專利名稱：一種工業鋁電解質電導率在線測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明屬于鋁電解技術領域，特別是涉及一種工業鋁電解質電導率在線測量裝置 及測量方法。
背景技術：
現代工業中采用電解熔融冰晶石-氧化鋁的方法生產原鋁，并向其中加入氟化 鈣、氟化鋰等以改善鋁電解質的物理化學性質。鋁電解工業是高能耗工業，然而，并非所有 的直流電都用于電解氧化鋁，有一部分直流電由于鋁電解質的歐姆電壓降而消耗；因此，提 高鋁電解質的電導率對于降低鋁電解能耗、提高電流效率具有重要的意義。所以，對于工業 鋁電解質的電導率進行現場實時測定，顯得極為關鍵。高溫電解質的電導率測定通常都是在電導池內進行的，而電導池需要有固定的電 導池常數，因此需要其結構穩定，電導池所用的材料需要有抗鋁電解質腐蝕性和良好的抗 熱震性。此外，鋁電解車間內存在有電磁場，會對電子儀器產生干擾，這也是限制工業鋁電 解質電導率在線測量的一個主要原因。目前，工業鋁電解質電導率的測量，通常都采用將電 解質取出，冷凝后再送到分析室內進行的；這種非實時測量的做法耗時較長。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可方便、快捷、準確地實現工業鋁電解 質電導率在線測量的工業鋁電解質電導率在線測量裝置及測量方法。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種工業鋁電解質電導率在線測 量裝置，包括測量系統、控制系統、讀數系統及移動、升降系統，所述測量系統包括電導池和 導桿，所述控制系統包括電源和PLC，所述讀數系統包括RLC測試儀和工業平板電腦，所述 移動、升降系統包括伺服電機和支架；所述電源分別與PLC、RLC測試儀、工業平板電腦及伺 服電機相連接，所述工業平板電腦分別與PLC和RLC測試儀相連接，所述PLC與伺服電機的 控制端口相連接，伺服電機的電機軸與支架相連接，所述支架通過導桿與電導池相連接，所 述導桿與RLC測試儀的探頭相連接。所述電導池包括下部具有通孔的石墨坩堝，在石墨坩堝內側的四周設置有內襯， 在內襯的上方設置有中心具有電極通孔的卡頭，在所述石墨坩堝的上方設置有電極，電極 與卡頭中心的電極通孔相對應；所述石墨坩堝和電極分別通過導桿與移動、升降系統的支 架相連接，所述導桿分別與RLC測試儀的兩個探頭相連接。為了節約成本，所述導桿未與電解質接觸的部分采用高溫不銹鋼材料制成，與電 解質接觸的部分采用鉬金屬制成。所述電極采用鉬金屬制成。所述石墨坩堝內側的內襯采用氮化硼材料制成，氮化硼具有抗電解質腐蝕和電阻 率大的特性，可以防止石墨坩堝側部與電解質接觸發生電子轉移。所述卡頭采用氮化硼材料制成。
為了屏蔽鋁電解車間內的電磁干擾，可將讀數系統、控制系統和移動、升降系統置 于不銹鋼箱體內。為了方便移動，可將所述不銹鋼箱體置于小車上。所述控制系統的電源包括蓄電池和不間斷電源UPS，由蓄電池為不間斷電源UPS 進行供電。所述工業鋁電解質電導率在線測量裝置的測量方法，包括如下步驟步驟一電導池常數的標定；電解質的電導率計算公式如下

K =k/R(1-1)由式(1-1)變形得k= k*R (1-2)式中，κ為電解質的電導率，單位為S ^nT1 ；R為電解質的電阻，單位為ω ;k為電 導池常數，單位為cm—1，其值只與電導池的結構有關；向電導池內注入已知電導率的熔鹽或水溶液，采用RLC測試儀測定電導池內電解 質的電阻，根據式(1-2)確定電導池常數k;步驟二 使用步驟一中標定的電導池常數k，采用RLC測試儀測定電導池內待測電 解質的電阻，根據式(1-1)確定待測電解質的電導率。本發明的有益效果本發明可精確地實現工業鋁電解質電導率的在線實時測量，為鋁電解工藝參數的 改進提供了基礎，從而提高了電流效率，降低了直流電耗。另外，由于本發明的讀數系統、控制系統和移動、升降系統置于不銹鋼箱體內，可 有效地屏蔽鋁電解車間內電磁場的干擾；不銹鋼箱體置于小車上，可方便移動，更有利于電 解質電導率的在線實時測量。


圖1是本發明的測量裝置的結構示意圖；圖2是本發明的測量系統的結構示意圖；圖3是本發明的移動、升降系統的結構示意圖；圖4是圖3的右視圖；圖5是本發明測量裝置的測量方法的程序流程圖； 圖中，1-控制系統，2-測量系統，3-讀數系統，4-移動、升降系統，5-電導池，6_通 孔，7-石墨坩堝，8-內襯，9-卡頭，10-電極通孔，11-電極，12-導桿，13-支架，14-滑道， 15-搖桿，16-不銹鋼箱體，17-小車，18-工業平板電腦。
