CN113970576A - 一种表面盐沉降量的实时监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面盐沉降量的实时监测装置及方法，监测装置包括主机和监测探头，由主机产生定频交流激励信号传输到监测探头内部的叉指电极，并由主机对反馈信号进行分析获得阻抗值信息，通过事先制定好的盐沉降量和阻抗值之间的关系曲线确定叉指电极表面的盐沉降量，即可得出实际环境中的盐沉降量。监测装置可以通过调节温度改变叉指电极周围环境的相对湿度，使得叉指电极表面沉降的盐吸湿形成液膜，实现叉指电极表面盐沉降量的实时监测。本发明与现有的测量方法相比，操作过程简单，有效简化了测量工序，大大缩短了测量时间，并且能够实现盐沉降量的在线实时连续监测，保证了测量结果的时效性。

Description

一种表面盐沉降量的实时监测装置及方法
技术领域
本发明涉及大气环境盐沉降量监测领域，具体涉及一种表面盐沉降量的实时监测装置及方法。
背景技术
盐是环境中造成金属材料腐蚀的关键因素。环境中的盐沉降在金属表面后在一定相对湿度环境中表面会吸湿形成一层薄液膜，促进金属的腐蚀，且沉降盐的量与腐蚀速率密切相关，因此监测表面沉降盐的量对掌握材料的腐蚀速度十分重要。
传统的盐沉降量测量方法是利用干片法和湿烛法。但这两种盐沉降量测量方法均需要人工到测量区域操作，测量时间长且测量过程麻烦，并且最终得出的测量结果是一段时间内盐沉降量的平均值，无法实现在线实时连续监测。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就在于提供一种能够实现在线实时连续监测的表面盐沉降量的实时监测装置。
本发明所要解决的第二个技术问题，就在于提供一种在上述实时监测装置基础上的表面盐沉降量的实时监测方法。
采用本发明的表面盐沉降量实时监测装置及方法，能够实时监测环境中的盐沉降量，解决现有的测量方法结果获取时效性差的问题。
解决上述第一个技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种表面盐沉降量的实时监测装置，包括主机和监测探头，所述主机与所述监测探头之间通过传输导线电连接；所述监测探头包括叉指电极、温湿度传感器、保温壳体和半导体制冷片，所述叉指电极安装于所述保温壳体的内部，所述温湿度传感器嵌设于所述叉指电极的中部，并与所述叉指电极位于同一平面上，所述制冷片固定连接在所述保温壳体的底部，所述制冷片的下方安装有用于降低制冷片热面温度的散热器；由主机产生定频交流激励信号传输到监测探头内部的叉指电极，并由主机对叉指电极的反馈信号进行分析获得阻抗值信息。
优选的，所述保温壳体的内壁上设有一层非金属导热层，可以保证在控制叉指电极周围环境温度和相对湿度的同时不会造成保温壳体出现凝露现象。
优选的，所述保温壳体的底部与所述制冷片之间设置有一层隔离板，所述隔离板以嵌合的方式覆盖在所述制冷片上，填充了所述保温壳体与所述制冷片之间的周边空隙，使得所述制冷片的热面与冷面隔开，提高制冷效率。
优选的，所述叉指电极表面覆盖有一层贵金属金，沉金厚度不小于1μm，保证叉指电极能够在环境中长时间使用。
解决上述第一个技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种使用上述监测装置的表面盐沉降量的实时监测方法，包括以下步骤：
1)在监测探头的叉指电极表面沉降一个具体量值的盐，并将监测探头放到相对湿度为设定值的环境中，使得叉指电极表面沉降的盐吸湿形成液膜；
2)控制主机产生定频交流激励信号经导线传输到叉指电极，叉指电极在接收到由主机产生的定频交流激励信号后产生反馈信息，并将反馈信号通过导线传输回主机，通过主机对叉指电极的反馈信号进行分析，获得叉指电极表面液膜的阻抗值；
3)改变叉指电极表面沉降盐的量，并重复上述步骤，获得在不同的沉降盐的量的条件下相应的叉指电极表面液膜阻抗值，进而绘制出在该相对湿度下不同盐沉降量与阻抗值的关系曲线，得到盐沉降量与阻抗值的计算关系；
