專利名稱：一種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，涉及電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，具體涉及利用電偶電化學(xué)噪聲對(duì)金屬材料在多相腐蝕環(huán)境特別是腐蝕性氣相環(huán)境中發(fā)生局部腐蝕進(jìn)行監(jiān)測 的探針。
背景技術(shù)：
目前所見的電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測技術(shù)中，探針多為指狀三電極或多電極探針。 D.A.Eden于1992年發(fā)明的專利就是典型的指狀三電極探針。此類探針對(duì)于監(jiān)測金屬在 溶液相中的腐蝕能夠有較好的敏感性，但對(duì)監(jiān)測金屬在腐蝕性氣相中環(huán)境中的腐蝕卻不敏 感。氣相腐蝕，特別是最普遍的大氣腐蝕特點(diǎn)是自然環(huán)境中金屬在其表面形成的液膜下發(fā) 生的電化學(xué)腐蝕。而腐蝕性液膜通常是極薄且在處于腐蝕環(huán)境中中的金屬表面不均勻分 布。在這種情況下，傳統(tǒng)的指狀電極探針很難檢測到金屬材料的腐蝕電化學(xué)信號(hào)?，F(xiàn)有用來監(jiān)測金屬在氣相環(huán)境中腐蝕的常見技術(shù)是ACM(Atmospheric CorrosionMonitor)技術(shù)，利用一組相距很近的電偶或一對(duì)梳狀電偶來監(jiān)測腐蝕電偶電流， 例如采用電極距離很近的梳狀電極來獲得金屬腐蝕電流。這樣的設(shè)計(jì)能夠靈敏地檢測到金 屬在極薄液膜下的腐蝕電流，但在某些腐蝕環(huán)境中(如含H2S氣體)會(huì)由于在電極表面生 成導(dǎo)電性的腐蝕產(chǎn)物(如FeS)致使電極短路，探針很快失效。本發(fā)明針對(duì)腐蝕監(jiān)測探針特別是金屬在多相環(huán)境的腐蝕特點(diǎn)設(shè)計(jì)了含有控制開 關(guān)的平面多電極電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，通過電偶電化學(xué)噪聲獲得金屬的局部腐蝕 信息。既對(duì)金屬在極薄液膜下的腐蝕行為有很高的靈敏性，同時(shí)又能通過控制開關(guān)改變各 電極片的短接方式從而延長探針在某些腐蝕環(huán)境中的壽命，使得本腐蝕監(jiān)測探針能夠靈敏 且長時(shí)間地提供金屬材料在多相腐蝕環(huán)境特別是氣相環(huán)境中的局部腐蝕信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，使其具有靈敏度高，使 用壽命長的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的這種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針是一種利用電偶電化學(xué) 噪聲對(duì)金屬材料在多相腐蝕環(huán)境特別是腐蝕性氣相環(huán)境中發(fā)生局部腐蝕進(jìn)行監(jiān)測的探針。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明提供的這種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，包括用于產(chǎn)生電偶電化學(xué)噪聲 電位和電流信號(hào)的平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件⑶和用于控制各電極片的短接 方式的控制開關(guān)(4)，平面多電極組電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)包括三組由同種或異種 金屬材料制成的電極組，分別為a組，b組和c組，三組電極組呈品字型排列且位于平面多電 極組電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)的中央，電極組與電極組之間相鄰電極片間的垂直距離 為Imm 20mm，優(yōu)選為8mm ；每個(gè)電極組由2n+l個(gè)電極片構(gòu)成，其中η為1 4的任意整數(shù)； 每個(gè)電極組中有一個(gè)獨(dú)立電極片，每個(gè)電極組中除獨(dú)立電極片以外的其余電極片呈等間距 疊層排列，且相鄰電極片間距0. Olmm 1. Omm，優(yōu)選0. Imm ；獨(dú)立電極片與其所屬電極組中的其他各電極片垂直放置，間距0. Olmm 1. Omm,優(yōu)選0. Imm ；每個(gè)電極組連接有3根導(dǎo)線， 