Способ непрерывного определения внутреннего сопротивления электролитической ванны и устройство для его осуществления

Союз СоветскихСоциалистииесиихРеспублик ОП ИСАН И 3 О Б Р Е Т-Я. АТЕНТУ) Опублик ио 25,09.78,Бю 549.25 (088,8 45) Дата оп ликоваиия описан ИностранцыТьерри Броль и Жан-Клод Лякру (франция)(Т 2 р Авторы изобретения явители СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2 пе(2Гасударственный комнтетСовета Мкнкотроа СССР (З 1) 74192оо делам нзобретвииХн открытнй( Изобретение относится к способу непрерывного определения внутреннего сопротивления электролитической ванны, а также к устройству осуществления этого способа и может использоваться для регулирования процессом электролиза,Электролитическая ячейка или ванна содержит кожух, в котором находится проводящая электрический ток ванне, и два электрода, один анод, соединенный с положительным полюсом источника постоянного тока, и один катод, соединенный с отрицательным полюсом этого источника. Ток проходит между двумя этими электродами и разлагает электролитическую ванну или один из ее составных элементов на два компонента, один из которых появляется на аноде, а другой на катоде. Электрохимический процесс потребляет определенное количество энергии, которое выражается падением напряженият называемым противоэлектродвижущей силой.Еслиобозначает напряжение нв зажимах электродов, Р - внутреннее сопротивление электролитической ячейки, нв зажимах которой берется напряжение Ц Е - противоэлектрод.лижущую силу электро.лиза, Д - силу электрического тока, проходящего через ванну, то получим отношение Ц = Е +72. ЦД - полная мощность, подаваемая на ванну, Е 1 мощность, потребляемая электропитическим процессом; Я 3 - мощность, рассе 2иваемая во внутреннем сопротивлении О ванныВ случае с ваннами служащими дляполучения алюминия путем электролиза окиси алюминия, растворенной в криолите, эта рассеиваемая мощность позволяет поддерживать электролитическую ванну при температуре, превышающей ее тем рвтуру плавления, т,е, примерно прио950-1000 С. Здесь оба электрода выполнены из углерода, причем катод образует днище ванны, в анод образован из одного или нескольких блоков углерода, погруженных в ванну, Окись алюминия разлагается нв алюминий, который откладывается в виде жидкого слоя на катоде, в то время как окисные ионы разряжаюэО и 3 легко измерить, однако Е приэтом неизвестно. В результате этогоберут эа Е среднюю постоянную величину,такую как 1,65 В. Этот способ, называемый фпсевдо-сопротивление", используется в неверящее время не веянех 11,Однако он не удовлетворяет условиям ста- "5бильной и автоматической работы,Наиболее близким техническим решением к изобретению можно считать способ определения внутреннего сопротивления электрической ванны, заключавшийся 4 ов том, что на постоянное напряжение назажимах ванны накладывают переменныйтокизмеряют ток и напряжение черезванну, детектируют измеренные величиныи по отношению измеренных величин вычисляют внутреннее сопротивление,Известное устройство для осуществления этого способа содержит электрическую ванну с винами питания и анодом, токоприемник, расположенный на шине питания, приемник напряжения, соединеннь 1 й с анодом и катодом ванны, генератор переменного тока, имеющий два выхода - выход синусоидального и прямоугольного сигналов, усилитель мощности, блоки синхронного детектирования тока и.напряжения. Выход синусоидального сигнала генератора соединен с усилителем 50 ся на поверхности анода, который такимобразом подвергается постепенному сгораНиюеЗа исключением всякого внешнего вмешательства, внутреннее сопротивлениеизменяется по двум основным причинам, 5с одной стороны, подъем плоскости, называемой плоскостью анода, которая ограничивает систему анодов по отношению к катоду, в результате сгоранияанодов, с другой стороны, постепенное 1 Ообеднение ванны в окиси алюминия. Когдасодержание окиси алюминия опускаетсяниже критической величины, которая составляет порядка 1-3%, анод поляризуется, т.