CN103388149B - 一种牺牲阳极电化学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于腐蚀阴极保护技术领域，涉及一种牺牲阳极电化学性能测试装置，恒温槽通过外接的循环泵与温度控制槽连接，恒温槽内装有恒温液体；循环水管道的一端与恒温槽的顶端固定连接，另一端与温度控制槽出水口连接；温度控制槽内放置有电解槽，电解槽中间固定制有横板，横板上制有阴极铜、参比电极插孔和试样插孔；电解槽中制有通气口，相邻的电解槽之间制有隔板；最右侧的电解槽上开制有电解槽出水口；外接的水流通气装置由可调式多孔増气泵组成；工控机为试验提供开关模块、万用表模块、数据采集模块和测量软件；其总体结构简单，设计原理可靠，使用操作方便，检测精确度好，自动化程度高，环境友好，适用于不同的牺牲阳极材料。

Description

一种牺牲阳极电化学性能测试装置

技术领域:

本发明属于腐蚀阴极保护技术领域，涉及一种牺牲阳极法中对牺牲阳极材料的电化学性能测试设备，特别是一种牺牲阳极电化学性能测试装置，能自动采集电位和电量、校准电流、控制温度和通气，并自动计算测试结果。

背景技术：

腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀，金属发生腐蚀是一种自然的趋势，腐蚀给金属材料造成的直接和间接损失很大，阴极保护是一种重要的金属腐蚀防护措施，其原理是给被保护的金属通以阴极电流，被保护金属发生了阴极极化，腐蚀减缓，根据电流来源不同，阴极保护可分为外加电流法和牺牲阳极法，前者是被保护金属与电源负极相连，后者是被保护金属与电位更负的牺牲阳极相连，牺牲阳极法不需要任何外部电源，应用广泛，对临近结构物产生的杂散电流干扰很小甚至无干扰，阴极保护成本很低，牺牲阳极的输出电流具有一定的自调节能力,保护电流分布均匀,利用率高，且施工安装简单，系统运行期间的维护管理强度低，甚至无需维护，牺牲阳极阴极保护效果与牺牲阳极材料本身的性能有着直接的关系,牺牲阳极材料具有足够负且稳定的开路电位和闭路（工作）电位，理论电容量(消耗单位质量牺牲阳极材料时按照法拉第定律所能产生的电量)大，电流效率(实际电容量与理论电容量的百分比)高，阳极消耗低，表面溶解均匀、不产生局部腐蚀,腐蚀产物松软易脱落,且腐蚀产物无毒,对环境无害；我国现有的牺牲阳极电化学性能试验方法是GB/T17848-1999，该方法规定的牺牲阳极电化学性能实验方法有以下两种：一是常规实验法，即在规定的实验周期内，对阳极试样通以恒定电流，每天测量阳极试样的工作电位，实验结束后，计算阳极试样的实际电容量和电流效率，并观测阳极试样的溶解情况，使用常规实验法可以准确测量牺牲阳极的电化学性能；二是加速实验法，即在规定的实验周期内，按规定的顺序改变阳极试样的电流密度，每天测量阳极试样的工作电位，试样结束后，通过重量变化计算阳极试样的实际电容量和电流效率，并观测阳极试样的溶解情况，对牺牲阳极进行质量评估，加速实验法适用于阳极性能的对比分析；中国专利200420