一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，有助于提高陽極電流的測(cè)量精度。所述測(cè)量?jī)x包括：微處理器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊；所述信號(hào)調(diào)理電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器的第一輸入端；所述溫度采集模塊包括溫度傳感器和溫度處理模塊，所述溫度處理模塊將溫度傳感器采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器的第二輸入端；所述微處理器對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中且通過所述通訊模塊發(fā)送至上位機(jī)。本實(shí)用新型適用于鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁電解是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程，要受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、流場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)的耦合作用。鋁電解生產(chǎn)條件的復(fù)雜性與生產(chǎn)環(huán)境的惡劣導(dǎo)致缺少對(duì)鋁電解過程在線監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備，而陽極電流是鋁電解生產(chǎn)中的一個(gè)十分重要的數(shù)據(jù)，它與鋁電解生產(chǎn)中的多種狀況有著密切聯(lián)系。首先，它可以直接反應(yīng)陽極過電流現(xiàn)象；其次，陽極電流分布與極距、鋁液濃度均有十分密切的關(guān)系。因此，實(shí)現(xiàn)鋁電解陽極電流實(shí)時(shí)測(cè)量，為鋁電解過程的控制提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，對(duì)鋁電解工業(yè)具有十分重要的意義。目前，鋁電解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)仍采用人工離線的方法測(cè)量陽極電流，使用測(cè)量叉測(cè)量等距壓降，用改裝的毫伏電壓表讀取數(shù)據(jù)。這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法不能同時(shí)對(duì)所有陽極導(dǎo)桿進(jìn)行測(cè)量，工作效率低，數(shù)據(jù)滯后嚴(yán)重，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。
[0003]國(guó)內(nèi)對(duì)鋁電解陽極電流的在線測(cè)量也進(jìn)行了大量的研宄，在2010年公開的實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN 201594106 U介紹了一種使用霍爾測(cè)量頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)陽極電流的方法，通過數(shù)碼顯示電流大小，該裝置雖然可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，但是未考慮相鄰導(dǎo)桿對(duì)被測(cè)導(dǎo)桿的磁場(chǎng)影響，陽極電流測(cè)量誤差大。
[0004]在2011年公開的實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN 101967659 A采用磁場(chǎng)探測(cè)器將導(dǎo)桿周圍的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為與之成正比的電壓值，再通過預(yù)先設(shè)定值k計(jì)算出導(dǎo)桿電流，雖然封閉的導(dǎo)磁金屬管可以避免相鄰導(dǎo)桿的影響，但是安裝復(fù)雜，并且現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾仍然不能消除，導(dǎo)致陽極電流測(cè)量誤差大，而且k的取值不易選取。
[0005]在2011年公開的實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN 201924090 U采用等距壓降法對(duì)陽極電流進(jìn)行測(cè)量，該裝置對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的導(dǎo)桿電阻計(jì)算不準(zhǔn)確導(dǎo)致陽極電流測(cè)量精度低。
[0006]在2013年公開的實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN 202643863 U采用編碼解碼的方式直接對(duì)陽極導(dǎo)桿的等距電壓信號(hào)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通過中央處理芯片的處理在顯示器上顯示，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只有四位有效位，并且無溫度補(bǔ)償措施，導(dǎo)致陽極電流測(cè)量精度低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的陽極電流測(cè)量精確低的問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，所述測(cè)量?jī)x安裝在測(cè)量夾具上，該測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿上，且所述測(cè)量夾具上設(shè)有等距壓降測(cè)量點(diǎn)，所述測(cè)量?jī)x包括:微處理器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊；
[0009]所述信號(hào)調(diào)理電路對(duì)等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器的第一輸入端；
[0010]所述溫度采集模塊包括溫度傳感器和溫度處理模塊，所述溫度處理模塊將溫度傳感器采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器的第二輸入端；
[0011]所述微處理器對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中且通過所述通訊模塊發(fā)送至上位機(jī)；
[0012]所述電源模塊與所述微處理器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、通訊模塊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相連。
