CN113970579B

CN113970579B - 一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法

Info

Publication number: CN113970579B
Application number: CN202010719479.XA
Authority: CN
Inventors: 赵林; 张东玖; 穆鑫; 杨华; 王长罡; 涂齐勇; 马荣耀; 李晓芳; 董俊华
Original assignee: 63796 FORCES PLA; Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: 63796 FORCES PLA; Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2040-07-23
Also published as: CN113970579A

Abstract

本发明属于腐蚀监测技术领域，涉及一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法。该方法采用的在线检测装置包括：湿烛法氯离子沉积采集装置、电位测量传输装置、终端计算机，可以实现空气中氯离子的实时在线检测。本发明采用湿烛法收集空气中的氯离子，当氯离子通过湿烛进入溶液后，由于溶液中氯离子增加而引起溶液电位的变化，通过溶液中放置的电位测量电极，采集电位变化，由电位测量装置和数据传输装置采集和记录溶液中由于氯离子浓度变化而引起的电位数据波动，并通过数据传输和整理装置，换算和分析出氯离子的浓度，在客户终端软件上显示出实时的氯离子浓度数据，实现了实时在线检测。

Description

一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法

技术领域

本发明属于腐蚀监测技术领域，涉及一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法。

背景技术

海洋大气环境下，空气中的氯离子是引起材料腐蚀的关键因素。据统计，全国每年因氯离子引发的腐蚀损失以及相应的防腐成本数以亿计。如何检测环境中的氯离子沉积率成为海洋大气环境下金属材料腐蚀与防护的重要问题。国标GB/T19292.3中规定了干布法及湿烛法检测氮化物的沉积率的收集及分析方法，是将采样纱布暴露于大气环境下，通过30～60天的氯实验周期，采集足够数量的氯离子沉积量之后，采用气象色谱法或化学分析的方法得到纱布中氯离子的含量，进而了解氯离子沉积量。但是存在着实验周期长，无法实时在线检测，很难实现气象环境与氯离子沉积率的关联，对腐蚀机理分析及防腐措施调整都有一定的制约性。在此基础上，设计研发一套完整的氯离子沉积率在线分析方法，可以实时采集数据，控制采样间隔，实现以分钟、小时为采样周期的氯离子沉积量的分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，可以实现氯离子在线检测，数据实时上传及显示分析等功能，也适合于各种环境条件下氯离子沉积的检测。

本发明的技术方案是：

一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，该方法采用的在线检测装置包括：湿烛法氯离子沉积采集装置、电位测量传输装置、终端计算机，具体结构如下：

湿烛法氯离子沉积采集装置设有湿烛、橡胶塞、塑料容器，湿烛通过橡胶塞安装于塑料容器的顶部开口处，湿烛为纱布和惰性材料棒组成，纱布的一部分缠绕于惰性材料棒的上半部，纱布的另一部分为纱布自由端，纱布自由端沿惰性材料棒的下半部两侧自由垂落；惰性材料棒的下半部穿设于橡胶塞的中心孔，橡胶塞的中心孔内侧壁对称开设两个纱布自由端通过孔，每个纱布自由端穿过一个纱布自由端通过孔，纱布自由端垂落于塑料容器内的氯化钠溶液中，氯离子通过湿烛进入塑料容器中，溶解于氯化钠溶液，引起氯化钠溶液中氯离子浓度变化；

氯化钠溶液中相对设置饱和甘汞电极、银-氯化银电极，饱和甘汞电极、银-氯化银电极分别通过导线连接电位测量传输装置的毫伏测量装置，将饱和甘汞电极、银-氯化银电极两电极间的电位差值检测出来，根据氯化钠溶液中吸收的氯离子浓度引起电位的变化，采集电位信号，由电位值计算得到溶液中氯离子的浓度；电位测量传输装置上设有内置的无线传输天线，无线传输天线通过无线信号传输数据至终端计算机的接收端。

所述的大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，氯化钠溶液为氯化钠+甘油的混合溶液，混合溶液中氯化钠的浓度为0.4～0.5g/L。

所述的大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，惰性材料棒为聚氯乙烯棒、聚乙烯棒或有机玻璃棒。

所述的大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，具体步骤如下：

(1)预先准备氯化钠+甘油的混合溶液，混合溶液中氯化钠的浓度为0.4～0.5g/L，置于密闭容器中，携带至现场；

(2)准备好橡胶塞、塑料容器及惰性材料棒

橡胶塞的中心打孔，橡胶塞的中心孔直径稍大于惰性材料棒的直径，使惰性材料棒与橡胶塞的中心孔呈间隙配合；在橡胶塞的中心孔内侧壁对称预留纱布自由端通过孔；将纱布缠绕惰性材料棒的上部后，纱布的缠绕部分固定，纱布的下部的纱布自由端浸没于塑料容器内的混合溶液中；

