摘 要：介绍一种适合于测量沉降槽内各层料浆高度的系统，同时对之进行了较为详细的研究和分析。
关键词：料浆层；透光度；光敏二极管
1问题的提出
在拜尔法氧化铝生产工艺流程中，高压溶出后的料浆需在沉降槽中进行沉降、分离和洗涤，槽内料浆始终保持下层(h1)是赤泥，上层(h3)是清液，中间(h2)是沉降层(过渡层)，准确测量每一分层料位的高低对操作员的工艺操作和指标控制都至关重要。根据每层料浆的透光度的不同(图1)，利用光敏元器件测出槽内料浆从上到下透光度的分布状况，再对其分布图进行分析处理就能得到各料浆层的厚度，然后分别对各料浆层进行控制调节。
2测量原理及电路实施
2.1测量原理
测量系统(图2)由测量光探头、电源、信号调理电路、单片机系统等几部分组成。测量探头是一光学系统，由光源、光敏二极管、清洗管路组成。u0是直流恒压电源，rx是采样电阻，采样电压ux经整形放大、ad转换再送给单片机系统处理。光源为恒定光强的光源，光敏二极管dx采用光导模式的pin结光敏二极管，它具有比一般pn结的光敏二极管响应速度快的特点。
2.2光导模式下的光敏二极管的特性
光导模式下的光敏二极管的特性是：在反向压降下接受光照，则会出现比无光照时的反向漏电流大得多的电流(图3)，且光照强度和光电流成线性关系。图3横坐标代表所施加的反向偏压，纵坐标代表回路光电流，斜线代表负载线。若电源电压为u0，光敏二极管两端的电压为us，则只有在回路电流为零时，反向电压us才等于电源电压uo。有电流时，实际作用在pn结上的反向偏压要减小，它等于电源电压减去负载电阻上的压降。只要光电流没有达到饱和值，它们的线性关系就基本上不受偏压值的影响。探测仪就是利用光敏二极管的光照强度和光电流成线性关系这一特点来实现测量的。
2.3测量过程
将光源和光敏二极管之间做成固定距离，测量时探头在料浆中向下垂直匀速缓慢运动，形状做成仿棰体以减少阻力，并用树脂浇灌封死。恒光强的光透过混浊度不同的料浆层，再照到光敏二极管上，在光敏回路中产生不同电流。探头下行过程中检测各层料浆的透光度，并把所有数据传递给单片机，单片机对测量数据进行分析。当透光度发生近似阶跃变化时分别记下探头下行时间和t1、t2、t3，假设探头下降的速度是恒定的，再分别计算出各料浆层的高度，然后根据各料浆层高度的设定值做采样调节控制，分别控制各自的调节阀和调速泵。探头在测量过程中的动作、测量原理都类似重锤式料位计，是不连续的，但可设定测量周期。沉降槽直径很大，最小的十几米，最大的四五十米，而且要求料浆在槽中有一定的停留时间，所以料位变化非常缓慢，断续的采样测量足以满足测量要求。每测完一次，探头在收回时都要用高压清水对探头系统进行清洗以保证下次测量的准确性。
测量探头执行测量过程中的动作次序为：测量探头在步进电机的带动下匀速向下运行，第一次失重就开始记时，同时探头感受到透光度信号。当透光度有突变时，第一次计时结束第二次计时开始，当透光度又突变时，第二次计时结束第三次计时开始，当透光度再突变时第三次计时结束，分别记下三次时间t1、t2、t3；由于探头是匀速向下运行的，运行速度分别乘以三次时间就可得出三层料浆的厚度，也可以间接算出总料位高度。
3各料浆层的识别和厚度测量
如何能方便的区分料浆层的突变呢?我们可以采用微分的办法(参考采样电压与不同料浆层的关系图4)，即在探头下降的过程中，始终对采样电压进行微分，假设测量探头在探测过程中的透光度为u，那么对
这时记下探头运行的时间t1，那么这层料浆的厚度为：h1=t1*v，v为探头在测量过程中的运行速度，依次类推便可以测出其他各料浆层的厚度。
设透光度的采样周期为t，第n次的采样周期得cpu可以利用这种算法进行微分运算，然后再进行相应的判断。
4系统硬件设计
整个测量系统由特制的测光探头、单片机系统、步进电机、清洗系统等组成，测光探头前面介绍过，下面详细介绍一下单片机系统的组成。
4.1单片机系统的组成
①单片机：采用8位mcs-51系列8071芯片；
②程序存贮器(rom)：采用外部扩展容量为32k的27256芯片；
③数据存贮器(ram)：采用外部扩展容量为8k的6264芯片；
④a/d转换器：采用8位逐次逼近的adc0809芯片，用于料浆层高度测量信号的输入；
⑤d/a转换器：采用8位dac0832芯片，用于三路4～20ma、接点调节信号和步进电机指令的输出；
⑥显示：采用hd61830点阵式液晶显示控制器接口芯片，它可以接收来自8位处理器的信号，并产生点阵液晶驱动信号；
⑦串行通讯接口：采用8251接口芯片；