[0013]可選地，所述測(cè)量夾具上設(shè)有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)作為等距壓降測(cè)量點(diǎn)，且所述測(cè)量?jī)x通過屏蔽線與測(cè)量夾具上的等距壓降測(cè)量點(diǎn)相連。
[0014]可選地，所述溫度傳感器安裝在所述測(cè)量夾具上并緊貼所述陽極導(dǎo)桿表面。
[0015]可選地，所述信號(hào)調(diào)理電路包括放大電路及濾波電路。
[0016]可選地，所述放大電路采用二級(jí)放大電路，該放大電路包括精密儀表放大器和自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器，所述精密儀表放大器作為前置運(yùn)放，所述自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器作為第二級(jí)運(yùn)放。
[0017]可選地，所述第二級(jí)運(yùn)放采用非反轉(zhuǎn)放大器結(jié)構(gòu)。
[0018]可選地，所述濾波電路為低通濾波器，在所述低通濾波器的連接電源處設(shè)有旁路電容。
[0019]可選地，所述測(cè)量?jī)x還包括數(shù)字隔離器，所述數(shù)字隔離器與所述電源模塊相連，且所述通訊模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與溫度處理模塊分別通過所述數(shù)字隔離器與所述微處理器隔離。
[0020]可選地，所述測(cè)量?jī)x封閉在屏蔽盒中。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x安裝在測(cè)量夾具上，該測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿上，且所述測(cè)量夾具上設(shè)有等距壓降測(cè)量點(diǎn)，所述信號(hào)調(diào)理電路對(duì)等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器的第一輸入端；所述溫度處理模塊將溫度傳感器采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器的第二輸入端；所述微處理器對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為陽極電流信號(hào)，并將該陽極電流信號(hào)存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中備份且通過所述通訊模塊發(fā)送至上位機(jī)，這樣，通過等距壓降測(cè)量點(diǎn)確定陽極導(dǎo)桿的電壓信號(hào)能夠消除磁場(chǎng)對(duì)電壓信號(hào)的影響并通過所述溫度采集模塊對(duì)陽極導(dǎo)桿電阻值做溫度補(bǔ)償，從而提高陽極電流的測(cè)量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x的分布結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為圖2中信號(hào)調(diào)理電路12的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的放大電路圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的有源低通濾波電路原理圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的RS-485接口電路圖；
[0028]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電源模塊總體框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的陽極電流測(cè)量精確低的問題，提供一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x。
[0031]參看圖1和圖2所不，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種銷電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，所述測(cè)量?jī)xI安裝在測(cè)量夾具上，該測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿2上，且所述測(cè)量夾具上設(shè)有等距壓降測(cè)量點(diǎn)，所述測(cè)量?jī)xI包括:微處理器11、信號(hào)調(diào)理電路12、A/D轉(zhuǎn)換模塊13、溫度采集模塊15、通訊模塊16、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17和電源模塊14 ；
[0032]所述信號(hào)調(diào)理電路12對(duì)等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊13將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器11的第一輸入端;
[0033]所述溫度采集模塊15包括溫度傳感器151和溫度處理模塊152，所述溫度處理模塊152將溫度傳感器151采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器11的第二輸入端；
[0034]所述微處理器11對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17中且通過所述通訊模塊16發(fā)送至上位機(jī)5 ;
[0035]所述電源模塊14與所述微處理器11、信號(hào)調(diào)理電路12、A/D轉(zhuǎn)換模塊13、溫度采集模塊15、通訊模塊16及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17相連。
[0036]本實(shí)用新型實(shí)施例所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)xI安裝在測(cè)量夾具上，該測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿2上，且所述測(cè)量夾具上設(shè)有等距壓降測(cè)量點(diǎn)，所述信號(hào)調(diào)理電路12對(duì)等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊13將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器11的第一輸入端；所述溫度處理模塊152將溫度傳感器151采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器11的第二輸入端；所述微處理器11對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為陽極電流信號(hào)，并將該陽極電流信號(hào)存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中備份且通過所述通訊模塊16發(fā)送至上位機(jī)5，這樣，通過等距壓降測(cè)量點(diǎn)確定陽極導(dǎo)桿的電壓信號(hào)能夠消除磁場(chǎng)對(duì)電壓信號(hào)的影響并通過所述溫度采集模塊對(duì)陽極導(dǎo)桿電阻值做溫度補(bǔ)償，從而提高陽極電流的測(cè)量精度。
