CN104233313B - 一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于涉海电化学传感器制备领域，具体地说是一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器。包括电位传感器外壳、银/氯化银探头、高纯锌探头及对接法兰，其中电位传感器外壳为中空结构，银/氯化银探头和高纯锌探头分别设置于电位传感器外壳的腔体内一端，对接法兰设置于电位传感器外壳的底端，对接法兰上设有导线引出孔，银/氯化银探头引出导线的一端与银/氯化银探头连接，高纯锌探头引出导线的一端与高纯锌探头连接，银/氯化银探头引出导线和高纯锌探头引出导线的另一端从对接法兰上的导线引出孔引出，电位传感器外壳的腔体内部通过环氧树脂填充密封。本发明能够有效地对阴极保护效果的进行实时监测，提供准确监测数据，而且具有良好的稳定性和寿命长等优点。

Description

一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器

技术领域

本发明属于涉海电化学传感器制备领域，具体地说是一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，适用于海洋环境金属材料的腐蚀电位测定，以及海洋钢桩桥梁、码头、石油平台的阴极保护的实时监测。

背景技术

海水是一种强腐蚀性天然介质，钢结构在海水介质中的腐蚀破坏，对构筑物的安全运行构成严重的威胁。阴极保护是控制海洋水下钢结构腐蚀的主要措施，阴极保护的合理设计和正常运行，能有效地控制腐蚀引起的破坏，防止海水腐蚀疲劳，降低裂纹的生长速度，延长疲劳寿命。在阴极保护中，判断金属构筑物是否达到完全保护，要借助参比电极测量金属的保护电位。因此，研制先进的现场实时监测技术和测试传感器，可保证重大结构工程长期服役的可靠性和安全性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器。该电位传感器能够有效地对阴极保护效果的进行实时监测，提供准确监测数据。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，包括电位传感器外壳、银/氯化银探头、银/氯化银探头引出导线、高纯锌探头、高纯锌探头引出导线及对接法兰，其中电位传感器外壳为中空结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头设置于电位传感器外壳的腔体内一端，所述对接法兰设置于电位传感器外壳的底端，所述对接法兰上设有导线引出孔，所述银/氯化银探头引出导线和高纯锌探头引出导线设置于电位传感器外壳内，所述银/氯化银探头引出导线的一端与银/氯化银探头连接，所述高纯锌探头引出导线的一端与高纯锌探头连接，所述银/氯化银探头引出导线和高纯锌探头引出导线的另一端从对接法兰上的导线引出孔引出，所述电位传感器外壳的腔体内部通过环氧树脂填充密封。

所述电位传感器外壳的横截面为T型结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头分别设置于所述T型结构的头部两侧，所述对接法兰设置于所述T型结构的尾部。

所述高纯锌探头呈圆柱状，包括高纯锌电极和高纯锌探头外壳，其中高纯锌电极设置于高纯锌探头外壳内、并通过环氧树脂封装，所述高纯锌电极引出导线与高纯锌电极连接。所述高纯锌探头外壳的材质采用聚四氟乙烯。所述高纯锌电极的工作面为光滑表面，所述高纯锌电极的质量不小于500g。

所述银/氯化银探头包括银/氯化银探头外壳、打孔的铜板、压紧盖、银/氯化银电极及pvc管，其中银/氯化银电极通过环氧树脂封装于pvc管内，所述装有银/氯化银电极的pvc管设置于银/氯化银探头外壳内，所述银/氯化银探头外壳内部设有位于银/氯化银电极外侧的打孔的铜板，所述打孔的铜板的外侧设有环形的压紧盖，所述银/氯化银电极引出导线的一端由银/氯化银探头外壳的底部穿入银/氯化银探头外壳内、并与银/氯化银电极连接。

所述银/氯化银电极为由银和氯化银混合粉末压制而成的压片，其中氯化银的质量百分含量为18～32％，银的质量百分含量为68～82％。所述银/氯化银电极的工作面为光滑表面。所述银/氯化银探头外壳的材质采用聚四氟乙烯，所述电位传感器外壳的材质采用金属外壳。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明使用性能稳定的高纯锌电极(≥99.999％)和银/氯化银参比电极双电极体系，两个电极之间可以实现相互矫正和补充，从而使本电位传感器具有良好的稳定性和寿命长等优点。同时，具有长效、耐压、抗震、防污损生物附着等优点。

2.本发明制备工艺简单，操作简便，性能可靠。

3.本发明能够有效地对阴极保护效果的进行实时监测，提供准确监测数据。

4.本发明采用银/氯化银参比电极，其本身具有稳定的重现的可逆电极电位，使其电位稳定、重现性好，这也使电位传感器稳定性好、寿命更长。经过严格的测试，该电位传感器的测定的数据准确，性能优良，符合国际船检机构的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中银/氯化银探头外壳的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明中高纯锌探头外壳的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为本发明中打孔的铜板的结构示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为本发明中压紧盖的结构示意图；

