CN201425578Y - 动态流体介质中的电化学行为测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的动态流体介质中的电化学行为测试装置，包括盛放有动态流体介质的容器，通过支架设置于容器外、驱动容器内浸没于动态流体介质的电极系统的变速电机和与电极系统电连接的电化学测试系统及流速测定仪，电极系统包括参比、工作、辅助电极和流速探头，该电极系统受一端连接变速电机，另一端插入容器动态流体介质中的电机旋转轴连接驱动旋转。本实用新型通过将工作、辅助、参比这三个电极位置固定、设置流速探头，并让它们随电极一起转动，解决了在动态流体中电化学信息测试不准的问题，同时解决了实际冲刷速度与材料腐蚀性能之间的关系难以测量的问题。本实用新型装置具有结构简单、性能稳定、操作简便、造价低廉的特点，易于推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学测试领域，更具体地，涉及一种用于大气侵蚀、腐蚀或防腐测量中的电化学测量装置，尤其涉及一种在动态流体介质中进行试样电化学行为测试的试验装置。
背景技术
流体输送、带钢酸洗等领域都涉及到金属材料在动态流动介质中的腐蚀过程。进行实验室模拟动态腐蚀试验并辅之以电化学测试技术，是评定材料在流动介质条件下材料耐蚀(酸洗)性能以及开发和评价新型缓蚀剂缓蚀作用效果的重要手段。所述动态流体介质可以是水溶液、稀酸，也可以是原油等。所述模拟动态腐蚀试验装置主要用来模拟水溶液、稀酸或原油对金属构件的冲刷腐蚀，并测试该过程中材料的电化学信息及性能变化。
公开号CN1664559，公开日2005.09.07的中国专利公开了一种动态高温高压电化学测试实验装置，该装置包括：磁力驱动装置、高温高压反应釜、高压气瓶、三电极系统、信号传导通路、控制箱和外接电化学测试仪器。磁力驱动装置与高压釜的上盖之间用螺栓连接，高压气瓶导气管与高压釜进气管(6)之间螺扣连接，三电极系统通过信号传导通路与外接电化学测试仪器相连；高压釜控制箱与高压釜之间用导线连接，高压气瓶放出的实验气体通过进气管进入反应釜内。
公开号CN101021465，公开日2007.08.22的中国专利公开了一种旋转式单相流冲蚀试验装置。该装置包括下液体容器、上液体容器、传动轴、旋转圆盘、铜环-碳刷、联接轴套、变频电机、工控计算机、鲁金毛细管、恒电位仪、工作电极和辅助电极。旋转圆盘侧面开四个孔均布，并在其侧面包覆一层不锈钢或白金作为辅助电极。另外，该装置用四根导线穿过孔汇交于旋转圆盘并通过传动轴中心孔与铜环-碳刷联接，与恒电位仪相连；工作电极由待测试件构成；下液体容器设冷却盘管降低介质温度，上下容器外设循环线控制工作电极温度。
上述两项专利均存在这样的问题：在由工作电极(WE)、辅助电极(AE)和参比电极(RE)所组成的三电极系统中，至少有一个电极相对于其余两个电极旋转。这就使得整个测试体系所反馈的电化学信息多少偏离实际值。因为在电化学测试过程中，为了保证数据的稳定性和真实性，三个电极的相对位置要求固定不变。另外，上述专利公开的这两个装置都没有安装流体流速测量探头，因此，不能确定流体相对于试样的运动速度，从而，也就不能实际反映冲刷速度与工作电极腐蚀性能之间的关系。
为此，有必要研发模拟实际条件下的动态流体电化学测试装置，以保证整个测试体系所反馈的电化学信息不偏离实际值，同时，实际反映冲刷速度与工作电极腐蚀性能之间的关系。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种动态流体介质中的电化学行为测试装置，所述动态流体介质中的电化学行为测试装置可用于稳定、有效地测试材料试样在动态流体中的电化学信息及其性能变化。
本实用新型的动态流体介质中的电化学行为测试装置的具体技术方案如下。
一种动态流体介质中的电化学行为测试装置，包括：顶部设置有容器盖，且内部盛放有动态流体介质的容器，浸没于容器的动态流体介质中、与电化学测试系统电连接的电极系统，设置于容器外、用于驱动电极系统的变速电机及设置于容器外的电化学测试系统，其特征在于：
该电极系统包括参比电极、工作电极及辅助电极，分别与所述电化学测试系统电连接，