[0037]本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，所述測(cè)量夾具上設(shè)有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)作為等距壓降測(cè)量點(diǎn)，用于陽極導(dǎo)桿2等距壓降信號(hào)的引出，所述信號(hào)為電壓信號(hào)，所述測(cè)量?jī)xI通過高溫屏蔽線與測(cè)量夾具上的等距壓降測(cè)量點(diǎn)相連，為了減小傳輸過程中的信號(hào)衰減，所述屏蔽線應(yīng)盡量的短。且為了防止鋁電解槽3現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)對(duì)所述測(cè)量?jī)xI元器件的精度影響，整個(gè)測(cè)量?jī)xI封閉在屏蔽盒中。
[0038]本實(shí)用新型實(shí)施例中，接入所述微處理器11第一輸入端的是數(shù)字電壓信號(hào)，采用等距壓降法測(cè)量陽極電流時(shí)，還需要根據(jù)所述等距壓降測(cè)量點(diǎn)之間的陽極導(dǎo)桿2電阻值來確定所述陽極電流值。然而，在鋁電解槽3工作時(shí)陽極導(dǎo)桿2溫度高達(dá)100度左右，會(huì)對(duì)陽極導(dǎo)桿2電阻值產(chǎn)生影響。
[0039]本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，所述溫度傳感器151安裝在所述測(cè)量夾具上并緊貼所述陽極導(dǎo)桿2表面，通過對(duì)所述等距壓降測(cè)量點(diǎn)之間的陽極導(dǎo)桿2電阻值做溫度補(bǔ)償來消除鋁電解槽3工作時(shí)陽極導(dǎo)桿2溫度對(duì)陽極導(dǎo)桿2電阻值產(chǎn)生的影響。例如，可以采用PT100溫度傳感器作為溫度測(cè)量元件，將PT100溫度傳感器安裝在所述測(cè)量夾具上并緊貼陽極導(dǎo)桿2表面，所述PT100溫度傳感器采集的溫度信號(hào)通過溫度處理模塊152轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器11的第二輸入端，用于對(duì)陽極導(dǎo)桿2電阻值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而提高陽極電流測(cè)量精度。本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，溫度處理模塊152可以選用MAX31865芯片，該芯片內(nèi)部集成15位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter,ADC)，它可以直接將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述微處理器11可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。
[0040]本實(shí)用新型實(shí)施例中，為了減少測(cè)量夾具的空間，例如，可以將兩個(gè)等距壓降測(cè)量點(diǎn)之間的距離設(shè)定為10cm-15cm，陽極導(dǎo)桿2的等距壓降電壓信號(hào)理論估算值為0.761mV?2.173mV，為了把如此小的電壓信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換模塊13可以感知的水平，必須使用放大電路對(duì)所述電壓信號(hào)進(jìn)行處理。
[0041]參看圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，所述信號(hào)調(diào)理電路12包括放大電路121及濾波電路122，通過所述放大電路121及濾波電路122對(duì)所述等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波后接入所述A/D轉(zhuǎn)換模塊13。
[0042]參看圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，所述放大電路121采用二級(jí)放大，該放大電路121包括精密儀表放大器和自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器，所述高精度儀表放大器作為前置運(yùn)放，所述自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器作為第二級(jí)運(yùn)放。
[0043]本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，可以選用TI公司的INA129精密儀表放大器作為前置運(yùn)放，能夠減小共模信號(hào)干擾、減小噪聲的引入，該前置運(yùn)放采用差分式結(jié)構(gòu)，將三個(gè)運(yùn)放集成于一個(gè)芯片中，保證了差分運(yùn)放的結(jié)構(gòu)上的完全對(duì)稱性，具有低失調(diào)電壓、超低低偏置電流、超低溫度漂移、高共模抑制比等優(yōu)點(diǎn)。只需一個(gè)增益電阻R即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)范圍從
I一一10000變化，采用高精度金屬膜電阻作為前置運(yùn)放的增益調(diào)節(jié)電阻。
[0044]本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，所述第二級(jí)運(yùn)放可以采用Analog Devices公司的自穩(wěn)零、軌到軌輸出的運(yùn)算放大器AD8638，該放大器具有極低的失調(diào)、漂移和偏執(zhí)電流，在0.1Hz到1Hz之間電壓噪聲峰峰值僅為1.2 μ V。為提高放大器的輸入阻抗，減小電阻的熱噪聲，本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選的，所述第二級(jí)運(yùn)放采用非反轉(zhuǎn)放大器結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，所述放大電路121的放大倍數(shù)可以為554，這樣，運(yùn)放的增益帶寬積是一定的，采用二級(jí)放大電路，能夠保證高增益下實(shí)現(xiàn)較寬的頻帶輸出，保證放大后信號(hào)的線性度與不失真。
