CN104062491A - 一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，给多孔薄板式气体腐蚀性探测电池提供200mV基准电压，使其产生腐蚀电流，腐蚀电流检测装置采集并读取腐蚀电流值，通过运用I-V转换技术处理采集电流，累积计算其测量过程中的腐蚀电流平均值，对所得的腐蚀电流平均值采用直线拟合方法校正检测仪器的测量误差，实现准确稳定地检测腐蚀电流值。与现有的腐蚀电流检测方法相比，具有更高的实时性及实用价值。不仅可用于长时间在线检测电池腐蚀电流，使腐蚀电流具有更高的实时性，而且可实现腐蚀电流在线检测领域的附加功能，如本发明提出的阈值设定，电池制作误差修正，在线保存数据等智能化功能，适用于更多的腐蚀电流检测应用场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法。
背景技术
海上采油平台设备和各种金属材料终年处在腐蚀性极强的海洋大气中，遭受严重腐蚀。据生产部门反应，同样材料在平台上使用寿命比陆上要短几倍至几十倍。为制订防大气腐蚀措施提供依据，需要研究大气（相对湿度、温度和盐沉积量）等对碳钢腐蚀的影响规律。
测量金属在气体环境中腐蚀速度的快速方法主要有两种：1、电阻探针，利用金属腐蚀后电阻变化来反映腐蚀状况，数据可靠性差，无法反应瞬间腐蚀速度变化。2.电化学探测电池，通过电池的电流信号来快速反应金属腐蚀速度。本发明涉及该种方法，所以准确高效地检测其腐蚀电流，有着重要意义。
多孔薄板式气体腐蚀探测电池为中国石油大学教授翁永基教授等人研制的一种多孔薄板结构的电化学探测电池，本发明基于该探测电池，对其产生的腐蚀电流进行检测，由于该探测电池输出的腐蚀电流很小，一般在10-9～10-5A之间，且需要根据不同范围的腐蚀电流值自动调节量程，从而对腐蚀电流值进行检测。
在此基础上，不仅需要对不同强度的腐蚀环境设定不同的腐蚀电流阈值，还需要在线准确地保存实时腐蚀电流值。
目前针对多孔薄板式腐蚀探测电池，并需要实现上述多功能的检测方法与仪器几乎没有，综合考虑商业价值及其应用领域，提出基于多孔薄板式气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，如何使用低成本的电子元件，实现多种功能的腐蚀电流高精度测量及在线检测的稳定性是该方法的难点。
发明内容
本发明是针对多孔薄板式腐蚀探测电池多功能的检测的问题，提出了一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，通过运用I-V转换技术、A/D转换技术、低噪声低偏置电流的运算放大器、电子模拟开关及单片机软件编程等方法，实现准确稳定地检测腐蚀电流值。
本发明的技术方案为：一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，具体包括如下步骤：
1）给多孔薄板式气体腐蚀性探测电池提供200mV基准电压，使其产生腐蚀电流，腐蚀电流检测装置采集并读取腐蚀电流值，送液晶屏显示瞬时腐蚀电流值；
2）判断是否需要设定腐蚀电流阈值，不设定腐蚀电流阈值，采集所有腐蚀电流值，如设定腐蚀电流阈值，则超过设定阈值的腐蚀电流值作为采集值，并设定探测电池误差修正值；
3）将步骤2）所得腐蚀电流经I-V转换并放大后，通过A/D转换，得出相应的电压值，再转换成腐蚀电流值显示；
4）将检测到的腐蚀电流值显示于液晶屏，并累积计算其测量过程中的腐蚀电流平均值；
5）对所得的腐蚀电流平均值采用直线拟合方法校正检测仪器的测量误差，并将所测的腐蚀电流值数据保存至SD卡中。
所述步骤2）中判断是否需要设定腐蚀电流阈值，根据腐蚀环境设定不同的腐蚀电流阈值，可选择设定0nA、50nA、500nA其中一个腐蚀电流阈值。
所述步骤2）中设定探测电池误差修正值，探测电池误差修正值为探测电池制作误差校正值。