该电极系统还设置有流速探头，该流速探头与流速测定仪电连接，
该电极系统固连于插入容器的动态流体介质中的变速电机的电机旋转轴，其三电极(工作、辅助、参比)及流速探头可由电机旋转轴同时驱动旋转。
由于三电极(工作、辅助、参比)都同电机旋转轴一起旋转，也就解决了它们之间由于相对位置或有效面积的变动对测试结果的影响。
另外，由于装设有流速测定探头，可以实时测定试验流体介质的实际流速。且由于该探头随工作电极一起同速转动，它所显示的速度就是工作电极相对于试验流体介质的冲刷速度，由此可以研究工作电极(试样)的电化学性能同动态流体冲刷速度之间的关系，进而研究动态流体中材料的腐蚀失效机理
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述动态流体介质中的电化学行为测试装置设置有支架，
所述支架包括：
用于支承所述测试装置系统的主支架及连接其上、用于支承流速测定仪及所述电化学测试系统的电刷支架，和安装在电刷支架平行的下部，一端与主支架连接，另一端与变速电机连接的旋转轴支架，及上端与变速电机连接、用于电机传动、并使流速测定仪及所述电化学测试系统电连接于电极系统，且下端插入于容器的动态流体介质中的垂直设置的电机旋转轴。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述用于电机传动、并将流速测定仪及所述电化学测试系统电连接于电极系统、插入于容器的动态流体介质中的电机旋转轴的至少部分套有绝缘套杆。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
在至少部分套有绝缘套杆、插入于容器的动态流体介质中的电机旋转轴的下端，安装连接垂直于电机旋转轴的电极支架和平行于电机旋转轴并与电极支架交错的辅助电极支架，电极支架和辅助电极支架上安装有参比电极、工作电极、辅助电极及流速探头，所述参比电极及流速探头通过辅助电极支架作垂直于旋转轴支架的安装，所述工作电极及辅助电极作平行于旋转轴支架的安装。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述参比电极在贯穿、通过辅助电极支架的安装处设置有一中空的橡胶塞。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述流速探头贯穿、通过辅助电极安装。
由此，使所述流速探头贯穿、通过辅助电极安装，可节省安装空间，使得构件整体安装紧凑。当然，也可以通过其他形式安装。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述工作电极用夹持器安装于电极支架外端。
由此，可使三电极(工作电极、辅助电极、参比电极)的安装相对集中，且使工作电极与辅助电极正对，参比电极离工作电极表面的距离尽可能小(2~5mm左右)且不影响工作电极表面的化学反应。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述容器为带数字恒温槽的容器。
本实用新型装置安装有数字恒温槽，可以实现对试验流体介质进行恒温加热，因此可以进行不同试验温度条件下的动态流体电化学测量。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
在容器盖上设置有一小孔，连接一尾气处理装置。
容器内压力随试验流体介质温度的升高而增大。为了防止过高的压力导致密封螺栓密封效果降低，危害试验人员的安全，特在容器盖上留有尾气处理装置。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
所述的至少部分套有绝缘套杆的并与变速电机连接的电机旋转轴的下端部分，通过容器盖上的密封轴承插入动态流体介质中，其没入深度大于300mm。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，
