CN208953424U - 一种瞬时腐蚀速度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种瞬时腐蚀速度测量仪，包括电化学传感器、中央处理器、逻辑控制模块、电位扫描模块、阻抗转换器模块以及数据传输接口，其中，中央处理器通过逻辑控制模块与电位扫描模块相连，电位扫描模块通过恒电位控制模块施加到电化学传感器上；电化学传感器的直流反馈信号经电流/电压转换模块、电压放大模块以及模/数转换模块进入中央处理器；电化学传感器的交流反馈信号经阻抗转换器和阻抗数据接口进入中央处理器。本实用新型提高了腐蚀数据测量的准确性、稳定性；通过使用优化的连续线性扫描模块和频扫模块，提高了仪器抗干扰能力、降低了整机功耗，可满足工业循环水等介质的腐蚀速率测试及评价，也可作为实验室缓蚀剂快速评价的仪器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种腐蚀速度检测技术，具体为一种瞬时腐蚀速度测量仪。
背景技术
通常，腐蚀类型根据腐蚀发生的环境背景，可分为自然环境腐蚀和工业环境腐蚀。自然环境腐蚀相对工业环境腐，蚀量大、面广，十分普遍。建筑、交通、机械、军事系统主要是自然环境腐蚀；能源与化工系统的设备、装置、管道的外腐蚀也属于自然环境腐蚀。
石油化工、输油输气、化学工业大量存在的生产装置、压力容器、储罐等，其内壁腐蚀一般属于工业环境腐蚀。腐蚀往往造成停工停产，部件失效，严重影响正常生产。
由于腐蚀在绝大多数条件下具有电化学的本质，因此电化学方法在腐蚀实验和检测技术中具有先天的优势。电化学方法测定的都是瞬时腐蚀状态，不仅测试速度快，灵敏度高，而且能连续监测腐蚀环境中金属结构表面和介质条件的变化深入研究腐蚀的本质和机理。
随着人们对腐蚀电化学原理的认知水平不断提高，加之电子技术发展的日新月异。传统的电化学腐蚀检测方法目前有一下几种：开路电位法；极化曲线法；线性极化和弱极化法；交流阻抗法；电化学噪声法。
上述方法都是从不同角度和切入点表征金属材料在不同环境的腐蚀行为和腐蚀过程。
应用于实际工业现场的检测的商业仪器很多，如中国科学院金属研究所研制的CMB-2510瞬时腐蚀速度测量仪，采用线性极化和交流阻抗技术用于工业介质的瞬时腐蚀速度检测；美国热电监测分析技术公司9030PlusInstrument腐蚀速率测试仪；北京柯美达科技有限公司的F-10D局部腐蚀在线监测系统，其传感器采用丝束电极。
目前，大多数基于电化学理论的瞬时腐蚀速度测量仪，在利用线性极化及弱极化方法检测腐蚀电流、B值等关键参数时，普遍采用四点法，及在整个电位区间，只选取四个电位极化点。这样的好处是测量一次的时间短，数据采集及处理的工作量小；缺点是，选取的数据点少，误差增大甚至不可控。
在利用交流阻抗技术进行介质电阻Rs测量及评价时，大多数仪器只施加一个固定频率点信号。信号信息有限，且存在腐蚀体系适应性差，腐蚀过程和信息表达不完整的缺点。
实用新型内容
针对现有技术实施过程中诸如电极电位选取点少，阻抗频率固定、单一，导致数据误差大以及数据完整性表达存在缺陷等不足，本实用新型要解决的问题是采用线性扫描技术、交流阻抗(频扫技术)并结合高速MCU技术，提供一种快速、稳定的瞬时腐蚀速度测量仪。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种瞬时腐蚀速度测量仪，包括电化学传感器、中央处理器、逻辑控制模块、电位扫描模块、阻抗转换器模块以及数据传输接口，其中，中央处理器通过逻辑控制模块与电位扫描模块相连，电位扫描模块通过恒电位控制模块施加到电化学传感器上；电化学传感器的直流反馈信号经电流/电压转换模块、电压放大模块以及模/数转换模块进入中央处理器；电化学传感器的交流反馈信号经阻抗转换器和阻抗数据接口进入中央处理器。
电位扫描模块包括逻辑控制模块、双通道数模转换器、基准电压缓冲器以及第一～三信号放大模块，其中双通道模数转换器的两个通道分别通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，双通道模数转换器的两个输出端输出直流电位进入第一～二信号放大模块，第一～二信号放大模块的输出端与第三信号放大模块的两个输入端相连，第三信号放大模块输出第一～二信号放大模块的差分信号，作为电位扫描模块的电位输出，并经恒电位控制模块施加到电化学传感器上。
