CN103668223A

CN103668223A - 牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置

Info

Publication number: CN103668223A
Application number: CN201310603927.XA
Authority: CN
Inventors: 王海涛; 刘雪雷; 王辉; 刘光洲; 许舒
Original assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Current assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103668223B

Abstract

本发明涉及一种牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，包括制冷控温单元，用来控制海水介质的水温；数据采集单元，实现牺牲阳极工作电位、温度、盐度的自动采集，并实现牺牲阳极在整个实验周期内电量记录；数据传输单元，通过无线通讯模块传输数据采集单元所收集的牺牲阳极工作电位、温度、盐度参数，实现远程数据收集与远程控制；试验容器单元，提供牺牲阳极所需的温度环境和海水流速要求，使牺牲阳极构成水路回路。本发明的优点是：可以满足牺牲阳极长期低温电化学性能检测的试验要求，可以进行不同温度、不同流量、不同阳极电流密度的电化学性能试验。

Description

牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置

技术领域

本发明属于腐蚀与防护领域，涉及一种牺牲阳极的电化学性能检测装置。

背景技术

牺牲阳极的电化学性能是衡量阳极是否合格最重要的指标，它涉及开路电位、工作电位、电容量等电化学性能参数指标，目前采用电化学性能测试方法主要是依据国家标准GB17848-1999《牺牲阳极电化学性能检测方法》，此标准中主要是针对短期试验而设计的，有4天法和10天法，所采用的试验装置是采用烧杯串联的方式进行试验，试验中需要人工调整电流大小和测试阳极电位，自动化程度较低，并且试验温度是在室温条件下进行，不能进行低温环境下的牺牲阳极电化学性能试验。目前，通常进行低温的牺牲阳极电化学性能试验，需要把所有试验容器放置在低温试验箱中，虽然解决了低温控制的问题，但是此方法仅适用于短期试验，无法满足长期低温试验条件，因为牺牲阳极长期电化学性能试验需要在一定海水流速下进行试验，而非静水状态下，这样就必须将各个电解池的水路进行连通，从而带来了另一个问题，就是牺牲阳极之间的电场干扰。牺牲阳极间的电场干扰会极大的影响其电化学性能的检测结果，不能准确反映牺牲阳极真实的电化学性能。

发明内容

本装置是为了解决由于电解池水路连通而导致牺牲阳极间电场干扰影响电化学性能测量，研制出一套可以长期准确控温，实现自动定时采集电量、电位、水温和盐度等参数，满足不同温度、不同流速和不同电流密度检测要求的，具备较高自动化程度的牺牲阳极低温电化学性能测试装置。

本发明的技术方案是：一种牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，包括制冷控温单元，用来控制海水介质的水温；数据采集单元，实现牺牲阳极工作电位、温度、盐度的自动采集，并实现牺牲阳极在整个实验周期内电量记录；数据传输单元，通过无线通讯模块传输数据采集单元所收集的牺牲阳极工作电位、温度、盐度参数，实现远程数据收集与远程控制；试验容器单元，提供牺牲阳极所需的温度环境和海水流速要求，使牺牲阳极构成水路回路。

所述的制冷控温单元包括水箱（1）、蒸发器（4）、冷凝器（6）、膨胀阀（8）、压缩机（5）、海水泵（3）、温度传感器（9）和制冷控温面板（7），所述的水箱（1）上设置有与蒸发器（4）出液口连接的上管道，以及与蒸发器进液口连接的下管道；所述的温度传感器（9）安装在上管道上，该温度传感器（9）与制冷控温面板（7）连接；

所述的下管道上依次安装有蝶阀（2）和海水泵（3），所述的蒸发器（4）、压缩机（5）、冷凝器（6）、膨胀阀（8）之间形成两个回路，分别是需冷却的海水回路和制冷回路，所述的制冷回路通过制冷控温面板（7）控制制冷。

所述的数据采集单元包括接线箱（17）、数据采集器（19）、标准电阻（28）、多通道恒流源（18）、参比电极（27）、温度探头（16）、盐度计（14）、蓄电池（22）和交流充电器（23），所述的参比电极（27）、盐度计（14）和温度探头（16）通过导线与接线箱（17）内的数据采集器（19）连接，标准电阻（28）放置于接线箱（17）内，每个牺牲阳极与多通道恒流源（18）的一路恒流输出端组成一个串联回路，在每一串联回路中均串联有标准电阻（28），该标准电阻（28）通过数据采集器（19）采集标准电阻（28）两端的电位差，所述的数据采集器（19）采用蓄电池（22）供电，由交流充电器（23）给蓄电池（22）充电。

