專利名稱：電解槽陽極母線電流分布測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電流測量領(lǐng)域，具體來說是一種電解槽陽極母線電流分布 測量儀。
背景技術(shù)：
在冶金行業(yè)中，電解槽是進(jìn)行電解，將金屬氧化物(如氧化鋁)還原為純 金屬(如鋁)的生產(chǎn)設(shè)備，它的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況直接關(guān)系到金屬的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)如產(chǎn) 量、電流效率和能耗。通過測量電解槽陽極母線、陰極鋼棒上的電流值，可以 反映出整個電解槽的電流分布情況，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取措施，保證 生產(chǎn)順利進(jìn)行。
目前，電解槽陽極母線電流分布測量的方式是在每個陽極母線上安裝電 流互感器，并對各個陽極母線的電流進(jìn)行實(shí)時測量，通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到上位 計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示。這種方法，雖然能夠?qū)崟r給出電解槽陽極母線的電流分布 情況，但是存在如下缺點(diǎn)
一是無法在現(xiàn)場直接查看某陽極母線的測量結(jié)果，若電解槽出現(xiàn)工作異 常，不便于及時采取應(yīng)對措施。
二是需要在后期手工錄入電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編號、測量時間、 測量結(jié)果等數(shù)據(jù)，其工作效率不高，勞動強(qiáng)度較大，且易造成人為失誤。
三是需要建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，不僅增加投資，且由于測量環(huán)境的磁場非常強(qiáng)， 容易造成通訊數(shù)據(jù)錯誤或丟失；
四是設(shè)備投資很大，每個陽極母線的電流互感器不能移動，且單個電流互 感器成本在萬元以上，整個測試系統(tǒng)投資巨大。
由此，現(xiàn)有的電解槽陽;f及母線電流分布的測量方法及測量裝置，不利于電 解企業(yè)推廣應(yīng)用，有鑒于此，需要設(shè)計(jì)一種更為先進(jìn)的電解槽陽極母線電流分 布測量儀。
實(shí)用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供一種電解槽陽才及母線電流分布測量儀，可以實(shí)時測量陽極母線電流，并同時顯示電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編 號和測量時間、測量結(jié)果等測量信息，從而便于在電解槽工作異常時及時采取 應(yīng)對措施。
為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的電解槽陽極母線電流分布測量
儀，其技術(shù)方案是包括測量頭、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、顯示器、時鐘；所 述測量頭外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉(zhuǎn)換為適于檢測的毫伏 級電壓信號或毫安級電流信號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接所述測量頭的輸 出端，以便將所述測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、凄M莫轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述微處理器的一輸入端連接所述時鐘的輸出端，以便讀取所述時鐘的當(dāng)前時 間；所述微處理器的另一輸入端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，以便將所述模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號處理為用戶期望的格式；所述微處理器還預(yù)設(shè)電解槽的設(shè) 備編號、陽極母線編號；所述顯示器的輸入端連接所述微處理器的輸出端，以 便顯示所述微處理器輸出的電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、 陽'^l母線編號的測量信息。
優(yōu)選地，還包括存儲器，所述存儲器與所述微處理器之間通過i/o接口連
接，以便所述微處理器讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編 號、陽極母線編號的測量信息。
優(yōu)選地，還包括功能按鍵，所述功能按鍵的輸出端與所述微處理器的又一 輸入端連接，以便開啟測量功能、保存當(dāng)前測量信息及查閱歷史測量信息。
優(yōu)選地，還包括用以與上位計(jì)算機(jī)連接的USB通訊接口 ，所述USB通訊 接口與所述微處理器之間通過i/o接口連接，以便所述微處理器與上位計(jì)算機(jī) 之間下載或上傳測量信息。
優(yōu)選地，還包括電池及電源切換器，所述電池及所述USB通訊接口的輸 出端分別連接所述電源切換器的 一個輸入端，所述的電源切換器的輸出端與所 述微處理器的輸入端連接。
優(yōu)選地，所述微處理器內(nèi)置或外接超限報(bào)警器，以便在電解槽陽極母線電 流測量結(jié)果超過用戶設(shè)定的上限值時進(jìn)行報(bào)警。
優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為增益可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，所述顯示器為液晶顯示器。
優(yōu)選地，還包括光線檢測器，所述光線檢測器的輸出端與所述微處理器的 再一輸入端連接，以便控制所述液晶顯示器背光光源的開啟與關(guān)閉。 優(yōu)選地，所述微處理器為嵌入式微處理器
