專利名稱::抗干擾型銅/硫酸銅參比電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本實(shí)用新型涉及到電化學(xué)測(cè)量中使用的銅/硫酸銅參比電極的改進(jìn),屬于電化學(xué)領(lǐng)域。技術(shù)背景金屬的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用一直是科技發(fā)展的源動(dòng)力,但大多數(shù)金屬在一定條件下都會(huì)因腐蝕而受到破壞。腐蝕遍及于國民經(jīng)濟(jì)以及國防建設(shè)的各個(gè)部門,因而防腐的研究具有十分重要的意義。在金屬腐蝕與防護(hù)中,金屬的自然電位和保護(hù)電位參數(shù)是十分重要的。此項(xiàng)參數(shù)是借助參比電極來測(cè)量的,而飽和硫酸銅參比電極是最常用的參比電極。在陰極保護(hù)系統(tǒng)中,參比電極起兩個(gè)作用其一是用來測(cè)量被保護(hù)金屬的電位,以便判斷金屬是否處于保護(hù)電位范圍,并監(jiān)測(cè)金屬各部分電位的分布,作為調(diào)整和改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù);其二是用作控制電極,即向恒電位儀提供比較信號(hào),使測(cè)量電位反饋到輸入比較器中,并與預(yù)先調(diào)節(jié)好的給定電位(保護(hù)電位)相比較,以便調(diào)整被保護(hù)金屬的電位,使之始終處在保護(hù)電位范圍內(nèi)。因此,參比電極是陰極保護(hù)系統(tǒng)不可缺少的監(jiān)測(cè)工具。銅/硫酸銅參比電極具有電位穩(wěn)定、靈敏、極化小、制作方便等特點(diǎn),適合在海水、淡水和土壤中使用?,F(xiàn)有技術(shù)采用的做法是在測(cè)量時(shí)直接將參比電極接入測(cè)量儀器中,這種方法的不足在于①測(cè)量時(shí),如果外界有電磁干擾,則測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。②當(dāng)參比電極作為恒電位儀的輸入探頭使用時(shí),由于干擾信號(hào)存在,使得恒電位儀失控。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的和任務(wù)是要克服現(xiàn)有技術(shù)存在的①測(cè)量時(shí),如果外界有電磁干擾,則測(cè)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的誤差,②當(dāng)參比電極作為恒電位儀的輸入探頭使用時(shí),由于有干擾信號(hào)存在,使得恒電位儀失控的不足,并提供一種能夠抗干擾,不會(huì)因環(huán)境電磁干擾而失控的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,特提出本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案。本實(shí)用新型的基本思路是根據(jù)電磁屏蔽原理,增加了參比電極上蓋部分的鋼外套和帶有屏蔽層的電纜線,使其在測(cè)量時(shí),具有較好的抗電磁干擾能力。原理是在工業(yè)檢測(cè)和過程控制中,由于存在各種千擾,往往使檢測(cè)系統(tǒng)無法正常工作。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,通常采用屏蔽和接地技術(shù),利用二者的相互配合來很好地抑制干擾,其特點(diǎn)是①采用靜電屏蔽。靜電屏蔽就是利用與大地相連接的導(dǎo)電性能良好的金屬材料(一般采用銅或鋁等)作為制作屏蔽體的材料,編織成網(wǎng)或容器,網(wǎng)孔應(yīng)減小到最小的程度,使其內(nèi)部電力線不外傳,同時(shí)外部的電力線也不影響其內(nèi)部,起到了隔離電場(chǎng)的作用。常用于防止靜電耦合干擾.即防止電容性干擾,②釆用電磁屏蔽,電磁屏蔽是指釆用導(dǎo)電性能良好的金屬材料做成屏蔽層,利用高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流,利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)的影響,從而達(dá)到防護(hù)高頻電磁場(chǎng)的目的。一般所講的屏蔽,多數(shù)所指的就是電磁屏蔽,主要用于防止高頻電磁場(chǎng)的干擾和影響。若將電磁屏蔽接地,則同時(shí)兼有靜電屏蔽的作用。也就是說,用導(dǎo)電性能良好的金屬材料制成的接地電磁屏蔽層,同時(shí)起到了靜電屏蔽和電磁屏蔽兩種作用。