CN108226024B - 一种车载大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及大气腐蚀氢渗透的监测，具体地说是一种车载大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法。传感器包括发生单元、调节单元和固定单元；传感器盖板通过固定装置安装在车上，内侧单面镀镍的圆形钢片与圆筒形绝缘外壳密封连接围成密闭空间，该密闭空间中的传感器盖板上安装有金属氧化物电极，且所述密闭空间内装有电解液；可调精密电阻器的一段通过第一信号引线与内侧单面镀镍的圆形钢片相连，另一端通过第二信号引线与金属氧化物电极相连，在可调精密电阻器的两端并联有电压数据记录器。本发明传感器体积小、重量轻、易于固定于车体表面，适用于在行进中监测大气腐蚀过程中的氢渗透状况。
Description
技术领域
本发明是涉及大气腐蚀氢渗透的监测，具体地说是一种在运动过程中监测车辆经过地区由大气腐蚀引起的氢渗透状况的车载大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法。
背景技术
工程建设和产品制造大量使用钢铁材料，在使用过程中不可避免地会发生大气腐蚀。研究表明在大气腐蚀过程中会有氢渗入材料中。氢会造成敏感材料特别是高强度钢韧性降低引发氢脆，影响安全服役。由于大气腐蚀的普遍性，美国曾在523个城市进行为期25年的大气腐蚀调查,绘制了大气腐蚀图。英国、澳大利亚、新西兰等国均开展过较大范围的区域大气腐蚀性调查。我国台湾省也开展过较详细的大气腐蚀性调查。我国大陆在上世纪80年代后期陆续有以大气腐蚀性为主题的调查工作开展。但对于由于大气腐蚀引起的氢渗透情况却几乎没有进行过类似的调查。究其原因是没有方便适用的大气腐蚀氢渗透监测传感器，监测腐蚀过程中的氢渗透状况远比金属材料的腐蚀复杂。
为了对不同地区的大气腐蚀引起的氢渗透状况进行调查，需要一种可以方便安装于车辆上的可以在行进过程中测量氢渗透行为的传感器。研究腐蚀过程中的氢渗透行为一般采用Devanathan-Stachurski双电解池原理，需要恒电位进行控制氢的氧化电位。用于车载测量需要解决恒电位仪的供电问题。虽然可以考虑使用车辆的电瓶供电，仍较难解决对恒电位仪的不间断供电。一旦供电中断，再次供电时双电解池的背景电流就发生变化，需要较长时间才能恢复到供电中断前的稳定值，影响了监测。
现有的短路金属氧化物电池短路电流式氢渗透测量传感器氢检测面电位偏高，处于最大值，因此，背景电流偏大、噪声偏高、在检测大气腐蚀过程中微弱氢渗透电流方面尚显不足。该型传感器一般使用零阻电流表测量短路电流。零阻电流表的耗电量较小，但仍无法保证不间断供电，也存在供电中断导致背景电流变化的问题。
综上所述，目前没有合适的用于大气腐蚀氢渗透监测的车载大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法。
发明内容
为了克服现有传感器及方法用于大气腐蚀氢渗透监测方面的不足，本发明的目的是提供一种适用于车载的大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种车载大气腐蚀氢渗透监测传感器，传感器包括发生单元、调节单元和固定单元；其中，发生单元包括圆筒形绝缘外壳、电解液、金属氧化物电极及内侧单面镀镍的圆形钢片；调节单元包括第一信号引线、第二信号引线和可调精密电阻器；固定单元包括传感器盖板及固定装置；传感器盖板通过固定装置安装在车上，内侧单面镀镍的圆形钢片与圆筒形绝缘外壳密封连接围成密闭空间，该密闭空间中的传感器盖板上安装有金属氧化物电极，且所述密闭空间内装有电解液；可调精密电阻器的一段通过第一信号引线与内侧单面镀镍的圆形钢片相连，另一端通过第二信号引线与金属氧化物电极相连，在可调精密电阻器的两端并联有电压数据记录器。
所述固定装置包括磁力吸盘、固定螺栓和螺母；磁力吸盘通过固定螺栓安装在传感器盖板上用螺母固定。
所述圆筒形绝缘外壳的一端密封安装于传感器盖板上，内侧单面镀镍的圆形钢片密封安装在圆筒形绝缘外壳的另一端形成密闭空间。
所述电解液(5)为含1.0-30.0％防冻液的0.1-5.0mol/L的NaOH或KOH溶液；可调精密电阻器为10kΩ-1MΩ的电阻器，功率1/32W-1W。
