CN111380799A - 一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置。本发明所述测试装置包括环境模拟模块、主控制模块、监测模块；其中主控制模块包括多通道电化学工作站、数据采集及处理装置、控制装置；监测模块包括pH监测装置、氧浓度监测装置、温度监测装置；环境模拟模块由多个环境模拟装置并联组成，所述环境模拟装置包括电化学池、自动加料装置及搅拌装置。本发明能够根据设定的间隔时间自动向电化学池中侵蚀性离子等物料并定时对电化学池中金属的进行电化学测试，以判断模拟液中金属侵蚀性离子的临界离子浓度。

Description

一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置

技术领域

本发明涉及材料腐蚀领域，尤其涉及一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度测试装置。

背景技术

实际工况中许多金属，例如不锈钢、碱性环境下的碳钢、涂层金属等暴露在 氯盐、硫酸盐等单一或复合腐蚀环境中，其发生腐蚀或腐蚀达到一定发展速率时 侵蚀性离子需要积累到一定浓度，这个浓度即为金属侵蚀性离子的临界浓度。

通过室内模拟金属侵蚀性离子在金属表面的累积，并评价金属对侵蚀性离子腐蚀敏感性对实际工况下金属腐蚀防护能力的设计有重要的指导作用。然而，现有的临界离子浓度测试装置一般仅针对单一试样，另一方面也无法实时反馈金属所在的模拟环境的参数，测试极大借助人力完成，使得临界离子浓度这种定时的长周期试验难度及成本增大；而且为提高试验精度，多平行试样同步测试也为该项测试提出了更高的维护要求。中国专利CN103983559B钢筋起锈及氯离子浓度极限状态的提示装置和提示方法，公开了一种通过钢弦断裂、弓架弹开来提示钢筋起锈及氯离子极限状态的装置和方法，该方法添加张力的方式不适用于常规环境下实验室内对模拟液中金属临界氯离子浓度的评价，且钢弦较细，不同钢材较难获得尺寸相同的钢弦；中国专利CN102359983B一种钢筋锈蚀临界[Cl^-]/[OH^-]的测量装置和方法，公开了一种通过施加电压加速混凝土中Cl^-迁移，并同时检测极化电阻以极化电阻明显降低判定临界氯离子浓度的装置和方法，该方法添加电压对钢筋人为的进行极化，会影响钢筋的电化学状态；中国CN103487480B一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，公开了一种每间隔12小时添加一定量NaCl并用显微镜观察其表面锈蚀状况以确定钢筋修饰的[Cl^-]/[OH^-]的方法，该方法所用装置需要每隔一定时间进行维护；

发明内容

为模拟实际工况中导致金属发生腐蚀破坏的侵蚀性离子在金属表面的积累，并评价金属在特定侵蚀性离子存在的环境中临界浓度，本发明提供了一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置，能够根据设定的间隔时间自动向电化学池中加入侵蚀性离子等物料并定时对电化学池中金属的进行电化学测试，以测试模拟液中金属侵蚀性离子的临界离子浓度。

本发明的技术方案：

本发明提供了一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置，其结构包括主控制模块、环境模拟模块及监测模块；

所述主控制模块包括处理器、多通道电化学工作站及数据采集装置，其中处理器用于向多通道电化学工作站发送定时电化学测试指令和向环境模拟模块发送定时加料、搅拌指令，并向监测模块发送监测指令，处理器还用于将数据采集装置采集的数据进行分类处理；所述处理器、多通道电化学工作站、数据采集装置各自连接电源，其中处理器通过数据线与数据采集装置上设置的总端口连接；所述数据采集装置通过数据线与多通道化学工作站上设置的工作站输出端连接；

所述监测模块包括pH监测装置、氧浓度监测装置及温度监测装置；其中pH 监测装置包括pH监测中心和pH探头，氧浓度监测装置包括氧浓度监测中心和氧浓度探头，温度监测装置包括温度监测中心和温度探头；所述pH探头、氧浓度探头、温度探头分别通过数据线连接在pH监测中心上设置的pH输入口、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输入口、温度监测中心上设置的温度输入口上；