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,系統(tǒng)包括由上蓋[l]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6]而構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器;容器內(nèi)還安裝有銅芯[3],銅芯的固定端與電纜線[9]里面的電纜銅線[13]的端頭焊接在一起,并用封裝材料[16]封閉,而電纜銅線[13]的另外一端則連接在插頭[10]上,其特征在于在參比電極的上蓋[l]外部,還設(shè)有鋼外套[2];并且銅芯[3]與參比電極接線的插頭[10]之間的電纜線[9],是采用具有電磁屏蔽層[12]的電纜線。輸出連接插件,除了有參比電極信號(hào)傳輸插頭[io]之外,還在插頭[10]旁邊設(shè)有屏蔽層的接地夾[11]。本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于由上蓋[l]、鋼外套[2]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6]而構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器,是由密封圈[14]進(jìn)行密封;鋼外套[2]和焊片[15]之間用連接螺絲[8]的連接,而焊片[15]通過焊接與電纜線的屏蔽層[12]連接。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的電化學(xué)測(cè)量中使用的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,經(jīng)如下性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)1電極電位校準(zhǔn)對(duì)于參比電極來說,電極電位是評(píng)價(jià)電極性能參數(shù)中最重要最直接的一個(gè)參數(shù),它直觀地反映了參比電極的可用性。將抗干擾型銅/硫酸銅參比電極置于硫酸銅溶液中,用7150型高阻抗數(shù)字萬用表(由SOLARTRONSchlumberger生產(chǎn))及232型飽和甘汞電極(該電極在出廠時(shí)校準(zhǔn),合格。)測(cè)量抗干擾型銅/硫酸銅參比電極相對(duì)電位。環(huán)境溫度為15°C。對(duì)6支電極穩(wěn)定性測(cè)試,每小時(shí)測(cè)量一次。各電極穩(wěn)定后的電位列入表l中。在連續(xù)3天的電位監(jiān)測(cè)中,電極電位均分布在82mV86mV之間,均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,其電位波動(dòng)不超過士5mV。工程上,銅/飽和硫酸銅參比電極的電極電位穩(wěn)定性要求在土10mV范圍內(nèi),即電位波動(dòng)范圍不超過20mV。以上六個(gè)參比電極電位穩(wěn)定性均符合要求。其電極電位(相對(duì)氫電極)EQ=EC+ER其中Ec是實(shí)際測(cè)量到的抗干擾型硫酸銅參比電極電極電位,ER是232型飽和甘汞電極電位,出廠時(shí)的標(biāo)定為198土10mV。而本次測(cè)量的抗干擾型硫酸銅參比電極平均電極電位是84.2mV,所以抗干擾型硫酸銅參比電極的平均電極電位(相對(duì)氫電極)是282.2±10111¥。而資料提供現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極的電極電位(相對(duì)氫電極)在此環(huán)境溫度下的的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為288士10mV。結(jié)果顯示,本實(shí)用新型涉及到電化學(xué)腐蝕測(cè)量中,所使用的抗干擾銅/硫酸銅參比電極的電極電位和現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極的電極電位一致。2溫度系數(shù)測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中,了解溫度對(duì)參比電極的影響具有重要的意義。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度變化非常大,季節(jié)變化帶來的溫差可達(dá)40°C以上,對(duì)于參比電極,在一定范圍內(nèi)需要有穩(wěn)定的溫度系數(shù),而且在循環(huán)溫度后,電位能迅速恢復(fù)初始值,不發(fā)生滯后現(xiàn)象。選用電極l、2、3和鐵試件置于硫酸銅溶液中,然后將其放置于79—1型磁力加熱攪拌器上(榮華儀器制造有限公司生產(chǎn)),實(shí)驗(yàn)室溫度為25'C,用7150型高阻抗數(shù)字萬用表測(cè)量參比電極與鐵i^件的電位差。通過冰塊降溫冷卻到rC,然后逐漸升溫至6(TC,測(cè)量其電極電位,溫度每升高2t:左右測(cè)量一次,直至溫度達(dá)到6(TC,計(jì)算其溫度系數(shù),顯示在圖3中。用線性擬合法擬合,得到抗干擾銅/硫酸銅參比電極的溫度系數(shù)是0.97mV/°C。而文獻(xiàn)中給出現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極溫度系數(shù)是0.92mV/°C,這與文獻(xiàn)中銅/飽和硫酸銅參比電極的溫度系數(shù)相近。