CN103257105B - 一种土壤腐蚀性加速试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤腐蚀性加速试验方法与装置，包括整流器（14），土壤盒（17），加热器（1），温度传感器（15），信息采集系统（10），LED显示屏（11），PLC控制模块（9）以及计算机（8）。所述装有金属试片（18）以及石墨片（16）的土壤盒（17）直接与整流器（14）以及电流表（13）和电阻器（12）相连接，并且三个土壤盒串联一组放置于试验箱下层试验区同一支架（4）层上；所述加热器（1）与电磁开关（7）以及整流器（14）构成回路；所述信息采集系统（10）接受电流表（13）、电阻器（12）以及温度传感器（15）的信号并与将信号通过数字形式显示在LED显示屏（11）上；所述PLC控制模块（9）与信息采集系统（10）、电阻器（12）、电磁开关（7）以及计算机（8）相连接。本发明在做土壤腐蚀加速试验时对土壤宏观和微观因素均进行了考虑，使得加速试验测得与土壤本身腐蚀性更贴近的腐蚀数据；具有结构简单，高效好用的特点。

Description

一种土壤腐蚀性加速试验装置

技术领域

本发明属于腐蚀技术领域，具体地说，本发明涉及一种土壤腐蚀性加速试验方法与装置。

背景技术

土壤腐蚀加速试验是通过人为控制实验条件以达到加速腐蚀的目的而在短时间内进行土壤腐蚀研究的一种重要手段。以往的土壤腐蚀加速试验方法主要是强化介质法、电偶加速法、电解失重法、间断极化法等。强化介质法就是通过改变土壤介质的理化性质（例如加入Cl^-、SO₄ ^2-、Fe²⁺等）来改变土壤腐蚀性，该法的局限性很明显就是改变了土壤的理化性质。孟厦兰，郭稚弧等人用电偶加速法对铜-钢电偶加速钢在土壤中腐蚀进行了研究，在大庆地区土壤中,当铜-钢电偶的面积比达30：1 时，控制一定的温度、湿度条件，可以使钢的腐蚀在半年内达到或超过现场埋片30年的程度，加速比可达183.4倍。日本的Kasahara等人用反向方波对金属试样进行了间断性极化，研究了40种土壤中试件的极化阻力、电容和腐蚀电位等，并将实验结果与腐蚀失重、点蚀深度等基础腐蚀数据进行了相关性研究。但是除了强化介质法之外，其余的都只是通过施加电流来达到加速腐蚀的目的，腐蚀条件和形貌与实际的腐蚀情况具有一定的差异，试验主要考虑了土壤宏电池的影响，忽略了腐蚀微电池的作用。聂向晖等人通过控制土壤含水量，温度变化来改变土壤腐蚀过程中的动力学参数从而实现加速腐蚀的目的，这从另一个角度开启了土壤腐蚀加速试验的研究，这种方法将土壤腐蚀微电池的影响考虑进来，但是仅从加速试验效果来讲，其加速效果相比于之前的方法要小很多。

纵观国内外研究现状，虽然在进行土壤腐蚀加速试验时已经有了较为显著的成果，但是还是存在以下不足之处：

（1）土壤腐蚀加速试验箱的设计是根据所考虑的因素来定的，在已有进行加速试验箱设计中,大部分都有外加电流，这个过程对腐蚀加速起到了较大的作用，但是没有考虑土壤腐蚀微电池的影响，部分试验是在未外加电流作用下进行的，这时候的腐蚀加速效果不够尽人意。

（2）腐蚀加速试验箱在进行温度控制的时候，未能有效使加热器产生的热量进行快速均匀分布，造成试验箱内存在一定的温度不均匀。

（3）现有的土壤腐蚀加速试验装置基本上没有能够进行计算机远程控制操作，也不能对各个变量进行实时记录，这对于装置的实用性起到了一定的限制作用。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有土壤腐蚀加速试验箱的缺陷，提供一种具有良好加速效果、方便、实用等优点的土壤腐蚀加速试验箱。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种新型土壤腐蚀加速试验箱，主要包括箱体下层试验区和箱体上层控制区两个部分。

所述试验箱体下层试验区包括：

土壤试验盒，所述土壤试验盒设有用于电路导线连接的2～3mm小孔，并三个一组放置于同一层箱内架子上，所述土壤盒用于盛放试验所用的土壤，土壤盒内设有与导线连接小孔对应的石墨片，所述石墨片用于电路连接与土壤接触，以利于电流的均匀分布。