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的電解槽陽極母線電流分布測量儀，不 僅可實(shí)時測量陽極母線電流，還可同時將電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編號和
測量時間、測量結(jié)果等測量信息顯示在顯示器上；由此，操作人員在現(xiàn)場可以 直接查看某陽極母線的測量結(jié)果，當(dāng)電解槽工作異常時，操作人員可立即采取 應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
此外，還可避免人為記錄設(shè)備編號、測量時間、測量it據(jù)和讀取數(shù)據(jù)的麻 煩，減少記錄及錄入過程中可能出現(xiàn)的人為失誤，節(jié)省勞動力支出，降低操作 人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率；無需建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，可節(jié)省投資，其不受電 >磁環(huán)境影響，可避免數(shù)據(jù)錯誤或丟失；由于測量頭外接的電流互感器可移動， 無需在每個陽極母線上安裝電流互感器，從而可減輕測量成本。


圖l是本實(shí)用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀基本型的框圖； 圖2是本實(shí)用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀改進(jìn)型的框圖。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的基本構(gòu)思是，包括測量頭、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、顯示器、 時鐘；測量頭外接電流互感器，將電解槽陽極母線電流轉(zhuǎn)換為適于檢測的毫伏 級電壓信號或毫安級電流信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測量頭輸出的模擬信號濾波、放 大、數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微處理器預(yù)設(shè)電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編號， 讀取時鐘的當(dāng)前時間，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號處理為用戶期望的格 式；顯示器可實(shí)時顯示測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽極母線編號等測量信息。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
與附圖進(jìn)行說明。
請參考圖1,該圖為本實(shí)用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀基本型的 框圖。該實(shí)施方式中的解槽陽極母線電流分布測量儀(以下簡稱測量儀)，包 括包括測量頭l、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、微處理器3、顯示器7、時鐘4,其中測量頭1外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉(zhuǎn)換為適于檢測的
毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器2的輸入端連接測量頭1的輸 出端，以便將測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微處 理器3具有多個輸入端及多個輸出端，其一輸入端連接時鐘4的輸出端，以 便讀取時鐘的當(dāng)前時間，其另一輸入端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器2的輸出端，以便將模 數(shù)轉(zhuǎn)換器2的輸出信號處理為用戶期望的格式；此外，微處理器還預(yù)設(shè)電解槽 的設(shè)備編號、陽極母線編號；顯示器7的輸入端連接微處理器3的輸出端，以 便顯示微處理器3輸出的電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽 極母線編號等的測量信息。
本實(shí)施方式中，所述測量頭1外接電流互感器，如保定通用電氣有限公司 生產(chǎn)的電解槽母線電流專用直流互感器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、微處理器3、時 鐘4均可為集成芯片；特別地，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2為增益可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如 AD7715型模數(shù)轉(zhuǎn)換器；微處理器3為嵌入式微處理器，如ATmega64型微處 理器；時鐘可為DS1307型時鐘芯片；顯示器7優(yōu)選地為液晶顯示器。
該測量儀工作時，通過外接測量頭1上的電流互感器將陽極母線電流成比 例縮小為毫伏級電壓信號或毫安級電流信號，以便于檢測；模數(shù)轉(zhuǎn)換器2完成 信號的濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后傳遞到微處理器3得到實(shí)際電流；微處理 器3同時讀取時鐘4的當(dāng)前時間，連同測量電流結(jié)果一同傳遞到顯示器7進(jìn)4亍 顯示。根據(jù)測量需要，還在微處理器3內(nèi)預(yù)先設(shè)定被測電解槽的設(shè)備編號、陽 極母線編號，使其一同在顯示器7內(nèi)顯示，以便簡化操作。