所述的数据传输单元包括无线通讯模块（20）和计算机（21），数据采集器（19）所收集的电位、温度、盐度参数通过无线通讯模块（20）传输至计算机（21）。

所述的试验容器单元包括试验容器（15）、阴极桶（25）、电场屏蔽装置（24）、牺牲阳极（26）、阳极导电杆、鼓泡装置（10）、流量计（12）、磁力泵（11）和电磁阀（13），所述的试验容器（15）为数个，相邻的试验容器（15）之间通过Z型管道连接，每一试验容器（15）内均安装有阴极桶（25）、阳极导电杆、牺牲阳极（26）、参比电极（27），所述的阴极桶（25）、牺牲阳极（26）和参比电极（27）均通过导线与接线箱（17）内的数据采集器（19）连接，牺牲阳极（26）和参比电极（27）位于阴极桶（25）的内部，最外侧的试验容器（15）底部的一侧设置有与水箱（1）底部一侧连通的第一管道，所述的第一管道上依次串接有盐度计（14）、电磁阀（13）、流量计（12）和磁力泵（11），最内侧的试验容器（15）的上部的一侧设置有与水箱上部一侧连通的第二管道，所述的第二管道上安装有温度探头（16）；鼓泡装置（10）位于水箱（1）内；所述的牺牲阳极（26）固定安装在阳极导电杆上；在每一试验容器（15）的进水口和出水口处均安装有电场屏蔽装置（24）。

所述的牺牲阳极（26），阴极桶（25），标准电阻（28）和多通道恒流源（18）组成串联回路，同时标准电阻（28）与数据采集器（19）的H₁和L₁端子连接，测量标准电阻（28）两端的电位差，进而得到牺牲阳极串联回路中的电流大小，通过计算机（21）计算得到试验周期内的总电量；牺牲阳极（26）和参比电极（27）分别与数据采集器（19）的H₂和L₂端子连接，实时测量和记录牺牲阳极的工作电位；盐度计（14）与数据采集器（19）的12V、C₁和G端子连接，测量和记录试验海水的盐度；温度探头（16）与数据采集器（19）的12V、C₂和G端子连接，测量和记录试验海水的温度；数据采集器（19）的RS232端子与无线通讯模块（20）连接，通过用GPRS、GSM公用网络，将数据采集器所采集的所有数据信息传输到计算机上；无线通讯模块（20）的电源供给由蓄电池（22）供给。

所述的电场屏蔽装置由屏蔽网（32）、垫圈（33）、外接头（34）、内接头（35）组成，所述的外接头（34）的凹槽内安装有屏蔽网（32）和垫圈（33），在屏蔽网（32）的两侧分别安装有垫圈（33），所述的内接头（35）与外接头（34）螺纹配合，并将外接头（34）内的屏蔽网（32）和垫圈（33）压紧，屏蔽网（32）通过外接头（34）上端的小孔连接导线，每一电场屏蔽装置的导线连接后接地线，起到屏蔽电场干扰的作用。

所述的试验容器（15）包括桶体（30）和桶盖（29）两部分，桶体（30）顶部有外螺纹和硅胶垫片，桶盖（29）有内螺纹，和桶体（30）紧密连接，在桶盖（29）顶部预留三个通孔，这三个通孔分别穿入用来连接阳极导电杆（31）、参比电极（27）和阴极桶（25）的接线，每个孔都设置有内螺纹。

本发明的优点是：可以满足牺牲阳极长期低温电化学性能检测的试验要求，可以进行不同温度、不同流量、不同阳极电流密度的电化学性能试验。通过制冷控温单元实现对试验介质水温的控制，控温范围：-3～15℃，控制精度为±0.5℃；通过调节阀门，进而控制磁力泵的流量，流量范围：100～2000L/h；通过多通道恒流源给牺牲阳极输出直流电，每路输出电流：0.005～2A连续可调；通过数据采集单元，可以自动记录牺牲阳极的开路电位、工作电位、电量、海水温度和盐度值，实现以上数据参数的自动、定时采集；通过数据传输单元回收采集数据到计算机上，采用无线通讯模块实现远程控制和监控设备所处的状态，本装置最多可以同时进行128个牺牲阳极试样的低温电化学性能试验。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是图1中试验容器单元的结构示意图；