004240.0公开了一种镁牺牲阳极电化学性能测试仪测试牺牲阳极的电化学性能，体积较小，但是该仪器不能控制溶液温度、自动调节并恒定电流，手工程序繁杂，自动化程度较低；国外现有的牺牲阳极电化学性能测试方法包括DNV-RP-B401（2010）、ISO15589-2和ASTM-G97-（2002），这些测试方法与国内的GB/T17848-1999相比，对温度控制、介质通气和电解池容积等测试要求更加严格，但国内外目前尚未见有可实时检测、简单方便、有效准确的牺牲阳极电化学性能测试仪器和检测设备的公开报道。因此，需要设计一种牺牲阳极电化学性能测试装置来检测牺牲阳极的开路电位、闭路电位、电流效率、阳极消耗率和表面溶解均匀性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种牺牲阳极电化学性能测试装置，自动控制采集和存储牺牲阳极的工作电位和开路电位，实现电量的自动采集与存储、电流的自动切换与校准和介质的控温和通气，能自动计算电流效率、电容量和消耗率，自动生成报告和绘制图表，简化手工程序，提高牺牲阳极电化学性能测试的准确度和自动化程度。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括工控机、温度控制槽出水口、循环水管道、温度控制槽进水口、恒温槽、阴极铜、参比电极插孔、试样插孔、横板、隔板、电解槽、温度控制槽、导线和电解槽出水口；恒温槽和温度控制槽电信息连通式组合构成温度控制系统，温度控制系统采用PID自动控制和LED数显，温度范围为1～35℃，偏差为±2℃；恒温槽通过外接的循环泵与温度控制槽连接，恒温槽内装有恒温液体；循环水管道的一端与恒温槽的顶端固定连接，另一端与温度控制槽出水口连接，恒温槽内的恒温液体由温度控制槽进水口流入温度控制槽后再由温度控制槽出水口流出，通过循环水管道循环流入恒温槽内，实现恒温槽内恒温液体的冷热受控和温度均匀；温度控制槽内放置有有机玻璃制成的电解槽，电解槽的容积大于10L，电解槽的个数根据试验需要设定后形成串联并行组合结构，电解槽中间固定制有横板，横板上制有阴极铜、参比电极插孔和试样插孔；电解槽中制有一个通气口，相邻的电解槽之间制有隔板，隔板将相邻的两个电解槽隔开；最右侧的电解槽上开制有电解槽出水口，试验结束后将隔板取出，电解槽中的所有介质通过电解槽出水口流出；外接的水流通气装置由常规结构的可调式多孔増气泵组成，使牺牲阳极材料的腐蚀产物及时脱落到电解槽内的介质中，并提供腐蚀过程中需要的氧气；插有试样的试样插孔通过导线串联到工控机的背板同步线，插有参比电极的参比电极插孔通过导线并联到工控机的背板同步线；工控机为试验提供开关模块、万用表模块、数据采集模块和测量软件，其中，开关模块通过切换通道与各电压测量点电信息连通切换电压测量点，电源模块采用可编程电源模块，提供稳定的电流激励，万用表模块与电流表电信息连通测量电流，数据采集模块采集和存储电压值，测量软件采集和存储实时数据，自动计算电流效率、电容量和消耗率后生成检测报告，并绘制图表。