具體實施例方式
如圖1所示，一種工業鋁電解質電導率在線測量裝置，包括測量系統2、控制系統 1、讀數系統3及移動、升降系統4，所述測量系統2包括電導池和導桿，所述控制系統1包括 電源和PLC，所述讀數系統3包括RLC測試儀和工業平板電腦，所述移動、升降系統4包括伺服電機和支架；所述電源分別與PLC、RLC測試儀、工業平板電腦及伺服電機相連接，所述工 業平板電腦分別與PLC和RLC測試儀相連接，所述PLC與伺服電機的控制端口相連接，伺服 電機的電機軸與支架相連接，所述支架通過導桿與電導池相連接，所述導桿與RLC測試儀 的探頭相連接。如圖2所示，所述電導池5包括下部具有通孔6的石墨坩堝7，在石墨坩堝7內側 的四周設置有內襯8，在內襯8的上方設置有中心具有電極通孔10的卡頭9，在所述石墨坩 堝7的上方設置有電極11，電極11與卡頭9中心的電極通孔10相對應；所述石墨坩堝7和 電極11分別通過導桿12與移動、升降系統4的支架13相連接，所述導桿12分別與RLC測 試儀的兩個探頭相連接。所述電極11和導桿12本身電阻很小。為了節約成本，所述導桿未與電解質接觸的部分采用高溫不銹鋼材料制成，與電 解質接觸的部分采用鉬金屬制成。所述電極采用鉬金屬制成。所述石墨坩堝內側的內襯采用氮化硼材料制成，氮化硼具有抗電解質腐蝕和電阻 率大的特性，可以防止石墨坩堝側部與電解質接觸發生電子轉移。所述卡頭采用氮化硼材料制成。如圖3、圖4所示，為了屏蔽鋁電解車間內的電磁干擾，可將讀數系統3、控制系統 1和移動、升降系統4置于不銹鋼箱體16內。為了方便移動，可將所述不銹鋼箱體16置于小車17上。所述控制系統的電源包括蓄電池和不間斷電源UPS，由蓄電池為不間斷電源UPS 進行供電。在測量過程中，通過本發明的控制系統控制移動、升降系統將電導池浸入到工業 電解質中；當電導池浸入到電解質中的時候，電解質從石墨坩堝下部的通孔進入到石墨坩 堝內部。通過工業平板電腦可進行電導池的升降以及電解質電導率的讀數測量操作；通過 搖桿15可實現電導池的前后移動。通過工業平板電腦和PLC控制伺服電機，可以移動支架 使其進行平移和垂直移動。如圖5所示，所述工業鋁電解質電導率在線測量裝置的測量方法，包括如下步驟步驟一電導池常數的標定；電解質的電導率計算公式如下
kK = —(1-1)
R由式(1-1)變形得k = κ *R (1-2)式中，κ為電解質的電導率，單位為S ^nT1 ；R為電解質的電阻，單位為ω ;k為電 導池常數，單位為cm—1，其值只與電導池的結構有關；向電導池內注入已知電導率的熔鹽或水溶液，采用RLC測試儀測定電導池內電解 質的電阻，通過高精度的RLC測試儀可以精確的讀出電導池內電解質的電阻，電阻值可以 通過工業平板電腦進行顯示；然后，根據式(1-2)確定電導池常數k;步驟二 使用步驟一中標定的電導池常數k，采用RLC測試儀測定電導池內待測電 解質的電阻，根據式(1-1)確定待測電解質的電導率。
實施例1 使用本發明測量了 1010°C下Na3AlF6-6wt% Al2O3的電導率，其中電導池常數采 用1000°C下的Na3AlF6進行標定，其電導率為2. 80S · cnT1。測得1010°C下Na3AlF6_6wt% Al2O3的電導率為2. 45S · cm-1,這與文獻報道的電導率值2. 43S · cnT1非常接近，其差值 0. 02S · cnT1屬于誤差允許的范圍。實施例2 使用本發明測量了自行配置的 2. 5NaF · AlF3_3wt % Al203_3wt % LiF_4wt % CaF2-2wt% MgF2在945°C下的電導率，其中電導池常數采用1000°C下的Na3AlF6進行標定， 測得的電導率為2. 75S · cm"1, Wang在1992年所測定的相同電解質在相同溫度下的電導率 為2. 76S · cnT1，差值為0. OlS · cnT1，說明本發明測得的電導率是十分精確的。實施例3 使用本發明對某鋁電解車間的電導率進行了測試，溫度為940°C，其中電導池常數 采用1000°c下的Na3AlF6進行標定，對電解質的組成進行了化學分析，得到其分子比為2. 2， 電解質的組成如表1所示。表1測試電解質的化學組成