е. электрохимический процесс меняет св ю природу, изменяя значительнымобразом внутреннее сопротивление и про -тиво-электродвижущую силу,В связи с тем, что некоторое количество ванн установлено последовательно, токЭ , который регулируется, практическине меняетсяя вследствие чего происходитзначительное увеличение напряженияна зажимах поляризованной ванны,Внутреннее сопротивление рассчитывает 5ся по формуле мощности, а выход последнегоподключенк питающим шинам ванны,Однако ввиду того, что способ основывается на нескольких гипотезах, которыене подтверждаются на практике, в частности, на промышленных ваннах он имеетнедостаточную точность измерения, В первую очередь, гипотеза о сопротивлениипеременному току означает, что поведение ванны аналогично поведению узла пассивных элементов, при этом сопротивление переменному току может аннулироваться и стать отрицательным, что вызываетнеобходимость активных элементов,Целью изобретения является повышение точности измерения,Достигается это тем, что измерениявнутреннего сопротивления ванны ведут,как минимум, при двух дискретных убываюших значениях частоты, а в устройство для осуществления способа введен разделитель постоянного и переменного напряжения, два избирательных усилителя1усилитель с гальванической изоляцией,оператор-делитель, фазовращатель с выходами сигналов, сдвинутых по фазе отоО до 90, согласователь полного сопротивления, последний соединен с токоприемником с одной сторрны, а с другой стороны через первый избирательный усилитель с блоком детектирования тока, который соединен с одним из выходов фазсвращателя, другой выход фаэовращателясоединен с блоком детекции напряжения,последний соединен с приемником напряжения через разделитель постоянного и переменного напряжения, согдасователь полного сопротивления и второй избирательныйусилитель, выходы блоков синхронного детектирования соединены с входом оператора - делителя, выход прямоугольногосигнала генератора соединен с входом усилителя с гальванической изоляцией, а выход последнего соединен через фазовращатель с блоком синхронного детектирования. Способ непрерывного определения внуз реннего сопротивления электролитической ванны ,заключаетсяв наложении слабого переменного тока на ток электролиза. Ванна рассматривается как импеданс, активная часть и реактивная часть которого последовательно определяются при заданной частоте, Изменения активной части используются для определения, путем экстраполяции при нулевой частоте величины сопротивдения постепенному току ванны. Можно затем измерить постоянное напряжение ( 3 ) на зажимах ванны62563 В6одного канала измерения напряжения 7электролиза, который содержит устройство 6. зашиты от перенапряжений и рвэделитель 7 постоянного и переменноготока модулятора тока 8 включенногомежду полюсами ванны и управляемогогенератором низкой частоты 9 опорногоусилителя с гальванической изоляцией10 и двух блоков синхронной детекции11, один из которых относится к напряжению цх, а другой к току, икоторые воздействуют на оператор-дели -тель ( 01 (4 ), Ванна может быть дополнена частотомером 13, дающим частоту х, и считывающим аппаратом 14,дающим составляющую Р , фазовращателем 15 избирательными усилителями16 н 17.Величина внутреннего сопротивления,измеренная способом позволяет управлятьавтоматическим прибором управлениярасстоянием анода ванны, Одновременно измерение величин К и Е может служить для включения подачи окиси алюминия в ванну,Предлагаемые способ и устройствоприменяются для определения сопротивления всех электрических ванн и, в частности, ванн, предназначенных для получения алюминия путем огневого электролиза окиси алюминия. и силу (Д ) постоянного тока, проходящего через нее, и определить противоэлектродвижущую силу электролиза (Е)формулой Е = Ц -Р 3.