专利名称：一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置及方法
技术领域：
本发明属于工业电解法制铝槽测温装置及方法技术领域，特别涉及一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置及方法。
背景技术：
铝电解槽温度的连续测量，对于实时监控电解槽运行状况，对其运行状况进行综合分析并加以控制，从而使电解槽各项技术指标达到最佳值，具有重要意义。然而，铝电解槽的连续测温是一个国际性的难题，主要原因有两个其一是，电解槽内电解质呈现强腐蚀性；其二是，电解槽内部温度高，正常工作时大约在940 V、70 °C之间，出现“效应”时可能达到 1000 V "1200 0C0在接触测量法中，可采用的温度传感器有热电偶和光纤等，然而，高温下金属活性增强，电解质对热电偶有很强的腐蚀作用，难以用来连续测温；而光纤抗折强度低，由于铝电解槽上面不断地有氧化铝结渣，封住进料口，不能抵抗进料时敲打氧化铝结渣层带来的冲击，也难以用来连续测温；非接触测量法如红外测温等，受环境温度、测量精度、成本等影响，也很难获得实际应用；目前，在工厂里实用的仍然是间断测温，即每隔一段时间用热电偶进行一次测量，一般是每周I次次。即便如此，热电偶的使用寿命仍然很短，一只热电偶仅能测量几十个电解槽就腐蚀坏了，而一般的铝厂都有数百个电解槽。

发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置及方法。一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置，其特征在于该装置在铝电解槽四周中部同一水平面上分别通过法兰平均安装多个声波导管；每个声波导管上分别设置I个声波接收器和I个声波发生器；信号调节器分别与数据采集卡和多个声波接收器相连；功率放大器分别与声卡和多个声波发生器相连；主机分别与数据采集卡和声卡相连。所述声波导管的数量为至少2个。—种基于声学技术的铝电解槽连续测温方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下主机通过声卡,经功率放大器使声波发声器产生声信号，通过声波导管，一部分声信号被同侧的声波接收器检测到，另一部分声信号通过铝电解槽被对侧的声波接收器检测到；声波接收器将声信号转换为电压信号，并通过信号调理器滤波和放大，被双通道数据采集卡接收；通过主机中的软件将两个通道的信号进行双谱估计，得出声波飞渡时间，由于传声距离固定并已知，进而计算出声波的传播速度，然后计算得出铝电解质的温度；根据热力学原理和声波波动方程可以推出声波在招电解液介质中的传播速度与
介质温度的关系为c = fip, t,久，k) = zV(t + 273. 15)=-；
τ
式中，τ为飞渡时间,单位为s ;L为测点距离,单位为m ;c为招电解质中声波的传播速度，单位为m/s ；t为招电解质温度,单位为。C ；z为招电解液介质常数；P为招电解质密度，单位为kg/m3 ； β s为招电解液介质绝热指数；由上式可以得出 =(丄)2 - 273. 15 ;
τΖ对于给定的铝电解质，测点距离L，介质绝热指数Ps，介质密度P，介质常数z为已知，通过测量声波飞渡时间τ，计算声波速度c从而得到介质温度；采用双谱估计计算声波飞渡时间；以单路径测量为研究对象；对于离散系统，通道I和通道2的信号模型为
X1 (n) =s (n) +Ii1 (η)，x2 (n) =As (η— τ ) +η2 (η)；式中s(n)为信号(η)和巧⑷为噪声；τ为飞渡时间;Α为衰减系数；用P来表示最大期望飞渡时间，且假定飞速时间τ是整数，则飞渡时间模型公式为
PX2 (//) = ^a(Z)Xl (,/ - /+) + //(//)；
i=-P式中a (η) =0，η古τ，且a ( τ ) =1，三阶累积公式如下 (.... (r, p) = J-；[x(")x, (" + τ)χγ (" + ρ)]，(.,丨 V| (r, ρ) = /·;[χ;'(H)X, (" + τ)χ, (η + /. )]；带入得到( .. .Λ. (r, ρ) = Y46/(/'Χ .Λ. .. (Γ + /', ρ + /')；
I=-P对于不同的P和τ，得到线性方程为= ^XltXliXl ；那么声波飞渡时间τ =n=arg [max (| a (η) |)]；本发明的有益效果为本发明可对铝电解槽温度进行实时监测，有利于对其运行状况进行综合分析并加以控制，从而使电解槽各项技术指标达到最佳值，保证铝电解效率在较高的水平，提高工业制铝效率。


图I为一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置的结构示意图；图中标号1_主机；2_数据米集卡；3-声卡；4_功率放大器；5_声波发生器；6-声波导管；7_声波接收器；8_信号调节器；9_铝电解槽；10_法兰。