權利要求
一種工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于包括測量系統、控制系統、讀數系統及移動、升降系統，所述測量系統包括電導池和導桿，所述控制系統包括電源和PLC，所述讀數系統包括RLC測試儀和工業平板電腦，所述移動、升降系統包括伺服電機和支架；所述電源分別與PLC、RLC測試儀、工業平板電腦及伺服電機相連接，所述工業平板電腦分別與PLC和RLC測試儀相連接，所述PLC與伺服電機的控制端口相連接，伺服電機的電機軸與支架相連接，所述支架通過導桿與電導池相連接，所述導桿與RLC測試儀的探頭相連接。
2.根據權利要求1所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述電導池 包括下部具有通孔的石墨坩堝，在石墨坩堝內側的四周設置有內襯，在內襯的上方設置有 中心具有電極通孔的卡頭，在所述石墨坩堝的上方設置有電極，電極與卡頭中心的電極通 孔相對應；所述石墨坩堝和電極分別通過導桿與移動、升降系統的支架相連接，所述導桿分 別與RLC測試儀的兩個探頭相連接。
3.根據權利要求1所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述導桿未 與電解質接觸的部分采用高溫不銹鋼材料制成，與電解質接觸的部分采用鉬金屬制成。
4.根據權利要求2所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述電極采 用鉬金屬制成。
5.根據權利要求2所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述石墨坩 堝內側的內襯采用氮化硼材料制成。
6.根據權利要求2所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述卡頭采 用氮化硼材料制成。
7.根據權利要求1所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述讀數系 統、控制系統和移動、升降系統置于不銹鋼箱體內。
8.根據權利要求7所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述不銹鋼 箱體置于小車上。
9.根據權利要求1所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置，其特征在于所述控制系 統的電源包括蓄電池和不間斷電源UPS，由蓄電池為不間斷電源UPS進行供電。
10.權利要求1所述的工業鋁電解質電導率在線測量裝置的測量方法，其特征在于，包 括如下步驟步驟一電導池常數的標定；電解質的電導率計算公式如下κ = -(1-1) 由式(1-1)變形得k = K *R (1-2)式中，κ為電解質的電導率，單位為S KnT15R為電解質的電阻，單位為ω ；k為電導池 常數，單位為cm—1，其值只與電導池的結構有關；向電導池內注入已知電導率的熔鹽或水溶液，采用RLC測試儀測定電導池內電解質的 電阻，根據式(1-2)確定電導池常數k ；步驟二 使用步驟一中標定的電導池常數k，采用RLC測試儀測定電導池內待測電解質 的電阻，根據式(1-1)確定待測電解質的電導率。
全文摘要
一種工業鋁電解質電導率在線測量裝置及測量方法，屬于鋁電解技術領域。裝置包括測量系統、控制系統、讀數系統及移動、升降系統，測量系統包括電導池和導桿，控制系統包括電源和PLC，讀數系統包括RLC測試儀和工業平板電腦，移動、升降系統包括伺服電機和支架；電源分別與PLC、RLC測試儀、工業平板電腦及伺服電機相連接，工業平板電腦分別與PLC和RLC測試儀相連接，PLC與伺服電機的控制端口相連接，伺服電機的電機軸與支架相連接，所述支架通過導桿與電導池相連接，所述導桿與RLC測試儀的探頭相連接。方法使用標定的電導池常數k，采用RLC測試儀測定電導池內待測電解質的電阻R，根據式確定待測電解質的電導率。
文檔編號G01R27/22GK101986162SQ20101026332
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者王兆文, 石忠寧, 胡憲偉, 高炳亮 申請人:東北大學