阻抗转换器模块包括直接频率合成器、数模转换器、增益控制器、模数转换器、滤波器、傅里叶变换模块以及第四、五信号放大模块，其中，直接频率合成器通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，经数模转换器输出交流正弦信号至第四信号放大模块，第四信号放大模块与第一、二电阻组成的放大电路，其输出的放大信号施加在电极WE、RE之间。
第五信号放大模块输入端接有电化学传感器的阻抗测量值信号，第五信号放大模块与第三电阻组成的放大电路经过增益控制模块、滤波器、模数转换器、以及傅里叶变换模块进入中央处理器。
本实用新型还具有液晶显示模块，其通过数据线与中央处理器的显示接口相连。
本实用新型还具有温度传感器，设于待测溶液中，温度传感器信号直接与中央处理模块相连。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型通过采用连续线性扫描及频扫技术实现金属在腐蚀介质中腐蚀数据测量，结果表明，采用新型测量技术及硬件模块，提高了腐蚀数据测量的准确性、稳定性；通过使用优化的连续线性扫描模块和频扫模块，提高了仪器抗干扰能力、降低了整机功耗，可以满足工业循环水等介质的腐蚀速率测试及评价，也可以作为实验室缓蚀剂快速评价的仪器。
2.本实用新型与同类功能仪器相比，具有体积小，重量轻，便于携带；具备在石油化工等高安全风险场合使用的条件。
3.本实用新型中采用的线性扫描技术、交流阻抗(频扫技术)模块，具有高集成度、高速、低功耗特点；信号施加及数据处理自动连续完成，保证了电化学腐蚀信号采集连续，测量准确，信号完整性好的特点。
附图说明
图1为本实用新型的检测电路框图；
图2为本实用新型中电位扫描模块结构图
图3为本实用新型中阻抗转换器结构图；
图4为本实用新型中电化学传感器结构图；
图5为本实用新型仪器检测示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。
如图1所示，本实用新型一种瞬时腐蚀速度测量仪，包括电化学传感器、中央处理器、逻辑控制模块、电位扫描模块、阻抗转换器模块以及数据传输接口，其中，中央处理器通过逻辑控制模块与电位扫描模块相连，电位扫描模块通过恒电位控制模块施加到电化学传感器上；电化学传感器的直流反馈信号经电流/电压转换模块、电压放大模块以及模/数转换模块进入中央处理器；电化学传感器的交流反馈信号经阻抗转换器和阻抗数据接口进入中央处理器。
如图2所示，电位扫描模块包括逻辑控制模块、双通道数模转换器、基准电压缓冲器以及第一～三信号放大模块，其中双通道模数转换器的两个通道分别通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，双通道模数转换器的两个输出端输出直流电位进入第一～二信号放大模块，第一～二信号放大模块的输出端与第三信号放大模块的两个输入端相连，第三信号放大模块输出第一～二信号放大模块的差分信号，作为电位扫描模块的电位输出，并经恒电位控制模块施加到电化学传感器上。
图1中的中央处理模块CPU通过逻辑控制模块与电位扫描模块相连，并控制其按程序设定预定值连续输出直流电位。双通道数模转换器DAC-A、DAC-B的输入端分别与逻辑控制模块相连，通过接收CPU指令，输出直流电位。第一～二信号放大模块A1、A2作为电压缓冲器，提高电路输入阻抗。第三信号放大模块A3输出第一～二信号放大模块A1、A2的差分信号。第三信号放大模块A3的输出范围为-2.5V～+2.5V，电位分辨率：±0.1mV。
基准电压缓冲器作为双通道数模转换器DAC-A、DAC-B工作的基准电压，决定其输出电位范围。
如图3所示，阻抗转换器模块包括直接频率合成器、数模转换器DAC、增益控制器、模数转换器ADC、滤波器、傅里叶变换模块以及第四、五信号放大模块，其中，直接频率合成器通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，经数模转换器输出交流正弦信号至第四信号放大模块，第四信号放大模块与第一、二电阻组成的放大电路，其输出的放大信号施加在电极WE、RE之间。直接频率合成器为一独立硬件(集成芯片)。
恒电位控制模块、阻抗转换器(模块)、逻辑控制模块是独立的，恒电位控制模块是负责测量直流信号的关键模块，阻抗转换器(模块)是负责测量交流信号的关键模块，逻辑控制模块将CPU指令发送到各模块，各模块通过逻辑控制模块接收指令完成各自功能和任务。