所述步骤4）中腐蚀电流平均值为测量过程中积分腐蚀电流值大小与测量总时间相除，其公式为： ，腐蚀电流有效测量值为腐蚀电流积分平均值与探测电池误差修正值R乘积，有效值为：，将计算的有效值通过液晶屏显示。
本发明的有益效果在于：本发明气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，与现有的腐蚀电流检测方法相比，具有更高的实时性及实用价值。不仅可用于长时间在线检测电池腐蚀电流，使腐蚀电流具有更高的实时性，而且可实现腐蚀电流在线检测领域的附加功能，如本发明提出的阈值设定，电池制作误差修正，在线保存数据等智能化功能，适用于更多的腐蚀电流检测应用场合。
附图说明
图1为本发明气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测系统结构示意图；
图2为本发明气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法流程图；
图3为本发明气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法数据直线拟合图。
具体实施方式
如图1所示基于多孔薄板式气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测系统结构示意图，包括多孔薄板式气体腐蚀性探测电池1、腐蚀电流检测装置2、200mV基准电压输出口3、信号输入口4及液晶屏5。腐蚀电流检测装置2可检测腐蚀电流值大小，给多孔薄板式气体腐蚀性探测电池1提供200mV基准电压后，在其另一端产生腐蚀电流，经过信号输入口4进入腐蚀电流检测装置2进行检测，之后按照图2所示流程，利用本发明提出的腐蚀电流在线检测方法设定腐蚀电流阈值、电池制作误差修正值，计算积分电流平均值，拟合数据及数据存储等功能。
腐蚀电流检测装置包括可充电锂电池组，腐蚀电流检测部分，SD卡及SD卡模块（SDV600），12864液晶显示模块等。所述的200mV基准电压，由单片机MSP430F169的D/A模块提供，能稳定提供200mV误差1% 的基准电压。
如图2所示气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法流程图，测试步骤如下：
1）给多孔薄板式气体腐蚀性探测电池提供200mV基准电压，使其产生腐蚀电流，腐蚀电流检测装置采集并读取腐蚀电流值，送液晶屏显示瞬时腐蚀电流值；
2）判断是否需要设定腐蚀电流阈值，小于设定阈值的腐蚀电流不进行数据处理与保存，超过设定阈值的腐蚀电流值才参与积分平均计算并保存，并设定探测电池误差修正值；
所述的腐蚀电流阈值包括0nA、50nA、500nA三档，当处于0nA档时，所有的腐蚀电流值均参与积分平均计算并保存；当处于50nA档时，小于50nA的腐蚀电流值不参与平均计算也不保存，超过50nA的腐蚀电流值才参与积分平均计算并保存；当处于500nA档时，小于500nA的腐蚀电流值不参与积分平均计算也不保存，超过500nA的腐蚀电流值才参与积分平均计算并保存。分档设定阈值作用为：通常认为金属在大气的腐蚀只发生在金属表面存在一定厚度连续水膜的条件下，反映在腐蚀电流必须超过某个阈值，通过分段计量和积分可以得到金属表面被一定厚度水膜覆盖的累计时间（称为“湿”时间），以此来比较环境腐蚀性大小，即通过比较超过阈值的腐蚀电流的累计时间来比较环境腐蚀性大小。
3）将所得腐蚀电流经I-V转换并放大后，通过ICL7135芯片A/D转换，结合外部中断与定时器计数，求出该芯片BUSY信号脚的脉冲宽度，得出相应的电压值，再转换成腐蚀电流值显示。