图3是数据采集单元、数据传输单元和试验容器单元的电气连接线路原理示意图；

图4 是图1中电场屏蔽装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内

参见图1至图4，本发明涉及一种牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，包括制冷控温单元，用来控制海水介质的水温；数据采集单元，实现牺牲阳极工作电位、温度、盐度的自动采集，并实现牺牲阳极在整个实验周期内电量记录；数据传输单元，通过无线通讯模块传输数据采集单元所收集的牺牲阳极工作电位、温度、盐度参数，实现远程数据收集与远程控制；试验容器单元，提供牺牲阳极所需的温度环境和海水流速要求，使牺牲阳极构成水路回路。

所述的制冷控温单元包括水箱1、蒸发器4、冷凝器6、膨胀阀8、压缩机5、海水泵3、温度传感器9和制冷控温面板7，所述的水箱1上设置有与蒸发器4出液口连接的上管道，以及与蒸发器进液口连接的下管道；所述的温度传感器9安装在上管道上，该温度传感器9与制冷控温面板7连接；所述的下管道上依次安装有蝶阀2和海水泵3，所述的蒸发器4、压缩机5、冷凝器6、膨胀阀8之间形成两个回路，分别是需冷却的海水回路和制冷回路，所述的制冷回路通过制冷控温面板7控制制冷。

其中，需冷却的海水回路为：通过海水泵3抽取水箱1中的海水进入蒸发器4的，海水在蒸发器4中将热量传递给冷凝铜管中制冷剂，实现热量交换，海水经冷却后再回到水箱4；制冷回路为：经制冷剂在蒸发器4内吸收海水的热量并汽化成蒸汽，压缩机5不断地将产生的蒸汽从蒸发器4中抽出，并进行压缩，经压缩后的高温、高压蒸汽被送到冷凝器6后向空气放热冷凝成高压液体，在经膨胀阀8节流降压后进入蒸发器4，再次汽化，吸收海水的热量，如此周而复始地循环，直到温度传感器9检测到已达到所需控制温度，制冷控温面板7会下达命令停止制冷回路工作，当水温偏离设定水温0.5℃后，制冷控温面板7会重新启动制冷回路，如此循环，达到制冷控温的目的。

所述的数据采集单元包括接线箱17、数据采集器19、标准电阻28、多通道恒流源18、参比电极27、温度探头16、盐度计14、蓄电池22和交流充电器23，所述的参比电极27、盐度计14和温度探头16通过导线与接线箱17内的数据采集器19连接，标准电阻28放置于接线箱17内，每个牺牲阳极26与多通道恒流源18的一路恒流输出端组成一个串联回路，在每一串联回路中均串联有标准电阻28，该标准电阻28通过数据采集器19采集标准电阻28两端的电位差，所述的数据采集器19采用蓄电池22供电，由交流充电器23给蓄电池22充电。

牺牲阳极26的工作电位的记录是由参比电极27测量，试验温度是由温度探头16测量，盐度的测量是由盐度计14测量，它们与数据采集器的端口连接，实现以上参数的自动记录。每个牺牲阳极所消耗的电量的记录是每个牺牲阳极与多通道的恒流源的一路恒流输出端组成一个串联回路，在每个回路中串联一个已知电阻值的标准电阻（一般为1Ω），然后测量标准电阻两端的电位差，电位除以电阻即得每个牺牲阳极回路的电流值，待试验结束后，用电流对时间进行积分，即可得到整个实验过程中的每个牺牲阳极的电量。数据采集器19最多可采集256组电位差数据，数据采集器9使用的电压为12V。

所述的数据传输单元包括无线通讯模块（20）和计算机（21），数据采集器（19）所收集的电位、温度、盐度参数通过无线通讯模块（20）传输至计算机（21），无线通讯模块采用GPRS、GSM等公用网络，可以实现远程数据收集与远程控制。

所述的试验容器单元包括试验容器15、阴极桶25、电场屏蔽装置24、牺牲阳极26、阳极导电杆31、鼓泡装置10、流量计12、磁力泵11和电磁阀13，所述的试验容器15为数个，相邻的试验容器15之间通过Z型管道连接，每一试验容器15内均安装有阴极桶25、阳极导电杆31、牺牲阳极26、参比电极27，所述的阴极桶25、牺牲阳极26和参比电极27均通过导线与接线箱17内的数据采集器19连接，牺牲阳极26和参比电极27位于阴极桶25的内部，最外侧的试验容器15底部的一侧设置有与水箱1底部一侧连通的第一管道，所述的第一管道上依次串接有盐度计14、电磁阀13、流量计12和磁力泵11，最内侧的试验容器15的上部的一侧设置有与水箱1上部一侧连通的第二管道，所述的第二管道上安装有温度探头16；鼓泡装置10位于水箱1内；所述的牺牲阳极26固定安装在阳极导电杆31上；在每一试验容器15的进水口和出水口处均安装有电场屏蔽装置24，每个屏蔽装置24通过导线连接后接地线。

