CN113791028A - 一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置及方法，包括阴极和阳极，阴极具有阵列分布的孔，每个孔中设有阳极，阴极和阳极的端面处于同一平面，且两电极之间具有绝缘层，阴极和阳极的出线通过电流计相连接，每一组阴极和阳极形成电偶对。采用电偶对的检测原理实现了土壤腐蚀变化的直接检测，实现对腐蚀速率的定量检测，避免了阻抗值等间接反映腐蚀速率检测法存在的分析复杂、无法定量的缺点，避免了现有阵列式腐蚀传感器必须采用阻抗、极化等外部激励法检测腐蚀变化从而产生的对土壤腐蚀过度干扰情况，使得检测结果更接近金属材料实际腐蚀状况。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀检测领域，具体为一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
土壤腐蚀是指金属材料在土壤中发生的腐蚀，由于土壤腐蚀在土壤中发生，其腐蚀情况不易察觉，其往往引发严重事故。例如，输油管道因腐蚀导致的泄露、变电站接地网因腐蚀断裂导致接地不良等，都会引起严重的安全事故。为了防止此类事故发生，对土壤腐蚀检测，准确及时掌握金属材料对土壤的腐蚀状态非常重要。
目前，土壤腐蚀的检测方法往往采用土壤开挖、土壤成分检测、埋片法等方法。
土壤开挖法是将埋入土壤中的构件开挖出来检查，要耗费大量人力、物力，实际操作困难。对于变电站的接地网等，开挖检查必须停电作业，高电压等级的干网变电站开挖造成的间接经济损失巨大。
土壤成分检测法通过对土壤的理化性质分析，间接判断土壤腐蚀状况，然而土壤的成分随时间变化较大，不同地区不同环境的土壤成分差异巨大，该方法的结果偏差大。
埋片法是对埋在土壤中的试品腐蚀后进行分析的方法，其结果相对准确，但是该方法时间周期短则1-2年，长则数年，而且只能获得试件埋入土壤之前的初始数据和被腐蚀之后的数据，无法获得埋样期间的腐蚀过程数据。
由于土壤腐蚀是电化学腐蚀，对其用电化学的方法进行检测近年来迅速发展起来，线性极化电阻法、阻抗法、阶跃电位法等被用于土壤腐蚀检测。
但电化学检测方法适合检测局部区域的腐蚀情况，或者反映较大范围的整体平均腐蚀状况，而金属材料的土壤腐蚀总是不均匀发生，且由不均匀腐蚀造成的破坏更大，现有常用的电化学检测方法不能全面反映土壤腐蚀状况。对此，有研究采用阵列式电极腐蚀传感器来分辨其局部腐蚀的差异，然而所用阵列式电极腐蚀传感器采用相同材料，不同电极间交替作为工作电极、辅助电极通过外来激励测量电化学信号，分析得到局部腐蚀差异。该类传感器中的电极在工作电极和辅助电极之间切换，其腐蚀体系所受干扰极大，改变了形成的局部腐蚀微弱环境差异，造成检测结果偏差大，更重要的是该类传感器只能定性的判断局部腐蚀的差别，而不能给出准确腐蚀差异量化结果。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置及方法，针对现有电化学法检测土壤腐蚀结果反映腐蚀情况单一，指导性差的问题，对局部点蚀情况和整体腐蚀状况均能有效反映，同时对于土壤腐蚀过程也能连续准确检测得到全过程腐蚀数据，对于研究土壤腐蚀行为提供更充分有效的数据。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，包括阴极和阳极，阴极具有阵列分布的孔，每个孔中设有阳极，阴极和阳极的端面处于同一平面，且两电极之间具有绝缘层，阴极和阳极的出线通过电流计相连接，每一组阴极和阳极形成电偶对。
阳极为圆柱型待检测的金属材料制作。
阴极为多孔阵列式惰性导体材料制作。
每一组阳极分别置于阴极的孔中间，两电极间通过绝缘层分隔，每一组阳极和对应的阴极形成电偶对。
每一组电偶对通过导线连接形成阵列式电偶对分布群。
本发明的第二个方面提供基于上述装置实现金属材料土壤腐蚀速率的检测方法，包括以下步骤：
将检测装置置于待检测的土壤环境表面，每个阳极与阴极均接触土壤，获得流过每一组电偶对的电流，反映检测的土壤区域中检测装置表面每个测点的腐蚀差异。
还具有标定过程，具体为：
将与检测装置阳极同材质的金属埋片试样与检测装置放置于同一土壤环境中，在检测装置出线端串联可调电阻，调整电阻值，利用检测装置每一组电偶对获取的腐蚀电流，累计计算得到检测装置整体腐蚀电量，由法拉第定律转化为整体腐蚀量；
