CN104048914B - 一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置 - Google Patents

一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置 Download PDF

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本发明公开了一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，所述装置包括：多通道电极、参比电极、辅助电极、第一电子多路开关、可变电阻、零阻电流计、取样电阻、电位跟随器、A/D转换器、MCU控制器、第二电子多路开关、电化学工作站、计算机。通过该装置既可以测量处于不同水泥事故区电极的腐蚀电流和腐蚀电位，判断阳极区和阴极区以及腐蚀变化情况，还可以针对特定的电极进行电化学阻抗、线性极化等电化学测试，可以较为方便地研究腐蚀过程与腐蚀机理，提供有效的研究手段。

Description

一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置
技术领域
本发明涉及腐蚀领域，尤其涉及一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置。
背景技术
水泥是一种高碱性环境(pH值在13左右)，金属在这种环境下表面形成钝态膜，因此其腐蚀速率非常慢。但当因为人为或自然因素，导致水泥出现裂纹、夹层、脱落等事故时，金属的腐蚀速率会明显加快。目前监测水泥中金属的腐蚀的方法可以分为两类，即电化学方法和物理方法。
电化学方法主要包括：半电池电位测量、极化测量、电化学噪音、电化学阻抗谱、局部电化学阻抗谱、恒电流脉冲以及扫描参比电极。物理方法主要包括目视观察、振动法、红外热谱法、声发射法、X光照相法、雷达波反射法、电阻率测量、电阻探针法、嵌入式光纤传导法、基于微波的方法以及热反射法。
但目前监测金属在不同状态水泥中的腐蚀，局限于分别研究单一电极处在某一特定状态水泥中的腐蚀情况，不能确定发生局部腐蚀的位置，也不能研究发生不同位置的实时电位和电流等腐蚀信息，这些研究手段不能表征实际情况下的动态腐蚀信息，同时没有考虑到金属既被完好水泥覆盖又被有事故的水泥覆盖的实际情况，基于以上问题，本发明提出了一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置。
发明内容
本发明提供了一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，本发明对多通道电极的腐蚀电流和腐蚀电位进行实时监测，并对指定电极进行电化学测量，可以研究同时处于不同水泥事故区的金属的腐蚀过程和腐蚀机理，详见下文描述：
一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，所述装置包括：多通道电极、参比电极、辅助电极、第一电子多路开关、可变电阻、零阻电流计、取样电阻、电位跟随器、A/D转换器、MCU控制器、第二电子多路开关、电化学工作站、计算机，
所述多通道电极经所述第一电子多路开关分别与所述零阻电流计的输入端和所述可变电阻的一端相连，所述零阻电流计的另一输入端接地，所述零阻电流计与所述可变电阻并联连接；所述零阻电流计的输出端与所述A/D转换器的输入端相连；
同时所述多通道电极还经所述第一电子多路开关与所述电位跟随器连接，所述电位跟随器与所述取样电阻并联，所述电位跟随器的另一输入端和所述参比电极相连，所述电位跟随器输出端和所述A/D转换器连接，所述A/D转换器的输出端与所述MCU控制器连接，所述MCU控制器与所述第一电子多路开关的控制端连接；
所述多通道电极经所述第一电子多路开关与所述第二电子多路开关相连，所述第二电子多路开关与所述电化学工作站相连，同时所述参比电极、所述辅助电极与所述电化学工作站相连；
所述MCU控制器和所述电化学工作站分别与所述计算机连接，进行数据输出。
所述多通道电极包括：金属棒和有机玻璃板，所述金属棒等间距固定在所述有机玻璃板上。
所述金属棒成5行20列或10行10列，间隔3-30cm排列于所述有机玻璃板上。
所述金属棒的直径为1mm-8mm，所述金属棒外侧由树脂包裹。
本发明提供的技术方案的有益效果是：该装置既可以测量处于不同水泥事故区电极的腐蚀电流和腐蚀电位，判断阳极区和阴极区以及腐蚀变化情况，还可以针对特定的电极进行电化学阻抗、线性极化等电化学测试，可以较为方便地研究腐蚀过程与腐蚀机理，提供有效的研究手段。
附图说明
图1为一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置的结构示意图；
图2为多通道电极的纵向剖视图；
图3为多通道电极的横向剖视图；
图4为水泥事故分布情况图；
图5为电流分布图；
图6为电位分布图；
图7为不同水泥事故区电极的电化学阻抗图；
(a)为阻抗实部与阻抗虚部的关系示意图；(b)为频率与相位角、阻抗模值的关系示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：多通道电极； 2：参比电极；
3：辅助电极； 4：第一电子多路开关；
5：可变电阻； 6：零阻电流计；
7：取样电阻； 8：电位跟随器；
9：A/D转换器； 10：MCU控制器；
11：第二电子多路开关； 12：电化学工作站；
