CN103615964B - 一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置 - Google Patents

一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置，属于薄液膜测试装置领域。本发明所解决的是薄液膜厚度测试装置环境不稳定的问题。本发明采用加入温度控制模块和湿度控制模块实现，具有能提供薄液膜测量所需的稳定测试环境的效果，在稳定环境下，实现更加精准、简洁的测试。

Description

一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置
技术领域
本发明涉及一种基于温度和湿度控制的薄液膜厚度测试装置，特别适用于薄液膜下金属极化曲线测试等腐蚀电化学行为研究领域。
背景技术
金属置于大气环境中时，其表面通常会形成一层极薄的不易看见的湿汽膜(水膜)。当这层水膜达到20-30个分子厚度时，它就变成电化学腐蚀所需要的电解液膜，即薄液膜。针对这种电解液膜的研究首先需要产生厚度稳定的薄液膜，并采用薄液膜测量装置精确测量出薄液膜厚度。然而随着蒸发、吸附和毛状水珠的冷凝，以及温度、湿度的变化，在金属表面产生的薄液膜层会处于“不稳定状态”。如专利文献CN103267488A和CN201335805Y中所述薄液膜测试装置属于在“不稳定状态”下进行测试。本发明设计了一种在薄液膜“稳定状态”下用来检测薄液膜厚度的装置。
测量原理：利用薄液膜的导电性能，当铂针和液膜接触时，电流有一突变，而当铂针接触到金属表面时电流又有一突变，两次电流突变间铂针移动的距离即为液膜厚度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种稳定状态下的薄液膜厚度自动测试装置。
为达到上述目的，所述薄液膜测试装置中包括有机玻璃箱11、检测台10、用于厚度控制的温度控制模块及湿度控制模块(温湿控制模块)、用于厚度测量的自动控制测试模块、人机终端5。
所述温湿度控制模块包括温湿传感器6、数据采集卡4、加热器7、加湿器8及湿汽输送管9。所述温湿控制模块首先分别由温湿传感器6采集信号，然后将该信号传递给数据采集卡4，然后传递给人机终端5，与设定温度值\湿度值比较，当低于上述设定值时，分别对加热器7和加湿器8发出进行加热\加湿指令。所述加热器7位于有机玻璃箱11底部，所述加湿器8经过湿汽输送管9向有机玻璃箱11输送湿汽，所述湿汽输送管9在箱内部分弯折向下。
所述自动控制测试模块包括测量探针2、信号转换放大电路3、数据采集卡4、人机终端5、压电陶瓷致动器(PZT致动器)1、电子螺旋测微头13、活动杆。
所述PZT致动器1的一端与测量探针2连接，另一端与电子螺旋测微头13连接，电子螺旋测微头13然后安装到活动杆上(图1中未给出)。由人机终端5发出指令，控制电子螺旋测微头13和PZT致动器1致动，使得探针2向下移动，然后由软件控制进行厚度测量。
所述人机终端5与数据采集卡4相连，实现测量开始及停止、记录及显示位移曲线。
另外，为实现上述目的对测试装置结构做出了相应改进，改进之处在于：
1、在大容积的有机玻璃箱11内，使电解池12在有机玻璃箱中的位置尽可能远离湿汽输送管9的通入孔位置；
2、将湿汽通过湿汽输送管9直接通入到有机玻璃箱11底部，避免湿汽直接吹到电极表面；
3、适当提高电解池12在有机玻璃箱11中的高度，缩短电极表面与测量窗口间的距离，这样我们既可以在测量窗口上方观察到探针2在电极表面的具体位置，又可以比较容易的进行液膜厚度的控制；
4、减小测试窗口的大小，可供测量探针通过即可。并尽可能用环氧树脂密封，所述测试窗口位于有机玻璃箱11上表面与检测台相对应位置(图中未示出)。
基于本发明构思，可以极大消除周围大气环境对薄液膜的影响，在封闭环境下获取稳定薄液膜并进行相关薄液膜电化学行为的研究实验。
附图说明
图1为环境可控的薄液膜自动检测装置图。
具体实施方式