4)将监测装置放入实际需要监测的环境中，环境中的盐会沉降在叉指电极表面；当需要测量叉指电极表面盐沉降量时，使用主机控制半导体制冷片，进而改变叉指电极周围环境的温度，使得叉指电极周围环境的相对湿度升高，并通过温湿度传感器监测叉指电极周围环境的相对湿度，当环境的相对湿度升高到某一定值时，叉指电极表面的盐就会吸湿形成液膜，然后控制主机发出定频交流激励信号测量叉指电极表面液膜的阻抗值，最后根据步骤3)绘制的盐沉降量与阻抗值的关系曲线以及测量得到的叉指电极表面液膜的阻抗值，获得实时的叉指电极表面盐沉降量。
进一步地，所述叉指电极周围环境中的相对湿度保持在75％以上。
进一步地，所述叉指电极周围环境中的相对湿度低于盐的吸湿点时，通过调节半导体制冷片的功率，进而改变所述叉指电极周围环境的温度，提高环境中的相对湿度。
进一步地，每次监测表面盐沉降量的时间间隔不低于30min。
进一步地，所述监测方法测量的沉降盐的主要成分是NaCl。
更进一步地，所述监测方法中获得的量为Cl-的含量，通过沉降盐的成分分析，计算不同种类盐的沉降量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在每次测量时，通过控制制冷片的功率改变叉指电极周围环境的相对湿度，使得叉指电极表面沉降的盐吸湿形成液膜，然后经过主机分析叉指电极反馈信号后获得叉指电极表面的阻抗值信息，最后通过事先制定好的盐沉降量和阻抗值之间的关系曲线确定叉指电极表面的盐沉降量，即可得出实际环境中的盐沉降量；与现有的测量方法相比，操作过程简单，有效简化了测量工序，大大缩短了测量时间，并且当环境中的相对湿度达不到盐的吸湿点时，可通过控制制冷片的功率改变叉指电极周围环境的相对湿度达到盐的吸湿点，使得表面沉降的盐吸湿形成液膜，实现盐沉降量的在线实时连续监测，保证了测量结果的时效性。
附图说明
图1为本发明的整体结构的立体示意图；
图2为本发明实施例的监测探头的爆炸图；
图3为本发明实施例1中的盐沉降量与阻抗对数的关系曲线；
图4为本发明实施例2中监测装置在海洋大气环境中放置7天的监测结果。
图中：1-主机、2-传输导线，3-监测探头，4-数据传输接口，5-电源线，6-盖板，7-叉指电极，8-保温壳体，9-非金属导热层，10-隔离板，11-制冷片，12-散热器。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，详细说明本发明的技术方案，以便本领域普通技术人员更好地理解和实施本发明的技术方案。
本发明提供了如图1-2所示的一种表面盐沉降量的实时监测装置，包括主机1和监测探头3，主机1和监测探头3之间通过传输导线2电连接。
监测探头3包括叉指电极7、温湿度传感器、保温壳体8和制冷片11；
叉指电极7可选用市售的通用叉指电极传感器，叉指电极7的基材一般为金属铜，在基材铜的表面沉积有一层贵金属金，沉金的厚度不小于1μm；叉指电极中叉指的宽度和相邻指之间的间距最小可以达到50μm。可选用市售的通用的温湿度传感器，温湿度传感器(图中未显示)嵌设于叉指电极7的中部，并与叉指电极7表面位于同一平面上，把叉指电极7安装在保温壳体8内。盖板6中间开有一个开口，开口要小于叉指电极7的大小，叉指电极7安装在开口的正下方。把盖板6盖在保温壳体8上，能够对叉指电极7起到保护作用，避免叉指电极7过多地暴露在外部环境中，延长叉指电极7的使用寿命。
制冷片11为现有常用的半导体制冷片，将制冷片11的冷面一侧固定连接在保温壳体8的底部，且在制冷片11与保温壳体8之间增设有隔离板10，该隔离板10以嵌合的方式覆盖在制冷片11上，填充了保温壳体8与制冷片11之间的周边空隙，使得制冷片11的热面与冷面隔开，提高制冷效率；在制冷片11的下方安装有用于降低制冷片11热面温度的散热器12。
在保温壳体8的内壁上还设有一层非金属导热层9，可以保证在控制叉指电极7周围环境温度和相对湿度的同时不会造成保温壳体8出现凝露现象。
本发明中，在监测叉指电极7表面盐沉降量的时候，叉指电极7所处环境中的相对湿度应控制在75％以上，以保证沉降的盐能够在叉指电极7表面吸湿形成液膜，使得叉指电极7相邻指之间由绝缘变为导通。