13：计算机； 14：有机玻璃板；
15：金属棒。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了对多通道电极的腐蚀电流和腐蚀电位进行实时监测，并对指定电极进行电化学测量，本发明实施例提供了一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，参见图1，详见下文描述：
该装置包括：多通道电极1、参比电极2、辅助电极3、第一电子多路开关4、可变电阻5、零阻电流计(ZRA)6、取样电阻7、电位跟随器(HVF)8、A/D转换器9、MCU控制器10、第二电子多路开关11、电化学工作站12、计算机13，
多通道电极1经第一电子多路开关4分别与零阻电流计6的输入端和可变电阻5的一端相连，零阻电流计6的另一输入端接地，零阻电流计6与可变电阻5并联连接；零阻电流计6的输出端与A/D转换器9的输入端相连；
同时多通道电极1还经第一电子多路开关4与电位跟随器8连接，电位跟随器8与取样电阻7并联，电位跟随器8另一输入端和参比电极2相连，电位跟随器8输出端和A/D转换器9连接，A/D转换器9的输出端与MCU控制器10连接，MCU控制器10与多路开关4的控制端连接。多通道电极1经第一电子多路开关4与第二电子多路开关11相连，第二电子多路开关11与电化学工作站12相连，同时参比电极2、辅助电极3与电化学工作站12相连。MCU控制器10和电化学工作站12分别与计算机13连接，进行数据输出。
其中，多通道电极1由100根金属棒等间距固定在有机玻璃板14上，成5行10列、10行10列，间隔3-30cm排列于有机玻璃板上，金属棒直径为1mm-8mm，金属棒外侧由树脂包裹。
覆盖的水泥可是均匀的水泥，也可模拟不同的水泥事故，不同区域覆盖不同水泥事故。水泥事故区域覆盖2行2列、3行3列、4行4列、5行5列的多通道电极1，不同水泥事故区间隔1～4排电极，非水泥事故区覆盖完好的水泥。
参见图2、图3，所用的多通道电极1由100根Q235型号的金属棒15等间距固定在有机玻璃板14上，金属棒15的直径为6mm，金属棒15外侧由树脂包裹，成5行20列排列，金属棒15间距为8cm。
参见图4，A区域覆盖水饱和土壤，B区域为带裂纹的水泥，C区域为夹层的水泥，D区域为正常湿度土壤。土壤、水泥厚度保持一致，为5cm，自来水水深度同样为5cm。
接通HVF电位跟随器8支路，测量多通道电极1的电位分布情况，接通ZRA零阻电流计6支路测量多通道电极1的电流分布情况，接通电化学工作站12支路选择多通道电极1的一支电极进行电化学阻抗谱、自腐蚀电位、线性极化等电化学测量。
参见图5的电流分布，可以看出阳极区主要集中在A区和D区，也就是两个土壤覆盖区为阳极区，其他区域均为阴极区。
参见图5、图6，图6的电位分布和图5的电流分布做比对可以发现，阳极区的电位比较负，但电位负的区域不一定为阳极区。
参见图7的电化学阻抗图可以看出，A、B、C和D区的电化学阻抗谱均有一个时间常数，B区电极的容抗弧最大，说明B区的电极的耐蚀性明显好于其他三区。
综上所述，本发明实施例中的装置既可以测量处于不同水泥事故区电极的腐蚀电流和腐蚀电位，判断阳极区和阴极区以及腐蚀变化情况，还可以针对特定的电极进行电化学阻抗、线性极化等电化学测试，可以较为方便地研究腐蚀过程与腐蚀机理，提供有效的研究手段。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，所述装置包括：多通道电极、参比电极、辅助电极、第一电子多路开关、可变电阻、零阻电流计、取样电阻、电位跟随器、A/D转换器、MCU控制器、第二电子多路开关、电化学工作站、计算机，其特征在于，
所述装置用于测量处于不同水泥事故区电极的腐蚀电流和腐蚀电位，判断阳极区和阴极区以及腐蚀变化情况；
所述多通道电极经所述第一电子多路开关分别与所述零阻电流计的输入端和所述可变电阻的一端相连，所述零阻电流计的另一输入端接地，所述零阻电流计与所述可变电阻并联连接；所述零阻电流计的输出端与所述A/D转换器的输入端相连；
同时所述多通道电极还经所述第一电子多路开关与所述电位跟随器连接，所述电位跟随器与所述取样电阻并联，所述电位跟随器的另一输入端和所述参比电极相连，所述电位跟随器输出端和所述A/D转换器连接，所述A/D转换器的输出端与所述MCU控制器连接，所述MCU控制器与所述第一电子多路开关的控制端连接；
所述多通道电极经所述第一电子多路开关与所述第二电子多路开关相连，所述第二电子多路开关与所述电化学工作站相连，同时所述参比电极、所述辅助电极与所述电化学工作站相连；
所述MCU控制器和所述电化学工作站分别与所述计算机连接，进行数据输出。
2.根据权利要求1所述的一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，其特征在于，所述多通道电极包括：金属棒和有机玻璃板，
所述金属棒等间距固定在所述有机玻璃板上。
3.根据权利要求2所述的一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，其特征在于，所述金属棒成5行20列或10行10列，间隔3-30cm排列于所述有机玻璃板上。
4.根据权利要求2或3所述的一种监测金属在不同水泥事故中腐蚀的装置，其特征在于，所述金属棒的直径为1mm-8mm，所述金属棒外侧由树脂包裹。
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