專(zhuān)利名稱(chēng)：電極電位智能測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，尤其是涉及到電化學(xué)測(cè)量技術(shù)。
在電化學(xué)研究及測(cè)量工作中，電極電位是最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，其準(zhǔn)確的測(cè)量除了取決于選擇穩(wěn)定、可靠的參比電極和相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器外，研究介質(zhì)中IR降的影響也必須引起足夠的重視。對(duì)于大多數(shù)研究介質(zhì)，介質(zhì)中IR降可以通過(guò)魯金毛細(xì)管(Luggin Capi11ary Tube)來(lái)消除；但是，對(duì)于某些介質(zhì)或在某些實(shí)驗(yàn)條件下，魯金毛細(xì)管的應(yīng)用受到了限制，介質(zhì)中IR降對(duì)電極電位的影響十分嚴(yán)重，直接影響電極電位測(cè)量結(jié)果的可靠性。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究，從研究結(jié)果來(lái)看，普遍采用的方法大致可分為兩類(lèi)1．儀器法此方法需要多種儀器設(shè)備，采用疊加干擾信號(hào)、斷電等技術(shù)，通過(guò)電極電位-時(shí)間曲線(xiàn)，人工判斷讀出消除IR降電極電位值。此方法需要專(zhuān)業(yè)人員操作，且操作復(fù)雜，需要儀器設(shè)備多，只適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究與測(cè)試工作，難以應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試工作(如J．R．Scully等在1985年24期的Material Performance的第18頁(yè)至24頁(yè)所述)。2．極化探頭法此方法是把參比電極置于極化試片的內(nèi)側(cè)，使測(cè)量回路最大限度地避開(kāi)介質(zhì)中IR降的影響。該方法所用測(cè)量?jī)x器為普通萬(wàn)用表，測(cè)量方法簡(jiǎn)單，因而應(yīng)用廣泛，但介質(zhì)中IR降的影響仍無(wú)法完全消除，其引入的測(cè)量誤差仍可達(dá)10％以上(如許川壁、熊信勇等在《97′全國(guó)城市地下管線(xiàn)防腐蝕工程技術(shù)交流會(huì)》論文集第274頁(yè)至281頁(yè)所述)。
本發(fā)明目的是找到一種測(cè)試方法簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的儀器設(shè)備，普通工作人員即可操作，無(wú)論室內(nèi)還是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試都適用，并且基本上能完全消除IR降對(duì)電極電位影響的便攜式智能測(cè)量?jī)x。
本發(fā)明的技術(shù)方案如

圖1所示，該智能測(cè)量?jī)x由80C31芯片，只讀存儲(chǔ)器ROM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，運(yùn)算放大器，A／D轉(zhuǎn)換，顯示模塊，繼電器J，接線(xiàn)柱1～4和控制開(kāi)關(guān)K1、K2組合而成。接線(xiàn)柱1和接線(xiàn)柱2接在繼電器的常閉開(kāi)關(guān)上，繼電器的控制線(xiàn)圈直接由80C31來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)繼電器的閉合與斷開(kāi)。接線(xiàn)柱3和接線(xiàn)柱4輸入電極電位測(cè)量信號(hào)，送運(yùn)算放大器進(jìn)行放大后，送A／D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送80C31進(jìn)行處理。只讀存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、兩個(gè)開(kāi)關(guān)、顯示模塊直接與80C31相連接。
該發(fā)明能基本消除IR降對(duì)電極電位測(cè)量的影響，并且具有操作簡(jiǎn)便，適用范圍廣，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。