数据采集装置上设有的各端口经数据线分别连接在pH监测中心上设置的 pH输出口、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输出口、温度监测中心上设置的温度输出口、质量控制中心上设置的质量输出口，用以收集数据和发送指令；

所述环境模拟模块由多个环境模拟装置并联组成，所述环境模拟装置包括电化学池、自动加料装置和搅拌装置；所述搅拌装置由电磁发生装置和磁子组成；

所述电化学池包含池体、盖体、封装好的工作电极、参比电极、辅助电极、密封盖、密封圈、限位装置；其中，所述池体侧面设有工作电极孔，先将封装好的工作电极安装于密封圈内，使封装好的工作电极测试面及侧面贴紧密封圈内表面，然后将密封圈和封装好的工作电极一起从电化学池内侧安装在工作电极孔内，使密封圈贴紧电化学池内壁；将密封盖内侧安装在密封圈外侧，使两侧密封、贴紧连接；所述盖体上设有进料口、参比电极口、辅助电极口和至少三个监测电极口，其中监测电极口包括用于放置pH探头的p H探头口、用于放置氧浓度探头的氧浓度探头口及用于放置温度探头的温度探头口，并以限位装置对pH探头、氧浓度探头、温度探头进行限位；所述参比电极口用于放置参比电极，所述辅助电极口用于放置辅助电极；所述pH监测中心、氧浓度监测中心及温度监测中心收集、汇总环境模拟模块的各电化学池中pH探头、氧浓度探头、温度探头的数据，通过数据线传输至主控制模块中的数据采集装置，并通过处理器以将电化学池中溶液的状态参数读取；

所述自动加料装置包括料盒、料盒盖、质量控制中心、进料阀、重量感应装置、流量阀、支撑上臂、支撑臂、支撑体及支架；所述进料阀、流量阀、重量感应装置通过导线分别连接在质量控制中心的各质量端口上，进料阀、流量阀、重量感应装置的数据通过质量总端口、质量输入口传输至质量控制中心，质量控制中心通过质量输出口与数据采集装置上的端口连接。将测试用的物料放入料盒，盖上料盒盖，并将料盒安装在支撑上臂上的支架上，调整支撑上臂位置使物料经进料阀、进料口进入电化学池。处理器下达加料指令后，流量阀打开并使料盒里的物料低速均匀进入重量感应装置，重量感应装置上物料到达处理器设定的重量后，流量阀关闭，进料阀打开，物料通过进料口进入池体；搅拌装置包含电磁发生装置和磁子，加料的同时启动电磁发生装置使池体中的磁子转动，用于将池体中加入的物料搅拌均匀并溶解。

所述电化学池可并联多个，并通过导线与多通道电化学工作站连接，连接方式为每个电化学池上的工作电极、参比电极、辅助电极通过导线分别与多通道电化学工作站的测试端口连接；自动加料装置可并联多个，电磁发生装置通过搅拌装置端口与质量控制中心上的质量端口连接，处理器通过数据处理可发出指令使电磁发生装置与加料动作同时启动、结束，完成自动加料和搅拌。

所述多通道电化学工作站的测试端口可同时连接多个电化学池的工作电极、参比电极和辅助电极，并分别进行测试；数据采集装置的总端口连接处理器，其它各端口同时分别连接质量控制中心、pH监测中心、氧浓度监测中心、温度监测中心。

所述pH监测中心可同时连接多个pH探头，并通过pH输出口连接在数据采集装置上；氧浓度监测中心可同时连接多个氧浓度探头并通过氧浓度输出口连接在数据采集装置上；温度监测中心可同时连接多个温度探头并通过温度输出口连接在数据采集装置上。

本发明所述模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度测试装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)将封装好的工作电极分别安装在不同的电化学池上，池体内放置电磁发生装置和磁子，盖体上安装参比电极、辅助电极、pH探头、氧浓度探头、温度探头，并将工作电极、参比电极、辅助电极通过导线分别与多通道电化学工作站的各测试端口连接，工作站输出端通过数据线连接数据采集装置的端口，p H 探头、氧浓度探头、温度探头经数据线连接pH监测中心、氧浓度监测中心、温度监测中心的各自的输入口；