其中一根導(dǎo)線與獨(dú)立電極片相連，另一根導(dǎo)線與除獨(dú)立電極片以外的第奇數(shù)項(xiàng)的電極片相 連，又一根導(dǎo)線與除獨(dú)立電極片以外的第偶數(shù)項(xiàng)的電極片相連，三個(gè)電極組共有九根導(dǎo)線； 平面多電極組電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)的外層為圓形耐蝕金屬材料制成的帶有螺紋 (14)和螺帽(15)的探針壁(12)，電極片與電極片之間以及電極片與探針壁(12)之間的 間隙填充有絕緣物質(zhì)(13)，所述的電極片的前端面和探針壁的前端面及絕緣填充物質(zhì)表平 面在同一個(gè)平面上；控制開關(guān)⑷設(shè)置有9個(gè)獨(dú)立連接點(diǎn)(16)和3個(gè)輸出端(17、18、19)， 9個(gè)獨(dú)立連接點(diǎn)分別與上述平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)中的九根導(dǎo)線相連； 3個(gè)輸出端分別為第一工作電極端(17)，第二工作電極端(18)和參比電極端(19)；控制開 關(guān)⑷上的9個(gè)獨(dú)立連接點(diǎn)(16)與3個(gè)輸出端(17、18、19)之間設(shè)置成兩個(gè)檔位，第一檔 位設(shè)置方式為a，b，c電極組各組中與第奇數(shù)項(xiàng)的電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第一工作 電極端(17) ；a，b，c電極組各組中與第偶數(shù)項(xiàng)的電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第二工作電 極端(18)，a，b，c電極組各組中與獨(dú)立電極片連接的導(dǎo)線短接后接入?yún)⒈入姌O端(19)；第 二檔位設(shè)置方式為a組中的3根與電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第一工作電極端(17)，b 組中的3根與電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第二工作電極端(18)，c組中的3根與電極片 連接的導(dǎo)線短接后接入?yún)⒈入姌O端(19)。本發(fā)明監(jiān)測探針?biāo)龅钠矫娑嚯姌O電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)中的電極片可 由X52碳鋼制成的；所述的帶有螺紋(14)和螺帽(15)的圓形探針壁(12)可由316L不銹 鋼制成；所述的絕緣物質(zhì)(13)可以是耐高溫高壓樹脂或耐高溫高壓玻璃，所述的耐高溫高 壓樹脂可以是聚硅氧烷樹脂。本發(fā)明與現(xiàn)有的腐蝕監(jiān)測裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn) 1、由于測試探針由平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件構(gòu)成，在能夠監(jiān)測溶液相 腐蝕的同時(shí)，大大提高了其對(duì)于氣相腐蝕的敏感性，而且電化學(xué)噪聲信號(hào)能夠提供金屬腐 蝕的局部腐蝕信息。2、由于測試探針加入了控制開關(guān)，可以根據(jù)腐蝕情況改變各電極的短接形式，將 小間距的電極組改變?yōu)榇箝g距的電極組，從而延長探針在腐蝕環(huán)境中的壽命。


圖1電偶電化學(xué)噪聲的腐蝕監(jiān)測探針和CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀連接 的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明所述的監(jiān)測探針能夠監(jiān)測金屬在腐蝕環(huán)境中的腐蝕情況；圖2 —種平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件的三維示意圖；圖3 —種平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件電極片設(shè)計(jì)的三維示意圖；圖4控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，虛線表示控制開關(guān)在第一檔位時(shí)的連接方式，實(shí)線 表示控制開關(guān)在第二檔位時(shí)的連接方式。圖5本監(jiān)測裝置在含水汽和H2S氣體的腐蝕環(huán)境內(nèi)在0到23小時(shí)的電化學(xué)噪聲 電位/電流隨時(shí)間的變化圖，X軸時(shí)間(h)，y軸電位(mV)，電流(μ A)；圖6本監(jiān)測裝置在含水汽和H2S氣體的腐蝕環(huán)境內(nèi)在0到23小時(shí)的噪聲電阻隨 時(shí)間的變化圖，X軸時(shí)間(h)，y軸噪聲電阻(Ω · cm2)；圖7普通平面三電極探針在含水汽和H2S氣體的腐蝕環(huán)境內(nèi)在0到23小時(shí)的噪 聲電位/電流隨時(shí)間的變化圖，X軸時(shí)間(h)，y軸電位(mV)，電流(nA)；
