CN109164037B - 一种开尔文探针的电位校正装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开尔文探针的电位校正装置及其使用方法。所述装置包括铜管、铜管中部铜隔板、注射器和饱和硫酸铜溶液。所述铜管的材质为纯铜，其直径范围为：2～5mm。所述铜隔板的材质为纯铜，隔板厚度范围为：0.5～3mm。所述隔板与铜管管壁的交界处有一小孔，隔板上下的溶液通过小孔连通，小孔直径范围为：0.3～0.6mm。所述饱和硫酸铜溶液为澄清的溶液。铜管与注射器连接后，注入饱和硫酸铜溶液，并在铜管的下端口形成球形的液面，在相对湿度高于90％的环境中，用探针朝上型开尔文探针测试此时的电位并将此电位校正为0.32V。本发明能够实现探针朝上型开尔文探针的电位校正，具有操作方便、电位准确、校正速度快等优点，适合在腐蚀检测和腐蚀监测中推广应用。

Description

一种开尔文探针的电位校正装置及使用方法
技术领域
本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种开尔文探针的电位校正装置及使用方法。
背景技术
开尔文探针(Kelvin probe)能够用于金属表面的电位测量，是一种快速、灵敏的无损监测技术，已经在腐蚀检测和腐蚀监测等方面得到了广泛应用。常用的开尔文探针可分为两种类型，即探针朝下型开尔文探针和探针朝上型开尔文探针。对电位进行校正是使用开尔文探针前的必需步骤，也是保障测量数据准确的基本前提。目前，探针朝下型开尔文探针的校正通常采用铜/硫酸铜电极法，具体操作步骤为：(1)将一定尺寸的铜杯置于相对湿度高于90％的环境中，向铜杯中加入饱和硫酸铜溶液，使液面呈球状；(2)使探针逼近球形液面，按照开尔文探针测量的基本步骤测量此时的电位，并将此电位校正为0.32V(相对于标准氢电极，SHE)，即铜/饱和硫酸铜电极的电位。这种校方法已经成为探针朝下型开尔文探针电位校正的经典方法，具有准确、快速、操作简单等优点。
然而，这种方法并不适用于探针朝上型开尔文探针的电位校正。主要原因是：探针朝上时，铜杯的开口必须朝下，由于重力作用，无法将饱和硫酸铜溶液置于铜杯中，因此无法进行电位校正。目前，探针朝上型开尔文探针的电位校正采用的是固体银/氯化银电极法。但是这种方法的缺点十分明显：固体银/氯化银电极的电位可能受到湿度、温度以及环境中的二氧化碳等污染物的影响而发生改变，导致电位不准确，甚至发生严重错误。另外，固体银/氯化银电极的制备非常耗时，其制备过程复杂。这些缺点严重限制了探针朝上型开尔文探针的广泛应用。因此，发明一种适用于探针朝上型开尔文探针电位校正的简易装置和方法，对扩展开尔文探针的应用具有重要价值。
针对探针朝上型开尔文探针的电位校正问题，本发明设计出了一种装置，并总结了此装置的使用方法。这种装置及其使用方法，能够实现探针朝上型开尔文探针的电位的快速、准确校正，对拓展开尔文探针的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服探针朝上型开尔文探针的现有电位校正方法的不足，提供一种开尔文探针的电位校正装置及其使用方法。本装置及其使用方法可用于探针朝上型开尔文探针的电位校正。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种开尔文探针的电位校正装置，包括铜管、铜隔板、注射器、饱和硫酸铜溶液。
所述铜管用作容器，其中装入饱和硫酸铜溶液，铜管下端口会形成球形的液面，用于开尔文探针的电位校正；所述铜隔板是电容极板，是铜/硫酸铜电极中的必需材料。铜隔板与开尔文探针尖端的横截面平行，形成一个电容，用于电位测量；所述铜隔板的边缘有一个小孔，是隔板上下的溶液通道，保溶液能够注入至隔板以下；所述注射器用于向铜管中加注饱和硫酸铜溶液，同时用于平衡铜管内溶液的重力，使铜管下端口的硫酸铜液面高度维持稳定；所述硫酸铜溶液是铜/硫酸铜电极的组成部分。铜/硫酸铜(饱和)电极在25℃时的标准电位是0.32V，铜/硫酸铜(饱和)电极作为开尔文探针的电位校正参考电极，具有操作简单、电位稳定等优点。
优选地，所述铜管材质为纯铜，其中铜含量的质量分数高于99％；铜管的直径范围为：2～5mm。
优选地，所述铜隔板的材质与铜管材质完全相同，铜隔板位于铜管中部，隔板厚度为范围为：0.5～3mm。所述隔板边缘小孔位于隔板与管壁的交界处，小孔直径范围为：0.3～0.6mm。
优选地，所述注射器的材质为塑料类材质。
优选地，所述饱和硫酸铜溶液为澄清的溶液。
上述开尔文探针的电位校正装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：
S1：用注射器吸取饱和硫酸铜溶液，溶液体积约占注射器容积的60％，然后，排出注射器内的气泡；
S2：将铜管的一端与注射器的下端口相连接，并密封接头处；
S3：将连接好的注射器和铜管固定在开尔文探针的正上方，向下推动注射器的活塞，使得饱和硫酸铜溶液充满整个铜管，并在铜管的下端露出球形液面；
S4：用导线连接开尔文探针工作台和铜管；
S5：将环境的相对湿度调至90％以上，启动开尔文探针系统，使探针逼近球形液面，按照开尔文探针测量的基本步骤测量此时的电位，并将此电位校正为0.32V。
上述开尔文的电位校正装置及其使用方法在腐蚀检测/监测中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的开尔文的电位校正装置包括铜管、铜隔板、注射器和饱和硫酸铜溶液，实现了探针朝上型开尔文探针的电位校正。本发明具有装置简单、操作方便、电位准确、校正速度快等优点，适合在腐蚀检测和腐蚀监测中推广应用。
附图说明
附图1为装置示意图。
其中1为铜管，2为铜隔板，3为注射器，4为饱和硫酸铜溶液，5为探针朝上型开尔文探针。附图2为采用本发明校正的探针朝上型开尔文探针的电位-时间曲线。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例中，铜管的直径为3mm，铜管长度为20mm；铜管中部的铜隔板厚度为1mm，铜隔板边缘的小孔直径为0.4mm；注射器的长度为70mm，体积为10mL；饱和硫酸铜溶液为蓝色澄清的溶液。
具体实施步骤为：
S1：用注射器吸取饱和硫酸铜溶液6mL，排除注射器内的气泡；
S2：将铜管的一端与注射器的下端口相连，用硅橡胶将连接处密封；
S3：将连接好的注射器和铜管固定在开尔文探针的正上方，向下推动注射器的活塞，使得饱和硫酸铜溶液充满整个铜管，并在铜管的下端露出球形液面；
S4：用导线连接开尔文探针工作台和铜管；
S5：将环境的相对湿度调至96％，启动开尔文探针系统，使探针逼近球形液面，按照开尔文探针测量的基本步骤测量此时的电位，并将此电位校正为0.32V。
实施例结果见图2，由图可知，本发明能够成功用于探针朝上型开尔文探针的校正，校正后的电位能够长时间稳定在0.32V(相对于标准氢电极电位)左右。