本发明实现牺牲阳极电化学性能测试的具体工艺过程为：

（1）、将牺牲阳极材料按照DNV-RP-B401（2010）标准方法进行常规的前处理得到密封的试样；

（2）、将密封好的试样和参比电极分别插入到试样插孔和参比电极插孔后分别串联和并联到工控机的背板同步线中；

（3）、采用可编程电源模块，为电路提供稳定的电流激励，用高精度万用表模块测量电路中的电流，然后反馈到工控机中，电流为2mA～150mA连续可调；

（4）、采用数据采集模块采集和存储电位差，电位差经过信号调整后由多路复用电路选择，经放大、ADC模拟和数字转换后读取到单片机，然后经通信发送到工控机，通路为80路可扩展，测试电压范围为-5V～+5V；

（5）、采用电流采样电阻Rs把负载电流IL转换成数字值，然后把电流瞬时值对时间积分计算直流电量Q；

（6）、用工控机内装有的常规的LabVIEW开发的测量软件采集和存储实时数据，自动计算出结果、生成检测报告和绘制图表。

本发明与现有技术相比，其总体结构简单，设计原理可靠，使用操作方便，检测精确度好，自动化程度高，环境友好，适用于不同材料的牺牲阳极材料。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的工控机结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

本实施例的主体结构包括工控机1、温度控制槽出水口2、循环水管道3、温度控制槽进水口4、恒温槽5、阴极铜6、参比电极插孔7、试样插孔8、横板9、隔板10、电解槽11、温度控制槽12、导线13和电解槽出水口14；恒温槽5和温度控制槽12电信息连通式组合构成温度控制系统，温度控制系统采用PID自动控制和LED数显，温度范围为1～35℃，偏差为±2℃；恒温槽5通过外接的循环泵与温度控制槽12连接，恒温槽5内装有恒温液体；循环水管道3的一端与恒温槽5的顶端固定连接，另一端与温度控制槽出水口2连接，恒温槽5内的恒温液体由温度控制槽进水口4流入温度控制槽12后再由温度控制槽出水口2流出，通过循环水管道3循环流入恒温槽5内，实现恒温槽5内恒温液体的冷热受控和温度均匀；温度控制槽12内放置有有机玻璃制成的电解槽11，电解槽11的容积大于10L，电解槽11的个数根据试验需要设定后形成串联并行组合结构，电解槽11中间固定制有横板9，横板9上制有阴极铜6、参比电极插孔7和试样插孔8；电解槽11中制有一个通气口，相邻的电解槽11之间制有隔板10，隔板10将相邻的两个电解槽11隔开；最右侧的电解槽11上开制有电解槽出水口14，试验结束后将隔板10取出，电解槽11中的所有介质通过电解槽出水口14流出；外接的水流通气装置由常规结构的可调式多孔増气泵组成，使牺牲阳极材料的腐蚀产物及时脱落到电解槽5内的介质中，并提供腐蚀过程中需要的氧气；插有试样的试样插孔8通过导线13串联到工控机1的背板同步线，插有参比电极的参比电极插孔7通过导线13并联到工控机1的背板同步线；工控机1为试验提供开关模块、万用表模块、数据采集模块和测量软件，其中，开关模块通过切换通道与各电压测量点电信息连通切换电压测量点，电源模块采用可编程电源模块，提供稳定的电流激励，万用表模块与电流表电信息连通测量电流，数据采集模块采集和存储电压值，测量软件采集和存储实时数据，自动计算电流效率、电容量和消耗率后生成检测报告，并绘制图表。

本实施例实现牺牲阳极电化学性能测试的具体工艺过程为：

（1）、将牺牲阳极材料按照DNV-RP-B401（2010）标准方法进行常规的前处理得到密封的试样；

（2）、将密封好的试样和参比电极分别插入到试样插孔8和参比电极插孔7后分别串联和并联到工控机1的背板同步线中；

（3）、采用可编程电源模块，为电路提供稳定的电流激励，用高精度万用表模块测量电路中的电流，然后反馈到工控机中，电流为2mA～150mA连续可调；

（4）、采用数据采集模块采集和存储电位差，电位差经过信号调整后由多路复用电路选择，经放大、ADC模拟和数字转换后读取到单片机，然后经通信发送到工控机1，通路为80路可扩展，测试电压范围为-5V～+5V；

（5）、采用电流采样电阻Rs把负载电流IL转换成数字值，然后把电流瞬时值对时间积分计算直流电量Q；

（6）、用工控机内装有的常规的LabVIEW开发的测量软件采集和存储实时数据，自动计算出结果、生成检测报告和绘制图表。

实施例1：

本实施例将牺牲阳极材料按照DNV-RP-B401（2010）标准方法进行前处理得到封好的试样，将封好的试样和参比电极分别插入到试样插孔8和参比电极插孔7后用导线13分别串联和并联到工控机的背板同步线中，用4天法进行试验，采用可编程电源模块为电路提供稳定的电流激励，用高精度万用表模块测量电路中的电流后反馈到上位机中，每天的电流设定为21mA，5.6mA，56mA和21mA，每隔24小时切换一次电流，通过数据采集模块采集和存储每天的电压值，96小时后实验结束，将试样进行收样和后期处理；然后打开工控机1的软件实验结果计算表，将牺牲阳极试验的前后重量结果进行填写，软件将自动算出该牺牲阳极的电容量、电流效率和消耗率，并自动生成报告格式；试验过程中控制恒温糟5的温度为20℃，通过循环水管道3把恒温槽5中的水循环到温度控制槽12中，保证试验温度控制槽的温度也为20℃，温度控制系统采用PID自动控制和LED数显，偏差为±2℃，试验结束后将隔板10取出，介质从电解槽出水口14流走。