工作电极、辅助电极、参比电极和流速探头的导线(带绝缘层)通过焊接并引出电极后，通过绝缘套杆上的小孔缠绕在电机旋转轴上，与绝缘套杆一起通过密封轴承的内轴，在对应铜环石墨电刷的压力簧片处，再次通过绝缘套杆上的小孔分别引出接线，与绝缘套杆上的铜环石墨电刷连接。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，四个铜环石墨电刷的压力簧片分别固定安装在电刷支架上，电刷支架靠近旋转轴支架安装，以使铜环石墨电刷的压力簧片能够压住铜环石墨电刷上的石墨块，接触、导通与从各个电极出来的导线连接的绝缘套杆上的铜环石墨电刷。
电刷的作用是使从各个电极出来的导线能与外部设备(电化学测试装置、流速测试装置)相联，但又要避免导线由于电极支架的转动而缠绕在电机转动轴上。
根据本实用新型所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，使用本实用新型用于动态流体介质中电化学测试的装置，获得如下有益效果：
(1)由于三电极(工作、辅助、参比)都同电机旋转轴一起旋转，也就解决了它们之间由于相对位置或有效面积的变动对测试结果的影响。
(2)由于本实用新型装置上装设有流速测定探头，可以实时测定试验流体介质的实际流速。另外由于该探头随工作电极一起同速转动，它所显示的速度就是工作电极相对于试验流体介质的冲刷速度，由此可以研究工作电极(试样)的电化学性能同动态流体冲刷速度之间的关系，进而研究动态流体中材料的腐蚀失效机理。
(3)本实用新型装置安装有数字恒温槽，可以实现对试验流体介质进行恒温加热，因此可以进行不同试验温度条件下的动态流体电化学测量。
(4)本实用新型装置中，除工作电极和辅助电极外，所有浸没到试验流体介质的结构件均为非金属耐蚀材料，这就避免了由于这些构件的腐蚀对测试结果的影响。由此本装置也可以进行模拟紊流酸洗等强腐蚀性试验环境中的试验。
(5)本实用新型装置结构简单，造价低，易于推广。
附图说明
图1为本实用新型的适用于动态流体介质中电化学测试的装置具体结构示意图。
图2是本实用新型的适用于动态流体介质中电化学测试的装置的电极系统的局部放大图。
图3是本实用新型的适用于动态流体介质中电化学测试的装置的工作电极安装示意图。
图中：主支架1、电刷支架2、旋转轴支架3、变速电机4、铜环石墨电刷5、容器盖6、密封轴承7、容器8、数字恒温槽9、底座10、绝缘套杆11、电刷压力簧片固定螺栓12、电化学测试系统13、流速测定仪14、电极系统15和尾气处理装置16、辅助电极支架17、电极支架18、夹持器19、螺母20、工作电极21、参比电极22、流速探头23、辅助电极24、橡胶塞25，电极支架安装孔26、工作电极夹持器19、工作电极21、工作电极导线孔27、紧固螺栓28、电机旋转轴29。
具体实施方式
如图1所示，设置盛放有动态流体介质的容器8，电极系统15浸没于容器8的动态流体介质中，与电化学测试系统13电连接。
在容器8旁侧，立设主支架1，用于支承所述测试装置系统.主支架1一侧固连用于支承流速测定仪14及所述电化学测试系统13的电刷支架2，在电刷支架平行的下部设置一端与主支架连接、另一端与变速电机4连接的旋转轴支架3，及上端与变速电机连接、用于变速电机的传动、并使流速测定仪14及所述电化学测试系统13电连接于电化学测试系统13、且下端插入于容器8的动态流体介质中的电机旋转轴29。
将变速电机4固定安装在旋转轴支架3上，在与变速电机连接的垂直设置的电机旋转轴29的上端紧套一绝缘套杆11。绝缘套杆11通过容器盖6上的密封轴承7插入动态流体介质中，其没入深度大于300mm。
将四个铜环石墨电刷5的压力簧片(图中电刷压力簧片固定螺栓12的位置即为压力簧片的位置)分别固定安装在电刷支架2上，电刷支架2靠近旋转轴支架3安装，以使铜环石墨电刷的压力簧片能够压住铜环石墨电刷的石墨块，接触、导通与从各个电极出来的导线连接的绝缘套杆11上的铜环石墨电刷5。
电刷的作用是使从各个电极出来的导线能与外部设备(电化学测试装置、流速测试装置)相联，但又要避免导线由于电极支架的转动而缠绕在电机转动轴上。容器盖6和容器8之间设置有橡胶密封垫圈，通过螺栓进行连接。
在容器8的底部设置有数字恒温槽9，用来对试验动态流体介质进行恒温加热。容器8放置在耐蚀材料制成的底座10上。