当检测装置的检测结果与埋片试样腐蚀速率相同时，此时的电阻值即为标定所需的电阻值。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果；
1、采用电偶对的检测原理实现了土壤腐蚀变化的直接检测，实现对腐蚀速率的定量检测，避免了阻抗值等间接反映腐蚀速率检测法存在的分析复杂、无法定量的缺点。
2、实现了金属材料发生土壤腐蚀时的电流流动直接检测，避免了现有阵列式腐蚀传感器必须采用阻抗、极化等外部激励法检测腐蚀变化从而产生的对土壤腐蚀过度干扰情况，使得检测结果更接近金属材料实际腐蚀状况。
3、采用全部电偶对腐蚀的同步检测，避免了现有阵列式腐蚀传感器循环扫描叠加长周期外部激励造成的不同电极腐蚀检测结果不同步，提高了土壤腐蚀检测结果的同步精度。
4、采用圆柱型金属阳极与阴极组成电偶对，实现了微小区域腐蚀的检测。
5、采用阵列式分布的电偶对腐蚀来模拟土壤环境中较大区域金属材料的腐蚀，可准确实现在土壤腐蚀中不同位置微环境变化导致的腐蚀差异识别。
6、采用阵列式检测方法，方便数据处理后进行可视化分析和腐蚀状态识别。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的俯视视角下整体结构示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的侧视视角下整体结构示意图；
图中：1.阴极；2.阳极；3.绝缘层；4.定值电阻；5.引线；6.零阻电流计。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
以下实施例针对现有电化学法检测土壤腐蚀结果反映腐蚀情况单一，指导性差的问题，对局部点蚀情况和整体腐蚀状况均能有效反映，同时对于土壤腐蚀过程也能连续准确检测得到全过程腐蚀数据，对于研究土壤腐蚀行为提供更充分有效的数据。
实施例一：
如图1-2所示，一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，包括阴极1和阳极2，阴极1具有阵列分布的孔，每个孔中设有阳极2，阴极1和阳极2的端面处于同一平面，且两电极之间具有绝缘层3，阴极1和阳极2的出线通过电流计相连接，每一组阴极1和阳极2形成电偶对。
本实施例中，选择金属材料做阳极2，制成小圆柱状。
本实施例中，惰性导体材料作为阴极1，制成多孔阵列式.
圆柱金属阳极分别置于阴极的孔中间，与圆柱金属组成电偶对，两电极间用绝缘材料分隔开，并保证两电极表面处于同一平面上。
每个圆柱金属阳极的引出线，分别与相对应的阴极连接组成阵列式电偶对分布群，形成整体传感器。
本实施例中，每个电偶对的引出线接零电阻电流计6检测每个圆柱金属阳极的腐蚀电流，接入零电阻电流计6时，需在阴极1的出线串联一个定值电阻4以保护零电阻电流计6。
实施例二：
本实施例提供了基于上述检测装置实现金属材料土壤腐蚀速率的检测方法，包括以下步骤：
将实施例一种的结构置于待检测的土壤环境表面，每个阳极与阴极均接触土壤，对每个圆柱金属阳极检测到的电流进行计算和分析，按照其对应位置，获得流过每一组电偶对的电流，即检测装置表面每个测点的腐蚀差异，利用检测装置表面电流差异的分布，反映待检测的土壤区域中不同区域的腐蚀差异。
对全部圆柱金属阳极检测电流进行综合计算和分析，给出检测装置平均腐蚀情况，体现待检测的土壤区域中的平均腐蚀情况。
腐蚀速率由腐蚀电流换算的方式为：腐蚀电流计算得到单位时间流过电荷量，根据法拉第定律再换算为单位试件金属的腐蚀消耗量，即可计算出腐蚀速率。但由于施加电偶后，对金属材料自身的腐蚀速率有一定影响，该影响加速了金属材料的腐蚀进程，因此需要对其进行调整和标定。
标定过程为：
将实施例一种的结构置于待检测的土壤环境中，同时将与检测装置阳极同材质的金属埋片试样置于同一土壤环境中，每个阳极与阴极均接触土壤，获得流过每一组电偶对的电流，即为每一组电偶对的腐蚀电流；
在检测装置出线端串联可调电阻，调整电阻值，利用检测装置每一组电偶对获取的腐蚀电流，累计计算得到检测装置整体腐蚀电量，由法拉第定律转化为整体腐蚀量。
当检测装置的检测结果与埋片试样腐蚀速率相同时，此时的电阻值即为标定所需的电阻值。