Claims (5)

1.一种开尔文探针的电位校正装置，其特征在于，包括铜管、铜隔板、注射器和饱和硫酸铜溶液；所述铜管的一端与注射器的下端口相连接，并密封接头处；所述铜隔板设于铜管中部；所述饱和硫酸铜溶液充满铜管，并在铜管的下端露出球形液面；
所述开尔文探针的电位校正装置的使用方法包括如下步骤：
S1：用注射器吸取饱和硫酸铜溶液，溶液体积约占注射器容积的60％，然后，排出注射器内的气泡；
S2：将铜管的一端与注射器的下端口相连接，并密封接头处；
S3：将连接好的注射器和铜管固定在开尔文探针的正上方，向下推动注射器的活塞，使饱和硫酸铜溶液充满整个铜管，并在铜管的下端露出球形液面；
S4：用导线连接开尔文探针工作台和铜管；
S5：将环境的相对湿度调至90％以上，启动开尔文探针系统，使探针逼近球形液面，按照开尔文探针测量的基本步骤测量此时的电位，并将此电位校正为0.32V。
2.根据权利要求1所述开尔文探针的电位校正装置，其特征在于，所述铜管的材质为纯铜，所述纯铜中铜的质量百分数高于99％；所述铜管的直径范围为2～5mm。
3.根据权利要求1所述开尔文探针的电位校正装置，其特征在于，所述铜隔板的材质与铜管材质完全相同；所述铜隔板的厚度范围为0.5～3mm；所述铜隔板与铜管的管壁交界处有一小孔，小孔直径范围为0.3～0.6mm。
4.根据权利要求1所述开尔文探针的电位校正装置，其特征在于，所述饱和硫酸铜溶液为澄清的溶液。
5.权利要求1～4任一所述开尔文探针的电位校正装置在腐蚀检测和腐蚀监测中的应用。
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