結(jié)果顯示,本實(shí)用新型涉及到電化學(xué)腐蝕測(cè)量中使用的抗干擾銅/硫酸銅參比電極的電極電位的溫度系數(shù)是0.97mV/°C,和現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極的溫度系數(shù)一致,使用的極限環(huán)境溫度是-2'C60°C。而指定使用的溫度為05(TC。3抗干擾性能的測(cè)試選用本實(shí)用新型抗干擾銅/硫酸銅參比電極電位與現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極作對(duì)比,使用CS-1830型雙通道示波器(由TRIO生產(chǎn))測(cè)量電極的抗干擾性能,干擾源為lkHz,0.5V的峰至峰的方波信號(hào),接到被測(cè)量電極以及電極引線周圍的介質(zhì)中,并顯示在圖4中。分別將本實(shí)用新型抗干擾銅/硫酸銅參比電極與現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極接入示波器探頭,觀察示波器顯示。結(jié)果如下現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極電位測(cè)量時(shí)的結(jié)果顯示在圖5中,可見,現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極測(cè)量時(shí),探頭受到干擾源的干擾,干擾信號(hào)通過探頭進(jìn)入測(cè)量儀器,影響了正常測(cè)量。而本實(shí)用新型抗干擾銅/硫酸銅參比電極電位測(cè)量時(shí),其結(jié)果顯示在圖6中,證明本實(shí)用新型抗干擾銅/硫酸銅參比電極測(cè)量時(shí),探頭本身對(duì)干擾源有抑制作用,干擾信號(hào)沒有通過探頭進(jìn)入測(cè)量儀器,測(cè)量結(jié)果不受干擾。由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本實(shí)用新型涉及到電化學(xué)腐蝕測(cè)量中,所使用的抗干擾銅/硫酸銅參比電極與現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極相比,電極電位值和溫度系數(shù)值基本一樣,但是本實(shí)用新型抗千擾銅/硫酸銅參比電極卻具有優(yōu)良的抗干擾性能,當(dāng)作為精密測(cè)量探頭時(shí),能夠有效地防止外界干擾對(duì)參比電極測(cè)量結(jié)果的影響。附表說明表1是本實(shí)用新型抗干擾型銅/硫酸銅參比電極電極電位表6個(gè)編號(hào)代表實(shí)驗(yàn)的6支電極。其電極電位是各電極經(jīng)過3天穩(wěn)定后的電位,電極電位均分布在82mV86mV之間,均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,其電位波動(dòng)不超過士5mV。以下結(jié)合附圖,進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)。本實(shí)用新型共設(shè)6幅圖。圖1是本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的抗干^t型銅/硫酸銅參比電極整體裝配正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖,圖2是現(xiàn)有電化學(xué)技術(shù)中使用的銅/硫酸銅參比電極整體裝配正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖,圖3是本實(shí)用新型抗;擾型銅/硫酸銅參比電極溫度系數(shù)圖,圖4是CS-1830型示波器所顯示干擾源的波形圖,圖5是CS-i830型示波器所顯示現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極測(cè)量時(shí),對(duì)于干擾源響應(yīng)的波形圖,圖6是CS-1830型示波器所顯示本實(shí)用新型銅/硫酸銅參比電極測(cè)量時(shí)對(duì)于千擾源響應(yīng)的波形圖?,F(xiàn)在分別說明如下圖J是本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極整體正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖中顯示,該參比電極是由上蓋[l]、鋼外套[2]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6]和密封圈[14]共同組成的密封容器,容器中充滿了硫酸銅飽和溶液[7],并在軸心線上還安裝有銅芯[3],鋼外套[2]通過連接螺絲[8]和焊片[15]與電纜線的屏蔽層[12]相連;而電纜線的銅線[13]焊接在銅芯[3]上;在電纜線[9]的輸出端設(shè)有插頭[10]和具有電纜線屏蔽層的接地夾[ll],而構(gòu)成與儀器連接的信號(hào)通路。