銅電解生產中自動控制添加劑的裝置制造方法
【專利摘要】一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，包括添加劑混合槽，添加劑混合槽設有電解液進口與電解液出口；還包括添加劑入口以及依次連接的電位傳感器、低通濾波器、差動放大器、A/D轉換器、控制器與執行機構；添加劑混合槽與電位傳感器連接，執行機構與添加劑入口連接。電位傳感器包括兩組測量電極與補償電位器，兩組測量電極結構相同，為惰性陽極電極。它具有硬件設計簡單，誤差小，后期維護簡單等優點。兩組測量電極工作在環境一致的回路中，能有效抑制電源功率、電解液溫度、離子濃度等因素變化引入的噪音。它解決了現有生產中添加劑控制不準確的技術難題，銅電解、電積、電鍍生產過程中電流效率提高一個百分點，A級品率達到95%以上。
【專利說明】銅電解生產中自動控制添加劑的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及金屬銅的電積、電解精煉以及電鍍工業生產設施，具體涉及一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置。
【背景技術】
[0002]在銅電解、電積和電鍍工業生產中，為了獲得致密、光潔、高純度的產品，需要在電解液中加入必要的添加劑。現有生產中有通過直接測量陰極過電位來確定添加劑用量的方法和通過人工判斷確定添加劑用量的方法。
[0003]添加劑加入過量會使槽電壓升高，電流效率降低，從而增加了電耗；添加劑不足會造成產品表面結粒，結構疏松，產品雜質含量升高等問題；嚴重的情況下還可能造成正負極的短路，損壞生產設備。一般添加劑的用量是根據它的作用機理，即添加劑對銅電解、電積及電鍍的陰極過電壓的影響來確定。適宜的添加劑用量可以使陰極過電壓升高20?27mV，而陰極過電位的實際測量值通常包含濃差極化，會隨電解液溫度、離子濃度等因素的變化有10?20mV波動，因此不能準確反映添加劑用量是否合適。
[0004]目前大部分生產廠家仍然人工判斷添加劑的用量，通常采用人工間斷按周期加入的方法調節添加劑用量。這種方式有明顯的缺點:1、過程控制滯后；人工判斷的方法往往在產品質量出現問題的時候才能發現添加劑用量存在偏差。2、難以總結出好的生產經驗；確定添加劑的最佳加入量是一個復雜的過程，受到電解液溫度、電解液銅離子濃度、酸濃度以及電解液總量等因素的影響；這些因素在不同的生產環境下不斷變化，很難總結出能適用于各個廠，或一個廠不同時期的經驗數值；實際上生產系統長期運行在偏離最佳值的狀況下。3、依據實驗研究，添加劑溶化后達到了最好的效果，此后按時間延后作用效果開始衰減；人工間斷周期加入的方式容易造成開始添加劑過量，后期不足的情況。
[0005]綜上所述，直接測量陰極過電位和人工判斷的方法均不能準確反映添加劑的用量是否適宜。

【發明內容】

[0006]為了解決現有生產中添加劑控制的技術難題，本實用新型提供一種能夠實現準確可靠計量的銅電解生產中自動控制添加劑的裝置。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采取的技術方案如下:一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，包括添加劑混合槽，添加劑混合槽設有電解液進口與電解液出口 ；其特征在于:還包括添加劑入口以及依次連接的電位傳感器、低通濾波器、差動放大器、A/D轉換器、控制器與執行機構；添加劑混合槽與電位傳感器連接，執行機構與添加劑入口連接。
[0008]電位傳感器包括兩組測量電極與補償電位器，兩組測量電極結構相同，為惰性陽極電極；兩組測量電極采用串聯連接，兩組測量電極與補償電位器之間采用并聯連接構成電橋電路；第一組測量電極的惰性陽極與補償電位器正極連接，第二組測量電極的陰極與補償電位器負極連接，第一組測量電極的陰極與第二組測量電極的陽極連接后引出正極接線端，補償電位器滑動觸頭引出負極接線端，正極接線端與負極接線端連接于差動放大器。
[0009]測量中，電位傳感器的一組測量電極置于原電解液中，或者安裝在添加劑混合槽的進液口管道，另一組置于添加劑混合槽即加入添加劑后的電解液中，或者安裝在添加劑混合槽的出液口管道。
[0010]本實用新型的工作方式大致如下:將電位傳感器的兩組測量電極分別安裝在添加劑混合槽的進液口和出液口 ；當添加劑加入添加劑混合槽時電位傳感器向差動放大器輸出電平信號；差動放大器放大該電平信號后輸入低通濾波器；低通濾波器將工頻噪音過濾后獲得較平穩的電平信號；較平穩的電平信號輸入A/D轉換器轉化為數字信號并輸出到控制器；控制器運行專用軟件通過輸入數據計算處理生成控制信號，如占空比PWM:采用調制方波脈沖寬度信號調節添加劑加入流量、4?20mA環路信號輸出到執行機構；由執行機構控制添加劑的加入量。
[0011]本實用新型提供的自動控制添加劑的裝置能測量O?65°C范圍內的電解液陰極過電勢，測量范圍I?IOOOmV,精確度ImV ;適合銅電積、電鍍、電解工業生產的添加劑自動控制。它解決了現有生產中添加劑控制不準確的技術難題，從而避免了由添加劑用量不準確引起的生產效率低下、產品質量不穩定與產品A級品率低等質量問題。本實用新型帶來的效益包括:銅電解、電積、電鍍生產過程中電流效率提高一個百分點，A級品率達到95%以上。