可调电阻串联到阴极、阳极、零电阻电流计的回路中时，可调电阻的阻值选择是在均匀土壤环境下，同步检测装置和埋片试样的腐蚀试验，对照埋片试样腐蚀速率进行调整可调电阻值，使检测装置检测结果与试样腐蚀速率相同。
将与阳极同材质的金属试品放进土壤环境腐蚀试验箱，控制土壤环境条件进行腐蚀试验，清洗腐蚀产物称重得腐蚀失重；
选取土壤环境腐蚀试验过程中，金属试品单位面积的腐蚀失重，与计算获得的单位面积腐蚀量相等时的电阻值作为检测回路中的电阻标定值，在检测回路中串联标定好的电阻。
阳极的形状不做限制，亦可以是其它形状的阳极。
上述结构和检测方式，采用电偶对的检测原理实现了土壤腐蚀变化的直接检测，通过换算可对腐蚀速率进行定量检测，避免了阻抗值等间接反映腐蚀速率检测法存在的分析复杂、无法定量的缺点。
实现了金属材料发生土壤腐蚀时的电流流动直接检测，避免了现有阵列式腐蚀传感器必须采用阻抗、极化等外部激励法检测腐蚀变化从而产生的对土壤腐蚀过度干扰情况，使得检测结果更接近金属材料实际腐蚀状况。
采用全部电偶对腐蚀的同步检测，避免了现有阵列式腐蚀传感器循环扫描叠加长周期外部激励造成的不同电极腐蚀检测结果不同步，提高了土壤腐蚀检测结果的同步精度。
采用小圆柱金属阳极与阴极组成电偶对，实现了微小区域腐蚀的检测。
采用阵列式分布的电偶对腐蚀来模拟土壤环境中较大区域金属材料的腐蚀，可准确实现在土壤腐蚀中不同位置微环境变化导致的腐蚀差异识别。
采用阵列式检测方法，方便数据处理后进行可视化分析和腐蚀状态识别。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：包括阴极和阳极，阴极具有阵列分布的孔，每个孔中设有阳极，阴极和阳极的端面处于同一平面，且两电极之间具有绝缘层，阴极和阳极的出线通过电流计相连接，每一组阴极和阳极形成电偶对。
2.如权利要求1所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：所述阳极为待检测的金属材料制作。
3.如权利要求1所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：所述阳极为圆柱型。
4.如权利要求1所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：所述阴极为惰性导体材料制作。
5.如权利要求1所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：所述阴极为多孔阵列式结构。
6.如权利要求1所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：每一组阳极分别置于阴极的孔中间，两电极间通过绝缘层分隔，每一组阳极和对应的阴极形成电偶对。
7.如权利要求6所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测装置，其特征在于：每一组电偶对通过导线连接形成阵列式电偶对分布群。
8.基于权利要求1所述装置实现金属材料土壤腐蚀速率的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
将检测装置置于待检测的土壤环境表面，每个阳极与阴极均接触土壤；
获得流过每一组电偶对的电流，反映检测的土壤区域中检测装置表面每个测点的腐蚀差异。
9.如权利要求8所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测方法，其特征在于：还具有标定过程，在检测装置出线端串联可调电阻完成标定过程。
10.如权利要求9所述的一种直接检测金属材料土壤腐蚀速率的检测方法，其特征在于：标定过程具体为：
将与检测装置阳极同材质的金属埋片试样与检测装置放置于同一土壤环境中，在检测装置出线端串联可调电阻，调整电阻值，利用检测装置每一组电偶对获取的腐蚀电流，累计计算得到检测装置整体腐蚀电量，由法拉第定律转化为整体腐蚀量；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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