由此，本實(shí)用新型的測量儀，不僅可實(shí)時測量陽極母線電流，還可同時將 電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編號和測量時間、測量結(jié)果等測量信息顯示在顯 示器上；因此，操作人員在現(xiàn)場可以直接查看某陽極母線的測量結(jié)果，當(dāng)電解 槽工作異常時，操作人員可立即采取應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
此外，還可避免人為記錄設(shè)備編號、測量時間、測量數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)的麻 煩，減少記錄及錄入過程中可能出現(xiàn)的人為失誤，節(jié)省勞動力支出，降低操作 人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率；無需建設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，可節(jié)省投資，其不受電 磁環(huán)境影響，可避免數(shù)據(jù)錯誤或丟失；由于測量頭外接的電流互感器可移動， 無需在每個陽極母線上安裝電流互感器，從而可減輕測量成本。進(jìn)一步地，因?yàn)槊織l測量記錄包括電解槽設(shè)備編號號、陽極母線編號、測 量結(jié)果、測量時間等信息，更有利于通過分析軟件分析電解槽的歷史電流分布 信息及電解槽某時刻的電流分布情況。
本實(shí)用新型還可進(jìn)一步改進(jìn)，簡述如下
請參考圖2,該圖為本實(shí)用新型電解槽陽極母線電流分布測量儀改進(jìn)型的 框圖。該圖中示出了以下全部改進(jìn)點(diǎn)，但根據(jù)實(shí)際需要，也可以選擇一種或幾 種組合實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的改進(jìn)之一測量儀內(nèi)還設(shè)置存儲器8，優(yōu)選地，為非易失存 儲器，如FM24C256型存儲器，其在完全掉電情況下仍能長時間保存數(shù)據(jù)。該 所述存儲器8與所述微處理器3之間通過I/0接口連接，以便微處理器3從存 儲器8讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽極母線編 號等測量信息。
與此對應(yīng)，測量儀內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置功能按鍵5，以便開啟測量功能、保存當(dāng) 前測量信息及查閱歷史測量信息。所述功能按鍵5的輸出端與微處理器3的輸 入端連接，存儲器8的輸出端與微處理器3的一輸入端連接，存儲器8的輸入 端還與微處理器3的一輸出端連接。由此，通過微處理器3，可以方便地保存 或讀入存儲器8中的數(shù)據(jù)；并且，根據(jù)測量要求，操作人員可隨時操作功能按 鍵5,隨時查閱歷史測量信息。
本實(shí)施方式的改進(jìn)之二測量儀還設(shè)置用以與上位計(jì)算機(jī)(圖未示)連接 的USB通訊接口 11,該USB通訊接口與微處理器3之間通過I/0接口連接， 以便微處理器3與上位計(jì)算機(jī)之間下載或上傳測量信息。
所述USB通訊接口 11可為集成芯片，如USB轉(zhuǎn)RS232橋接芯片。如圖 2所示，USB通訊接口 11的輸出端與微處理器3的輸入端連接，USB通訊接 口 1的輸入端與微處理器3的輸出端連接。設(shè)置USB通訊接口 11的作用在于， 可以通過標(biāo)準(zhǔn)的USB接口將測量儀與上位計(jì)算機(jī)連接，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)下載和 上傳操作；進(jìn)一步地，還可以實(shí)現(xiàn)測量儀和上位計(jì)算機(jī)之間的帶電熱插拔，方 便使用和操作。
在需要數(shù)據(jù)上傳時，通過miniUSB連接線將測量儀與上位計(jì)算機(jī)的USB 接口連接，測量儀自動通過USB接口供電并開始工作，然后通過上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行任務(wù)上載操作，將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)中。
本實(shí)施方式的改進(jìn)之三還包括電池9及電源切換芯器10，電源切換器 10的輸出端與微處理器3的輸入端連接，USB通訊接口 11的輸出端與電源切 換器10的一個輸入端連"^秦，電池9的輸出端與電源切換器的另一個輸入端連 接。采用雙路供電方案，達(dá)到方便操作和節(jié)省電池，延長電池9使用壽命之目 的。
當(dāng)測量儀未連接上位計(jì)算機(jī)時，由電池9供電；反之，當(dāng)測量儀通過標(biāo)準(zhǔn) USB通訊電纜連接到上^f立計(jì)算機(jī)上，電源切:換器10自動切換到USB 口供電 方式，同時切斷電池9與測量儀的電氣連接，自動打開測量儀。
優(yōu)選地，所迷電源切換器IO為電源切換芯片，如美國TI公司的TPS2111 電源自動切換芯片；所述電池9采用5 9V電池，如鋰電池等。由此，在正常 測量時可以采用標(biāo)準(zhǔn)5 9V電池供電，而當(dāng)需要與上位計(jì)算機(jī)通信時，可以自 動由USB接口供電，從而實(shí)現(xiàn)雙路供電。
本實(shí)施方式的改進(jìn)之四測量儀內(nèi)還包括光線檢測器6,可用于顯示器7 位液晶顯示器的情形。所述光線檢測器6的輸出端與微處理器3的輸入端連接。 當(dāng)微處理器3通過光線才全測器6檢測到外部光線較強(qiáng)時，自動關(guān)閉液晶顯示器 7上的背光電源，達(dá)到省電的目的；反之，當(dāng)微處理器3通過光線檢測器檢測 到外部光線較弱時，自動打開液晶顯示器7上的背光電源，方便操作人員在較 暗的環(huán)境下操作。
其中，所述的光線才企測器6可為光線4全測器芯片，也可采用標(biāo)準(zhǔn)的光敏電 阻，在此不再贅述。
本實(shí)施方式的改進(jìn)之五微處理器3內(nèi)置或外接超限報(bào)警器(圖未示)， 以便在電解槽陽極母線電流測量結(jié)果超過用戶設(shè)定的上限值時進(jìn)行報(bào)警。