Найденная таким образом величина(Я ) может служить исходной точкой 5для регулирования положения плоскостианода,Следовательно, на постоянный токсилой,), который проходит через ванну,накладывают переменный ток с частотой 1и с силой Р 1, предпочтительно порядка 10 до 10 Б 1, Полное напряжение У на зажимах ванны в этом случаесоставит5 Ч-Ц+М=Е Я 3 К 14 1,где ц х - переменное напряжение, получаемое от тока 41, аЕ - импедвнс ванны при частоте.Измеряют полное напряжение У и путем20фильтрации отделяют его постоянную составляющую Ю от его переменной составляющейЩ; одновременно измеряют ток1 1например, .методом индукции,С помощью синхронного детектора изме 25ряют составляющую Ц 1, которая совпадает по фазе с током1а также ту,окоторая сдвинута по фазе на 90 по отношению к току ( т, Отсюда находитЗОм=.чгде Г и Х 1 - составляющие Е 1, которые соответственно совпадают по фазе и сдвинутыопо фазе на 90 по отноше 1нию к току 1 Тф - угол фазы переменного напряженияпо отношению к току 31Энергиирассеянной в ванне иеремен 40ным током с частотой хсоответствуетистинная часть Г 1 импедвнса, в то время какЯ соответствует только энергия,рассеянная при эффекте джоуля-Ленца.Если частоту 1 стремятся свести к нулю, 45: Г стремится к %, Таким образом, чертят их кривую, дающую составляющую Р 1в зависимости от частоты 1и экстраполируют до нулевой величины измененияс тем, чтобы получить Г(т. =О)= КНа чертеже приведена блок-схема устройства для осуществления способа.Устройство включает электролитическую ванну с анодом 1, катодом 2, прово 55дящие шины 3, Ванна состоит иэ каналаизмерения модулированного тока, которыйвключает в себя индуктивный зонд 4.согласователь 5 полного сопротивления; формула изобретения 1. Способ непрерывного определения внутреннего сопротивления электрической ванны состоящий в том, что на постоянное напряжение нв зажимах ванны накладывают переменный ток, измеряют ток и напряжение через ванну, детектируют измеренные величины и внутреннее сопротивление определяют по отношению измеренных величин, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, ведут, квк минимум, при двух дискретных убывающих значениях частоты.2, Устройство для осуществления способа по п, 1, содержащее электролитическую ванну с шинами питания, катодом и анодом, токоприемник, расположенный на шине питания, приемник напряжения, соединенный с анодом и катодом ванны, генератор переменного тока, имеющий двв выхода - выход синусоидального и прямоугольного сигналов, усилитель мощности, блоки сихронного детектирования тока и напряжения, выход синусоидвльного сигнала генератора соединен с усилителемЗаказ 5276/5ЦНИИПИ Гос Тираж 1112 Подписноеудатвенного комитета Совета Министров ССпо делам изобретений и открытийосква, Х(-35, Раушская набд. 4/5 113035 илиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектн мощности, а выход последнего подключен к питающим шинам ванны, о т л и ч а юш, е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в;устройство введен разделитель постоянного и переменного напряжения, два избирательных усилителя, усилитель с гальванической изоляцией, оператор-делитель, фзовращатель с выходами сигналов, сдвинутых по фазе от 0 до 90, согласователь полного сопротивлеония, последний соединен с токоприемником с одной стороны, а с другой стороны через первый избирательный усилитель с блоком детектирования тока, который соединен с одним из выходов фазовращателя, другой выход фазовращателя соединен 38 8с блоком ретекции напряжения, последнийсоединен с приемником напряжения черезразделитель постоянного и переменногонапряжения, согласователь полного сопротивления и второй избирательный усилитель, выходы блоков синхронного детектирования соединены с входом оператораделителя, выход прямоугольного сигналагенератора соединен с входом усилителяс гальванической изоляцией, а выход последнего соединен через фазовращатель сблоком синхронного детектирования,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1Заявка фРГ Ио 2050 126,13,10,70, 20,04,72.