(2)将pH监测中心、氧浓度监测中心、温度监测中心各自的输出口用数据线连接至数据采集装置的各端口，数据采集装置的总端口通过数据线连接至处理器；

(3)向料盒中添加物料，调整支撑上臂、支撑臂使进料阀至进料口位置，进料阀、重量感应装置、流量阀分别连接各质量端口，将电磁搅拌装置的电磁搅拌装置端口通过导线连接至一个质量端口，将质量总端口连接至质量控制中心的质量输入口，质量控制中心的质量输出口通过导线连接至数据采集装置的端口；

(4)重复S1-S3，并联搭建多套电化学池、自动加料装置、pH探头、氧浓度探头、温度探头，可分别对多个试样进行测试、监测。

本发明能够根据设定的间隔时间自动向多个电化学池中侵蚀性离子等物料并定时对电化学池中金属的进行电化学测试，以判断模拟液中金属侵蚀性离子的临界离子浓度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明环境模拟装置正视结构示意图；

图3为本发明环境模拟装置俯视结构示意图；

图4为本发明盖体俯视结构示意图。

图1-4中各标注为：1主控制模块，2处理器，3数据采集装置，4多通道电化学工作站，5环境模拟模块，6电化学池，7自动加料装置，8监测模块，9pH 监测中心，10氧浓度监测中心，11温度监测中心，12质量控制中心，13限位装置，14盖体，15池体，16辅助电极，17电磁发生装置，18磁子，19封装好的工作电极，20密封圈，21密封盖，22参比电极，23支撑体，24支撑臂，25支撑上臂，26物料，27支架，28流量阀，29重量感应装置，30进料阀，31pH探头，32氧浓度探头，33温度探头，34料盒，35料盒盖，36总端口，37搅拌装置端口，38pH探头口，39氧浓度探头口，40温度探头口，41辅助电极口，42 参比电极口，43进料口，44工作电极孔，45工作站输出端，46质量端口，47 测试端口，48端口，49质量总端口，50pH输入口，51pH输出口，52氧浓度输入口，53氧浓度输出口，54温度输入口，55温度输出口，56质量输入口，57 质量输出口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、结构及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置，其结构包括主控制模块1、环境模拟模块5及监测模块8；

所述主控制模块1包括处理器2、多通道电化学工作站4及数据采集装置3，其中处理器2用于向多通道电化学工作站4发送定时电化学测试指令和向环境模拟模块5发送定时加料、搅拌指令，并向监测模块8发送监测指令，处理器2 还用于将数据采集装置3采集的数据进行分类处理；所述处理器2、多通道电化学工作站4、数据采集装置3各自连接电源，其中处理器2通过数据线与数据采集装置上设置的总端口36连接；所述数据采集装置3通过数据线与多通道化学工作站上设置的工作站输出端45连接；

所述监测模块8包括pH监测装置、氧浓度监测装置及温度监测装置；其中 pH监测装置包括pH监测中心9和pH探头31，氧浓度监测装置包括氧浓度监测中心10和氧浓度探头32，温度监测装置包括温度监测中心11和温度探头33；所述pH探头31、氧浓度探头32、温度探头33分别通过数据线连接在pH监测中心上设置的pH输入口50、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输入口52、温度监测中心上设置的温度输入口54上；