加热器，所述加热器由支撑架安装于箱内底部，用于对箱体内部空气进行升温。

循环排风扇，所述循环排风扇规格为80mm╳80mm╳38mm，安装于箱内底部，其上方的挡板将箱体内部构成循环回路，循环风扇使箱体内部空气快速均匀升温。

温度传感器，所述温度传感器安装于试验箱下层试验区顶部，所述温度传感器探头深入箱体下层50mm，可将箱体内空气的温度信息传递给信息采集系统。

排风扇，所述排风扇安装于试验箱下层试验区墙体上部，规格与循环排风扇一样为80mm╳80mm╳38mm，可在箱体内空气温度过高时将多余的热量排出，所述排风扇直接安装于箱体壁内部。

保温层，所述保温层处于试验箱下层试验箱外壁与内壁之间，所述保温层厚度为20mm，为整个箱体下层提供一个隔热环境。

所述试验箱体上层控制区包括：

整流器，所述整流器安装于试验箱上层，负责给整个试验箱提供直流电流，包括两个土壤盒组成的回路，加热系统回路。

信息采集系统，所述信息采集系统与温度传感器以及两个电流表和电阻器相连接，负责各个信号的收集工作。

LED显示屏，所述LED显示屏与信息采集系统直接相连，将信息采集系统处理后的信号以数字的形式显示出来。

PLC控制模块，所述PLC控制模块接收来自信息采集系统的信号并对电阻器和电磁开关给出控制指令。

电磁开关，所述电磁开关串联于加热回路中，与PLC控制模块直接相连接并受PLC控制模块的控制。

电阻箱，所述电阻箱串联于两个土壤回路中，用于调节各回路中通过的电流。

附图说明：

图1：一种土壤腐蚀性加速试验装置图。

图中：1：加热器；2：循环排风扇；3：挡板；4：支架；5：保温层；6：排风扇；7：电磁开关；8：计算机；9：PLC控制模块；10：信息采集系统；11：LED显示屏；12：电阻器；13：电流表；14：整流器；15：温度传感器；16：石墨片；17：土壤盒；18：金属试片；

本发明土壤腐蚀加速试验箱，采取了以下技术方案：

（1）将研究所用土壤装于土壤盒并在埋放好金属试片后密封。

（2）将各个回路的导线连接好并检查回路畅通情况。

（3）设定好控制温度，将电路连通，调节电阻器使得电流处于设定电流，开通加热回路以及循环排风扇进行升温。

（4）经过半个月至一个月停止试验，取出金属试片进行腐蚀失重的测定，完成土壤腐蚀加速试验。

与现有技术相比，本发明的土壤腐蚀加速试验箱具有以下的优异性能：

1. 本发明的控温系统可以快速使得箱体试验区达到温度均匀性分布，有利于土壤温度的控制；

2. 本发明通过信息采集系统、PLC控制以及计算机的应用使得装置可以进行远程操作与监视，具有很好的实用性；

3. 本发明的在做土壤腐蚀加速试验时对土壤宏观和微观因素均进行了考虑，使得加速试验测得与土壤本身腐蚀性更贴近的腐蚀数据；

4. 本发明的腐蚀试验操作简单且具有良好的加速效果。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的、技术方案及优点，下面将结合实施例及附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清晰的描述。

土壤的理化性能测定在土壤盒封装之前进行，测定完土壤理化性能后将土壤装进土壤盒，密封土壤盒，土壤的理化性能特别是含水量在试验阶段由于密闭措施较好且试验周期短可以视为恒定不变，因此测定的数据对于以后的分析很重要。

土壤试验盒（17）设有用于电路导线连接的2～3mm小孔，并三个一组放置于同一层箱内支架（4）上，土壤盒用于盛放试验所用的土壤以及金属试片（18），土壤盒内设有与导线连接小孔对应的石墨片（16），所述石墨片用于均匀分散通过土壤的电流。

循环排风扇（2）安装在试验箱下层底部，规格为80mm╳80mm╳38mm，与加热器（1）基本上同处一个水平，设置挡板（3）将试验箱下层试验区构成空气循环回路，通过循环排风扇（2）实现空气的循环流通以及热量的均匀分布，保温层（5）则为试验区提供一个良好的保温环境。

