一種測量鋁酸鈉溶液濃度的軟測量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種以軟測量方法對鋁酸鈉溶液進行成分濃度實時檢測的智能傳感器。系統包括取樣器、變送器、濾波和A/D轉換、微處理器四部分。該智能傳感器建立了以溫度和電導率作為輔助變量，以苛性鈉濃度和苛性比為主導變量的數學模型，利用牛頓迭法求解出鋁酸鈉溶液的苛性鈉濃度和氧化鋁濃度。再將計算機顯示的數據去接近儀表顯示測量的數據進行修正調整模型，最終該數學模型分析出的結果與化學分析法的誤差在3%以內，其實時性和精確度能夠滿足工業生產的需要。
【專利說明】—種測量鋁酸鈉溶液濃度的軟測量傳感器
【技術領域】
[0001]本專利提出了一種以軟測量方法對鋁酸鈉溶液進行成分濃度實時檢測的智能傳感器。該方法建立了以溫度和電導率作為輔助變量，以苛性鈉濃度和苛性比為主導變量的數學模型，利用牛頓迭法求解出鋁酸鈉溶液的苛性鈉濃度和氧化鋁濃度。再將計算機顯示的數據去接近儀表顯示測量的數據進行修正調整模型，最終該數學模型分析出的結果與化學分析法的誤差在3%以內，其實時性和精確度能夠滿足工業生產的需要。
【背景技術】
[0002]鋁酸鈉溶液成分濃度的測定在氧化鋁的生產中起著非常重要的作用。目前我國氧化鋁廠測量鋁酸鈉溶液濃度的主要方法是通過人工定時取樣并進行化驗室試劑滴定進行分析，這種方法不僅工作量大，而且由于采樣時間間隔比較長，不具有實時性，不利于及時指導生產，成為影響氧化鋁生產質量的主要因素之。因此使用自動化在線分析儀器勢在必行。

【發明內容】

[0003]本發明將軟測量技術應用于鋁酸鈉溶液濃度的實時測量，先通過物理方法測量一些對溶液成分濃度變化敏感的物理量，然后代入由物理量和溶液成分濃度組成的數學模型，并采用數值求解模型進一步從信號參數、數學模型和求解結果三個方面進行修正，從而實現對鋁酸鈉溶液成分濃度的實時測量，提高了鋁酸鈉溶液成分的測量精度，滿足生產工藝的要求。系統包括 取樣器、變送器、濾波和A/D轉換、微處理器四部分。取樣器負責從現場獲得鋁酸鈉溶液樣品，變送器完成溫度變送電流為1~20πιΑ及電導率變送電流為(T20mA的標準信號，濾波和A/D轉換負責將變送器送來的模擬信號轉換成數字信號送到微處理器，微處理器進行模型求解，計算氧化鋁的濃度。
[0004]利用軟測量方法測量鋁酸鈉溶液濃度的基本思想是:采用三因子二次回歸正交試驗設計方法，建立鋁酸鈉溶液成分濃度與溫度、電導率之間的數學模型，并以此模型為基礎編寫測量軟件，硬件方面需要安裝取樣器用來從現場鋁酸鈉溶液槽取得樣品，并采用冷卻的方法獲得兩路溫度和電導率信號。
[0005]由此可見數學模型的建立是軟測量的關鍵所在，模型的準確性直接影響測量的結果。所謂軟測量就是利用易沒過程變量(輔助變量)與難以直接測量的待測過程變量(主導變量)之間的數學關系，通過各種數學計算和估計方法，從而實現對待測過程變量的測量。所以，軟測量技術主要包括輔助變量選擇、輸入數據處理、軟測量模型建立和在線校正等步驟。
[0006]一、確定測量鋁酸鈉溶液濃度的輔助變量
鋁酸鈉溶液的電導率會隨著溶液中各種成分的變化而變化，但是鋁酸鈉溶液中的成分比較復雜，其中有些成分對電導率的影響顯著，有些影響很小，因此需要篩除不重要的因子。實驗利用正交表進行因子篩選，用極差法進行分析，試驗表明在一定的分子比和溫度條件下鋁酸鈉溶液的電導率隨著溶液苛性鈉含量的增大而減小，當苛性鈉和溫度一定時，溶液的電導率與溶液分子比呈現拋物線的關系，并隨著分子比的增大而增大。鋁酸鈉溶液的電導率隨著溶液溫度升高而增大，近似直線關系。因此最終選定溫度和電導率作為輔助變量，以苛性鈉濃度和苛性比為主導變量建立軟測量數學模型。按照三因子二次回歸正交試驗方法，向工業原液中添加苛性鈉和高純鋁，配置不同濃度的溶液，然后檢測不同溫度條件下溶液的電導率。
[0007]二、建立測量鋁酸鈉溶液濃度的數學模型
根據試驗結果，可以得到一個二元二次非線性方程組，通過解這個方程組，可以得到溶液的主要成分濃度。該方程組即為軟測量系統的數學模型。方程組如下:
【權利要求】
1.一種測量鋁酸鈉溶液濃度的軟測量傳感器，其特征在于: 系統包括取樣器、變送器、濾波和A/D轉換、微處理器四部分。
2.取樣器負責從現場獲得鋁酸鈉溶液樣品，變送器完成溫度變送電流為4-20πιΑ及電導率變送電流為(T20mA的標準信號，濾波和A/D轉換負責將變送器送來的模擬信號轉換成數字信號送到微處理器，微處理器進行模型求解，計算氧化鋁的濃度。
3.一種測量鋁酸鈉溶液濃度的軟測量傳感器，其特征在于: 建立了以溫度和電導率作為輔助變量，以苛性鈉濃度和苛性比為主導變量的數學模型，利用牛頓迭法求解出 鋁酸鈉溶液的苛性鈉濃度和氧化鋁濃度。
【文檔編號】G01N27/06GK104007145SQ201310055101
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2013年2月21日
【發明者】不公告發明人 申請人:徐成琦