[0012]本實用新型提供的裝置具有硬件設計簡單，誤差小，后期維護簡單等優點。兩組測量電極工作在環境一致的回路中，能有效抑制電源功率、電解液溫度、離子濃度等因素變化引入的噪音。裝置長期使用過程中電極組，尤其是陰極，會受到一定程度的污染。控制器可以對電位傳感器電極受污染引起的誤差進行運行時校準，做到不影響生產的情況下校準系統。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構原理示意圖，
[0014]圖2是電位傳感器工作原理示意圖。
[0015]圖中:I一添加劑混合槽，101—電解液進口，102 —電解液出口，103—添加劑進口，2 —電位傳感器，201—惰性陽極電極、202—惰性陽極電極，203為補償電位器，3—差動放大器，4一低通濾波器，5-A/D轉換器，6—控制器，7—執行機構。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示:一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，包括添加劑混合槽1，添加劑混合槽I設有電解液進口 101與電解液出口 102 ;其特征在于:還包括添加劑入口 103以及依次連接的電位傳感器2、差動放大器3、低通濾波器4、A/D轉換器5、控制器6與執行機構7 ;添加劑混合槽I與電位傳感器2連接，執行機構7與添加劑入口 103連接。差動放大器3、低通濾波器4、A/D轉換器5等電子元件集成在集成電路板。執行機構可以根據現場具體環境選擇，如計量泵或變頻器-普通泵等，控制添加劑的加入量。
[0017]參見圖2:電位傳感器2包括兩組測量電極與補償電位器203，具有初級放大和校準儀器的作用，兩組測量電極結構相同，為惰性陽極電極；第一組測量電極201與第二組測量電極202采用串聯連接，兩組測量電極與補償電位器203之間采用并聯連接構成電橋電路；第一組測量電極201的惰性陽極與補償電位器203正極連接，第二組測量電極202的陰極與補償電位器203負極連接，第一組測量電極201的陰極與第二組測量電極202的惰性陽極連接后引出正極接線端，補償電位器203滑動觸頭引出負極接線端，正極接線端與負極接線端連接于差動放大器3。
[0018]本實用新型工作方法大致是:將電位傳感器的兩組測量電極分別安裝在添加劑混合槽的進液口和出液口 ；當添加劑加入添加劑混合槽時電位傳感器向差動放大器輸出電平信號；差動放大器放大該電平信號后輸入低通濾波器；低通濾波器將工頻噪音過濾后獲得較平穩的電平信號；較平穩的電平信號輸入A/D轉換器轉化為數字信號并輸出到控制器；控制器運行專用軟件通過輸入數據計算處理生成控制信號，如占空比PWM:采用調制方波脈沖寬度信號調節添加劑加入流量、4?20mA環路信號輸出到執行機構；由執行機構控制添加劑的加入量。控制器輸出控制信號采用自整定PID閉路控制算法生成。隨著添加劑的加入，自動控制添加劑裝置采集到的陰極過電壓會不斷升高。當過電壓達到控制器中的設定值時，控制器輸出控制信號使執行機構加入添加劑的速度放慢，使過電位穩定在設定值附近，從而達到控制添加劑用量穩定在最佳值附近的目的。
[0019]電位傳感器的兩組測量電極也可以分別安裝在原電解液中、加入添加劑后的電解液中，只要分別采集添加劑加入前后的不同電位信號即可。
[0020]專用軟件包括數據儲存、查詢、檢索與匯總功能；自整定PID閉路控制功能；傳感器校準功能；現場顯示及以太網通訊功能等。
[0021]本實用新型實驗使用鉛一銻一銀合金惰性陽極，通過本裝置測得電解最佳的陰極過電壓應控制在20?27mV。
【權利要求】
1.一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，包括添加劑混合槽，添加劑混合槽設有電解液進口與電解液出口 ；其特征在于:還包括添加劑入口(103)以及依次連接的電位傳感器(2)、差動放大器(3)、低通濾波器(4)、A/D轉換器(5)、控制器(6)與執行機構(7);添加劑混合槽(I)與電位傳感器(2 )連接，執行機構(7 )與添加劑入口( 103 )連接。
2.如權利要求1所述的一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，其特征在于:電位傳感器(2)包括兩組測量電極與補償電位器(203)，兩組測量電極結構相同，為惰性陽極電極；第一組測量電極(201)與第二組測量電極(202)采用串聯連接，兩組測量電極與補償電位器(203)之間采用并聯連接構成電橋電路；第一組測量電極(201)的惰性陽極與補償電位器(203)正極連接，第二組測量電極(202)的陰極與補償電位器(203)負極連接，第一組測量電極(201)的陰極與第二組測量電極(202)的惰性陽極連接后引出正極接線端，補償電位器(203)滑動觸頭引出負極接線端，正極接線端與負極接線端連接于差動放大器(3)。
3.如權利要求1或2所述的一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，其特征在于:差動放大器(3 )、低通濾波器(4 )、A/D轉換器(5 )集成在集成電路板。
4.如權利要求3所述的一種銅電解生產中自動控制添加劑的裝置，其特征在于:執行機構(7)是計量泵或變頻器式計量泵。
【文檔編號】C25C7/06GK203700536SQ201420054206
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】張建斌, 梁富明, 侯福祖, 張龍軍 申請人:白銀有色集團股份有限公司