当温湿度传感器监测到叉指电极7周围的相对环境湿度低于盐的吸湿点时，通过主机1调节制冷片11的功率，使叉指电极7周围环境的温度发生改变，从而提高叉指电极7周围环境的相对湿度，实现对叉指电极7表面盐沉降量的实时监测。
本发明监测装置测量盐沉降量的原理是叉指电极表面沉积盐在高湿度环境中会吸湿形成液膜，不同盐沉积量在相对湿度环境中形成的液膜阻抗值不同，因此通过测量高湿度环境中表面液膜的阻抗值即可获得表面盐的沉降量；在每次测量的时候，通过改变制冷片11的功率控制叉指电极7周围环境的相对湿度，使环境的相对湿度达到盐的吸湿点，令叉指电极7表面的沉降盐能够吸湿形成液膜，然后由主机1产生定频交流激励信号，通过传输导线2传输到监测探头3，再通过连接导线2将监测探头3的反馈信号传输回主机1，主机1向叉指电极7施加的是一个定频小振幅交流电压信号，通过叉指电极7后得到一个电流信号，通过电压信号和电流信号的比值获得叉指电极7表面液膜的阻抗值信息，最后通过事先制定好的盐沉降量和阻抗值之间的关系曲线确定叉指电极7表面的盐沉降量，即可得出实际环境中的盐沉降量。
在主机1上设置有用于连接外部电源的电源线5以及数据传输接口4，经过主机1分析后获得的阻抗值信息可通过有线数据传输导出，也可通过GPS等无线传输方式将数据上传到云端服务器，再从云端服务器下载数据。
下面将详细说明采用本发明表面盐沉降量的实时监测装置的基础上的一种表面盐沉降量的实时监测方法；
实施例一
本实施案例中叉指的宽度为50μm，相邻指之间的间距为50μm。
第一步，绘制盐沉降量与阻抗值的关系曲线；在监测探头3的叉指电极7表面沉降1mg/m2的NaCl，并将探头放到相对湿度80％的环境中，放置10min后待叉指电极7表面沉降的盐吸湿形成液膜，利用监测装置的主机1产生10kHz的定频交流激励信号经传输导线2传到监测探头3的叉指电极7，并对接受的反馈信号进行分析，获得叉指电极7表面液膜的阻抗值；改变监测探头3的叉指电极7表面NaCl的沉降量分别为4、8、20、80、200、800、1000mg/m2，测量相应的阻抗值。利用测量的数据绘制出在相对湿度为80％的环境下不同盐沉降量与阻抗值的关系曲线，如图3所示，并对关系曲线进行拟合得到如下所示的盐沉降量与阻抗值对数的计算关系式，式中y为Cl-沉降量，单位为mg/m2，x为阻抗值的对数。
Figure BDA0003262264410000071
第二步，将监测装置分别在广州、琼海、海口和三亚四个地区的室内放置30d后取回设备，利用监测时控制制冷片11的功率，使叉指电极7周围环境的相对湿度提高，当温湿度传感器测得的相对湿度稳定在80％左右时，测量叉指电极7表面液膜的阻抗值，测得的阻抗值分别为1563.2、955.2、1023.3、931.6Ω/cm2，根据盐沉降量与阻抗值对数的计算关系式，获得表面盐沉降量为8.31、19.74、17.38、21.96mg/m2。同时将叉指电极7表面的盐用去离子水冲洗，然后利用紫外分光法测量沉积盐中Cl-离子的量，测量结果为沉降量为8.63、18.91、18.17、21.3mg/m2。通过几个地区监测结果的对比可以得出，本发明监测装置的监测结果与紫外分光光度法测量结果的误差在5％以内，这说明利用本发明的监测装置和方法得到的结果具有较高的准确度。
实施例二
本实施例中，第一步中盐沉降量和测量的阻抗值对应关系的绘制见实施例一。
第二步，将监测设备放到海洋大气环境中放置7d，进行连续测量，设备的阻抗监测频率为1小时，测量时时控制制冷片11的功率，当温湿度传感器测得的相对湿度稳定在80％左右时，测量叉指电极7表面液膜的阻抗值，根据盐沉降量与阻抗值的关系曲线，获得表面盐沉降量，最后测得的表面盐沉降量如图4所示。
另外，如果要长期使用在盐沉降量比较高的环境，如盐沉降量大于实施例一中1000mg/m2或更大的量，可以选用相邻指间距宽度比较大的叉指电极传感器，如相邻指之间的间距为100μm，这样可以测量的盐沉降量的范围会更大。当改变了叉指电极的间距宽度时，同样盐沉降量情况下，测量的阻抗值会发生变化，因此只需重新建立阻抗-沉积量关系式即可。