工作电极、辅助电极、参比电极和流速探头的导线(带绝缘层)通过焊接并引出电极后，通过绝缘套杆11上的小孔缠绕在电机旋转轴上，与绝缘套杆一起通过密封轴承7的内轴，在电刷碰接处，再次通过绝缘套杆11上的小孔分别引出接线。
电化学测试系统13接电刷支架2上工作电极、辅助电极和参比电极接出的相应电刷引线，流速测定仪14接电刷支架2上流速仪接出的电刷引线。
如图2所示，在套有绝缘套杆11、垂直插入于容器8的动态流体介质中的电机旋转轴29下端，安装有垂直于电机旋转轴的电极支架18和平行于电机旋转轴并与电极支架交错的辅助电极支架。电极支架18和辅助电极支架(17)上安装有参比电极22、流速探头23、工作电极21及辅助电极24。所述参比电极及流速探头均为杆状或棒状，通过辅助电极支架17作垂直于电机旋转轴29的安装，所述工作电极及辅助电极为板状，作平行于电机旋转轴的安装。
电极支架18与绝缘套杆11之间的连接采用焊接方式固定连接。辅助电极24通过其上、下端的圆孔，用螺母固定在电极支架上。参比电极22先插入橡胶塞25中，橡胶塞塞在参比电极支架17的中心圆孔内，参比电极支架17通过上、下端的圆孔，用螺母固定在电极支架18上。流速探头23通过夹具固定在电极支架18上。
如图3所示，工作电极21通过夹持器19夹持，裸露出一个圆形的工作面，夹持器和工作电极之间垫橡胶垫片，防止缝隙腐蚀。夹持器19上留有工作电极导线孔27，方便将焊接在工作电极表面的导线引出来。夹持器通过夹持器上的支架安装孔26，用螺栓固定安装在带有螺纹的电极支架18上。
如图3，用两片非金属、耐蚀板做成的工作电极夹持器19将工作电极21夹持住。夹持器两侧分别留有电极支架安装孔26、工作电极导线孔27、穿紧固螺栓28的四个小孔。夹持器在靠近参比电极的一侧的留有工作电极裸露孔。对于形状不规则的工作电极，可以先进行树脂封边，然后用夹持器夹持。
按上述方法安装好装置并接通外部导线，然后在容器8内注入试验流体介质。按所需温度，用数字恒温槽9设定好温度进行加热。当温度升至目标温度后，开启变速电机4，当流速测定仪14上所显示的流速达到目标流速(如4m/s，这就是试样相对于试验流体介质的冲刷速度)后，就可以开启电化学测试系统13进行相关的电化学测试(如E-t、EIS、极化曲线等等)。
容器内压力随试验流体介质温度的升高而增大。为了防止过高的压力导致密封螺栓密封效果降低，危害试验人员的安全，特在容器盖6上开有小孔，连接一尾气处理装置。
本实施例中所有接触试验流体介质的构件，除工作电极、辅助电极外，均由非金属、耐蚀材料制成(如聚四氟乙烯、有机玻璃等)。
本实施例中，除工作电极和辅助电极外，所有浸没到试验流体介质的结构件均为非金属耐蚀材料，这就避免了由于这些构件的腐蚀对测试结果的影响。由此本装置也可以进行模拟紊流酸洗等强腐蚀性试验环境中的试验
根据本实用新型的动态流体介质中电化学测试的装置，由于三电极(工作、辅助、参比)及流速测定探头与电机旋转轴一起同速旋转，可以模拟实际条件下的动态流体电化学测试，整个测试体系所反馈的电化学信息不偏离实际值；可以实时同步测定试验流体介质的实际流速，其所显示的速度就是工作电极相对于试验流体介质的冲刷速度，由此可以研究工作电极(试样)的电化学性能同动态流体冲刷速度之间的关系，进而研究动态流体中材料的腐蚀失效机理。
本实用新型装置具有结构简单、性能稳定、操作简便、造价低廉的特点，易于推广应用，适用于各种大气侵蚀、腐蚀或防腐测量中的电化学测量领域。
Claims (11)
1.一种动态流体介质中的电化学行为测试装置，包括：顶部设置有容器盖(6)且内部盛放有动态流体介质的容器(8)，浸没于容器(8)的动态流体介质中、与电化学测试系统(13)电连接的电极系统(15)，设置于容器(8)外、用于驱动电极系统(15)的变速电机(4)及设置于容器(8)外的电化学测试系统(13)，其特征在于：该电极系统(15)包括参比电极(22)、工作电极(21)及辅助电极(24)，分别与所述电化学测试系统(13)电连接，该电极系统(15)还设置有流速探头(23)，该流速探头(23)与流速测定仪(14)电连接，该电极系统(15)固连于插入容器(8)的动态流体介质中的变速电机(4)的电机旋转轴(29)，其工作电极、辅助电极、参比电极及流速探头可由电机旋转轴(29)同时驱动旋转。
