CN101893544B - 一种表面湿润传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面湿润传感器，所述表面湿润传感器包括信号源(1)、表面湿润传感单元(2)和检测输出单元(3)；所述信号源(1)产生电信号并提供给表面湿润传感单元(2)；表面湿润传感单元(2)检测表面湿润信息并转化为对应的电流信号；检测输出单元(3)把表面湿润传感单元(2)的电流信号转化为电压信号并输出。所述表面湿润传感单元(2)包括绝缘体(6)和两根平行缠绕在绝缘体(6)上的金属丝(4、5)，所述两根金属丝各自形成一个检测极。本发明的有益效果在于传感器参数稳定，测量结果重现性好；传感器更小，更适合在狭小空间中使用；排除电极极化、和液膜中的物质消耗，使测量结果更真实。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于大气腐蚀试验或环境试验的样品表面湿润测量装置，用于样品表面润湿时间的测量和湿润程度控制。
背景技术
表面湿润程度是决定金属腐蚀速度的关键因素。这就导致了大气腐蚀监测仪(ACM)的研发，用于测量大气环境中样品表面的湿润时间。自上世纪50年代托马晓夫将大气腐蚀监测仪引入大气腐蚀研究后，经Sereda、Kucera和Mattson、Mansfeld不断研究已成为一种比较成功的研究和监测大气腐蚀的工具。我国从70年代开始使用ACM对大气腐蚀进行长期监测。现有ACM分为两种类型：一种是双电极原电池的ACM，双电极ACM是由两种不同种类的多个金属薄片(如Fe-Cu、Fe-Zn、Fe-Pt等)交替排列组合而成，WAWAWAWA……，其中W代表工作电极(如Zn)，A代表辅助电极(如Fe等)。每一片金属都用绝缘物(如聚脂薄膜、聚四氟乙烯膜或树脂等)隔开，并将其中的同一材料并接引出，然后用环氧树脂浇铸封闭，最后打磨，裸露出金属片截面，以便薄层水膜能在该截面上形成。只要将这种ACM连接到恒电位仪(充当零阻电流表)上，便可测量电偶电流，从而反映出材料表面润湿时间、大气中温湿度的变化和环境的腐蚀性。另一种是三电极式ACM，是由同一种金属片按[AWRWA]n排列方式组合而成，其中R代表参比电极，组合方式与双电极ACM相似。上述两种类型ACM仪的传感器都是靠异种金属间存在电位差并产生电偶腐蚀电流的原理制成的，它们的共同缺点是(1)电极材料易消耗而导致在同种条件下输出电流有较大的波动；(2)电偶腐蚀使薄液膜的成分产生变化，会使测量结果失真；(3)由于存在电极物质消耗，难以使传感器小型化。
到目前为止，ACM仪及其传感器仅局限用于润湿时间的测量。理论上讲，能够测量表面连续液膜在材料表面的存在时间便能够测量材料表面润湿时间，不但可以采用现有的主动式(产生电偶电流)进行测量，而且可以采用被动式(外加电源)测量。被动式测量可以采用同种金属电极，特别是采用高稳定的贵金属电极而避免由电极材料消耗引起的电极参数波动，同时也可以实现传感器的微型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种被动式的、测量表面湿润程度的测量装置。
为了实现以上目的，本发明采用以下的技术方案：
一种表面湿润传感器，其特征在于：它包括信号源、表面湿润传感单元和检测输出单元；
所述信号源产生电信号并提供给表面湿润传感单元；表面湿润传感单元检测表面湿润信息并转化为对应的电流信号；检测输出单元把表面湿润传感单元的电流信号转化为电压信号并输出。
所述表面湿润传感单元包括绝缘体和两根平行缠绕在绝缘体上的金属丝，所述两根金属丝各自形成一个检测极；
所述信号源包括基准振荡器、基准电压源、电子开关、电流放大器和输出接口；
基准振荡器产生方波信号；基准电压源产生稳定的基准电压，电子开关将基准电压源按基准振荡器的方波生成电压脉冲信号，经电流放大器放大后，由输出接口输出。
所述检测输出单元包括电流检测模块和将电流信号转换为电压信号的电压输出模块。
为了防止金属丝在绝缘体上滑动，同时方便传感单元的制作，所述绝缘材料柱上设有双槽螺纹槽、微孔或微槽，所述金属丝缠通过双槽螺纹、微孔或微槽缠绕。
所述绝缘体为截面为圆形、方形或菱形的柱体。
为了提高湿润程度的检测精确并节省成本，所述金属丝的直径为0.01～0.2mm，两根金属丝的间距为0.01～0.5mm。
为了使测量所施加的电信号对表面液膜的成分不产生影响，所述信号源的输出电压为交流0.1V～10V，输出频率为10Hz～10000Hz，电压的精度均优于千分之一。
为了实现表面湿润的信息的采集，方便测量，检测输出单元采用直流电压输出，输出电压范围为0V～10V。
本发明的有益效果为：
(1)表面湿润传感单元由两根平行缠绕在高稳定性绝缘材料上的高耐蚀金属丝构成，如聚四氟乙烯棒上绕铂金丝，保证传感器在使用环境中长期不腐蚀、不老化、不消耗，从而使传感器参数稳定，测量果重现性好；同时也更适合在腐蚀严酷度更高的环境(如各种加速腐蚀试验设备)中使用。
(2)此结构的传感器机构简单可靠，并且头部可以做的更小，从而可以在狭小空间中使用。
(3)表面湿润传感单元采用低压交流脉冲信号源，避免了测量引起的液膜中的物质消耗，使测量结果更真实。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明表面湿润传感单元的结构图；
图3为本发明信号源的原理图；
图4为本发明信号源的具体电路图；
图5为实施例2中件6的结构图；
图6为实施例3中件6的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细描述：