(3)在现场安装湿烛法氯离子沉积采集装置，安装饱和甘汞电极、银-氯化银电极，将配制的混合溶液加入湿烛法氯离子沉积采集装置的塑料容器内，插入饱和甘汞电极、银-氯化银电极；

(4)通过导线连接饱和甘汞电极、银-氯化银电极与电位测量传输装置，将连接导线接口处进行密封保护；

(5)开启终端计算机，打开控制软件，开始测量；控制软件开始显示电位值读数，可以通过控制软件显示实时氯离子数据。

本发明的设计思想是：

本发明通过氯离子采集设备、电信号采集设备及数据传输整理装置，可以实现空气中氯离子的实时在线检测。本发明采用湿烛法收集空气中的氯离子，当氯离子通过湿烛进入溶液后，由于溶液中氯离子增加而引起溶液电位的变化，通过溶液中放置的电位测量电极，采集电位变化，由电位测量装置和数据传输装置采集和记录溶液中由于氯离子浓度变化而引起的电位数据波动，并通过数据传输和整理装置，换算和分析出氯离子的浓度，在客户终端软件上显示出实时的氯离子浓度数据，实现了实时在线检测。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明包括一种电位测量及信号传输装置，采用零阻电流计的基本原理，测量电位变化。传输装置采用无线传输天线，将信号传输到终端计算机中。从而，可以实时的将采集的数据信号展示在终端，并可以通过内部算法，由实时电位值计算出采集瓶中的氯离子浓度，进而可以了解限定周期内氯离子变化情况。

2、本发明采用电位测量的方法直接得到溶液中沉积的氯离子的量，可以实现实时在线测量和分析。电位测量方法准确、灵敏、高效、快速，适用的浓度范围宽。且整个测试过程中，无需人工干预，客观公正，直接在终端计算机上可以显示出现场氯离子的变化情况，极大的节省了人工成本。

3、本发明实现了现场氯离子的实时在线检测，同时具有较高的准确性、可靠性和安全性，几乎无需人工成本，氯离子变化数据实时显示在终端计算机，明显领先于其他检测和监测方法。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明湿烛法氯离子沉降收集装置示意图。其中，(a)为(c)的A-A剖视图，(b)为(a)的B-B剖视图，(c)俯视图。

图2为本发明大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测装置的总体示意图。

图3-图4为采集数据曲线及现场氯离子沉降结果分析。其中，图3为现场采集数据，即现场测量电位随时间变化图，横坐标Time代表测量时间(D)，纵坐标Potential代表设备检测到的电压值(m/V)。图4为现场氯离子沉降随时间变化图，横坐标Time代表测量时间(D)，纵坐标Concentration of Cl^-代表氯离子浓度(mg/L)。

图5为本发明数据处理软件的流程图。

图中，1、湿烛法氯离子沉积采集装置，2、电位测量传输装置，3、终端计算机，4、纱布，5、惰性材料棒，6、塑料容器，7、氯化钠溶液，8、饱和甘汞电极，9、银-氯化银电极，10、导线，11、无线传输天线，12、毫伏测量装置，13、纱布自由端，14、湿烛，15、橡胶塞，16、纱布自由端通过孔。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测装置，主要包括：湿烛法氯离子沉积采集装置1、电位测量传输装置2、终端计算机3，具体结构如下：

湿烛法氯离子沉积采集装置1设有湿烛14、橡胶塞15、塑料容器6，湿烛14通过橡胶塞15安装于塑料容器6的顶部开口处，湿烛14为纱布4和惰性材料棒5组成，纱布4的一部分缠绕于惰性材料棒5的上半部，纱布4的另一部分为纱布自由端13，纱布自由端13沿惰性材料棒5的下半部两侧自由垂落。惰性材料棒5的下半部穿设于橡胶塞15的中心孔，橡胶塞15的中心孔内侧壁对称开设两个纱布自由端通过孔16，每个纱布自由端13穿过一个纱布自由端通过孔16，纱布自由端13垂落于塑料容器6内的氯化钠溶液7中，氯离子通过湿烛14进入塑料容器6中，溶解于氯化钠溶液7，引起氯化钠溶液7中氯离子浓度变化。

氯化钠溶液7中相对设置饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9，饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9分别通过导线10连接电位测量传输装置2的毫伏测量装置12，将饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9两电极间的电位差值检测出来，根据氯化钠溶液7中吸收的氯离子浓度引起电位的变化，采集电位信号，由电位值计算得到溶液中氯离子的浓度。电位测量传输装置2上设有内置的无线传输天线11，无线传输天线11将电位变化的无线信号传输数据至终端计算机3的接收端。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-图2所示，大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法如下：

