基于恒电量的智能化腐蚀监测系统研究

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1、第一章绪论腐蚀状态传感器或测量探头信号《——一>主控单元《=～：≥，远程控采集板(CPU)制PC机图1．1智能化腐蚀监测仪的一般缀成智能化腐蚀蓝测仪一般具有如下一些基本特征：(1)仪器具有扩展功能。(2)能实现在线实时测量。在线或实时测量既可以由仪器与上位机通过串行或并行接口完成，又可以由嵌入到监测仪中的单片机或微处理器通过模／数转换和数／模转换实现，常用的通用标准接口有串行接口RS232，RS485等，并行接口(GPIB)有I糕EE488等。，(3)自动测试。利用微处理器实现测量过程自动化，煎时分析得出结果。(4)设计剽造方便。仪器的很大一部分是软件设计，许多硬{孛逻辑都可用软磐取代，故

2、容易改变功能。(5)操作简单。(6)低电压、低功耗。1．4课题研究的问题和本文的主要工作综上可知，尽管恒电量方法其备诸多优点，用于现场酌连续监测有良好的前景，德蹩这方面的研究仍需大量的工作，主要集中在室内试验到现场监测之闻不可逾越的、必要的“中闻试验’’研究。本课题的研究目的就是在理论分析处理和系统设计上改善上述存在的问题和局限性，提高测试系统的可靠性和操作的自动化(智能化)水平，改善数据分析处理方法，减少溶液介质电阻的影响，扩大该技术的应用范围。根据以上的要求和思路，本学位论文的主要研究内容有：(1)深入分析恒电量技术的工作原理及不同腐蚀体系特征的等效电路模型。(2)完成腐蚀监测系统单片

3、机模块的设计。f3)完戒腐蚀监测系统电化学模块的设计。(4)设计和开发相应的滥测软件，实现用户界面友好和良好操作性的特点，并进行实验验证工作。(5)利用RS232和Modem实现与PC机的通信。(6)在恒电量激励条件下，利用数学解析的方法，针对不同的等效电路模型分别进行仿真实验，通过五点三次平滑法对实验数据进行拟合，从而更加准确地评价这种体系的腐蚀状态。5第二章恒电量技术酶工作瓢理2．1恒电量法简介第二章·匿电量技术的工作原理恒电量技术是近年来迅速发展起来的一种腐蚀电化学测量技术，它是一种短暂、“原位’’的松弛测量技术。蠖电量方法就是采用先进的电子技术，将一己知量的电蓊作为激励信号，在极短

4、豹时间内注入到电解涟中，对新研究的金属电极进行扰动，同时记录电极极化电位随时间的衰减曲线并加以分析，求得多个电化学参数融l。这是～种瞬态电荷脉冲张驰方法，注入的电量是恒定的，不受电解池阻抗变化的影响，完全由实验选定。由于测量的过程可以在短时间内完成，自然腐蚀电位的漂移和表面状态的变化可以忽略不计。由于扰动是在瞬间完成的，测量的是扰动后的电极电位随时问的衰减过程。因此，从本质上看，恒电量法是一种断电松弛的技术，具有其独特的优点：不仅测量速度快，电极表面状态变化小，灵敏度高，更重要的是憾电量激励下的暂态张弛过程中没有癸电流流过研究电极，测量过程被认为是在没有任何净电流通过的开路条件下进行的，所

5、以不受溶液介质电阻的影响，适合于在离阻介质中的快速测量，这是常规的电化学方法难以做到的。同时，由于电位的衰减是双电层中贮存的注入电荷因腐蚀反应消耗所致，所以不存在所谓的法拉第电流和双电层充电电流的竞争，因而双电层电容Cd不干扰测量过程【20】。此外，恒电量测量的过程很短，所以对测试系统的扰动小，重现性(特别是极化电阻＆的重现性)很好。对于那些电纯学方法不便碰翔的高阻体系《例如蒸馏水、混凝±等)，恒电量技术能快速面有效地应用，并提供定量的数据，焉一般不需考虑溶液欧姆降的影响江秘，嚣此扩大了电化学方法的使用范围。2．2恒电量激励信号的产生获得恒电量激励信号的方法通常有两类【4】。一类是利用已充

6、电的精密电容器向电解池快速放电；另一类则是使用大功率的恒电流方波脉冲发生器向电解池输送恒电流脉冲。前一类方法结构简单，电量易于控制，因而采用的较多。但为了提高激励电量的精度，必须选用漏电小，残存电荷少的高质量精密电容器，而且要求电容器充电用的恒压源精度较高，其工作原理如图2．1所示。7青鑫大学颈士学使论文：一■豸F-I●／1●==．图2．1用充电电容器作恒电量激励信号源后一类方法电路设计复杂，电流脉冲的宽度选择应足够短，需要微机控制，其工作原理如图2．2所示。=圈2．2震脉冲发生器构成恒电量激励信警源这类装置的优点是电荷传递非常快，不受快速开关响应速度的限制；其缺点是输入脉冲的形态取决于被

7、研究体系本身，而且溶液欧姆降的影响不易消除。从本质上说，两者的原理是一样的，即都是向电解池瞬间输送数量已知的电荷作为激励信号。由于电解池瞬间获得电荷产生电位扰动，随后又会随时间的推移而趋向未扰动时的电位变化，分析这些变化与时矧的关系就可以获得所需要的数据。2．3恒电量法的理论分析研究依据腐蚀电化学的基本原理，如果电极过程为电化学步骤控制，并可忽略反应粒子的浓度变化，金属和溶液的界面可以等效为极化电阻Rp和双电层微分电容C