圖8普通平面三電極探針在含水汽和H2S氣體的腐蝕環(huán)境內(nèi)在0到23小時(shí)的噪 聲電阻隨時(shí)間的變化圖，X軸時(shí)間(h)，y軸噪聲電阻(Ω cm2)。
具體實(shí)施例方式下 面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1圖1為電偶電化學(xué)噪聲的腐蝕監(jiān)測探針(1)和CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測 儀(2)連接的結(jié)構(gòu)示意圖；平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)與控制開關(guān)(4)組成 腐蝕監(jiān)測探針(1)。探針壁(12)為316L不銹鋼制作，外徑18mm，電極片為X52碳鋼制作，電極片與探 針壁之間填充聚硅氧烷樹脂。a電極組中，電極片al，a2，a3和a4等間距疊層排列，每個(gè)電 極片長3. 0mm，寬0. 5mm，相鄰電極片間距為0. Imm0電極片a5長2. 3mm，寬0. 5mm，與al，a2， a3和a4垂直放置，間距為0. 1mm。b，c電極組中電極片的尺寸與安放方式和a電極組相同。 a, b，c電極組呈品字型排列于平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)的中央，每兩個(gè)電 極組之間相鄰電極片之間的垂直距離為8mm。電極片al和a3與導(dǎo)線Lala3連接，電極片 a2和a4與導(dǎo)線La2a4連接，電極片a5與導(dǎo)線La5連接；電極片bl和b3與導(dǎo)線Lblb3連 接，電極片b2和b4與導(dǎo)線Lb2b4連接，電極片b5與導(dǎo)線Lb5連接，電極片cl和c3與導(dǎo)線 Lclc3連接，電極片c2和c4與導(dǎo)線Lc2c4連接，電極片c5與導(dǎo)線Lc5連接。初始狀態(tài)時(shí)控 制開關(guān)(4)置于第一檔位，Lala3，Lblb3和Lclc3連接(即al, a3，bl, b3，cl和c3短接) 后接入CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀(2)的第一工作電極端(17)，La2a4, Lb2b4和 Lc2c4連接(即a2, a4, b2，b4，c2和c4短接)后接入CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀 (2)的第二工作電極端(18)，La5，Lb5和Lc5連接(即a5，b5和c5短接)后接入CST500 電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀(2)的參比電極端(19)。當(dāng)控制開關(guān)(4)置于第二檔位時(shí)， Lala3, La2a4和La5連接(即al，a2，a3，a4和a5短接)后接入CST500電偶電化學(xué)噪聲 腐蝕監(jiān)測儀(2)的第一個(gè)工作電極端(17)，Lblb3，Lb2b4和Lb5連接(即bl，b2，b3，b4和 b5短接)后接入CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀(2)的第二工作電極端(18)，Lclc3， Lc2c4和Lc5連接(即cl，c2，c3，c4和c5短接)后接入CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測 儀(2)的參比電極端(19)。CST500電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測儀(2)包括阻抗變換器(5)、雙通道斬波穩(wěn)零運(yùn) 算數(shù)據(jù)放大器(6)、零電阻電流計(jì)(7)、多通道低通濾波器(8)、A/D轉(zhuǎn)換器(9)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系 統(tǒng)(10)和嵌入式微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器(11)。