电场屏蔽装置24的作用是防止每个牺牲阳极电场回路相互干扰，影响阳极的电流密度。所述的电场屏蔽装置由屏蔽网（32）、垫圈（33）、外接头（34）、内接头（35）组成，所述的外接头（34）的凹槽内安装有屏蔽网（32）和垫圈（33），在屏蔽网（32）的两侧分别安装有垫圈（33），所述的内接头（35）与外接头（34）螺纹配合，并将外接头（34）内的屏蔽网（32）和垫圈（33）压紧，保证不漏水，屏蔽网（32）通过外接头（34）上端的小孔连接导线，每一电场屏蔽装置的导线连接后接地线，起到屏蔽电场干扰的作用，其中屏蔽网（32）采用耐腐蚀金属材料(如钛合金、不锈钢等)，其结构为网状结构，便于海水流通，减小阻力；垫圈采用橡胶材料，安装与屏蔽网的两侧，主要起到密封作用；外接头（34）和内接头（35）采用UPVC或者聚四氟乙烯材料。

水箱1主要是用来连接制冷控温单元的蒸发器，盛放待冷却的海水介质，给试验容器供给海水；

鼓泡装置10（常规技术）位于水箱内，主要作用是给海水充氧，使海水中含有丰富溶解氧，可根据试验要求开启。

流量计12可根据不同试验要求，通过调节阀门，控制海水的流量；

磁力泵11主要是用来抽取水箱1中的海水给试验容器供水；

阴极桶25是为了和阳极组成电场回路，并且要求其面积是阳极暴露面积50倍以上。

阳极导电杆31主要是连接和固定牺牲阳极26作用。

所述的牺牲阳极26，阴极桶25，标准电阻28和多通道恒流源18组成串联回路，同时标准电阻28与数据采集器19的H₁和L₁端子连接，测量标准电阻28两端的电位差，进而得到牺牲阳极串联回路中的电流大小，通过计算机21计算得到试验周期内的总电量；牺牲阳极26和参比电极27分别与数据采集器19的H₂和L₂端子连接，实时测量和记录牺牲阳极的工作电位；盐度计14与数据采集器19的12V、C₁和G端子连接，测量和记录试验海水的盐度；温度探头16与数据采集器19的12V、C₂和G端子连接，测量和记录试验海水的温度。数据采集器19的RS232端子与无线通讯模块20连接，通过用GPRS、GSM公用网络，将数据采集器所采集的所有数据信息传输到计算机上；无线通讯模块20的电源供给由蓄电池22供给。

所述的试验容器15包括桶体30和桶盖29两部分，桶体30顶部有外螺纹和硅胶垫片，桶盖29有内螺纹，和桶体30紧密连接，在桶盖29顶部预留三个通孔，这三个通孔分别穿入用来连接阳极导电杆（31）、参比电极27和阴极桶25的接线，每个孔都设置有内螺纹；所述的桶体30和桶盖29采用透明亚克力材质制成。

使用本发明后，可以满足牺牲阳极长期低温电化学性能检测的试验要求，可以进行不同温度、不同流量、不同阳极电流密度的电化学性能试验。通过制冷控温单元实现对试验介质水温的控制，控温范围：-3～15℃，控制精度为±0.5℃；通过调节电磁阀，进而控制磁力泵的流量，流量范围：100～2000L/h；通过多通道恒流源给牺牲阳极输出直流电，每路输出电流：0.005～2A连续可调；通过数据采集单元，可以自动记录牺牲阳极的开路电位、工作电位、电量、海水温度和盐度值，实现以上数据参数的自动、定时采集；通过数据传输单元回收采集数据到计算机上，采用无线通讯模块实现远程控制和监控设备所处的状态。本装置最多可以同时进行128个牺牲阳极试样的低温电化学性能试验。

Claims

1.一种牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，包括制冷控温单元，用来控制海水介质的水温；数据采集单元，实现牺牲阳极工作电位、温度、盐度的自动采集，并实现牺牲阳极在整个实验周期内电量记录；数据传输单元，通过无线通讯模块传输数据采集单元所收集的牺牲阳极工作电位、温度、盐度参数，实现远程数据收集与远程控制；试验容器单元，提供牺牲阳极所需的温度环境和海水流速要求，使牺牲阳极构成水路回路。