[16]是封裝材料。圖2是現(xiàn)有電化學(xué)技術(shù)中使用的銅/硫酸銅參比電極整體正冬見剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖中顯示,由上蓋[l]、銅芯[3]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞問而構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器,并在軸心線上還安裝有銅芯[3],而電纜線的銅線[13]焊接在銅芯[3]上;在電纜線[9]的輸出端設(shè)有插頭[10]而構(gòu)成與儀器連接的信號(hào)通路。[16]是封裝材料。與圖1結(jié)構(gòu)區(qū)別是,己有技術(shù)中缺少了鋼外套、連接螺絲、電纜屏蔽層、電纜線屏蔽層接地線夾、'焊片、密封圈,很顯然,已有技術(shù)中所缺少的正是包圍在現(xiàn)有電極外層,并且通過接地夾接地,起到電磁屏蔽作用的不可缺少的技術(shù)特征。圖3是本實(shí)用新型抗干擾型銅/硫酸銅參比電極溫度系數(shù)圖圖中的橫坐標(biāo)是溫度"C,縱坐標(biāo)是測(cè)量得到的碳鋼電位mV,圖中圓點(diǎn)連線是實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù),粗實(shí)線2是數(shù)學(xué)處理后的曲線。圖中結(jié)果顯示,本實(shí)用新型抗干擾銅/硫酸銅參比電極的電極電位的溫度系數(shù)是O.97mV/°C,和現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極的溫度系數(shù)一致。圖4是CS-1830型示波器所顯示千擾源的波形圖圖中縱軸是電壓V,橫軸是時(shí)間t,干擾源是lkHz,0.5V的峰至峰的方波信號(hào),將此信號(hào)接到被測(cè)量電極以及電極引線周圍的介質(zhì)中,然后在被千擾的系統(tǒng)中檢測(cè)千擾特征頻率lkHz信號(hào)的大小,來衡量電極的抗干擾性能。圖5是CS-1830型示波器所顯示現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極電極測(cè)量時(shí)對(duì)干擾源響應(yīng)的波形圖圖中縱軸是電壓V,橫軸是時(shí)間t.圖中顯示了電極的輸出存在和干擾源相同頻率,幅度較大的信號(hào),其特點(diǎn)說明現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極對(duì)于干擾沒有多大抑制作用。圖6是CS-1830型示波器所顯示本實(shí)用新型銅/硫酸銅參比電極測(cè)量時(shí)對(duì)于干擾源響應(yīng)的波形圖圖中縱軸是電壓V,橫軸是時(shí)間t.由于鋼外套[2]和電纜屏蔽層[12]通過接地夾[li]接地的屏蔽作用,電極的輸出根本沒有干擾源相同頻率的信號(hào),在圖6中顯示,說明抗干擾型銅/硫酸銅參比電極對(duì)于干擾有很強(qiáng)的抑制作用。響應(yīng)信號(hào)處在橫軸軸線上。具體實(shí)施方式實(shí)施例l某地區(qū)的埋地鋼質(zhì)管線需要調(diào)査其腐蝕狀況,使用本實(shí)用新型銅/硫酸銅參比電極測(cè)量埋地鋼質(zhì)管道腐蝕電位,方法步驟是..第一步,將參比電極的連線插頭[io]插進(jìn)測(cè)量儀表的紅色輸入端口(正端),將電纜線屏蔽層接地線夾[ll],夾在測(cè)量儀表的接地端子(負(fù)端),即黑色輸入斷口插線上。再將抗千擾型銅/硫酸銅參比電極的電極下蓋[4]旋轉(zhuǎn)擰下來,讓浸透了飽和硫酸銅溶液的銀杏木塞[6]緊密接觸被測(cè)量埋地鋼質(zhì)管道表面的介質(zhì);第二步,打開測(cè)量儀表開關(guān),選擇儀表的電位在滿量程2mV—檔,進(jìn)行測(cè)量,直讀數(shù)字表的讀數(shù),進(jìn)行記錄;第三步,測(cè)量結(jié)束,將參比電極的連線插頭[10]從測(cè)量儀表的輸入端口拔出來,將接地夾[ll]從儀器的接地端子取下來,將抗干擾型銅/硫酸銅參比電極清洗干凈,再將電極下蓋[4]旋轉(zhuǎn)獰緊;第四步,檢測(cè)結(jié)果分析,通過測(cè)量電位反映出地下管線的腐蝕情況;如果電位在-850mV以上,說明地下管線沒有保護(hù)好,正在遭受腐蝕,如果電位在-850mV以下,-1200mV以上,說明陰極保護(hù)工作正常,地下管線保護(hù)很好,不腐蝕,或者腐蝕輕微。如果電位比-](200mV更低,就要考慮是否過保護(hù)或者有雜散電流影響,采取措施,使電位回至廿-1200mV以上.總之,本實(shí)用新型抗干擾型銅/硫酸銅參比電極能得到有效防止電磁干擾影響的測(cè)量結(jié)果,比現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極更準(zhǔn)確。