KR200481466Y1 - 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치 - Google Patents

음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치에 관한 것으로서, 특히 음향방출용 부식측정기구는 음향방출법을 이용하여 금속의 부식을 측정할 때 사용되는 것으로서; 전선도입관과, 상기 전선도입관의 측면 하부에 돌출 형성되고 내부에 시편이 설치되는 시편장착관으로 이루어진 케이스와; 상기 전선도입관을 통해 상기 시편에 연결되어 시편에 전류가 흐르게 하는 시편와이어와; 상기 전선도입관 내부에 설치되어 상기 시편의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서와; 중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀을 통해 시편이 노출되고, 상기 케이스의 시편장착관 끝단에 결합되어 상기 시편을 상기 AE센서 쪽으로 가압함으로써 시편과 AE센서를 밀착시키는 마개;를 포함하여 구성되어, 금속의 부식실험에 음향방출법을 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Description

음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치{Corrosion Measurement Device for Acoustic Emission Technique and Corrosion Measurement Apparatus using The Same}
본 고안은 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치에 관한 것으로서, 특히 금속의 부식실험에 음향방출법을 용이하게 적용할 수 있는 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치에 관한 것이다.
금속 소재의 부식 현상을 평가하기 위해 다양한 분석 방법이 사용되고 있는데, 현재 가장 일반적인 방법은 동전위분극시험법(Potentiodynamic polarization method)이다. 이는 인위적인 전위(potential)를 일정 속도로 증가시켜 인가한 후 이때의 부식전류밀도를 측정하여 얻은 전위-전류밀도의 결과 곡선을 통해 소재의 부식저항성을 평가하는 방법이다. 이 데이터를 해석함으로써 소재의 공식부식 발생 시기 및 정도를 평가할 수 있다.
또 다른 부식 손상 평가 방법으로는 일정 시간 동안 부식실험 후 시험편을 꺼내 무게 변화를 측정하거나 부식손상을 현미경을 통해 관찰하는 방법도 많이 사용되고 있다. 그러나 부식실험 후 시험편의 부동태 피막을 관찰하는 것은 공기 중에 노출로 인한 2차 손상으로 인해 어려움이 있다. 또한 실제 사용 중인 금속 부품에 대해서는 이런 방법의 적용의 한계가 있다.
한편, 최근에는 금속의 부식에 의해 발생되는 음향방출신호(AE신호)를 AE센서가 검출하여 분석하는 음향방출법을 이용한 연구가 보고되고 있다.
그러나, 현재 일반적으로 사용되고 있는 부식측정기구 또는 장치는 출원번호:10-2009-0007160의 발명에 제시된 것과 같이 시편이 용액에 잠겨 있는 구조여서 시편 자체에 AE센서를 부착하기가 어렵기 때문에 음향방출법을 적용하기가 어렵거나, 출원번호:10-2014-0123833의 발명에 제시된 것과 같이 용액에 잠겨 있는 시편의 특정부분으로부터 먼 곳에 AE센서를 설치하기 때문에 신호감쇠에 의해 AE신호를 정확하게 계측하기 어려운 문제점이 있다.
출원번호:10-2009-0007160 (등록번호:10-1048235, 발명의 명칭:부식 측정 장치 및 이를 이용한 부식 측정 방법) 출원번호:10-2014-0123833 (등록번호:10-1477962, 발명의 명칭:음향 방출법을 이용한 금속의 공식부식 측정장치 및 방법)
본 고안은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속의 부식실험에 음향방출법을 용이하게 적용할 수 있고 부식 거동을 음향방출법을 통해 정확하게 측정할 수 있는 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구는 음향방출법을 이용하여 금속의 부식을 측정할 때 사용되는 것으로서; 전선도입관과, 상기 전선도입관의 측면 하부에 돌출 형성되고 내부에 시편이 설치되는 시편장착관으로 이루어진 케이스와; 상기 전선도입관을 통해 상기 시편에 연결되어 시편에 전류가 흐르게 하는 시편와이어와; 상기 전선도입관 내부에 설치되어 상기 시편의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서와; 상기 시편의 전면을 외부로 노출시키는 관통홀이 중앙에 형성되고, 상기 케이스의 시편장착관에 나선결합되는 마개;를 포함하여 구성되되, 상기 마개가 시편을 AE센서 쪽으로 가압하여 상기 AE센서는 상기 관통홀과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편의 후면에 밀착되고, 시편의 전면이 상기 관통홀을 밀폐하여 상기 AE센서가 외부와 격리된다.