各部分的基本功能為80C31為單片MPU芯片，ROM用來(lái)存放測(cè)量?jī)x的運(yùn)行程序，RAM用來(lái)存放測(cè)量數(shù)據(jù)，最多可存放100組數(shù)據(jù)，而且具有斷電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。運(yùn)算放大器對(duì)所測(cè)量的電極電位信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，由A／D轉(zhuǎn)換芯片完成A／D轉(zhuǎn)換，顯示模塊用來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果，繼電器J用于在需要時(shí)切斷極化電流，接線(xiàn)柱1和接線(xiàn)柱2用來(lái)接通研究電極所需極化電流，接線(xiàn)柱3接參比電極，接線(xiàn)柱4接零位接地線(xiàn)。按鍵K1用來(lái)啟動(dòng)斷電測(cè)量程序，K2用于啟動(dòng)顯示RAM內(nèi)存儲(chǔ)的測(cè)量結(jié)果的程序。
測(cè)量?jī)x的工作原理如下儀器開(kāi)機(jī)后，繼電器J處于常閉狀態(tài)，測(cè)量?jī)x循環(huán)測(cè)量并顯示在通電狀態(tài)下，研究電極的電極電位值，此時(shí)的電極電位包含有IR降的成分。當(dāng)按下K1鍵時(shí)，啟動(dòng)斷電測(cè)量程序，80C31芯片使繼電器J斷開(kāi)，切斷研究電極的極化電流，然后測(cè)量?jī)x連續(xù)采集多個(gè)電極電位值，通過(guò)曲線(xiàn)擬合，推算出時(shí)間為零的電極電位，該電位即為完全消除IR降影響的真實(shí)電極電位值。測(cè)量完成后，80C31芯片釋放繼電器J，使其閉合，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果在顯示模塊上顯示并存儲(chǔ)在RAM內(nèi)，測(cè)量?jī)x恢復(fù)到開(kāi)機(jī)后的工作狀態(tài)。
單片機(jī)的軟件流程圖見(jiàn)附圖2。單片機(jī)開(kāi)機(jī)后，進(jìn)行初始化設(shè)置，測(cè)量在通電狀態(tài)下的電極電位。如果開(kāi)關(guān)K1和K2無(wú)動(dòng)作，則測(cè)量?jī)x將循環(huán)測(cè)量和顯示通電狀態(tài)下的電極電位。如果開(kāi)關(guān)K1動(dòng)作，則斷開(kāi)繼電器J，連續(xù)測(cè)量多點(diǎn)電極電位值，曲線(xiàn)擬合推算出t=0的電極電位值，顯示測(cè)量結(jié)果，并將測(cè)量結(jié)果存入RAM內(nèi)后返回入口A。如果K2有動(dòng)作，則順序顯示RAM內(nèi)存儲(chǔ)的測(cè)量結(jié)果，并返回入口B，如果K2在一定時(shí)間內(nèi)無(wú)動(dòng)作，則返回入口A。
本發(fā)明的軟件采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，普通軟件工作人員根據(jù)圖2的流程圖即可編寫(xiě)出本軟件；其電子線(xiàn)路板采用普通雙面電子線(xiàn)路板。電子元件采用常用的電子元件，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為本發(fā)明而特殊設(shè)計(jì)制作的電子元件、集成電路或芯片，本發(fā)明的各部分的連接，普通電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)人員根據(jù)圖1即可完成。
綜上所述，本發(fā)明采用單片機(jī)作為核心，組合了必要的A／D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)顯示，只讀存儲(chǔ)器以及繼電器，控制開(kāi)關(guān)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等模塊，形成本發(fā)明的硬件基礎(chǔ)；并采用匯編語(yǔ)言，編制了相應(yīng)的控制、顯示、存儲(chǔ)及曲線(xiàn)擬合的數(shù)據(jù)處理等過(guò)程的軟件，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需要的功能，形成本發(fā)明的軟件基礎(chǔ)，兩者是本發(fā)明不可分割的重要組成部分。本發(fā)明利用單片機(jī)直接控制繼電器的閉合與斷開(kāi)，使單片機(jī)由被動(dòng)判斷繼電器的通斷變?yōu)橹鲃?dòng)控制繼電器的通斷，從而十分方便地區(qū)分繼電器斷開(kāi)前后的電極電位值，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明組合了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放測(cè)量結(jié)果，大大方便了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。其存儲(chǔ)的測(cè)量結(jié)果可以方便地回放顯示，并且具有斷電數(shù)據(jù)不丟失功能。本發(fā)明采用曲線(xiàn)擬合的數(shù)據(jù)處理方法，可以直接得出消除IR降的電極電位值，同傳統(tǒng)的通過(guò)電極電位-時(shí)間曲線(xiàn)來(lái)測(cè)得消除IR降的電極電位值相比，不僅測(cè)量速度快，而且所用儀器設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，使用靈活，適用范圍廣。
