЦП 422 и через блок гальванической развязки 522 и коммутатор 6 поступает на УВК 7. Коммутатор 6 управляется УВК и подключает входы УВК к выходам блоков гальванической развязки 51 и 511 для получения сигналов с участка анод-катод выбранного электролизера и постоянной и переменной составляющих тока серии. После поступления сигналов в УВК реализуются алгоритмы цифровых фильтров (гребенчатого либо полосовых для каждой гармоники) для выделения из переменных составляющих сигналов тока серии и падения напряжения на участке катод-анод, гармоник частот 600, 1200, 2400 Гц. Продолжительность реализации выбирается достаточной для статистически достоверной оценки контролируемых параметров. Частоту дискретизации берут выше удвоенной частоты верхнего участка полосы пропускания фильтра на уровне подавления не менее 40 дБ. Фильтрация одной и той же реализации цифровыми фильтрами позволяет существенно снизить погрешность измерения, обусловленную разбросом параметров аналоговых и дискретных блоков, используемых в устройстве прототипа.
Величину обратной ЭДС находят по формуле:
где UЭ - постоянная составляющая падения напряжения на электролизере,
IC - постоянная составляющая тока серии,
R - активное сопротивление электролизера.
Активное сопротивление электролизера определяют из системы уравнений:
где XL и ХС - индуктивная и емкостная составляющие комплексного сопротивления электролизера,
f1, f2, f3 - частоты, на которых производят измерение,
К - коэффициент, учитывающий изменение активного и индуктивного сопротивления массивного проводника с ростом частоты в связи с влиянием скин-эффекта.
где f - частота измерения,
f0 - частота, на которой влиянием скин-эффекта можно пренебречь.
Концентрацию глинозема определяют по следующему математическому выражению:
где n - концентрация глинозема в относительных единицах,
v - концентрация глинозема в процентах.
Для относительных единиц концентрации принята условная шкала n<0,5 - высокий уровень концентрации, 0,5<n<0,65 - номинальный уровень концентрации, n>0,65 - критический уровень концентрации.
Расстояние между анодом-катодом определяют по следующему математическому выражению:
где k=Δh/ΔR;
ΔR=R1-R2,
R1 - средняя величина активного сопротивления электролизера до перемещения анода,
R2 - средняя величина активного сопротивления электролизера после перемещения анода на расстояние Δh.
Таким образом, предложенное усовершенствование схемы устройства прототипа и использование цифровых фильтров для выделения гармоник нужной частоты решает поставленную задачу повышения точности контроля активного сопротивления, обратной ЭДС, концентрации глинозема в электролите и межполюсного зазора (расстояния анод-катод) алюминиевого электролизера.
Claims (1)
- Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров, содержащее канал измерения падения напряжения на электролизере, канал измерения тока серии, управляющий вычислительный комплекс (УВК), шунт постоянного тока, индукционный датчик, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок гальванической развязки, коммутатор, автоматический аттенюатор, отличающееся тем, что в канале измерения падения напряжения автоматический аттенюатор подключен входами к участкам анод - катод электролизера, основной выход подключен параллельно к входу полосового фильтра и фильтра нижних частот (ФНЧ), а дополнительный выход автоматического аттенюатора подключен к входу управления АЦП, выходы полосового фильтра и ФНЧ через последовательно соединенные АЦП, элементы гальванической развязки подключены к коммутатору, выход которого соединен с входом УВК, в канале измерения тока серии вход фильтра нижних частот подключен к шунту тока серии, а выход через последовательно соединенные АЦП, элемент гальванической развязки и коммутатор соединен с УВК, вход полосового фильтра соединен с индукционным датчиком переменной составляющей тока серии, а выход через последовательно включенные АЦП, элемент гальванической развязки и коммутатор к входу УВК, при этом УВК выполнен с возможностью выделения гармоник необходимой частоты цифровыми фильтрами при подаче реализации переменной составляющей тока серии и падения напряжения анод - катод электролизера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100791/02A RU2301288C1 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100791/02A RU2301288C1 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2301288C1 true RU2301288C1 (ru) | 2007-06-20 |