한편, 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치는 용액이 담긴 산화반응조와 용액이 담긴 환원반응조 및 상기 산화반응조와 환원반응조를 연결하여 전자이동을 가능하게 하는 염다리로 이루어진 반응조와; 상기 산화반응조의 용액에 접촉되어 작업전극으로 사용되는 시편과, 상기 시편의 뒷면에 부착되어 시편의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서를 포함하는 부식측정기구와; 상기 시편에 전류가 흐르게 하여 시편이 작업전극으로 작용되도록 하는 정전위기와; 상기 부식측정기구의 AE센서에서 전송된 AE신호를 분석하는 AE계측장치;를 포함하여 구성된 것으로서; 상기 부식측정기구는 상기 산화반응조의 용액에 침지되게 설치되고, 산화반응조의 용액에 접촉됨과 아울러 상기 정전위기와 시편와이어로 연결되어 전류가 흐름으로써 작업전극으로 작용하는 시편이 내부 하단에 설치되는 케이스와; 상기 케이스 내부에 설치되고 상기 시편에 의해 가압되며, 시편의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서와; 상기 케이스에 나선결합되어 상기 시편을 상기 AE센서 쪽으로 가압하고, 시편이 산화반응조 용액과 접하도록 중앙에 관통홀이 형성된 마개;를 포함하여 구성되되, 상기 마개가 시편을 AE센서 쪽으로 가압하여 상기 AE센서는 상기 관통홀과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편의 후면에 밀착되고, 시편의 전면이 상기 관통홀을 밀폐하여 상기 AE센서가 산화반응조의 용액과 격리된다.
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상기와 같이 구성되는 본 고안의 음향방출용 부식측정기구 및 이를 이용한 부식측정장치는 시편은 반응조의 용액에 접하고 AE센서는 케이스 내부에 설치되어 반응조의 용액으로부터 차단되므로 금속의 부식실험에 음향방출법을 용이하게 적용할 수 있고, 용액에 접하여 AE센서가 고장나는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 시편의 뒷면에 AE센서가 부착되기 때문에 신호감쇠를 방지하여 AE센서에서 검출한 AE신호의 분석을 더욱 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 마개가 케이스에 나선방식으로 결합되고, 이 마개의 나선결합에 의해 시편이 점점 밀리면서 AE센서에 강하게 밀착되므로 시편과 AE센서 사이에는 일정 이상의 접촉압력이 발생되고, 이러한 충분한 접촉압력에 의해 시편에서 발생되는 AE신호를 AE센서가 용이하게 검출할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 보인 사시도.
도 2는 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구의 분해사시도.
도 3은 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구의 단면도.
도 4는 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치를 보인 도.
이하, 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 보인 사시도이고, 도 2는 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구의 분해사시도이며, 도 3은 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구의 단면도이다.
본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구는 부식용액에 접촉된 금속의 부식을 음향방출법을 이용하여 측정하고자 할 때 사용되는 것이다.
이러한 본 고안의 부식측정기구(200)는 케이스(210)와, 상기 케이스(210)에 설치되는 시편와이어(220)와, 상기 케이스(210) 내부에 설치되는 AE센서(230)와, 상기 케이스(210)에 결합되는 마개(240);를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(210)는 전선도입관(211)과, 상기 전선도입관(211)에 일체로 형성된 시편장착관(212)으로 구성된다.
상기 전선도입관(211)은 상하방향으로 긴 사각관 형태를 취하는 것으로서, 내부에는 빈 공간이 형성되고, 일측면 하부에 개방된다.
상기 시편장착관(212)은 깊이가 짧은 원형관 형태를 취하는 것으로서, 상기 전선도입관(211)의 측면 하부에 돌출 형성된다. 좀 더 자세히는 상기 전선도입관(211)의 개방된 일측면 하부에 설치되어 시편장착관(212)과 전선도입관(211)은 서로 연통된다.
이러한 시편장착관(212)의 내부에는 금속재질의 시편(S)이 설치된다.
상기 시편(S)은 그 직경을 상기 시편장착관(212)의 내경과 동일하게 형성시키거나 그 보다 약간 작게 형성시키고 마운팅하여 시편장착관(212) 내부에 장착한다.
상기 시편와이어(220)는 상기 전선도입관(211)을 통해 상기 시편(S)에 연결된다. 부연하면, 시편와이어(220)는 상기 시편(S)에 연결되어 있는 전선으로서, 전기화학적 부식실험을 하기 위해 시편(S)에 전류를 흐를 수 있게 해주는 전선이다. 이렇게 시편와이어(220)가 시편(S)에 연결되어 있기 때문에 시편(S)이 작업전극(Working Electrode)로서 작용할 수 있게 된다.