加热器（1）安装于试验箱下层试验区底部，与电磁开关（7）相连接，温度传感器（15）安装于试验箱下层试验区顶部与上层连接处，探头深入箱体内50mm。

信息采集系统（10）接受来自电流表（13）、温度传感器（15）、电阻器（12）的信号并将信息传递给与计算机（8）相连接的PLC控制模块（9），PLC控制模块反馈出指令通过调节电阻器（12）为金属试片（18）提供设置的恒定电流以及判定监测到的箱体下层试验区的温度值与设定值的大小关系来发出指令是否关闭电磁开关（7）以及开启安装于试验箱璧体内用于降低箱内试验区空气温度的排风扇（6）。

通过计算机（8）提供的人机操作界面可以完成远程操控，同时还可以实时记录试验所监控的各个信息量，所有上述的智能控制均可由计算机界面完成。

本发明的一种土壤腐蚀性加速试验装置在试验中考虑了土壤腐蚀的宏观因素和微电池的影响，使得土壤腐蚀加速试验的腐蚀条件和形貌与实际的腐蚀情况更加贴近；试验区分为两层，使得试验进行时能够充分利用箱体的空间并且也可以根据试验的要求进行相应的改进，铺设多层支架，对实际应用有很大的帮助；本土壤腐蚀加速试验箱的加速效果可观，通过不同含水量土壤的多批次试验可以对不同含水率不同温度下的腐蚀进行研究，从而在短期内对土壤腐蚀性以及金属的耐腐蚀性进行研究分析；通过信息采集系统、LED显示屏、PLC控制模块以及计算机的应用使得本加速装置可以进行远程控制，具有很好的实用性。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (6)

1.一种土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于：

本装置主要由以下装置构成：

整流器，将交流电转换成直流电的装置；

土壤盒，作为土壤容器用于盛放土壤以及金属试片；

加热器，通过加热空气来维持土壤的温度；

温度传感器，测定试验箱下部空气温度；

循环排风扇，将加热器产生的热量通过空气循环均匀分布于试验箱内，所述循环排风扇设于所述试验箱内底部，所述循环排风扇上方设有挡板，所述挡板将所述试验箱内构成循环回路；

排风扇，通过将试验箱内部热空气排出去使试验箱内温度降低；

信息采集系统，负责收集电流表、电阻器和温度传感器的信号；

LED 显示屏，将各个信号通过数字显示出来；

PLC 控制模块，处理收集到的信号并负责向电阻器和电磁开关发出控制指令；

计算机，实时记录电流、温度及电阻数值并提供人机操作界面；

其中，支架每层有3 个土壤盒，共分为两层；所述电流表和电阻器数量也相应的与所述支架的层数对应；

所述整流器用于为两个土壤回路以及加热器回路提供电流，所述土壤盒三个串联一组放置于试验箱下层试验区同一支架上，土壤盒内与导线连接的两端内部设有石墨片将土壤覆盖，所述电流表和电阻器与土壤盒串联并与整流器相连接，所述加热器与电磁开关串联并与整流器构成回路，所述电流表和电阻器以及温度传感器与信息采集系统相连，信息采集系统将得到的信号处理后传送给LED 显示屏，同时将信号给PLC 控制模块，所述PLC控制模块将信号处理后分别对电阻器、电流表和电磁开关发出相关的控制指令，同时将信号传递给计算机上，由计算机实时记录各个信息量并提供人机操作界面。

2.根据权利要求1 所述的土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于土壤盒顶部和底部各开设直径为2mm 的小孔，并于土壤盒内顶部和底部分别放置一大小与土壤盒截面积相同的石墨片，该石墨片与由小孔接过来的导线相连；土壤盒中间放置用于实验的金属试片。

3.根据权利要求1 所述的土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于温度传感器安装于试验箱下层试验区顶部与上层连接处，探头深入所述试验箱下层试验区内50mm，并与信息采集系统相连接。

4.根据权利要求1 所述的土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于循环排风扇与加热器同处一个水平面，串联于加热器回路，规格为80mm ╳ 80mm ╳ 38mm，为箱体内部提供空气循环。

5.根据权利要求1 所述的土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于排风扇直接安装在试验箱下层上部墙壁内，规格为80mm ╳ 80mm ╳ 38mm，与PLC 控制模块直接连接。

6.根据权利要求1-5 任一项所述的土壤腐蚀性加速试验装置，其特征在于，试验箱内分为上下两层，上层为控制区，下层为试验区，试验区共有两层支架用于盛放土壤盒，下层箱体底部安装的循环排风扇与挡板构成的循环回路以及加热器所产生的热量使土壤处于一个温度较为均匀的环境，再通过整流器给土壤施加外加直流电流共同达到加速腐蚀的目的。