Claims (2)

1.一种牺牲阳极电化学性能测试装置，其特征在于主体结构包括工控机、温度控制槽出水口、循环水管道、温度控制槽进水口、恒温槽、阴极铜、参比电极插孔、试样插孔、横板、隔板、电解槽、温度控制槽、导线和电解槽出水口；恒温槽和温度控制槽电信息连通式组合构成温度控制系统，温度控制系统采用PID自动控制和LED数显，温度范围为1～35℃，偏差为±2℃；恒温槽通过外接的循环泵与温度控制槽连接，恒温槽内装有恒温液体；循环水管道的一端与恒温槽的顶端固定连接，另一端与温度控制槽出水口连接，恒温槽内的恒温液体由温度控制槽进水口流入温度控制槽后再由温度控制槽出水口流出，通过循环水管道循环流入恒温槽内，实现恒温槽内恒温液体的冷热受控和温度均匀；温度控制槽内放置有有机玻璃制成的电解槽，电解槽的容积大于10L，电解槽的个数根据试验需要设定后形成串联并行组合结构，电解槽中间固定制有横板，横板上制有阴极铜、参比电极插孔和试样插孔；电解槽中制有一个通气口，相邻的电解槽之间制有隔板，隔板将相邻的两个电解槽隔开；最右侧的电解槽上开制有电解槽出水口，试验结束后将隔板取出，电解槽中的所有介质通过电解槽出水口流出；外接的水流通气装置由常规结构的可调式多孔増气泵组成，使牺牲阳极材料的腐蚀产物及时脱落到电解槽内的介质中，并提供腐蚀过程中需要的氧气；插有试样的试样插孔通过导线串联到工控机的背板同步线，插有参比电极的参比电极插孔通过导线并联到工控机的背板同步线；工控机为试验提供开关模块、万用表模块、电源模块、数据采集模块和测量软件，其中，开关模块通过切换通道与各电压测量点电信息连通切换电压测量点，电源模块采用可编程电源模块，提供稳定的电流激励，万用表模块与电流表电信息连通测量电流，数据采集模块采集和存储电压值，测量软件采集和存储实时数据，自动计算电流效率、电容量和消耗率后生成检测报告，并绘制图表。

2.根据权利要求1所述的牺牲阳极电化学性能测试装置，其特征在于采用所述装置实现牺牲阳极电化学性能测试的具体工艺过程为：

(1)、将牺牲阳极材料按照DNV-RP-B401(2010)标准方法进行常规的前处理得到密封的试样；

(2)、将密封好的试样和参比电极分别插入到试样插孔和参比电极插孔后分别串联和并联到工控机的背板同步线中；

(3)、采用可编程电源模块，为电路提供稳定的电流激励，用高精度万用表模块测量电路中的电流，然后反馈到工控机中，电流为2mA～150mA连续可调；

(4)、采用数据采集模块采集和存储电位差，电位差经过信号调整后由多路复用电路选择，经放大、ADC模拟和数字转换后读取到单片机，然后经通信发送到工控机，通路为80路可扩展，测试电压范围为-5V～+5V；

(5)、采用电流采样电阻Rs把负载电流IL转换成数字值，然后把电流瞬时值对时间积分计算直流电量Q；

(6)、用工控机内装有的常规的LabVIEW开发的测量软件采集和存储实时数据，自动计算出结果、生成检测报告和绘制图表。