상기 AE센서(230)는 음향방출시스템에 연결되는 센서와이어(231)를 포함하여 상기 전선도입관(211) 내부에 설치되는데, 이러한 AE센서(230)는 상기 시편(S)의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출한다.
좀 더 부연하면, AE센서(230)는 상기 전선도입관(211)의 내부 하측에 설치되어 전선도입관(211) 하측부의 개방된 부분을 바라보도록 설치된다. 그리고, AE센서(230)의 전면 또는 시편(S)의 후면에는 실리콘 접촉매질이 도포된 후 AE센서(230)와 시편(S)이 밀착된다.
즉, 시편(S)과 AE센서(230)가 일정거리 이격된 구조를 갖는 것이 아니고, 시편(S)의 후면에 AE센서(230)가 밀착되어 거의 일체화에 가까운 형태를 취하고 있는 것이다. 이렇게 하는 이유는 AE신호의 감쇠를 방지하기 위함이다.
상기 마개(240)는 상기 케이스(210)의 시편장착관(212) 끝단에 결합되는 것으로서, 시편(S)을 고정시키는 역할도 하고 더불어 시편(S)과 AE센서(230)가 밀착될 수 있도록 가압력을 제공하는 역할도 한다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 마개(240)는 내측면이 상기 시편장착관(212)의 외측면에 나선결합방식으로 체결된다. 그리고, 상기 시편(S)은 상기 시편장착관(212)에 삽입되면서 동시에 상기 마개(240)의 안쪽면에 접촉된다. 따라서, 마개(240)를 일방향으로 회전시키면 마개(240)가 시편장착관(212)에 점점 조여지면서 마개(240)의 내측면이 시편(S)을 상기 AE센서(230) 쪽으로 점점 밀게 된다. 이렇게 되면 시편(S)의 후면과 AE센서(230)의 전면이 강하게 밀착된다.
그리고, 상기 마개(240)의 전면 중앙에는 관통홀(240a)이 형성되는데, 이 관통홀(240a)의 바로 뒤에 시편(S)이 설치된다. 따라서 시편(S)의 전면은 상기 관통홀(240a)을 통하여 외부로 노출되어 관통홀(240a)을 통해서만 부식용액에 접촉된다. 더불어 시편(S)의 직경은 상기 관통홀(240a)의 직경보다 크게 형성되어 관통홀(240a)의 전면적을 시편(S)의 전면이 밀폐한다. 이렇게 시편(S)에 의해 관통홀(240a)이 막히기 때문에 AE센서(230)는 시편(S)에 의해 외부와 격리되는 형태를 취하게 된다.
여기서, AE센서(230)의 설치 위치에 대해 좀 더 부연설명을 하면, 상기 시편(S)의 전면이 상기 관통홀(240a)을 밀폐하도록 마개(240)를 회전시키면 상기 관통홀(240a)과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편(S)의 후면에는 상기 AE센서(230)의 전면이 강하게 밀착된다. 이로써 상기 AE센서(230)는 시편(S)의 부식발생지점(즉, 관통홀과 접하는 부분) 바로 뒤에 위치된다.
이상에서는 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구에 대하여 설명을 하였고, 이하에서는 도 4를 참조하여 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치에 관하여 설명을 하도록 한다.
도 4는 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치를 보인 도이다.
본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치는 내부에 반응 용액이 저장된 반응조(100)와, 상기 반응조(100)의 용액에 침지되는 상기한 본 고안의 부식측정기구(200)와, 정전위기(300)와, AE계측장치(400) 및 컨트롤러(500)를 포함하여 구성된다.
산화영역과 환원영역은 하나의 반응조에 조성할 수도 있지만, 보다 정밀한 분석을 위하여 본원고안에서는 다른 반응조로 구성하였다. 따라서 본 고안의 반응조(100)는 산화반응조(110)와, 환원반응조(120) 및 염다리(130)로 구성된다.
상기 산화반응조(110)는 내부에 부식용액이 담겨져 있고, 이 산화반응조(110) 내에서는 산화과정이 일어난다. 이러한 산화반응조(110)에는 기준전극(111)이 부식용액에 침지되게 설치된다.
상기 환원반응조(120)는 산화반응조(110)와 마찬가지로 내부에 부식용액이 담겨져 있고, 이 환원반응조(120) 내에서는 환원과정이 발생된다. 이러한 환원반응조(120)에는 상대전극(121)이 부식용액에 침지되게 설치된다.