测试前先用微量注射器将电解液注入检测台10中的电解池12溶液槽中直至覆盖电极达到一定的厚度，打开电源总开关，打开人机终端的液膜厚度自动测定系统，启动加湿器8，结合温湿传感器、调节加湿速度，使液层厚度大体保持不变，获得稳定测试环境，然后利用人机终端5的液膜厚度自动测定系统，探针2便会在软件控制下自动进行液膜厚度的测量，分别读取探针2碰触薄液膜上表面和金属表面时电流值突变时刻的位移，然后由人机终端5自动计算出液膜厚度值。
PZT致动器驱动测量厚度原理如下：人机终端5输出控制模拟信号，该模拟信号通过信号转换放大电路3输出压电陶瓷驱动电压，压电陶瓷驱动电压直接作用在PZT致动器上可得到与电压成线性关系的位移量，同时，对压电陶瓷所产生的位移量进行检测并转化成模拟信号，该模拟信号传送到数据采集卡4，转换为数字信号后，由人机终端5读取，根据探针碰触薄液膜上表面和金属表面传回的两次突变电流信号时间，记录两时刻压电陶瓷的位移量，再进行计算得到薄液膜厚度值，从而硬件上构成了控制系统的闭环。
一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置，包括有机玻璃箱11、检测台10、温湿控制模块、自动控制测试模块，其特征在于所述温湿控制模块包括温湿传感器6、数据采集卡4、加热器7、加湿器8及湿汽输送管9，所述的检测台10位于有机玻璃箱11内远离湿汽输送管9的一侧，靠近有机玻璃箱11的上表面与有机玻璃箱11上表面的测试窗口位置相对应，所述的湿汽输送管9在箱内部分的出汽口朝向下方，所述的加热器7位于有机玻璃箱11底部，所述温湿控制模块首先由温湿传感器6采集信号，然后将该信号传递给数据采集卡4，然后传递给人机终端5，与设定温度值\湿度值比较，当低于上述设定温度值\湿度值时，分别对加热器7和加湿器8发出进行加热\加湿指令，所述自动控制测试模块包括测量探针2、信号转换放大电路3、数据采集卡4、人机终端5、压电陶瓷致动器1、电子螺旋测微头13、活动杆，所述压电陶瓷致动器1一端与测量探针2连接，另一端与电子螺旋测微头13连接，电子螺旋测微头13然后安装到活动杆上，由人机终端5发出指令，控制电子螺旋测微头13和压电陶瓷致动器1致动，使得测量探针2向下移动，分别读取测量探针2碰触薄液膜上表面和金属表面时电流值突变时刻的位移，然后由人机终端5自动计算出液膜厚度值。
最后说明，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案某些或者全部技术特征进行修改或者/和等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种环境可控的薄液膜厚度自动测量装置，包括有机玻璃箱(11)、检测台(10)、温湿控制模块、自动控制测试模块，其特征在于所述温湿控制模块包括温湿传感器(6)、数据采集卡(4)、加热器(7)、加湿器(8)及湿汽输送管(9)，所述的检测台(10)位于有机玻璃箱(11)内远离湿汽输送管(9)的一侧，靠近有机玻璃箱(11)的上表面与有机玻璃箱(11)上表面的测试窗口位置相对应，所述的湿汽输送管(9)在箱内部分的出汽口朝向下方，所述的加热器(7)位于有机玻璃箱(11)底部，所述温湿控制模块首先由温湿传感器(6)采集信号，然后将该信号传递给数据采集卡(4)，然后传递给人机终端(5)，与设定温度值\湿度值比较，当低于上述设定温度值\湿度值时，分别对加热器(7)和加湿器(8)发出进行加热\加湿指令，所述自动控制测试模块包括测量探针(2)、信号转换放大电路(3)、数据采集卡(4)、人机终端(5)、压电陶瓷致动器(1)、电子螺旋测微头(13)、活动杆，所述压电陶瓷致动器(1)一端与测量探针(2)连接，另一端与电子螺旋测微头(13)连接，电子螺旋测微头(13)然后安装到活动杆上，由人机终端(5)发出指令，控制电子螺旋测微头(13)和压电陶瓷致动器(1)致动，使得测量探针(2)向下移动，分别读取测量探针(2)碰触薄液膜上表面和金属表面时电流值突变时刻的位移，然后由人机终端(5)自动计算出液膜厚度值。
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