图9为图8的侧视图；

图10为本发明中对接法兰的结构示意图；

图11为图10的侧视图。

其中：1为电位传感器外壳，2为银/氯化银外壳，3为打孔的铜板，4为压紧盖，5为银/氯化银电极，6为银/氯化银探头引出导线，7为高纯锌电极，8为高纯锌电极外壳，9为固定螺丝，10为环氧树脂，11为对接法兰，12为高纯锌探头引出导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1-11所示，本发明包括包括电位传感器外壳1、银/氯化银探头、银/氯化银探头引出导线6、高纯锌探头、高纯锌探头引出导线12及对接法兰11，其中电位传感器外壳1为中空结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头设置于电位传感器外壳1的腔体内一端，所述对接法兰11设置于电位传感器外壳1的另一端，所述对接法兰11上设有导线引出孔，所述银/氯化银探头引出导线6和高纯锌探头引出导线12设置于电位传感器外壳1内，所述银/氯化银探头引出导线6的一端与银/氯化银探头连接，所述高纯锌探头引出导线12的一端与高纯锌探头连接，所述银/氯化银探头引出导线6和高纯锌探头引出导线12的另一端从对接法兰11上的导线引出孔引出，所述电位传感器外壳1的腔体内部通过环氧树脂填充密封。

所述电位传感器外壳1的横截面为T型结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头分别设置于所述T型结构的头部两侧，所述对接法兰11设置于所述T型结构的尾部，所述银/氯化银探头引出导线6和高纯锌探头引出导线12从所述T型结构的尾部引出。

所述高纯锌探头呈圆柱状，包括高纯锌电极7和高纯锌探头外壳8，其中高纯锌电极7设置于高纯锌探头外壳8内、并通过环氧树脂封装，所述高纯锌电极引出导线12与高纯锌电极7连接。所述高纯锌探头外壳8的材质采用聚四氟乙烯，所述高纯锌电极7的工作面为光滑表面，所述高纯锌电极7的质量不小于500g。

所述银/氯化银探头包括银/氯化银探头外壳2、打孔的铜板3、压紧盖4、银/氯化银电极5及pvc管，其中银/氯化银电极5通过环氧树脂封装于pvc管内，所述装有银/氯化银电极5的pvc管设置于银/氯化银探头外壳2内，所述银/氯化银探头外壳2内部设有位于银/氯化银电极5外侧的打孔的铜板3，所述打孔的铜板3的外侧设有环形的压紧盖4，所述银/氯化银电极引出导线6的一端由银/氯化银探头外壳2的底部穿入与银/氯化银电极5连接。

所述银/氯化银电极5为由银和氯化银混合粉末压制而成的压片，其中氯化银的质量百分含量为18～32％，银的质量百分含量为68～82％。所述银/氯化银探头外壳2的材质采用聚四氟乙烯，所述银/氯化银电极5的工作面为光滑表面。所述电位传感器外壳1的材质采用金属外壳，如碳钢、不锈钢等。

本发明的制备方法是：

a.选用高纯锌(≥99.999％)制备锌电极，高纯锌电极7呈圆柱状用环氧树脂封装在聚四氟乙烯材质的银/氯化银探头外壳2中。工作面需要用2000号金相砂纸打磨，然后用乙醇将工作面擦拭至表面光洁。而制备好的高纯锌电极7质量应不小于500g。对制备好后的电极进行海水长期浸泡实验。经过50天的浸泡测试实验，电极电位随时间变化十分稳定。待测试稳定后密封在聚四氟乙烯加工的高纯锌探头外壳8中。

b.采用固相法制备银/氯化银电极5，把银粉末和氯化银粉末加入搅拌机，其中，氯化银的质量百分含量为18-32％，银的质量百分含量为68-82％，通过机械搅拌将粉末混合均匀。再根据实际的需要取混合均匀的粉末加入压片模具进行压片，最后用环氧树脂封装在pvc管中，对制备好后的电极进行海水长期浸泡实验。经过50天的浸泡测试实验，电极电位随时间变化十分稳定。待测试稳定后密封在聚四氟乙烯材质的银/氯化银探头外壳2中。具体操作如下：把压片制成的银/氯化银用环氧密封在大小合适的pvc管，待环氧树脂干透，放入银/氯化银探头外壳2中，其上面放入用于防止海生物附着的打孔的铜板3(打孔的铜板3应该与银/氯化银电极5隔开一定距离)，用提前加工的带螺纹的聚四氟乙烯材质的压紧盖4拧紧。工作面需要用2000号金相砂纸打磨，然后用乙醇将工作面擦拭至表面光洁。银/氯化银参比电极本身具有稳定的重现的可逆电极电位，使其电位稳定、重现性好，这也使电位传感器稳定性好、寿命更长。

c.对高纯锌和银/氯化银探头进行密封性测试。

d.选择前面测试合格的高纯锌和银/氯化银探头进行电位传感器的组装，具体操作如下：把上述a和b中制作的高纯锌探头和银/氯化银探头分别放入电位传感器外壳1的一端两侧，上紧固定螺丝9，引出导线，其余部分用环氧树脂密封好。待完全晾干，然后用标准饱和甘汞电极，分别测量了两种电极的电极电位。银/氯化银电极5和高纯锌电极7符合GB/T7387-1999规定的参比电极。