所述超限報(bào)警器的報(bào)警信號可為聲、光、振動信號之一或任意組合。優(yōu)選 地，測量儀內(nèi)部設(shè)置蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，每次將測得的電流值與預(yù)先設(shè)定的電流 值上限進(jìn)行比較，當(dāng)電流超過上限時，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施 方式不應(yīng)視為對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型 的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于包括測量頭、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、顯示器、時鐘；所述測量頭外接電流互感器，以便將電解槽陽極母線電流轉(zhuǎn)換為適于檢測的毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接所述測量頭的輸出端，以便將所述測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述微處理器的一輸入端連接所述時鐘的輸出端，以便讀取所述時鐘的當(dāng)前時間；所述微處理器的另一輸入端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，以便將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號處理為用戶期望的格式；所述微處理器還預(yù)設(shè)電解槽的設(shè)備編號、陽極母線編號；所述顯示器的輸入端連接所述微處理器的輸出端，以便顯示所述微處理器輸出的電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽極母線編號的測量信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 還包括存儲器，所述存儲器與所述微處理器之間通過I/0接口連接，以便所述 微處理器讀、寫入電解槽陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽極母 線編號的測量信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 還包括功能按鍵，所述功能按鍵的輸出端與所述微處理器的又一輸入端連接， 以便開啟測量功能、保存當(dāng)前測量信息及查閱歷史測量信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 還包括用以與上位計(jì)算機(jī)連接的USB通訊接口 ，所述USB通訊接口與所述《鼓 處理器之間通過I/O接口連接，以便所述微處理器與上位計(jì)算機(jī)之間下載或上 傳測量信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 還包括電池及電源切換器，所述電池及所述USB通訊接口的輸出端分別連接 所述電源切換器的一個輸入端，所述的電源切換器的輸出端與所述^:處理器 的輸入端連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 所述微處理器內(nèi)置或外接超限報(bào)警器，以便在電解槽陽極母線電流測量結(jié)果超過用戶設(shè)定的上限值時進(jìn)行報(bào)警。
7、 權(quán)利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為增益可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
8、 權(quán)利要求1所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于所 述顯示器為液晶顯示器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其特征在于 還包括光線檢測器，所述光線檢測器的輸出端與所述微處理器的再一輸入端 連接，以^^控制所述液晶顯示器背光光源的開啟與關(guān)閉。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l-9任一項(xiàng)所述的電解槽陽極母線電流分布測量儀，其 特征在于所述微處理器為嵌入式;f敖處理器。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種電解槽陽極母線電流分布測量儀，包括測量頭、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、顯示器、時鐘；測量頭外接電流互感器，以將陽極母線電流轉(zhuǎn)換為適于檢測的毫伏級電壓信號或毫安級電流信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端連接測量頭輸出端，以將測量頭輸出的模擬信號濾波、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微處理器一輸入端連接時鐘輸出端，以讀取時鐘當(dāng)前時間；微處理器另一輸入端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端，以將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出信號處理為用戶期望格式；微處理器預(yù)設(shè)電解槽設(shè)備編號、陽極母線編號；顯示器輸入端連接微處理器輸出端，以顯示陽極母線電流測量結(jié)果、時間及設(shè)備編號、陽極母線編號的測量信息。因可現(xiàn)場查看測量結(jié)果，便于電解槽異常時采取應(yīng)對措施。
文檔編號C25C3/20GK201241186SQ20082010990
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者張志芳, 趙仁濤, 軍 鐵 申請人:北方工業(yè)大學(xué)