所述环境模拟模块5由多个环境模拟装置并联组成，所述环境模拟装置包括电化学池6、自动加料装置7和搅拌装置；所述搅拌装置由电磁发生装置17和磁子18组成；

所述电化学池6包含池体15、盖体14、封装好的工作电极19、参比电极22、辅助电极16、密封盖21、密封圈20、限位装置13；其中，所述池体15侧面设有工作电极孔44，先将封装好的工作电极19安装于密封圈20内，使封装好的工作电极19测试面及侧面贴紧密封圈20内表面，然后将密封圈20和封装好的工作电极19一起从电化学池内侧安装在工作电极孔44内，使密封圈20贴紧电化学池内壁；将密封盖21内侧安装在密封圈20外侧，使两侧密封、贴紧连接；所述盖体14上设有进料口43、参比电极口42、辅助电极口41和至少三个监测电极口，其中监测电极口包括用于放置pH探头的p H探头口38、用于放置氧浓度探头的氧浓度探头口39及用于放置温度探头的温度探头口40，并以限位装置 13对pH探头31、氧浓度探头32、温度探头33进行限位；所述参比电极口42 用于放置参比电极22，所述辅助电极口41用于放置辅助电极16；所述pH监测中心9、氧浓度监测中心10及温度监测中心11收集、汇总环境模拟模块的各电化学池中pH探头31、氧浓度探头32、温度探头33的数据，通过数据线传输至主控制模块中的数据采集装置3，并通过处理器2以将电化学池中溶液的状态参数读取；

所述自动加料装置7包括料盒34、料盒盖35、质量控制中心12、进料阀30、重量感应装置29、流量阀28、支撑上臂25、支撑臂24、支撑体23及支架27；所述进料阀30、流量阀28、重量感应装置29通过导线分别连接在质量控制中心 12的各质量端口46上，进料阀30、流量阀28、重量感应装置29的数据通过质量总端口49、质量输入口56传输至质量控制中心12，质量控制中心12通过质量输出口57与数据采集装置上的端口48连接。将测试用的物料26放入料盒34，盖上料盒盖35，并将料盒34安装在支撑上臂25上的支架27上，调整支撑上臂25位置使物料26经进料阀30、进料口43进入电化学池6。处理器2下达加料指令后，流量阀28打开并使料盒34里的物料26低速均匀进入重量感应装置29，重量感应装置29上物料26到达处理器设定的重量后，流量阀28关闭，进料阀 30打开，物料26通过进料口43进入池体15；搅拌装置包含电磁发生装置17 和磁子18，加料的同时启动电磁发生装置使池体中的磁子18转动，用于将池体 15中加入的物料26搅拌均匀并溶解；

数据采集装置3上设有的各端口48经数据线分别连接在pH监测中心上设置的pH输出口51、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输出口53、温度监测中心上设置的温度输出口55、质量控制中心上设置的质量输出口57，用以收集数据和发送指令；

所述电化学池6可并联多个，并通过导线与多通道电化学工作站4连接，连接方式为每个电化学池上封装好的工作电极19、参比电极22、辅助电极16通过导线分别与多通道电化学工作站的测试端口47连接；自动加料装置7可并联多个，电磁发生装置17通过搅拌装置端口37与质量控制中心上的质量端口46连接，处理器2通过数据处理可发出指令使电磁发生装置与加料动作同时启动、结束，完成自动加料和搅拌。

所述多通道电化学工作站的测试端口47可同时连接多个电化学池的工作电极19、参比电极22和辅助电极16，并分别进行测试；数据采集装置的总端口 36连接处理器2，其它各端口48同时分别连接质量控制中心12、pH监测中心9、氧浓度监测中心10、温度监测中心11。

所述pH监测中心9可同时连接多个pH探头38，并通过pH输出口51连接在数据采集装置3上；氧浓度监测中心10可同时连接多个氧浓度探头39并通过氧浓度输出口53连接在数据采集装置3上；温度监测中心10可同时连接多个温度探头40并通过温度输出口55连接在数据采集装置3上。

实施例

本发明的实施例所搭建的钢筋氯离子临界浓度测试装置，其测试方式及过程如下：

(1)测试装置完成连接后，将氯化钠加入至物料盒中，并盖上料盒盖，然后将料盒至于支架上，调整料盒位置使流量阀、进料阀打开时氯化钠可经进料口进入电化学池内；

(2)通过处理器同时向环境模拟模块发出电化学测试指令和向监控模块发出pH、氧浓度、温度采集指令，则多通道电化学工作站依次向各并联的电化学池的各电极发出测试信号，并依次完成电化学测试，同时各电化学内各电极采集 pH、氧浓度、温度信息；