实施例1：如图1、图3所示，一种表面湿润传感器，其特征在于：它包括信号源1、表面湿润传感单元2和检测输出单元3；
信号源1产生电信号并提供给表面湿润传感单元2；表面湿润传感单元2检测表面湿润信息并转化为对应的电流信号；检测输出单元3把表面湿润传感单元2的电流信号转化为电压信号并输出。
信号源1包括基准振荡器7、基准电压源8、电子开关9、电流放大器10和输出接口11；
基准振荡器7产生准确的方波，通过跳线选择不同频率；基准电压源8产生稳定的基准电压，通过可变电阻改变基准电压的大小；电子开关9将基准电压源8按基准振荡器7的方波生成所需频率和电压的脉冲，经电流放大器10放大后，由输出接口11输出。
表面湿润传感单元2包括绝缘体6和两根平行缠绕在绝缘体6上的金属丝4、5，所述两根金属丝各自形成一个检测极；
检测输出单元3包括电流检测模块和将电流信号转换为电压信号的电压输出模块。
将电流信号转换为相对应的电压信号为已有成熟的技术，在此不在详述。
信号源1的输出电压为AC 0.1V～10V，输出频率为10Hz～10000Hz，电压的精度均优于千分之一。
检测输出单元3的输出电压为DC 0V～10V。
信号源输出电压为0.1V～10V的交流脉冲信号，有效防止了测量过程引起的液膜中物质的消耗。
信号源的具体电路图可以有很多的设计方式，图4仅仅是其中的一种具体方式。
如图2所示，表面湿润传感单元2包括绝缘体和两根平行缠绕在绝缘体上的铂金丝，每个铂金丝的自身首尾相连，各自形成一个检测级。绝缘材料上的设置有双槽螺纹，铂金丝位于双槽螺纹的槽内。铂金丝的直径为0.01～0.2mm，两根铂金丝的间距为0.01～0.5mm。两根平行缠绕没有交点的铂金丝形成了表面湿润传感单元的两极，当铂金丝上没有液膜时，这两级之间的阻抗非常大，检测输出单元几乎检测不到电流输出。当铂金丝上有液膜时，由于两根铂金丝之间的间距很小，这两极被液膜接通，表面湿润传感单元便明显的电流输出，检测输出单元就有明显的电压信号输出。
其中绝缘体6可以为截面是圆形、方形、菱形或其他不规则形状的柱体。
当然铂金丝也可以用黄金丝来代替，作为本领域技术人员公知的其他金属丝也可以。采用贵金属的金属丝保证了传感单元在使用环境中长期不腐蚀、不老化、不消耗，从而使传感器参数稳定，测量结果重现性好。
测量结果用电压信号输出表示，这个电压信号可以用于记录润湿程度，也可以用于控制调整润湿程度。
实施例2：如图5所示，与实施例1不同的是，所述绝缘体6上设置有若干间距相等的微孔，黄金丝穿过微孔，形成平行缠绕的金属丝。
实施例3：如图6所示，与实施例1和2不同的是，绝缘体6仅仅在两端设置有微槽。黄金丝绕在槽内，形成相互平行的结构。
上述的金属丝可以是贵金属丝，也可以为抗腐蚀能力强的其他金属丝。
以上结合附图对本发明的具体实施例做了详细的描述，但是并不构成对本发明技术方案的限制，对权利要求中的任何等同变化和修改，均受到本发明的保护。
Claims (9)
1.一种表面湿润传感器，其特征在于：所述表面湿润传感器包括信号源（1）、表面湿润传感单元（2）和检测输出单元（3）；
所述信号源（1）产生电信号并提供给表面湿润传感单元（2）；表面湿润传感单元（2）检测表面湿润信息并转化为对应的电流信号；检测输出单元（3）把表面湿润传感单元（2）的电流信号转化为电压信号并输出；所述表面湿润传感单元（2）包括绝缘体（6）和两根平行缠绕在绝缘体（6）上的金属丝（4、5），所述两根金属丝各自形成一个检测极。
2.如权利要求1所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述信号源（1）包括基准振荡器（7）、基准电压源（8）、电子开关（9）、电流放大器（10）和输出接口（11）；
基准振荡器（7）产生方波信号；基准电压源（8）产生稳定的基准电压，电子开关（9）将基准电压源（8）按基准振荡器（7）的方波生成电压脉冲信号，经电流放大器（10）放大后，由输出接口（11）输出。
3.如权利要求2所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述检测输出单元（3）包括电流检测模块和将电流信号转换为电压信号的电压输出模块。
4.如权利要求3所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述绝缘体（6）上设有双槽螺纹槽、微孔或微槽。
5.如权利要求4所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述金属丝（4、5）的直径为0.01～0.2mm，两根金属丝（4、5）的间距为0.01～0.5mm。
6.如权利要求5所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述金属丝（4、5）为相同材料的高耐蚀性金属丝。
7.如权利要求1至6任一所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述信号源（1）的输出交流电压信号0.1V～10V，输出频率为10Hz～10000Hz；所述检测输出单元（3）采用直流电压输出，输出电压范围为0V～10V。
8.如权利要求1至6任一所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述绝缘体（6）为柱体形状；所述绝缘体（6）上设有双槽螺纹槽、微孔或微槽。
9.如权利要求8所述的表面湿润传感器，其特征在于：所述绝缘体（6）的截面为圆形、方形或菱形。
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