以下對(duì)附圖作圖面說(shuō)明圖1是測(cè)量?jī)x原理方框圖；圖2是單片機(jī)軟件流程圖；圖3是土壤介質(zhì)中陰極極化測(cè)量接線(xiàn)圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明的測(cè)量方法作詳細(xì)描述該圖為采用本發(fā)明測(cè)量在土壤介質(zhì)中A3鋼陰極極化時(shí)，電極電位測(cè)量的實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖。圖中的陽(yáng)極采用碳陽(yáng)極，陰極為普通A3鋼，參比電極為Cu／飽和CuSO4電極，土壤為水飽和紅壤。為了驗(yàn)證本測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的電極電位信號(hào)同時(shí)接到微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，連續(xù)記錄斷電測(cè)試前后電極電位的數(shù)據(jù)，并通過(guò)其分析系統(tǒng)，準(zhǔn)確計(jì)算出消除IR降的電極電位，以檢驗(yàn)本發(fā)明-電極電位智能測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果的可靠性。其測(cè)量結(jié)果如附表所列附表消除IR降電極電位測(cè)量結(jié)果
從上表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本發(fā)明電位智能測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果與微機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果非常接近，其誤差＜2％。
權(quán)利要求一種電極電位智能測(cè)量?jī)x，其特征在于，該測(cè)量?jī)x由單片MPU芯片(80C31)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、運(yùn)算放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、繼電器(J)、接線(xiàn)柱(1-4)和控制開(kāi)關(guān)(K1、K2)組成，其中1、接線(xiàn)柱(1)和接線(xiàn)柱(2)接在繼電器(J)的常閉開(kāi)關(guān)上；
2.繼電器(J)的控制線(xiàn)圈直接由單片MPU芯片(80C31)控制；
3.電極電位測(cè)量信號(hào)由接線(xiàn)柱(3)和接線(xiàn)柱(4)輸入至運(yùn)算放大器，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送單片MPU芯片(80C31)處理；
4.只讀存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、控制開(kāi)關(guān)(K1、K2)和顯示模塊直接與單片MPU芯片(80C31)相連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型電極電位智能測(cè)量?jī)x涉及測(cè)量技術(shù),尤其是涉及到電化學(xué)測(cè)量技術(shù)。它由80C31芯片,只讀存儲(chǔ)器ROM,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,運(yùn)算放大器,A/D轉(zhuǎn)換,顯示模塊,繼電器J,接線(xiàn)柱1～4和控制開(kāi)關(guān)K1、K2組合而成。以單片機(jī)為核心,自動(dòng)切斷研究電極極化電流。采用曲線(xiàn)擬合方法,直接推算出消除IR降的電極電位值。本實(shí)用新型能基本上完全消除IR降對(duì)電極電位測(cè)量的影響,無(wú)需使用復(fù)雜儀器設(shè)備,操作簡(jiǎn)單,使用方便,適用范圍廣,測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
文檔編號(hào)G01N27/26GK2429828SQ9924279
公開(kāi)日2001年5月9日 申請(qǐng)日期1999年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月7日
發(fā)明者熊信勇, 鄭斌, 楊立輝, 許川壁, 林連進(jìn), 姚植忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所二部