한편, [도 4]에는 산화반응조(110)와 환원반응조(120)에 염화나트륨 용액(NaCl Solution)이 담겨져 있는 것으로 도시되어 있으나, 이것은 하나의 예시일 뿐 산화반응조(110)와 환원반응조(120)에 저장되는 부식용액은 염화나트륨 용액만으로 한정되는 것은 아니고, 부식을 발생시키는 기능을 수행하면 다른 종류의 부식용액도 가능하다.
상기 염다리(130)는 일단이 상기 산화반응조(110)의 부식용액에 침지되고 타단이 상기 환원반응조(120)의 부식용액에 침지되어 산화반응조(110)와 환원반응조(120)를 연결함으로써, 산화반응조(110)와 환원반응조(120) 사이에 전자의 이동을 가능하게 한다.
상기 부식측정기구(200)는 상기 산화반응조(110)의 용액에 접촉되어 작업전극으로 사용되는 시편(S)과, 상기 시편(S)의 뒷면에 부착되어 시편(S)의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서(230)를 포함한다.
이미 앞에서 부식측정기구(200)에 대하여 충분히 설명을 하였지만, 여기에서 좀 더 부연설명을 하면, 부식측정기구(200)는 케이스(210)와, AE센서(230)와, 마개(240)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(210)는 하측 부분이 상기 산화반응조(110)의 용액에 침치되게 설치되고, 내부 하단에 시편(S)이 설치된다.
상기 시편(S)은 상기 산화반응조(110)에 저장된 용액에 접촉됨과 아울러 상기 정전위기(300)와 시편와이어(220)로 연결되어 전류가 흐른다. 이로써 시편(S)은 작업전극으로 작용하게 된다.
상기 AE센서(230)는 상기 케이스(210) 내부에 설치되는데, 특히 상기 시편(S)에 의해 뒤쪽으로 가압되어 전면이 시편(S)의 후면에 밀착된다. 부연하면, 상기 AE센서(230)는 후술할 마개(240)의 관통홀(240a)과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편(S)의 후면에 밀착된다. 이러한 AE센서(230)는 상기 시편(S)에서 부식이 발생될 때 이 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출한다.
그리고, 상기 AE센서(230)는 뒤에서 좀 더 부연하겠지만 상기 시편(S)에 의해 산화반응조(110)의 용액과 격리된다.
상기 마개(240)는 상기 케이스(210)에 나선결합되어 상기 시편(S)을 상기 AE센서(230) 쪽으로 가압하고, 시편(S)이 산화반응조(110) 용액과 접하도록 중앙에 관통홀(240a)이 형성된다.
상기 관통홀(240a)은 마개(240)를 케이스(210)에 결합시켰을 때 마개(240) 안쪽에 있는 시편(S)의 전면에 의하여 밀폐된다. 따라서, 관통홀(240a)을 통하여 산화반응조(110)의 용액이 케이스(210) 내부로 유입되는 것이 차단된다. 이렇게 산화반응조(110)의 용액이 케이스(210) 내부로 유입되지 못하기 때문에 상기 AE센서(230)는 산화반응조(110)의 용액과 접촉하지 않고 격리된다.
상기 산화반응조(110)나 환원반응조(120)에 담긴 용액은 강산성이나 강알칼리성이 대부분으로 극한 환경이기 때문에, 이러한 용액에 AE센서(230)가 직접적으로 접촉하게 된다면 AE센서(230)의 고장이 초래되어 실험을 할 수가 없게 된다. 바로 이러한 문제를 케이스(210)와 마개(240) 및 그 케이스(210) 안에 설치되는 AE센서(230)에 의해 해결하여 금속의 부식실험에 음향방출법을 용이하게 적용할 수 있도록 하였다.
상기 정전위기(300)는 상기 시편(S)에 전류가 흐르게 하여 시편(S)이 작업전극으로 작용되도록 하는 것으로서, 각 전극에 전위를 인가한다.
정전위기(300)에 의해 각 전극에 전위가 인가되면 산화반응조(산화영역)에서는 작업전극으로 이용되는 시편(S)에서 전자가 방출되면서 부식이 발생되고, 방출된 전자는 염다리(130)를 통해 환원반응조(환원영역)로 이동한 후 상대전극(121)으로 유입된다.
상기 AE계측장치(400)는 상기 부식측정기구(200)의 AE센서(230)에서 전송된 AE신호를 분석한다.