2.根据权利要求1所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的制冷控温单元包括水箱（1）、蒸发器（4）、冷凝器（6）、膨胀阀（8）、压缩机（5）、海水泵（3）、温度传感器（9）和制冷控温面板（7），所述的水箱（1）上设置有与蒸发器（4）出液口连接的上管道，以及与蒸发器进液口连接的下管道；所述的温度传感器（9）安装在上管道上，该温度传感器（9）与制冷控温面板（7）连接；

3.根据权利要求1所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的数据采集单元包括接线箱（17）、数据采集器（19）、标准电阻（28）、多通道恒流源（18）、参比电极（27）、温度探头（16）、盐度计（14）、蓄电池（22）和交流充电器（23），所述的参比电极（27）、盐度计（14）和温度探头（16）通过导线与接线箱（17）内的数据采集器（19）连接，标准电阻（28）放置于接线箱（17）内，每个牺牲阳极与多通道恒流源（18）的一路恒流输出端组成一个串联回路，在每一串联回路中均串联有标准电阻（28），该标准电阻（28）通过数据采集器（19）采集标准电阻（28）两端的电位差，所述的数据采集器（19）采用蓄电池（22）供电，由交流充电器（23）给蓄电池（22）充电。

4.根据权利要求1所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的数据传输单元包括无线通讯模块（20）和计算机（21），数据采集器（19）所收集的电位、温度、盐度参数通过无线通讯模块（20）传输至计算机（21）。

5.根据权利要求3所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的试验容器单元包括试验容器（15）、阴极桶（25）、电场屏蔽装置（24）、牺牲阳极（26）、阳极导电杆、鼓泡装置（10）、流量计（12）、磁力泵（11）和电磁阀（13），所述的试验容器（15）为数个，相邻的试验容器（15）之间通过Z型管道连接，每一试验容器（15）内均安装有阴极桶（25）、阳极导电杆、牺牲阳极（26）、参比电极（27），所述的阴极桶（25）、牺牲阳极（26）和参比电极（27）均通过导线与接线箱（17）内的数据采集器（19）连接，牺牲阳极（26）和参比电极（27）位于阴极桶（25）的内部，最外侧的试验容器（15）底部的一侧设置有与水箱（1）底部一侧连通的第一管道，所述的第一管道上依次串接有盐度计（14）、电磁阀（13）、流量计（12）和磁力泵（11），最内侧的试验容器（15）的上部的一侧设置有与水箱上部一侧连通的第二管道，所述的第二管道上安装有温度探头（16）；鼓泡装置（10）位于水箱（1）内；所述的牺牲阳极（26）固定安装在阳极导电杆上；在每一试验容器（15）的进水口和出水口处均安装有电场屏蔽装置（24）。

6.根据权利要求5所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的牺牲阳极（26），阴极桶（25），标准电阻（28）和多通道恒流源（18）组成串联回路，同时标准电阻（28）与数据采集器（19）的H₁和L₁端子连接，测量标准电阻（28）两端的电位差，进而得到牺牲阳极串联回路中的电流大小，通过计算机（21）计算得到试验周期内的总电量；牺牲阳极（26）和参比电极（27）分别与数据采集器（19）的H₂和L₂端子连接，实时测量和记录牺牲阳极的工作电位；盐度计（14）与数据采集器（19）的12V、C₁和G端子连接，测量和记录试验海水的盐度；温度探头（16）与数据采集器（19）的12V、C₂和G端子连接，测量和记录试验海水的温度；数据采集器（19）的RS232端子与无线通讯模块（20）连接，通过用GPRS、GSM公用网络，将数据采集器所采集的所有数据信息传输到计算机上；无线通讯模块（20）的电源供给由蓄电池（22）供给。

7.根据权利要求5所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的电场屏蔽装置由屏蔽网（32）、垫圈（33）、外接头（34）、内接头（35）组成，所述的外接头（34）的凹槽内安装有屏蔽网（32）和垫圈（33），在屏蔽网（32）的两侧分别安装有垫圈（33），所述的内接头（35）与外接头（34）螺纹配合，并将外接头（34）内的屏蔽网（32）和垫圈（33）压紧，屏蔽网（32）通过外接头（34）上端的小孔连接导线，每一电场屏蔽装置的导线连接后接地线，起到屏蔽电场干扰的作用。

8.根据权利要求5所述的牺牲阳极长期低温电化学性能测试装置，其特征在于，所述的试验容器（15）包括桶体（30）和桶盖（29）两部分，桶体（30）顶部有外螺纹和硅胶垫片，桶盖（29）有内螺纹，和桶体（30）紧密连接，在桶盖（29）顶部预留三个通孔，这三个通孔分别穿入用来连接阳极导电杆（31）、参比电极（27）和阴极桶（25）的接线，每个孔都设置有内螺纹。