所述内侧单面镀镍的圆形钢片为圆形钢片一侧面通过电镀的方式镀镍层；其中，镀镍液为250g/L[NiSO4.6H2O],45g/L[NiCl2.6H2O],40g/L[H3BO3]，电镀电流为3mA/cm2，时间为小于等于3min。
一种采用所述的车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，将电解液注入传感器内，调节可调精密电阻器使内侧单面镀镍的圆形钢片的电位(相对于Hg/HgO电极)在0-0.2V之间，待精密电阻器两端的电压稳定后，将传感器通过磁力吸盘固定在车体上，而后通过电压数据记录器记录电压换算为测量行进过程中经过地区的大气腐蚀氢渗透电流。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)该传感器体积小、重量轻、易于固定于车体表面，适用于在行进中监测大气腐蚀过程中的氢渗透状况；
(2)解决了恒电位仪控制双电解池用于大气腐蚀氢渗透测量对于电源消耗的限制，克服了仪器供电中断导致背景电流增加、消除背景电流困难的不足；
(3)解决了短路金属氧化物电池短路电流式氢渗透测量传感器氢检测面电位不加控制，电位偏高、背景电流偏大、噪声偏高、在检测大气腐蚀过程中微弱氢渗透电流方面的不足；
(4)电解液中含有对氢渗透电流测量没有影响的防冻液，解决了冬季寒冷地区氢渗透电流测量的难题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的传感器示意图。
图2为本发明实施例提供的车载监控装置和实验室测试方法对比图。
图3为本发明实施例提供的本发明车载监控装置实际测试结果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但该实施例并不以任何形式限制本发明。
本发明传感器是方便地固定于车体外侧，体积小，不改变车体结构，不影响车体外观的大气腐蚀氢渗透监测传感器及监测方法，用以在运动过程中监测车辆经过地区由大气腐蚀引起的氢渗透的状况，评价大气腐蚀对车辆材料及钢铁材料基础设施潜在的大气腐蚀氢脆敏感性。该传感器包括传感信号发生单元、氢氧化电位范围调节单元和固定单元，由外壳、0.3-1.0mm厚的圆形钢片、金属氧化物电极、氢氧化电位范围控制电阻器、导线和磁力吸盘组成。圆形钢片单面镀镍，镀镍面在传感器内侧，未镀镍面朝向大气腐蚀环境。该传感器体积小、重量轻、易于固定于车体表面，适用于在行进中监测大气腐蚀过程中的氢渗透状况，解决了恒电位仪控制双电解池用于大气腐蚀氢渗透测量对于电源消耗的限制，克服了仪器供电中断导致背景电流增加、消除背景电流困难的不足，同时解决了短路金属氧化物电池短路电流式氢渗透测量传感器氢检测面电位偏高、背景电流偏大、噪声偏高、在检测大气腐蚀过程中微弱氢渗透电流方面的不足。
实施例：
传感器为包括发生单元、调节单元和固定单元；其中，发生单元包括圆筒形绝缘外壳4、电解液5、金属氧化物电极6及内侧单面镀镍的圆形钢片7；调节单元包括第一信号引线9、第二信号引线12和可调精密电阻器10；固定单元包括传感器盖板8及固定装置；传感器盖板8通过固定装置安装在车上，内侧单面镀镍的圆形钢片7与圆筒形绝缘外壳4密封连接围成密闭空间，该密闭空间中的传感器盖板8上安装有金属氧化物电极6，且所述密闭空间内装有电解液5；可调精密电阻器10的一段通过第一信号引线9与内侧单面镀镍的圆形钢片7相连，另一端通过第二信号引线12与金属氧化物电极6相连，在可调精密电阻器10的两端并联有电压数据记录器11。
所述固定装置包括磁力吸盘1、固定螺栓2和螺母3；磁力吸盘1通过固定螺栓2安装在传感器盖板8上用螺母3固定。
所述内侧单面镀镍的圆形钢片7与圆筒形绝缘外壳4搭建形成密闭空间。
所述电解液5为含1.0％防冻液(DMSO型防冻液)的5.0mol/L的NaOH、金属氧化物电极6作为辅助阴极，圆形钢片7在250g/L[NiSO4.6H2O],45g/L[NiCl2.6H2O],40g/L[H3BO3]镀镍液中内侧单面镀镍，电流密度3mA/cm2，镀镍时间3min；氢氧化电位范围调节单元的内侧单面镀镍的圆形钢片7通过锡焊与信号引线9相连、可调精密电阻器10可调精密电阻器10为10kΩ-1MΩ的电阻器，功率1/32W，电阻器两端分别与金属氧化物电极6的信号引线12和圆形钢片7信号引线9相连；传感器固定单元的磁力吸盘1为由橡胶密封的稀土永磁磁铁制作、固定螺栓2和螺母3为M8的标准件、传感器固定板兼传感器盖板8由尼龙材料制作。