電極間產(chǎn)生的噪聲電流通過零電阻電 流計(jì)(7)傳送到多通道低通濾波器(8)進(jìn)行濾波；電位信號(hào)通過阻抗變換器(5)進(jìn)入雙通 道斬波穩(wěn)零運(yùn)算數(shù)據(jù)放大器(6)，放大后傳送到多通道低通濾波器(8)進(jìn)行濾波；由多通道 低通濾波器(8)輸出的模擬噪聲電位和噪聲電流信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器(9)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(10)中；最后由嵌入式微處理器(ARM)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) (11)對(duì)獲得的噪聲電位/電流根據(jù)公式(I)計(jì)算電位/電流的標(biāo)準(zhǔn)偏差，σ= Ι^(Χι-Χγ
\m r=l(I)
根據(jù)公式(II)計(jì)算噪聲電阻，
R -^JL
(II)根據(jù)以下判據(jù)得出金屬 在被監(jiān)測腐蝕環(huán)境中的腐蝕狀態(tài)Rn > IO5 Ω · cm2,為腐蝕輕微；Rn < IO5 Ω · cm2,為腐蝕嚴(yán)重；若Rn < 0. 1 Ω · cm2，則電極短路，控制開關(guān)(4)由第一檔位切換至第二檔位。在5. 86h以前液膜尚未形成，電位/電流分別顯示為斷路電位/電流噪聲電阻值 超過IO5 Ω · cm2，說明腐蝕輕微；在5. 86h以后，液膜形成，電流迅速增大，電位回到0附近 波動(dòng)，噪聲電阻值下降到IO5 Ω -cm2以下；在14h以后，電流超過了 40 μ A，噪聲電阻值逐漸 減小至1Ω · cm2以下，說明隨著腐蝕的進(jìn)行，導(dǎo)電性的硫化物在電極表面生成，對(duì)噪聲測試 造成了明顯影響。在19. 6h時(shí)，噪聲電阻值低于0.1 Ω ^m2,此時(shí)導(dǎo)電性的硫化物使得小間 距的電極短路，噪聲測試失去了準(zhǔn)確性。切換開關(guān)置于檔位2后，電流回到幾十ηΑ，電位波 動(dòng)為幾個(gè)mV，噪聲電阻上升至100Ω · cm2，說明通過改變電極的短接形式能夠消除導(dǎo)電性 硫化物腐蝕產(chǎn)物膜對(duì)腐蝕監(jiān)測的干擾，從而延長了探針的壽命。圖7和圖8分別為普通平面三電極探針在含水汽和H2S氣體的噪聲電位/電流及 噪聲電阻隨時(shí)間的變化圖，在23h內(nèi)電位/電流都顯示為斷路電位/電流，噪聲電阻值都超 過了 105Ω cm2。說明在此腐蝕環(huán)境中傳統(tǒng)平面三電極探針的靈敏性不高?？傮w結(jié)論小間距(0. Imm)電極組對(duì)于氣相腐蝕有著極高的敏感度，但是受到導(dǎo) 電性腐蝕產(chǎn)物的影響很大，壽命很短?？刂崎_關(guān)改變各電極的短接形式變?yōu)榇箝g距(8mm) 的電極組，可以消除了導(dǎo)電性腐蝕產(chǎn)物對(duì)腐蝕監(jiān)測的干擾，延長探針壽命。
權(quán)利要求
1.一種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，該探針包括用于產(chǎn)生電偶電化學(xué)噪聲電位和電 流信號(hào)的平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)和用于控制各電極片的短接方式的控 制開關(guān)G)，平面多電極組電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)包括三組由同種或異種金屬材料 制成的電極組，分別為a組，b組和c組，三組電極組呈品字型排列且位于平面多電極組電偶 電化學(xué)噪聲測試組件(3)的中央，電極組與電極組之間相鄰電極片間的垂直距離為Imm 20mm ；每個(gè)電極組由2n+l個(gè)電極片構(gòu)成，其中η為1 4的任意整數(shù)；每個(gè)電極組中有一 個(gè)獨(dú)立電極片，每個(gè)電極組中除獨(dú)立電極片以外的其余電極片呈等間距疊層排列，且相鄰 電極片間距0. Olmm 1. 