[发明专利]具有自校准功能的铝电解槽阳极分布电流精确测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解阳极电流分布检测技术领域，特别是指一种具 有自校准功能的铝电解槽阳极分布电流精确测量仪。

背景技术

铝电解是一个复杂的电化学反应过程，要受到电场、磁场、热场、 流场等多个物理场的耦合作用。铝电解生产条件的复杂性与生产环境 的恶劣导致缺少对铝电解过程在线监测的方法和设备，而阳极电流是 铝电解生产中的一个十分重要的数据，它与铝电解生产中的多种状况 有着密切联系。阳极电流分布改变，会引起电流效率的改变，会导致 铝液面不稳定，会产生效应，会影响阳极使用寿命，会导致能耗增加。

目前，铝电解工业现场仍采用人工离线的方法测量阳极电流，即 人工手持绑有万用表的钢钎，逐个检测阳极导杆压降，根据测试数据 判断阳极导杆与阳极大母线的接触是否良好。这种传统的检测方法工 人劳动强度大，不能同时对所有阳极导杆进行测量，工作效率低，数 据滞后严重，很难及时反应阳极电流分布的变化。在工业现场测试过 程中，由于生产中各种参数的测试数据对生产过程具有重要的意义， 因此对各种测试数据精度要求较高。而对于传统的传感器，输出的一 般是毫伏级的微弱模拟信号，温度特性差，而且在传输过程中信噪比 明显降低。每当环境温度和工作电压发生变化，或者器件的工作状态 改变(如输入通道切换)、增益或数字滤波器陷波频率变动、信号输入 范围变化等发生时，数据测量的精度会产生较大的影响，因此需要对 输入的模拟信号进行校准，从而消除偏置和增益误差。

国内对铝电解阳极导杆电流的在线测量也进行了大量的研究， CN201220251734.3采用编码解码的方式直接对阳极导杆的等距电压 信号进行传输，数据通过中央处理芯片的处理在显示器上显示。但是 数据测量精度低，传输的数据只有四位有效位，并且无温度补偿装置； CN105242098A发明了一种基于差分放大的恒流源铝电解阳极电流 测量仪，因其差分放大模块可以使采集到的电压信号更加清晰，但是 对于现场环境变化引起的温度漂移没有进行误差修正，达不到要求的 测量精度；CN204714919U发明了一种铝电解槽阳极电流分布在线监 测装置，虽然对采集到的模拟信号进行放大滤波处理，但并没有针对 零点漂移的校正功能，精度无法保障。

综上所述，需要进一步改进铝电解槽阳极电流分布的监测水平， 从而进一步提高电解生产的控制水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有自校准功能的铝电解 槽阳极分布电流精确测量仪，以解决现有的测量方式不能自动校正测 量信号以及测量精度差等问题。

该测量仪包括自校准模块、A/D转换模块、微处理器、温度采集 模块、RS-485通讯模块、数据存储模块、电源模块和隔离保护模块， 其中，自校准模块与A/D转换模块电连接，A/D转换模块与微处理 器电连接，A/D转换模块和微处理器之间设置隔离保护模块，温度采 集模块与微处理器电连接，温度采集模块和微处理器之间设置隔离保 护模块，RS-485通讯模块与微处理器电连接，RS-485通讯模块和微 处理器之间设置隔离保护模块，数据存储模块与微处理器电连接，数 据存储模块和微处理器之间设置隔离保护模块，电源模块为自校准模 块、A/D转换模块、微处理器、温度采集模块、RS-485通讯模块和 数据存储模块供电。

自校准模块主要包括自校准电路、放大电路和滤波电路，可有效 校准输入信号，并抑制共模信号干扰，减小输入噪声，保证测量精度。 其中自校准电路选用MaximIntegrated公司的MAX4932多路器开关 IC，该多路开关为三通道，由微处理器直接通过两位数字信号控制通 道选择，其中01、10、11分别控制通道一、通道二、通道三。上电 默认为00，即高阻态，以防止过电流对设备造成损坏。具体校准过 程为：先进行零度标定，即选择一个通道使其短接到地，以得到用以 确定校准系数的零标度点，方程一，其中分别是零标度输入值与输出 值，a为函数系数，b为常量；然后进行满度标定，即选择第二个通 道接入标准信号源，得到方程二，其中分别是满标度输入值与输出 值，标准信号源由AnalogDevices公司的ADR4525芯片提供的10mV 标准源；在上述两个量程之间依据线性逼近理论，计算出系数a和常 量b的值，选择第三个通道即实际测量模拟信号，使其快速合理地进 行自动修正零偏误差和增益误差。