4）将检测到的腐蚀电流值显示于液晶屏，并累积计算其测量过程中的腐蚀电流平均值，对腐蚀电流值进行自动量程切换，切换档位是通过单片机与ADG611芯片与精密运放反相放大的联合控制实现，程序中一共设置了四个档位。过量程信号与欠量程信号由ICL7135芯片的27脚和28脚提供，均为高电平有效。当单片机I/O检测到过量程信号，档位自动切换至低档；当单片机I/O检测到欠量程信号，档位自动切换至高档，并对有效腐蚀电流值进行累加求平均。
5）对所得的腐蚀电流平均值采用直线拟合方法校正检测仪器的测量误差，并将所测的腐蚀电流值等相关数据保存至SD卡中，从而在线检测腐蚀电流，将腐蚀电流值保存至SD卡，在本软件中保存的文件为*.txt形式，SD卡保存程序流程包括读取系统状态、创建TXT文件、打开TXT文件、写入文件、保存文件、关闭文件等环节。
所述的探测电池误差修正值为校正探测电池制作误差所用，通过单片机编程可调范围为0.00~2.99之间，通过该值与腐蚀电流积分平均值相乘所得值为腐蚀电流有效测量值，根据对同类探测电池间最大数据偏差的实验分析，可以满足校正探测电池制作误差。
所述腐蚀电流积分平均值为测量过程中积分电流值大小与测量总时间相除，其公式为：，腐蚀电流有效测量值为腐蚀电流积分平均值与探测电池误差修正值R乘积，其公式为：，将计算的有效值通过液晶屏显示。
所述的直线拟合方法为校正检测仪器测量误差所用，检测仪器测量所得腐蚀电流值线性度与实际腐蚀电流样本值线性度之间存在偏差，将腐蚀电流值线性直线拟合成实际的腐蚀电流样本值线性直线，提高了检测精度。
如图3所示基于多孔薄板式气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法的数据直线拟合图，先求出样本标准值与实际测量值的拟合直线方程，再将实际测量值的拟合直线方程通过线性变换成样本标准值的直线方程。那么腐蚀电流值可以根据线性变换的系数，计算出拟合后的腐蚀电流值，根据图中的直线拟合后的测量值曲线可以看出拟合后的测量值曲线与样本标准值几乎重合，可得出该方法能较好的校正仪器测量误差。
Claims (4)
1.一种气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）给多孔薄板式气体腐蚀性探测电池提供200mV基准电压，使其产生腐蚀电流，腐蚀电流检测装置采集并读取腐蚀电流值，送液晶屏显示瞬时腐蚀电流值；
2）判断是否需要设定腐蚀电流阈值，不设定腐蚀电流阈值，采集所有腐蚀电流值，如设定腐蚀电流阈值，则超过设定阈值的腐蚀电流值作为采集值，并设定探测电池误差修正值；
3）将步骤2）所得腐蚀电流经I-V转换并放大后，通过A/D转换，得出相应的电压值，再转换成腐蚀电流值显示；
4）将检测到的腐蚀电流值显示于液晶屏，并累积计算其测量过程中的腐蚀电流平均值；
5）对所得的腐蚀电流平均值采用直线拟合方法校正检测仪器的测量误差，并将所测的腐蚀电流值数据保存至SD卡中。
2.根据权利要求1所述气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，其特征在于，所述步骤2）中判断是否需要设定腐蚀电流阈值，根据腐蚀环境设定不同的腐蚀电流阈值，可选择设定0nA、50nA、500nA其中一个腐蚀电流阈值。
3.根据权利要求2所述气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，其特征在于，所述步骤2）中设定探测电池误差修正值，探测电池误差修正值为探测电池制作误差校正值。
4.根据权利要求3所述气体腐蚀性探测电池的腐蚀电流在线检测方法，其特征在于，所述步骤4）中腐蚀电流平均值为测量过程中积分腐蚀电流值大小与测量总时间相除，其公式为： ，腐蚀电流有效测量值为腐蚀电流积分平均值与探测电池误差修正值R乘积，有效值为：，将计算的有效值通过液晶屏显示。
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