實(shí)施例2某沿海電廠,淡海水土壤中,引海水的循環(huán)管線做管外強(qiáng)制電流陰極保護(hù),主要設(shè)備恒電位儀,探頭使用本實(shí)用新型銅/硫酸銅參比電極。方法步驟是第一步,將參比電極的連接插頭[10]插進(jìn)測(cè)量儀器的輸入端口,將電纜線屏蔽層的接地夾[ll],夾在儀器的接地端子,再將抗干擾型銅/硫酸銅參比電極的電極下蓋[4]旋轉(zhuǎn)擰下來,讓浸透了飽和硫酸銅溶液的銀杏木塞[6]緊密接觸被測(cè)量埋循環(huán)管線表面的介質(zhì);第二步,打開恒電位儀電源開關(guān),選擇恒電位儀的工作狀態(tài)開關(guān)在恒電位狀態(tài),選擇電位在滿量程士2000mV—檔,此時(shí),本實(shí)用新型銅/^t酸銅參比電極向恒電位儀提供了無干擾的、準(zhǔn)確的循環(huán)管線的電位信號(hào);第三步,調(diào)整恒電位儀的給定旋扭,通過恒電位儀,調(diào)整了陰極保護(hù)系統(tǒng)的相應(yīng)電壓或者電流,系統(tǒng)反饋到實(shí)用新型銅/硫酸銅參比電極的電位,控制在-850至-1200mV之間,達(dá)到陰極保護(hù),即腐蝕控制目的,這一步可能是幾年或者幾十年的過程;第四步,測(cè)量或者控制結(jié)束,將參比電極連接的插頭[10]從測(cè)量儀器的輸入端口拔出來,將電纜線屏蔽層接地夾[ll]從儀器的接地端子取下來,將抗干擾型銅/硫酸銅參比電極清洗干凈,再將電極下蓋[4;i旋轉(zhuǎn)擰緊??傊?,使用本實(shí)用新型抗干擾型銅/硫酸銅參比電極能得到有效防止電磁干擾影響的測(cè)量效果,因?yàn)闇y(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,恒電位儀的陰極保護(hù)控制才更有效。而使用現(xiàn)有的銅/硫酸銅參比電極,由于干擾客觀存在,采集數(shù)據(jù)有時(shí)被千擾,就會(huì)使恒電位儀的控制失靈,導(dǎo)致整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)失控。附表表l抗干擾型銅/硫酸銅參比電極的電極電位表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1.抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,系統(tǒng)包括由上蓋[1]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6],構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器,容器內(nèi)還安裝有銅芯[3],銅芯[3]的固定端與電纜線[9]里面的電纜銅線[13]的端頭焊接在一起,并用封裝材料[16]封閉,而電纜銅線[13]的另一端則連接在插頭[10]上,其特征在于在參比電極的上蓋[1]外部,還設(shè)有鋼外套[2];在電纜線[9]的外層設(shè)有屏蔽層[12];輸出連接插件,除了有插頭[10]外,還設(shè)有屏蔽層的接地夾[11]。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,其特征在于;由上蓋[l]、鋼外套[2]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6],構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器,由密封圈[14]進(jìn)行密封。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,其特征在于;鋼外套[2]和焊片[15]之間用連接螺絲[8]連接,焊片[15]通過焊接與電纜線的屏蔽層[12]連接。專利摘要電化學(xué)領(lǐng)域中的抗干擾型銅/硫酸銅參比電極,其系統(tǒng)包括由上蓋[1]、下蓋[4]、圓管[5]、銀杏木塞[6]構(gòu)成盛裝硫酸銅飽和溶液[7]的容器,在容器內(nèi)還安裝有銅芯[3],銅芯[3]的固定端與電纜線[9]里面的電纜銅線[13]的端頭焊接在一起,并用封裝材料封閉,而電纜銅線[13]的另一端則連接在插頭[10]上,其特征在于在參比電極上蓋[1]外還設(shè)有鋼外套[2];在電纜線[9]的外層設(shè)有屏蔽層[12];輸出連接插件,除了有插頭[10]外,還設(shè)有屏蔽層的接地夾[11],鋼外套[2]和焊片[15]之間用連接螺絲[8]連接;焊片[15]通過焊接與電纜線的屏蔽層[12]連接。優(yōu)點(diǎn)能夠有效地防止外界的電磁干擾對(duì)參比電極測(cè)量結(jié)果的影響。文檔編號(hào)G01N27/30GK201083710SQ20072001328公開日2008年7月9日申請(qǐng)日期2007年7月10日優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日發(fā)明者任厚珉,浩陳申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)