测试结果数据表明，银/氯化银电极电位均稳定在9.22～9.96mV之间，其最大电位波动值≤0.74mV，其最大误差≤2mV，远低于DnV规范规定≤±5mV的误差范围。而高纯锌电极电位值均稳定在-1050～-1058mV之间，其最大误差≤8mV，远低于DnV规范规定≤±20mV的误差范围。

本发明选用了高纯锌电极(≥99.999％)和银/氯化银电极双参比体系，同时采用了如传感器的数据实时传输技术、传感器的密封技术、传感器的耐压技术以及传感器在海水中的稳定性技术等。传感器内部元件的外壳以及其他辅助材料，我们均选用耐压耐海水腐蚀的聚四氟乙烯材料，传感器外部的金属外壳采用耐海水腐蚀的不锈钢(也可与阴极保护对象相同材质的金属)，从而，本电位传感器具有良好的稳定性和寿命长等优点。

本发明使用性能稳定的高纯锌电极(≥99.999％)和银/氯化银参比电极双电极体系，由于这两种参比电极的自身电位非常稳定，均可单独测试待检测对象的电位数据，因此在恶劣复杂的实海环境情况下，两个电极之间测试数据可以实现相互矫正和补充，防止因装有单一参比电极，出现损坏而无法测得数据的情况发生。从而使本电位传感器具有良好的稳定性和寿命长等优点，同时，具有长效、耐压、抗震、防污损生物附着等优点。

Claims (9)

1.一种含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：包括电位传感器外壳(1)、银/氯化银探头、银/氯化银探头引出导线(6)、高纯锌探头、高纯锌探头引出导线(12)及对接法兰(11)，其中电位传感器外壳(1)为中空结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头设置于电位传感器外壳(1)的腔体内一端，所述对接法兰(11)设置于电位传感器外壳(1)的底端，所述对接法兰(11)上设有导线引出孔，所述银/氯化银探头引出导线(6)和高纯锌探头引出导线(12)设置于电位传感器外壳(1)内，所述银/氯化银探头引出导线(6)的一端与银/氯化银探头连接，所述高纯锌探头引出导线(12)的一端与高纯锌探头连接，所述银/氯化银探头引出导线(6)和高纯锌探头引出导线(12)的另一端从对接法兰(11)上的导线引出孔引出，所述电位传感器外壳(1)的腔体内部通过环氧树脂填充密封；

所述电位传感器外壳(1)的横截面为T型结构，所述银/氯化银探头和高纯锌探头分别设置于所述T型结构的头部两侧，所述对接法兰(11)设置于所述T型结构的尾部。

2.按权利要求1所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述高纯锌探头呈圆柱状，包括高纯锌电极(7)和高纯锌探头外壳(8)，其中高纯锌电极(7)设置于高纯锌探头外壳(8)内、并通过环氧树脂封装，所述高纯锌电极引出导线(12)与高纯锌电极(7)连接。

3.按权利要求2所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述高纯锌探头外壳(8)的材质采用聚四氟乙烯。

4.按权利要求2所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述高纯锌电极(7)的工作面为光滑表面，所述高纯锌电极(7)的质量不小于500g。

5.按权利要求1所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述银/氯化银探头包括银/氯化银探头外壳(2)、打孔的铜板(3)、压紧盖(4)、银/氯化银电极(5)及pvc管，其中银/氯化银电极(5)通过环氧树脂封装于pvc管内，装有所述银/氯化银电极(5)的pvc管设置于银/氯化银探头外壳(2)内，所述银/氯化银探头外壳(2)内部设有位于银/氯化银电极(5)外侧的打孔的铜板(3)，所述打孔的铜板(3)的外侧设有环形的压紧盖(4)，所述银/氯化银电极引出导线(6)的一端由银/氯化银探头外壳(2)的底部穿入银/氯化银探头外壳(2)内、并与银/氯化银电极(5)连接。

6.按权利要求5所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述银/氯化银电极(5)为由银和氯化银混合粉末压制而成的压片，其中氯化银的质量百分含量为18～32％，银的质量百分含量为68～82％。

7.按权利要求5所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述银/氯化银电极(5)的工作面为光滑表面。

8.按权利要求5所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述银/氯化银探头外壳(2)的材质采用聚四氟乙烯。

9.按权利要求1所述的含高纯锌和银/氯化银双参比电极的电位传感器，其特征在于：所述电位传感器外壳(1)的材质采用金属外壳。