[0045]本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，在所述放大電路121與所述A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置濾波電路，能夠防止混疊效應(yīng)并有效地濾除高頻噪聲，可選的，所述濾波電路可以為防混疊低通濾波器(LPF)。根據(jù)文獻(xiàn)資料以及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，陽極電流的變化頻率為0.5Hz左右，為了更好的濾除高頻干擾并且更完整的復(fù)現(xiàn)陽極電流信號(hào)，可以設(shè)置所述濾波器的截止頻率為1Hz，且可以采用三階二級(jí)巴特沃斯(Butterworth)有源低通濾波電路，可選的，在所述濾波電路的連接電源處增加旁路電容，從而隔離了電源的交流噪聲，該濾波電路原理圖，參看圖5所示。
[0046]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述濾波電路122輸出的模擬信號(hào)經(jīng)限幅電路輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊13，由于等距壓降電壓信號(hào)較低(2mV左右)、測(cè)量精度要求高，按0.5級(jí)精度計(jì)算，則需要的A/D轉(zhuǎn)化器的分辨率至少為12位，考慮到所述測(cè)量?jī)xI的冗余性和性價(jià)比，例如，可以采用16位的A/D轉(zhuǎn)換芯片，綜合各方面因素，選用Analog Devices公司的AD7685芯片。該芯片為高速、低功耗、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，吞吐率高達(dá)250ksps，可滿足20Hz的采樣速率要求，且可實(shí)現(xiàn)16位無誤碼性能。
[0047]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述微處理器11對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理生成陽極電流信號(hào)。例如，所述微處理器11可以選用ST公司的高性能工業(yè)級(jí)微處理器STM32F407，該芯片內(nèi)核為ARM公司的32位Cortex_M4處理器，集成了新的數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing,DSP)和浮點(diǎn)運(yùn)算器(floating point unit，F(xiàn)PU)指令，最大時(shí)鐘頻率可達(dá)168M。微處理器11主要完成相關(guān)數(shù)據(jù)的處理以及與上位機(jī)5進(jìn)行通信，例如，所述微處理器11將帶有時(shí)間、陽極電流、陽極導(dǎo)桿2編號(hào)等多種信息的數(shù)據(jù)包傳送給上位機(jī)5，同時(shí)可以通過所述上位機(jī)5對(duì)所述微處理器11進(jìn)行控制。
[0048]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17用以暫存微處理器11輸出的各種數(shù)據(jù)作為備份，避免通信故障時(shí)所述數(shù)據(jù)的丟失，用以保證數(shù)據(jù)的完整性，還可以補(bǔ)充傳輸過程中的錯(cuò)誤或遺漏的數(shù)據(jù)。例如，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17可以采用存儲(chǔ)容量為32Mb的SST25VF032B芯片，該芯片的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)80MHz，存儲(chǔ)速度快；擦除方便，可選擇扇區(qū)擦除、32kB或64kB塊擦除、整片擦除四種擦除方式；存儲(chǔ)容量大，對(duì)于采樣周期為0.05s的采集數(shù)據(jù)，可連續(xù)存儲(chǔ)9個(gè)小時(shí)左右。
[0049]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述通訊模塊16將帶有時(shí)間、陽極電流、陽極導(dǎo)桿2編號(hào)等多種信息的數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)上傳給上位機(jī)5，傳送到上位機(jī)5的數(shù)據(jù)延遲不超過48秒；并可以通過所述上位機(jī)5對(duì)所述測(cè)量?jī)xI進(jìn)行控制以及對(duì)所有的陽極電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，可以采用菊花鏈?zhǔn)娇偩€方式的工業(yè)級(jí)RS-485傳輸所述數(shù)據(jù)包，并支持無限擴(kuò)展，信號(hào)通信穩(wěn)定。從微處理器11輸出的陽極電流信號(hào)為TTL電平，需要通過電平轉(zhuǎn)換芯片將其轉(zhuǎn)換為符合RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)的差分信號(hào)，參看圖6所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，例如，可以采用SIPEX公司的SP485EEN高速USART芯片將所述陽極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)的差分信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器和接收器的通訊速率可達(dá)10Mbps。
[0050]本實(shí)用新型實(shí)施例中，可選地，所述測(cè)量?jī)xI還包括數(shù)字隔離器，所述數(shù)字隔離器與所述電源模塊14相連，且所述通訊模塊16、A/D轉(zhuǎn)換模塊13與溫度處理模塊152分別通過所述數(shù)字隔離器與所述微處理器11進(jìn)行隔離，從而進(jìn)一步保證所述測(cè)量?jī)xI的測(cè)量精度和測(cè)量結(jié)果可靠性。
[0051]本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述測(cè)量?jī)xI需要測(cè)量的電壓等級(jí)較多，且對(duì)電源的性能要求較高并且要求體積小、重量輕，例如，所述電源模塊14可以采用高性能開關(guān)電源的形式為所述微處理器11、信號(hào)調(diào)理電路12、A/D轉(zhuǎn)換模塊13、溫度采集模塊15、通訊模塊16、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17及數(shù)字隔離器供電，根據(jù)供電需求，設(shè)計(jì)了四種等級(jí)的供電電路，該方案能很好的滿足低壓電路的需求，所述電源模塊14總體框圖，參看圖7所示。所述測(cè)量?jī)xI用電采用工頻220V電壓，經(jīng)過開關(guān)電源和電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后為不同器件供電，所述220V電壓直接從操控機(jī)電源引出，取電方便，無需經(jīng)常更換電池。