1、预先准备氯化钠+甘油的混合溶液，混合溶液中氯化钠的浓度为0.44g/L，置于密闭容器中，携带至现场。

2、准备好橡胶塞15、塑料容器6及惰性材料棒5

惰性材料棒5可以为聚氯乙烯(PVC)棒、聚乙烯(PE)棒或有机玻璃(PMMA)棒，橡胶塞15的中心打孔，橡胶塞15的中心孔直径稍大于惰性材料棒5的直径，使惰性材料棒5与橡胶塞15的中心孔呈间隙配合。在橡胶塞15的中心孔内侧壁对称预留纱布自由端通过孔16。将纱布4缠绕惰性材料棒5的上部后，纱布4的缠绕部分固定，纱布4的下部有一定长度的纱布自由端13，纱布自由端13可以浸没于塑料容器6内的混合溶液中，混合溶液用以吸收惰性材料棒5上纱布4沉积的氯离子。

3、在现场安装好湿烛法氯离子沉积采集装置1，安装好饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9，将配制的混合溶液加入湿烛法氯离子沉积采集装置1的塑料容器6内，插入饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9，用以测量由于氯离子浓度变化引起的电位值波动。

4、通过导线10连接饱和甘汞电极8、银-氯化银电极9与电位测量传输装置2，将连接导线10接口处进行密封保护。

5、开启终端计算机3，打开控制软件，开始测量。控制软件开始显示电位值读数，可以通过控制软件显示实时氯离子数据。

如图3所示，开始检测时，电位值为92mV左右；经过40天左右的沉降后，测量电位达到了63mV。从图3数据变化趋势可以发现，在整个测量周期内，电位变化基本呈现线性关系。即随着时间的延长，溶液中累积沉降的氯离子量也会随时间逐渐增加，这也与一般的氯离子沉降规律相符合。图3中，一天内检测的数据点会出现上下偏离线性曲线的现象，这是由于测量间隔较长，电位值会随着不同时间点的温度而出现一定范围的波动，不影响最终测量结果。

如图4所示，根据图3的测量结果计算出来的溶液中累积沉降的氯离子浓度，计算公式如下：P_Cl＝-lgC_Cl ^-，其中：P_Cl代表氯离子的电压，单位是mV；C_Cl ^-代表氯离子浓度。将氯离子电压转化成氯离子浓度，初始阶段氯离子浓度约为260mg/L；经过40天左右的沉降后，氯离子浓度达到了950mg/L左右。图4的结果表明，随着时间的延长，溶液中累积的氯离子浓度也逐渐增加。氯离子的测量结果与电位数据是相互对应的，当电位数据出现波动时，相应的氯离子数据也会随之变化。电位测量结果中一天内的测量结果波动，在氯离子测量结果中也同样体现出来。可以发现，在同一温度区间内，其测量结果仍然呈线性关系。氯离子曲线实时的反馈出了测量条件变化对结果的影响，在数据处理过程中对其温度的变化进行优化即可得到氯离子变化的精确数据。

如图5所示，本发明数据处理软件可以实现数据接收、显示、分析等功能，其具体流程如下：软件开始读取设备设定的测量参数，包括测量总体时长、测量间隔等。之后开始读取设备电位值及时间点，读取成功后存储在设备内。当完成一次测量后，设备进入待机状态。同时设备判断是否到设定的测量间隔，以便进行下次测量。完成测量、存储后，可以通过指令完成测量数据的展示、分析功能。

Claims

1.一种大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，其特征在于，该方法采用的在线检测装置包括：湿烛法氯离子沉积采集装置、电位测量传输装置、终端计算机，具体结构如下：

氯化钠溶液中相对设置饱和甘汞电极、银-氯化银电极，饱和甘汞电极、银-氯化银电极分别通过导线连接电位测量传输装置的毫伏测量装置，将饱和甘汞电极、银-氯化银电极两电极间的电位差值检测出来，根据氯化钠溶液中吸收的氯离子浓度引起电位的变化，采集电位信号，由电位值计算得到溶液中氯离子的浓度；电位测量传输装置上设有内置的无线传输天线，无线传输天线通过无线信号传输数据至终端计算机的接收端；

氯化钠溶液为氯化钠+甘油的混合溶液，混合溶液中氯化钠的浓度为0.4～0.5g/L；

(2)准备好橡胶塞、塑料容器及惰性材料棒

2.按照权利要求1所述的大气环境下空气中氯离子沉积率实时在线检测方法，其特征在于，惰性材料棒为聚氯乙烯棒、聚乙烯棒或有机玻璃棒。