Family
ID=38314348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006100791/02A RU2301288C1 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301288C1 (ru) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101280436B (zh) * | 2008-05-22 | 2010-06-02 | 四川启明星铝业有限责任公司 | 铝电解冷热趋势计算机实时控制方法 |
| RU2467095C1 (ru) * | 2011-05-10 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве |
| RU2471019C1 (ru) * | 2011-04-25 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера |
| RU2484183C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-06-10 | Александр Иванович Громыко | Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах |
| CN105239098A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 四川华索自动化信息工程有限公司 | 基于线性驱动电路的铝电解用氧化铝自动加料系统 |
| RU2626517C2 (ru) * | 2012-08-17 | 2017-07-28 | Алкоа Инк. | Системы и способы для предотвращения термитных реакций в электролизерах |
| CN108560022A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-09-21 | 重庆旗能电铝有限公司 | 一种铝电解槽炉底压降的测量方法 |
-
2006
- 2006-01-10 RU RU2006100791/02A patent/RU2301288C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101280436B (zh) * | 2008-05-22 | 2010-06-02 | 四川启明星铝业有限责任公司 | 铝电解冷热趋势计算机实时控制方法 |
| RU2471019C1 (ru) * | 2011-04-25 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера |
| RU2467095C1 (ru) * | 2011-05-10 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") | Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве |
| RU2484183C1 (ru) * | 2011-10-28 | 2013-06-10 | Александр Иванович Громыко | Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах |
| RU2626517C2 (ru) * | 2012-08-17 | 2017-07-28 | Алкоа Инк. | Системы и способы для предотвращения термитных реакций в электролизерах |
| US9982355B2 (en) | 2012-08-17 | 2018-05-29 | Alcoa Usa Corp. | Systems and methods for preventing thermite reactions in electrolytic cells |
| CN105239098A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 四川华索自动化信息工程有限公司 | 基于线性驱动电路的铝电解用氧化铝自动加料系统 |
| CN108560022A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-09-21 | 重庆旗能电铝有限公司 | 一种铝电解槽炉底压降的测量方法 |
| CN108560022B (zh) * | 2018-01-10 | 2021-02-12 | 重庆旗能电铝有限公司 | 一种铝电解槽炉底压降的测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2301288C1 (ru) | Устройство контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров | |
| CN101629925B (zh) | 用于测量纯或超纯液体的电导率的方法和设备 | |
| JP5036818B2 (ja) | ポテンショメトリック測定プローブ用の測定方法および装置 | |
| JPH0523632B2 (ru) | ||
| US8499647B2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
| CN105612428A (zh) | 局部放电测量设备、局部放电测量方法和程序 | |
| CN109581238A (zh) | 一种电池内阻测量电路及测量方法 | |
| CN106572800A (zh) | 同时阻抗测试方法和装置 | |
| RU2401325C1 (ru) | Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизеров | |
| WO2019124917A1 (ko) | 혈액 분석 장치 및 이를 이용한 혈액 분석 방법 | |
| RU2057823C1 (ru) | Способ контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров | |
| CN111707869A (zh) | 能实现自动调整宽测量范围的高阻测量装置 | |
| CN116930797A (zh) | 一种电池内阻的检测电路 | |
| EP3572918B1 (en) | Touch detection chip, and method for detecting touch screen | |
| EP3417094B1 (en) | Method of monitoring individual anode currents in an electrolytic cell suitable for the hall-heroult electrolysis process | |
| JP2008139138A (ja) | 電気化学ノイズ測定方法 | |
| US11970077B2 (en) | Method for determining an electrical cell voltage of a battery cell of a traction battery of a vehicle, and device | |
| RU2621880C1 (ru) | Устройство для определения частоты вращения ротора асинхронных двигателей | |
| RU2540239C1 (ru) | Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования | |
| JP2004093416A (ja) | 電圧・電流計測装置 | |
| RU2275645C2 (ru) | Способ измерения сопротивления изоляции присоединений в разветвленных сетях постоянного и переменного тока и устройство для его осуществления | |
| RU2471019C1 (ru) | Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера | |
| CN105705086A (zh) | Ecg高通滤波器 | |
| US20160113547A1 (en) | Device for detecting electric potentials | |
| US4752362A (en) | Detecting and estimating shorting phenomena in hall cells and control of cell anodes in response thereto |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080111 |