上述实施例仅是本发明较优实施例，但并不能作为对发明的限制，任何基于本发明构思基础上作出的变型和改进，均应落入到本发明保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载为准。

Claims (10)

1.一种表面盐沉降量的实时监测装置，其特征在于：包括主机和监测探头，所述主机与所述监测探头之间通过传输导线电连接；所述监测探头包括叉指电极、温湿度传感器、保温壳体和半导体制冷片，所述叉指电极安装于所述保温壳体的内部，所述温湿度传感器嵌设于所述叉指电极的中部，并与所述叉指电极位于同一平面上，所述制冷片固定连接在所述保温壳体的底部，所述制冷片的下方安装有用于降低制冷片热面温度的散热器；由主机产生定频交流激励信号传输到监测探头内部的叉指电极，并由主机对叉指电极的反馈信号进行分析获得阻抗值信息。
2.根据权利要求1所述的一种表面盐沉降量的实时监测装置，其特征在于：所述保温壳体的内壁上设有一层非金属导热层。
3.根据权利要求1所述的一种表面盐沉降量的实时监测装置，其特征在于：所述保温壳体的底部与所述制冷片之间设置有一层隔离板。
4.根据权利要求1所述的一种表面盐沉降量的实时监测装置，其特征在于：所述叉指电极表面覆盖有一层金，沉金厚度不小于1μm。
5.一种使用权利要求1-4任一项所述实时监测装置的表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在监测探头的叉指电极表面沉降一个具体量值的盐，并将监测探头放到相对湿度为设定值的环境中，使得叉指电极表面沉降的盐吸湿形成液膜；
2)控制主机产生定频交流激励信号传输到叉指电极，叉指电极在接收到由主机产生的定频交流激励信号后产生反馈信息，并将反馈信号传输回主机，通过主机对叉指电极的反馈信号进行分析，获得叉指电极表面液膜的阻抗值；
3)改变叉指电极表面沉降盐的量，并重复上述步骤，获得在不同的沉降盐量的条件下相应的叉指电极表面液膜阻抗值，进而绘制出在该相对湿度下不同盐沉降量与阻抗值的关系曲线，得到盐沉降量与阻抗值的计算关系；
4)将监测装置放入实际需要监测的环境中，环境中的盐会沉降在叉指电极表面；当需要测量叉指电极表面盐沉降量时，使用主机控制半导体制冷片，进而改变叉指电极周围环境的温度，使得叉指电极周围环境的相对湿度升高，并通过温湿度传感器监测叉指电极周围环境的相对湿度，当环境的相对湿度升高到设定定值时，叉指电极表面的盐就会吸湿形成液膜，然后控制主机发出定频交流激励信号测量叉指电极表面液膜的阻抗值，最后根据步骤3)绘制的盐沉降量与阻抗值的关系曲线以及测量得到的叉指电极表面液膜的阻抗值，获得实时的叉指电极表面的盐沉降量。
6.根据权利要求5所述的一种表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于：所述叉指电极周围环境中的相对湿度设定值保持在75％以上。
7.根据权利要求5所述的一种表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于：所述叉指电极周围环境中的相对湿度低于盐的吸湿点时，通过调节半导体制冷片的功率，进而改变所述叉指电极周围环境的温度，提高环境中的相对湿度。
8.根据权利要求5所述的一种表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于：每次监测表面盐沉降量的时间间隔不低于30min。
9.根据权利要求5所述的一种表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于：所述监测方法测量的沉降盐的主要成分是NaCl。
10.根据权利要求9所述的一种表面盐沉降量的实时监测方法，其特征在于：所述监测方法中获得的量为Cl-的含量，通过沉降盐的成分分析，计算不同种类盐的沉降量。
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