2.如权利要求1所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述动态流体介质中的电化学行为测试装置设置有支架，所述支架包括：用于支承所述测试装置系统的主支架(1)及连接其上、用于支承流速测定仪(14)及所述电化学测试系统(13)的电刷支架(2)和安装在电刷支架(2)平行的下部，一端与主支架(1)连接，另一端与变速电机(4)连接的旋转轴支架(3)，及上端与变速电机连接，并使流速测定仪(14)及所述电化学测试系统(13)电连接的电极系统(15)，且下端插入于容器(8)的动态流体介质中的垂直设置的电机旋转轴(29)。
3.如权利要求2所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述用于电机传动、并将流速测定仪(14)及所述电化学测试系统(13)电连接于电极系统(15)、且插入于容器(8)的动态流体介质中的电机旋转轴(29)的至少部分套有绝缘套杆(11)。
4.如权利要求2所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，在至少部分套有绝缘套杆(11)、插入于容器(8)的动态流体介质中的电机旋转轴(29)的下端，安装连接有垂直于电机旋转轴的电极支架(18)和平行于电机旋转轴并与电极支架交错的辅助电极支架(17)，电极支架(18)和辅助电极支架(17)上安装有电极系统(15)的参比电极(22)、工作电极(21)、辅助电极(24)及流速探头(23)，所述参比电极及流速探头通过辅助电极支架(17)作垂直于电机旋转轴的安装，所述工作电极及辅助电极作平行于电机旋转轴的安装。
5.如权利要求4所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述参比电极(22)在贯穿、通过辅助电极支架(17)的安装处设置有一中空的橡胶塞(25)，所述流速探头(23)贯穿、通过辅助电极(24)安装。
6.如权利要求4所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述工作电极(21)由夹持器(19)安装于电极支架(18)外端。
7.如权利要求1所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述容器(8)为带数字恒温槽(9)的容器。
8.如权利要求1所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，在所述的容器盖(6)上设置有一小孔，连接一尾气处理装置(16)。
9.如权利要求3所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，所述的至少部分套有绝缘套杆(11)的并与变速电机(4)连接的电机旋转轴(29)的下端部分，通过容器盖(6)上的密封轴承(7)插入动态流体介质中，其没入深度大于300mm。
10.如权利要求1所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，工作电极(21)、辅助电极(24)、参比电极(22)和流速探头(23)的导线通过焊接并引出后，通过绝缘套杆(11)上的小孔缠绕在电机旋转轴(29)上，与绝缘套杆一起通过密封轴承(7)的内轴，在对应铜环石墨电刷(5)的压力簧片处，再次通过绝缘套杆上的小孔分别引出接线，与绝缘套杆上的铜环石墨电刷连接。
11.如权利要求10所述的动态流体介质中的电化学行为测试装置，其特征在于，四个铜环石墨电刷(5)的压力簧片分别固定安装在电刷支架(2)上，电刷支架靠近旋转轴支架(3)安装，以使铜环石墨电刷(5)的压力簧片压住铜环石墨电刷上的石墨块，接触、导通从各个电极出来的导线连接的绝缘套杆上的铜环石墨电刷。
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