0mm，優(yōu)選0. Imm ；獨(dú)立電極片與其所屬電極組中的其他各電極片 垂直放置，間距0. Olmm 1. Omm,優(yōu)選0. Imm ；每個(gè)電極組連接有3根導(dǎo)線，其中一根導(dǎo)線 與獨(dú)立電極片相連，另一根導(dǎo)線與除獨(dú)立電極片以外的第奇數(shù)項(xiàng)的電極片相連，又一根導(dǎo) 線與除獨(dú)立電極片以外的第偶數(shù)項(xiàng)的電極片相連，三個(gè)電極組共有九根導(dǎo)線；平面多電極 組電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)的外層為圓形耐蝕金屬材料制成的帶有螺紋(14)和螺帽 (15)的探針壁(12)，電極片與電極片之間以及電極片與探針壁(12)之間的間隙填充有絕 緣物質(zhì)(13)，所述的電極片的前端面和探針壁的前端面及絕緣填充物質(zhì)表平面在同一個(gè)平 面上；控制開關(guān)(4)設(shè)置有9個(gè)獨(dú)立連接點(diǎn)(16)和3個(gè)輸出端(17、18、19)，9個(gè)獨(dú)立連接 點(diǎn)分別與上述平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件(3)中的九根導(dǎo)線相連；3個(gè)輸出端分 別為第一工作電極端(17)，第二工作電極端(18)和參比電極端(19)；控制開關(guān)⑷上的9 個(gè)獨(dú)立連接點(diǎn)(16)與3個(gè)輸出端(17、18、19)之間設(shè)置成兩個(gè)檔位，第一檔位設(shè)置方式為 a，b，c電極組各組中與第奇數(shù)項(xiàng)的電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第一工作電極端(17) ；a, b，c電極組各組中與第偶數(shù)項(xiàng)的電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第二工作電極端(18)，a，b， c電極組各組中與獨(dú)立電極片連接的導(dǎo)線短接后接入?yún)⒈入姌O端(19)；第二檔位設(shè)置方式 為a組中的3根與電極片連接的導(dǎo)線短接后接入第一工作電極端(17)，b組中的3根與電 極片連接的導(dǎo)線短接后接入第二工作電極端(18)，c組中的3根與電極片連接的導(dǎo)線短接 后接入?yún)⒈入姌O端(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組 件(3)中的電極片由X52碳鋼制成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，電極組與電極組之間相鄰電極片間 的垂直距離為8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，所述的帶有螺紋(14)和螺帽(15)的 圓形探針壁(12)由316L不銹鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，所述的絕緣物質(zhì)(1 為耐高溫高壓 樹脂或耐高溫高壓玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測探針，其特征在于，所述的耐高溫高壓樹脂是聚硅氧烷 樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，每個(gè)電極組中相鄰電極片的間距為 0. Imm0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測探針，其特征在于，各電極組中獨(dú)立電極片與其所屬電 極組中的其他各電極片間距為0. 1mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電偶電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測探針，該監(jiān)測探針包括用于產(chǎn)生電偶電化學(xué)噪聲電位和電流信號(hào)的平面多電極電偶電化學(xué)噪聲測試組件和用于控制各電極片的短接方式的控制開關(guān)，它是一種利用電偶電化學(xué)噪聲對(duì)金屬材料在多相腐蝕環(huán)境特別是腐蝕性氣相環(huán)境中發(fā)生局部腐蝕進(jìn)行監(jiān)測的探針，能同時(shí)監(jiān)測溶液相和氣相腐蝕，敏感性高，而且電偶電化學(xué)噪聲信號(hào)能夠提供金屬腐蝕的局部腐蝕信息。由于該監(jiān)測探針設(shè)置有控制開關(guān)，可以根據(jù)監(jiān)測信號(hào)的變化改變各電極片的短接形式，將探針上小間距的電極組轉(zhuǎn)換為大間距的電極組，從而保證監(jiān)測的初期的高靈敏度，又能延長探針在腐蝕環(huán)境中的使用壽命。
文檔編號(hào)G01N17/02GK102128784SQ20101058539
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者胡騫, 董澤華, 郭興蓬, 陳振宇 申請人:華中科技大學(xué)