时钟模块为直接频率合成器提供工作时钟；数模转换器DAC输出信号经第四信号放大模块A4、第一、二电阻R1、R2组成的放大电路，施加在电极WE、RE之间。阻抗Z的测量值信号A5、R3组成的放大电路、再经过增益控制、滤波器、ADC、傅里叶变换模块进入CPU。
施加在待测目标阻抗Z上的交流信号，其频率输出范围0.01Hz～100KHz，p频率分辨率：±0.01Hz，信号幅度范围-50mVp-p～+50mVp-p，信号幅度分辨率±0.1mVp-p。
傅里叶变换模块，将模数转换器ADC输出的数字信号进行进一步变换，输出与与腐蚀参数有关的信号。
图4为电化学传感器，其尾部引出两根导线，分别对应图1和图5中的WE、RE两根导线与恒电位控制模块、电流/电压转换模块及阻抗转换器相连。
图5为检测仪工作示意图，工作电极WE、参比电极RE、辅助电极CE经检测仪面板航空插头与检测仪测量电路中的恒电位控制模块、电流/电压转换模块连接。T为温度传感器接口，温度传感器信号直接经检测仪面板航空插头与CPU中央处理模块相连。温度测量范围：-20～200℃，温度分辨率：±0.1℃。
本实用新型通过电位扫描模块进行连续线性扫描，通过阻抗转换器进行频扫，实现金属在腐蚀介质中腐蚀数据测量，结果表明，采用本实用新型测量技术及硬件模块，提高了腐蚀数据测量的准确性、稳定性。通过使用优化的连续线性扫描模块和频扫模块，提高了仪器抗干扰能力、降低了整机功耗，可以满足工业循环水等介质的腐蚀速率测试及评价，也可以作为实验室缓蚀剂快速评价的仪器。
Claims (6)
1.一种瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：包括电化学传感器、中央处理器、逻辑控制模块、电位扫描模块、阻抗转换器模块以及数据传输接口，其中，中央处理器通过逻辑控制模块与电位扫描模块相连，电位扫描模块通过恒电位控制模块施加到电化学传感器上；电化学传感器的直流反馈信号经电流/电压转换模块、电压放大模块以及模/数转换模块进入中央处理器；电化学传感器的交流反馈信号经阻抗转换器和阻抗数据接口进入中央处理器。
2.按权利要求1所述的瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：电位扫描模块包括逻辑控制模块、双通道数模转换器、基准电压缓冲器以及第一～三信号放大模块，其中双通道模数转换器的两个通道分别通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，双通道模数转换器的两个输出端输出直流电位进入第一～二信号放大模块，第一～二信号放大模块的输出端与第三信号放大模块的两个输入端相连，第三信号放大模块输出第一～二信号放大模块的差分信号，作为电位扫描模块的电位输出，并经恒电位控制模块施加到电化学传感器上。
3.按权利要求1所述的瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：阻抗转换器模块包括直接频率合成器、数模转换器、增益控制器、模数转换器、滤波器、傅里叶变换模块以及第四、五信号放大模块，其中，直接频率合成器通过逻辑控制模块接收中央处理器的指令，经数模转换器输出交流正弦信号至第四信号放大模块，第四信号放大模块与第一、二电阻组成的放大电路，其输出的放大信号施加在电极WE、RE之间。
4.按权利要求3所述的瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：第五信号放大模块输入端接有电化学传感器的阻抗测量值信号，第五信号放大模块与第三电阻组成的放大电路经过增益控制模块、滤波器、模数转换器、以及傅里叶变换模块进入中央处理器。
5.按权利要求1所述的瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：还具有液晶显示模块，其通过数据线与中央处理器的显示接口相连。
6.按权利要求1所述的瞬时腐蚀速度测量仪，其特征在于：还具有温度传感器，设于待测溶液中，温度传感器信号直接与中央处理模块相连。
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Cited By (2)
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