具体实施例方式本发明提供了一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置及方法，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置，其特征在于该装置在铝电解槽9四周中部同一水平面上分别通过法兰10平均安装多个声波导管6 ;每个声波导管6上分别设置I个声波接收器7和I个声波发生器5 ;信号调节器8分别与数据采集卡2和多个声波接收器7相连；功率放大器4分别与声卡3和多个声波发生器5相连；主机I分别与数据采集卡2和声卡3相连。所述声波导管6的数量为至少2个。一种基于声学技术的铝电解槽连续测温方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下主机I通过声卡3,经功率放大器4使声波发声器5产生声信号,通过声波导管6,一部分声信号被同侧的声波接收器7检测到，另一部分声信号通过招电解槽9被对侧的声波接收器7检测到；声波接收器7将声信号转换为电压信号，并通过信号调理器8滤波和放 大，被双通道数据采集卡2接收；通过主机I中的软件将两个通道的信号进行双谱估计，得出声波飞渡时间，由于传声距离固定并已知，进而计算出声波的传播速度，然后计算得出铝电解质的温度；根据热力学原理和声波波动方程可以推出声波在招电解液介质中的传播速度与
介质温度的关系为 K =/ s,k) = Z^(t + 273 15)=-；
τ式中，τ为飞渡时间,单位为s ;L为测点距离,单位为m ;c为招电解质中声波的传播速度，单位为m/s ；t为招电解质温度,单位为。C ；z为招电解液介质常数；P为招电解质密度，单位为kg/m3 ； β s为招电解液介质绝热指数；由上式可以得出彳=(丄)2 - 273· I5 ;
τΖ对于给定的铝电解质，测点距离L，介质绝热指数Ps，介质密度P，介质常数z为已知，因此可以通过测量声波飞渡时间τ，计算声波速度c从而得到介质温度；采用双谱估计(三阶累积量)计算声波飞渡时间；以单路径测量为研究对象；对于离散系统，通道I和通道2的信号模型为X1 (n) =s (n) +Ii1 (η)，x2 (n) =As (η— τ ) +η2 (η)；式中s(n)为信号W1 (η)和巧⑷为噪声；τ为飞渡时间；Α为衰减系数；用P来表示最大期望飞渡时间，且假定飞速时间τ是整数，则飞渡时间模型公式为
PX2 (η) = ^α(/)χ, (n - i) + n(n)；
i 二—P式中a (η) =0，η古τ，且a ( τ ) =1，三阶累积公式如下Cxi xi xi (τ, P) = Ι·[χ (H)X, (" + φ, (" + ρ)]，(Λ. Λ. (γ,ρ) = 1·；[χ；(//)χ, (η+ τ)\ (η + ρ)]；带入得到
权利要求
1.一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置，其特征在于该装置在铝电解槽(9)四周中部同一水平面上分别通过法兰(10)平均安装多个声波导管(6);每个声波导管(6)上分别设置I个声波接收器(7)和I个声波发生器(5);信号调节器(8)分别与数据采集卡(2)和多个声波接收器(7)相连；功率放大器(4)分别与声卡(3)和多个声波发生器(5)相连；主机(I)分别与数据采集卡(2 )和声卡(3 )相连。
2.根据权利要求I所述的一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置，其特征在于所述声波导管(6)的数量为至少2个。
3.—种如权利要求I所述的一种基于声学技术的铝电解槽连续测温方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下 主机(I)通过声卡(3),经功率放大器(4)使声波发声器(5)产生声信号,通过声波导管(6), —部分声信号被同侧的声波接收器(7)检测到，另一部分声信号通过招电解槽(9)被对侧的声波接收器(7)检测到；声波接收器(7)将声信号转换为电压信号，并通过信号调理器(8)滤波和放大，被双通道数据采集卡(2)接收；通过主机(I)中的软件将两个通道的信号进行双谱估计，得出声波飞渡时间，由于传声距离固定并已知，进而计算出声波的传播速度，然后计算得出铝电解质的温度； 根据热力学原理和声波波动方程可以推出声波在铝电解液介质中的传播速度与介质温度的关系为
全文摘要
本发明属于工业电解法制铝槽测温装置及方法技术领域，特别涉及一种基于声学技术的铝电解槽连续测温装置及方法。该装置在铝电解槽四周中部同一水平面上分别平均安装多个声波导管；每个声波导管上分别设置1个声波接收器和1个声波发生器。声波发声器产生声信号，通过声波导管，被声波接收器检测到；声波接收器将声信号转换为电压信号，被双通道数据采集卡接收；通过主机中的软件将两个通道的信号进行双谱估计，得出声波飞渡时间，然后计算得出铝电解质的温度。本发明可对铝电解槽温度进行实时监测，有利于对其运行状况进行综合分析并加以控制，从而使电解槽各项技术指标达到最佳值，保证铝电解效率在较高的水平，提高工业制铝效率。
文档编号G01K11/24GK102818654SQ201210291488
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者沈国清, 安连锁, 吕伟为, 张世平 申请人:华北电力大学