(3)各电化学池内电化学测试信息通过工作站输出端经数据采集装置回传至处理器，pH、氧浓度、温度信息通过汇总到pH监测中心、氧浓度监测中心、温度监测中心后经各中心的pH输出口、氧浓度输出口、温度输出口，再经数据采集装置传输至处理器，以进行记录和方便监测；

(4)完成电化学测试指令后，处理器向各电化学池对应的自动加料装置发出加料指令：流量阀打开并使料盒里的氯化钠低速均匀进入重量感应装置，重量感应装置上物料到达处理器设定的重量后，流量阀关闭，进料阀打开，物料通过进料口进入池体；流量阀开启的同时启动电磁发生装置使池体中的磁子转动，流量阀关闭后，磁子持续转动5分钟用于将池体中加入的物料搅拌均匀并充分溶解；

(4)经过(1)～(4)，完成钢筋氯离子临界浓度测试装置在某以氯化钠浓度下的测试工作，通过在处理器端设定的判定标准来判定某一电化学池中钢筋的封装好的工作电极氯离子临界浓度；

(5)达到钢筋氯离子临界浓度的电极，处理器会停止其电化学测试，同时停止pH、氧浓度、温度监测和添加氯化钠动作；未达到钢筋氯离子临界浓度的电极，则每间隔一定时间(处理器上预设间隔时间)进行相应的电化学测试，pH、氧浓度、温度监测，添加氯化钠动作，直至达到临界浓度为止。

Claims (3)

1.一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置，其特征在于：包括主控制模块(1)、环境模拟模块(5)及监测模块(8)；

所述主控制模块(1)包括处理器(2)、多通道电化学工作站(4)及数据采集装置(3)；所述处理器(2)、多通道电化学工作站(4)、数据采集装置(3)各自连接电源，其中处理器(2)通过数据线与数据采集装置上设置的总端口(36)连接；所述数据采集装置(3)通过数据线与多通道化学工作站上设置的工作站输出端(45)连接；

所述监测模块(8)包括pH监测装置、氧浓度监测装置及温度监测装置；其中pH监测装置包括pH监测中心(9)和pH探头(31)，氧浓度监测装置包括氧浓度监测中心(10)和氧浓度探头(32)，温度监测装置包括温度监测中心(11)和温度探头(33)；所述pH探头(31)、氧浓度探头(32)、温度探头(33)分别通过数据线连接在pH监测中心上设置的pH输入口(50)、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输入口(52)、温度监测中心上设置的温度输入口(54)上；

所述环境模拟模块(5)由多个环境模拟装置并联组成，所述环境模拟装置包括电化学池(6)、自动加料装置(7)和搅拌装置；所述搅拌装置由电磁发生装置(17)和磁子(18)组成；

所述电化学池(6)包含池体(15)、盖体(14)、封装好的工作电极(19)、参比电极(22)、辅助电极(16)、密封盖(21)、密封圈(20)、限位装置(13)；其中，所述池体(15)侧面设有工作电极孔(44)，先将封装好的工作电极(19)安装于密封圈(20)内，使封装好的工作电极(19)测试面及侧面贴紧密封圈(20)内表面，然后将密封圈(20)和封装好的工作电极(19)一起从电化学池内侧安装在工作电极孔(44)内，使密封圈(20)贴紧电化学池内壁；将密封盖(21)内侧安装在密封圈(20)外侧，使两侧密封、贴紧连接；所述盖体(14)上设有进料口(43)、参比电极口(42)、辅助电极口(41)和至少三个监测电极口，其中监测电极口包括用于放置pH探头的pH探头口(38)、用于放置氧浓度探头的氧浓度探头口(39)及用于放置温度探头的温度探头口(40)，并以限位装置(13)对pH探头(31)、氧浓度探头(32)、温度探头(33)进行限位；所述参比电极口(42)用于放置参比电极(22)，所述辅助电极口(41)用于放置辅助电极(16)；