检测方法：
将电解液5注入组装的传感器，电解液5的量恰使由尼龙材料制作的传感器固定板兼传感器盖板8与圆筒形绝缘外壳4结合后充满二者组成的溶液容纳空间。调节10kΩ-1MΩ的可调精密电阻器10使内侧单面镀镍的圆形钢片7的电位(相对于Hg/HgO电极)在0-0.2V之间，待精密电阻器10两端的电压稳定后，将车载大气腐蚀氢渗透监测传感器通过对称排列的磁力吸盘1固定在车体上，通过电压数据记录器11记录电压换算为测量行进过程中经过地区的大气腐蚀氢渗透电流。
为了验证本发明的车载大气腐蚀氢渗透监测传感器在测量氢渗透电流方面的准确性，将本发明的车载氢渗透测量传感器浸入0.2mol/L NaOH溶液中，对圆形钢片7以1mA/cm2的电流充氢，分别用恒电位仪控制电位的方法和本传感器测量可调精密电阻器10两端电压换算电流的方法测量氢渗透曲线并进行对比(参见图2)。
由图2可见两种方法的结果吻合，表明本传感器测量结果可靠。
见上述车载有大气腐蚀氢渗透监测传感器的车在青岛某道路上行驶，检测雨天雨水飞溅条件下腐蚀过程中氢渗透电流测量片段(参见图3)，由图3可见表明腐蚀过程中有氢渗入金属中。
Claims (5)
1.一种采用车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，其特征为：传感器包括发生单元、调节单元和固定单元；其中，发生单元包括圆筒形绝缘外壳（4）、电解液（5）、金属氧化物电极（6）及内侧单面镀镍的圆形钢片（7）；调节单元包括第一信号引线（9）、第二信号引线（12）和可调精密电阻器（10）；固定单元包括传感器盖板（8）及固定装置；传感器盖板（8）通过固定装置安装在车上，内侧单面镀镍的圆形钢片（7）与圆筒形绝缘外壳（4）密封连接围成密闭空间，该密闭空间中的传感器盖板（8）上安装有金属氧化物电极（6），且所述密闭空间内装有电解液（5）；可调精密电阻器（10）的一段通过第一信号引线（9）与内侧单面镀镍的圆形钢片（7）相连，另一端通过第二信号引线（12）与金属氧化物电极（6）相连，在可调精密电阻器（10）的两端并联有电压数据记录器（11）；
圆形钢片（7）厚度为0.3-1.0mm；
将电解液（5）注入传感器内，调节可调精密电阻器（10）使内侧单面镀镍的圆形钢片（7）的电位相对于Hg/HgO电极在0-0.2V之间，待精密电阻器（10）两端的电压稳定后，将传感器通过磁力吸盘（1）固定在车体上，而后通过电压数据记录器（11）记录电压换算为测量行进过程中经过地区的大气腐蚀氢渗透电流。
2.按权利要求1所述的采用车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，其特征在于：所述固定装置包括磁力吸盘（1）、固定螺栓（2）和螺母（3）；磁力吸盘（1）通过固定螺栓（2）安装在传感器盖板（8）上用螺母（3）固定。
3.按权利要求1所述的采用车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，其特征在于：所述圆筒形绝缘外壳（4）的一端密封安装于传感器盖板（8）上，内侧单面镀镍的圆形钢片（7）密封安装在圆筒形绝缘外壳（4）的另一端形成密闭空间。
4.按权利要求1所述的采用车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，其特征在于：所述电解液（5）为含1.0-30.0%防冻液的0.1-5.0mol/L的NaOH或KOH溶液；可调精密电阻器（10）为10kΩ-1MΩ的电阻器，功率1/32W-1W。
5.按权利要求1所述的采用车载大气腐蚀氢渗透监测传感器的监测方法，其特征在于：所述内侧单面镀镍的圆形钢片（7）为圆形钢片（7）一侧面通过电镀的方式镀镍层；其中，镀镍液为250g/L [NiSO4.6H2O], 45g/L [NiCl2.6H2O], 40g/L [H3BO3]，电镀电流为3mA/cm2，时间为小于等于3min。
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Granted publication date: 20201225 |
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