便携式阻抗测量仪的研制与应用

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1、现代仪器(洲．moderninstrs．org．cn)万方数据便携式阻抗测量仪的研制与应用曹京宜1张寒露1左禹2唐聿明2(1．海军涂料分析检测中心北京100072)(2．

2、匕京化工大学北京102442)摘要本研究建立涂层性能快速测试方法并研制相关测试仪器。该仪器由一台便携式的交流阻抗测试仪及相关软件构成，可作为一般的交流阻抗测试仪进行全频率区间的交流阻抗测试，用于研究涂层的保护性能和失效过程；也可在工程应用现场对涂层性能进行快速测试，实现对涂层服役性能的快速评价。关键词涂层性能测试仪器研制应用电化学交流

3、阻抗谱(EIS)技术是目前用于研究涂层体系的性能和失效过程与机制的主要技术。利用等效电路处理不同有机／无机涂层体系的电化学阻抗谱，通过模拟计算后得到涂层阻抗值等参数，可以对涂层的性能和状况进行评价。但EIS技术的不足之处是测试时间长，数据重珊陛不理想，仪器昂贵，图谱解析复杂，需要比较专门的知识和经验，因此目前主要用于实验室的科研中，还很难用于工程现场测试。一般而言，完整的涂层阻抗在108flcm2以上，有的涂层甚至达到1011～1012D,cm2。当涂层阻抗值低于106Qcm2时，可以认为涂层的保护性能

4、已经很低，因此可以根据涂层阻抗值判断涂层的保护性能。我们通过前期研究，发现EIS谱图的中频区段的相位角变化与涂层阻抗值的变化趋势非常接近，随着涂层阻抗的降低，中频相位角也同步降低。由于该相位角可以快速测得，因此对于某种涂层体系，只要通过实验室研究建立涂层阻抗与相位角的变化关系，就可以通过测量相位角而获得涂层服役性能与失效程度的信息。据此建立涂层性能快速测试方法与仪器。1仪器研制该仪器由一台便携式的交流阻抗测试仪及相关软件构成，其工作原理是：首先在实验室对待测量的涂层体系进行阻抗测试，得到阻抗值及不同频率

5、相位角随涂层服役时间的变化曲线，其中必有某一频率的相位角变化与阻抗变化最接近，则做出该频率的相位角与阻抗的对应关系曲线，作为该种涂层体系的失效曲线。用测试仪在现场以选定的频率测量相位角，输入程序与失效曲线对照，即可给出对涂层服役性能和剩余寿命的判断。42便携式阻抗测试仪是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号，则相应的系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。由不同的频率的响应信号与扰动信号之间的比值，可以得到不同频率下阻抗的模值与相位角，并且可以进一

6、步计算得到阻抗的实部与虚部。通常研究者通过研究实部和虚部构成的复阻抗面图，以及impedance—f图或Phase．f图来获得涂层下金属或钢筋混凝土内的界面信息和腐蚀状态。便携式阻抗测试仪包括测量部分、数据存贮部分、数据输出部分。仪器主机由极化测量控制电路、单片机系统、高精度模／数，数／模转换电路、大屏幕液晶显示屏和通讯接口等部分组成。整个测量过程由单片机控制，测试数据自动运算并存储。便携式阻抗测试仪既可以进行在线测量又可将仪器安装在现场进行手动测量；内置flash存储器。可将测试时间、地点编号与数据同

7、时存储，最多可存储30个记录组，Flash存储器保证在仪器断电后数据仍然保存，为现场应用提供方便。测试数据还可通过USB传输到PC机进行进一步处理和显示。测量数据最后通过CorrTest软件传输到计算机，并提供更方便的数据处理。仪器除可由面板通过键盘控制外，还可完全由基于Windows的上位机软件通过USB通讯口进行，使仪器能够进行数据读取。该仪器除能够在现场快速测试涂层相位角，对涂层性能进行评价以外，也具有通常阻抗测试仪的功能，能够测量涂层以及一般金属体系的阻抗谱，获得金属腐蚀、钝化以及涂层性能的信息

8、。但由于是便携式，仪器的测试频率范围与精度比进口的仪器略低，价格也较低。万方数据研制与开发2应用实例1下图为测试频率lmHz～100000Hz，扫描幅值为10mV，测量点数为30，开路电位为．0．224V下，测得的环氧富锌底漆／环氧云铁中间漆／丙烯酸聚氨酯面漆复合涂层体系在3．5％NaCl溶液中浸泡一定时间后的相位角(见图la)、阻抗曲线(Bode图，见图lb)以及Nyquist曲线(见图1coBode图表明，低频阻抗模值已经由开始的高阻抗值明显下降，出现平台段，溶液渗透进人涂层。Nyquist图上出现

9、第二个时间常数，代表涂层中锌粉的腐蚀。b3应用实例2Z(ohm．讲f)图1应用实侧1测试部位：船尾喷泵位置流道口进口处(格栅前部)，左侧(靠内侧)。测试：(1)多频率全谱(0．01～100000Hz，30点)，测试幅值lOmV、测试时间约12min；(2)10Hz：相位角10．3。；阻抗值1．62×106cm2。图2应用实例2a．现场检测部位图b．多频率及单频率交流阻抗谱图(阻抗模值谱图)c．多频率及单频率交流阻抗谱图(相位角谱图)b4便携