한편, 본 고안에 의한 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치는 정전위기(300)에 연결되어 각 전극의 전압 증가 등과 같은 장치의 전체적인 동작을 제어하는 컨트롤러(500)를 더 포함한다.
그리고, 상기 AE계측장치(400)로 연결되는 센서와이어(231) 상에는 프리앰프가 설치된다. 이에 따라 AE센서(230)에서 수신된 AE센호는 프리앰프(600)를 통해 증폭된 후 AE계측장치(400)로 전달된다.
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100: 반응조 110: 산화반응조
111: 기준전극 120: 환원반응조
121: 상대전극 130: 염다리
200: 부식측정기구 210: 케이스
211: 전선도입관 212: 시편장착관
220: 시편와이어 230: AE센서
231: 센서와이어 240: 마개
240a: 관통홀 300: 정전위기
400: AE계측장치 500: 컨트롤러
600: 프리앰프
S: 시편

Claims (5)

  1. 부식용액에 접촉된 금속의 부식을 음향방출법을 이용하여 측정하고자 할 때 사용되는 것으로서,
    전선도입관(211)과, 상기 전선도입관(211)의 측면 하부에 돌출 형성되고 내부에 시편(S)이 설치되는 시편장착관(212)으로 이루어진 케이스(210)와;
    상기 전선도입관(211)을 통해 상기 시편(S)에 연결되어 시편(S)에 전류가 흐르게 하는 시편와이어(220)와;
    상기 전선도입관(211) 내부에 설치되어 상기 시편(S)의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서(230)와;
    상기 시편(S)의 전면을 외부로 노출시키는 관통홀(240a)이 중앙에 형성되어 시편(S)이 상기 관통홀(240a)을 통해 부식용액에 접촉되도록 하고, 상기 케이스(210)의 시편장착관(212)에 나선결합되는 마개(240);를 포함하여 구성되되,
    상기 마개(240)가 시편(S)을 AE센서(230) 쪽으로 가압하여 상기 AE센서(230)는 상기 관통홀(240a)과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편(S)의 후면에 밀착됨으로써 상기 시편(S)의 부식발생지점 바로 뒤에 위치되고,
    상기 시편(S)의 전면이 상기 관통홀(240a)을 밀폐하여 상기 AE센서(230)가 외부와 격리되는 것을 특징으로 하는 음향방출용 부식측정기구.
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  3. 용액이 담긴 산화반응조(110)와 용액이 담긴 환원반응조(120) 및 상기 산화반응조(110)와 환원반응조(120)를 연결하여 전자이동을 가능하게 하는 염다리(130)로 이루어진 반응조(100)와; 상기 산화반응조(110)의 용액에 접촉되어 작업전극으로 사용되는 시편(S)과, 상기 시편(S)의 뒷면에 부착되어 시편(S)의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서(230)를 포함하는 부식측정기구(200)와; 상기 시편(S)에 전류가 흐르게 하여 시편(S)이 작업전극으로 작용되도록 하는 정전위기(300)와; 상기 부식측정기구(200)의 AE센서(230)에서 전송된 AE신호를 분석하는 AE계측장치(400);를 포함하여 구성된 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치에 있어서,
    상기 부식측정기구(200)는 상기 산화반응조(110)의 용액에 침지되게 설치되고, 산화반응조(110)의 용액에 접촉됨과 아울러 상기 정전위기(300)와 시편와이어(220)로 연결되어 전류가 흐름으로써 작업전극으로 작용하는 시편(S)이 내부 하단에 설치되는 케이스(210)와;
    상기 케이스(210) 내부에 설치되고 상기 시편(S)에 의해 가압되며, 시편(S)의 부식에 의해 발생되는 AE신호를 검출하는 AE센서(230)와;
    상기 케이스(210)에 나선결합되어 상기 시편(S)을 상기 AE센서(230) 쪽으로 가압하고, 시편(S)이 산화반응조(110) 용액과 접하도록 중앙에 관통홀(240a)이 형성된 마개(240);를 포함하여 구성되되,
    상기 마개(240)가 시편(S)을 AE센서(230) 쪽으로 가압하여 상기 AE센서(230)는 상기 관통홀(240a)과 수평방향으로 일직선상에 위치되는 시편(S)의 후면에 밀착됨으로써 상기 시편(S)의 부식발생지점 바로 뒤에 위치되고,
    상기 시편(S)의 전면이 상기 관통홀(240a)을 밀폐하여 상기 AE센서(230)가 산화반응조(110)의 용액과 격리되는 것을 특징으로 하는 음향방출용 부식측정기구를 이용한 부식측정장치.
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