[0052]參看圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述測(cè)量?jī)xI直接安裝在測(cè)量夾具上，測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿2上，且鋁電解槽3的每根陽極導(dǎo)桿2上均安裝有一個(gè)測(cè)量?jī)x1從陽極導(dǎo)桿2等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)經(jīng)過放大電路121的放大、濾波電路122濾波后經(jīng)限幅電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊13轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，該數(shù)字電壓信號(hào)通過數(shù)字隔離器接入到微處理器11第一輸入端；同時(shí)所述溫度處理模塊152將溫度傳感器151采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)通過數(shù)字隔離器接入所述微處理器11的第二輸入端，用以對(duì)陽極導(dǎo)桿2電阻值做溫度補(bǔ)償；所述微處理器11對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理對(duì)陽極電流信號(hào)進(jìn)行修正，所述陽極電流的測(cè)量精度高達(dá)0.32%。
[0053]本實(shí)用新型實(shí)施例中，每個(gè)鋁電解槽3都設(shè)有一個(gè)集中器4，微處理器11輸出的數(shù)據(jù)先經(jīng)過RS-485通訊模塊發(fā)送給本鋁電解槽3的集中器4，經(jīng)過集中器4的處理、集中后上傳至上位機(jī)5。同時(shí)可以通過上位機(jī)5對(duì)測(cè)量?jī)xI進(jìn)行控制。每次采樣完成時(shí)，微處理器11將帶有時(shí)間、陽極電流、導(dǎo)桿編號(hào)、終端地址等數(shù)據(jù)傳送給集中器4，并將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊17中。所述測(cè)量?jī)xI測(cè)量精度高、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、成本低，外部物理接口均采用航空插頭，方便拆卸，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大面積應(yīng)用。
[0054]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x安裝在測(cè)量夾具上，該測(cè)量夾具安裝在陽極導(dǎo)桿上，且所述測(cè)量夾具上設(shè)有等距壓降測(cè)量點(diǎn)，所述測(cè)量?jī)x包括:微處理器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊； 所述信號(hào)調(diào)理電路對(duì)等距壓降測(cè)量點(diǎn)引出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)接入所述微處理器的第一輸入端； 所述溫度采集模塊包括溫度傳感器和溫度處理模塊，所述溫度處理模塊將溫度傳感器采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)接入所述微處理器的第二輸入端； 所述微處理器對(duì)接入的所述數(shù)字電壓信號(hào)和數(shù)字溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中且通過所述通訊模塊發(fā)送至上位機(jī)； 所述電源模塊與所述微處理器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、通訊模塊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量夾具上設(shè)有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)作為等距壓降測(cè)量點(diǎn)，且所述測(cè)量?jī)x通過屏蔽線與測(cè)量夾具上的等距壓降測(cè)量點(diǎn)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述溫度傳感器安裝在所述測(cè)量夾具上并緊貼所述陽極導(dǎo)桿表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路包括放大電路及濾波電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述放大電路采用二級(jí)放大電路，該放大電路包括精密儀表放大器和自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器，所述精密儀表放大器作為前置運(yùn)放，所述自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器作為第二級(jí)運(yùn)放。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述第二級(jí)運(yùn)放采用非反轉(zhuǎn)放大器結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述濾波電路為低通濾波器，在所述低通濾波器的連接電源處設(shè)有旁路電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，還包括數(shù)字隔離器，所述數(shù)字隔離器與所述電源模塊相連，且所述通訊模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與溫度處理模塊分別通過所述數(shù)字隔離器與所述微處理器隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽極分布電流精確測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x封閉在屏蔽盒中。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK204241555SQ201420681559
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】邢貝貝, 崔家瑞, 尹怡欣, 曹斌, 黃若愚, 陳建芳, 黃召 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司