所述自动加料装置(7)包括料盒(34)、料盒盖(35)、质量控制中心(12)、进料阀(30)、重量感应装置(29)、流量阀(28)、支撑上臂(25)、支撑臂(24)、支撑体(23)及支架(27)；所述进料阀(30)、流量阀(28)、重量感应装置(29)通过导线分别连接在质量控制中心(12)的各质量端口(46)上，进料阀(30)、流量阀(28)、重量感应装置(29)的数据通过质量总端口(49)、质量输入口(56)传输至质量控制中心(12)，质量控制中心(12)通过质量输出口(57)与数据采集装置上的端口(48)连接。将测试用的物料(26)放入料盒(34)，盖上料盒盖(35)，并将料盒(34)安装在支撑上臂(25)上的支架(27)上，调整支撑上臂(25)位置使物料(26)经进料阀(30)、进料口(43)进入电化学池(6)。处理器(2)下达加料指令后，流量阀(28)打开并使料盒(34)里的物料(26)低速均匀进入重量感应装置(29)，重量感应装置(29)上物料(26)到达处理器设定的重量后，流量阀(28)关闭，进料阀(30)打开，物料(26)通过进料口(43)进入池体(15)；

所述数据采集装置(3)上设有的各端口(48)经数据线分别连接在pH监测中心上设置的pH输出口(51)、氧浓度监测中心上设置的氧浓度输出口(53)、温度监测中心上设置的温度输出口(55)、质量控制中心上设置的质量输出口(57)，用以收集数据和发送指令；

所述电化学池(6)可并联多个，并通过导线与多通道电化学工作站(4)连接，连接方式为每个电化学池上封装好的工作电极(19)、参比电极(22)、辅助电极(16)通过导线分别与多通道电化学工作站的测试端口(47)连接；自动加料装置(7)可并联多个，电磁发生装置(17)通过搅拌装置端口(37)与质量控制中心上的质量端口(46)连接，处理器(2)通过数据处理可发出指令使电磁发生装置与加料动作同时启动、结束，完成自动加料和搅拌。

2.根据权利要求1所述的一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置，其特征在于，所述pH监测中心(9)可同时连接多个pH探头(38)，并通过pH输出口(51)连接在数据采集装置(3)上；氧浓度监测中心(10)可同时连接多个氧浓度探头(39)并通过氧浓度输出口(53)连接在数据采集装置(3)上；温度监测中心(10)可同时连接多个温度探头(40)并通过温度输出口(55)连接在数据采集装置(3)上。

3.使用权利要求1或2所述的一种模拟液中金属侵蚀性离子临界浓度的测试装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将封装好的工作电极(19)分别安装在不同的电化学池(6)上，池体(15)内放置电磁发生装置(17)和磁子(18)，盖体(14)上安装参比电极(22)、辅助电极(16)、pH探头(31)、氧浓度探头(32)、温度探头(33)，并将工作电极(19)、参比电极(22)、辅助电极(16)通过导线分别与多通道电化学工作站的各测试端口(47)连接，工作站输出端(45)通过数据线连接数据采集装置的端口(48)，pH探头(31)、氧浓度探头(32)、温度探头(33)经数据线连接pH监测中心(9)、氧浓度监测中心(10)、温度监测中心(11)的各自的输入口；

(2)将pH监测中心(9)、氧浓度监测中心(10)、温度监测中心(11)各自的输出口用数据线连接至数据采集装置的各端口(48)，数据采集装置的总端口(36)通过数据线连接至处理器(2)；

(3)向料盒(34)中添加物料(26)，调整支撑上臂(25)、支撑臂(24)使进料阀(30)至进料口(43)位置，进料阀(30)、重量感应装置(29)、流量阀(28)分别连接各质量端口(46)，将电磁搅拌装置的电磁搅拌装置端口()通过导线连接至一个质量端口(46)，将质量总端口连接至质量控制中心的质量输入口(56)，质量控制中心的质量输出口(57)通过导线连接至数据采集装置的端口(48)；

(4)重复S1-S3，并联搭建多套电化学池、自动加料装置、pH探头、氧浓度探头、温度探头，可分别对多个试样进行测试、监测。

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