一种高通量多通道电偶腐蚀仪制造技术

本发明专利技术属于电偶腐蚀测试技术领域，具体涉及一种多通道电偶腐蚀仪，使用时，作为体积小、重量轻、低功耗、抗噪抗干扰的采集单元，具有断电测试不断的功能，配置超长待机的电池即可在野外进行长时间的工作，多个采集单元基于零阻电流和电压跟随器原理，实时测量、记录并大量、快速上传大量的电偶电位和电流测试数据，通过上位机获得多组偶对电位和电流的变化规律，以便快速比较和分析不同偶对体系的电偶电流变化规律，实现多组金属偶对的匹配性评价；可以同时进行大批量金属偶对在室内和野外多种不同环境条件下的电偶腐蚀试验，实现大批偶对电偶腐蚀性能快速评价，为结构选材节约人力和时间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量多通道电偶腐蚀仪

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[0001]本专利技术属于电偶腐蚀测试
，具体涉及一种多通道电偶腐蚀仪，能够测量、记录异种金属材料间电偶腐蚀电位和电流，大量、快速传输电化学特征信息，绘制图谱。

技术介绍
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[0002]电偶腐蚀属于局部腐蚀，也称作接触腐蚀，是指当两种或两种以上不同金属材料在某导电介质中相互接触时，由于电极电位不同形成腐蚀电池，使电位较低的金属溶解速度加快而电位较高的金属溶解速度减小的现象。为了有效控制电偶腐蚀，国内外学者开展了大量研究，从测试不同金属材料的电极电位开始，获得各种材料在特定环境下的电偶序，探索影响电偶腐蚀行为的各种因素，包括温度、偶对间距离、阴阳极面积比等，为控制电偶腐蚀提供重要依据。上世纪70年代报道的关于电偶电位和电偶电流的测试方法，将失重法和极化曲线测试结合，对电偶腐蚀行为进行研究，电偶电流能够从动力学角度反映电偶腐蚀程度和规律，可以用于评价异种金属材料在某腐蚀介质中接触时的耐接触腐蚀性能，在选材设计中起到重要作用。电偶电流最初采用如图1所示的零电阻电流计测量，通过调节电压或电阻使两个电极间电位差为零，此时，安培表测量的电流即为电偶电流。其缺点是当电路未达到平衡时，电偶对金属材料被极化，出现不正确的电偶电流值或需要较长的恢复时间。鉴于此，运算放大器被用来自动调整回路电阻，以使电偶电流的测量连续、准确和可靠。在此基础上，电偶腐蚀仪应运而生，用于测量电偶腐蚀。最早应用于实验室中的电偶腐蚀计能够检测零电阻电流(电偶电流)的电流范围为20μA～200mA，但是，量程、测量电偶电位和自然腐蚀电位需要根据测量体系的变化进行手动或自动切换，不能自动记录数据，为测量带来很大不便。此外，其外形尺寸为32
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30
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13cm，净重3Kg，不便用于野外试验。随着电子与计算机科技的发展，能够自动切换量程、采集并绘制曲线的电偶腐蚀仪，甚至多通道电偶腐蚀测量装置问世。例如，中国专利201110358680.0公开的一种多通道电偶腐蚀测量装置，基于SOC处理器，能够独立进行金属材料电偶腐蚀试验过程的可编程控制和电偶腐蚀数据的采集、存储以及测量状态的显示和查询，用于室内外不同环境中异种金属材料间电偶腐蚀电位和电偶腐蚀电流的测量，解决电偶腐蚀测量设备在控制方法、信号调理、噪音干扰等方面的技术问题。但是，其具有20个通道，功耗较大，野外测量时必须有电源，不便搬动，且电流的测量精度不高，最小为10μA，采样频率最快为100Hz。随后，华中科技大学腐蚀与防护研究所研制的CST508多通道电偶腐蚀测试仪，采用高输入阻抗的电压跟随器电路和零阻电流计电路，高可靠性的工业级控制芯片以及高精度数据转换器ADS1211，内置可以有效消除高频噪声进入测量单元的二阶低通滤波器和防止浪涌电压造成冲击损坏的EMI滤波器；16个通道能够同时测量8个电位和8个电流信号(200mA～200nA)，自动切换电流量程(共7档)，数据采集速率为0.01Hz～1KHz，通过隔离型RS232串口控制的上位机软件进行设置，采用watchdog控制用固件提高可靠性，在故障出现后，程序能够自动恢复运行；尺寸为36
×
26
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14cm，重量为7Kg；工作环境湿度不大于80％。此外，还有电偶腐蚀/电化学噪声测量仪和电化学工作站也能够实现电偶电位和电流的连续采集，参数同上。但是，上述仪器均不能在湿
度大于80％的环境工作，功耗、体积和重量较大，不适合长时间的野外工作，数据不能远程或大量快速传输。因此，研发设计一种具有低功耗、体积小、重量轻的高通量多通道电偶腐蚀仪，实现快速测量、记录多组异种金属材料间电偶腐蚀电位和电流，大量、快速传输电化学特征信息，绘制图谱，具有积极的社会效益。

技术实现思路
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[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种高通量多通道电偶腐蚀仪，基于多组金属偶对的匹配性评价，实现室内和野外异种金属材料电偶腐蚀性能评价和研究。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术涉及的高通量多通道电偶腐蚀仪(725
‑
CT4型多通道电偶腐蚀仪)的外形结构如图2所示，外壳为具有屏蔽电场电磁信号作用的铝合金；内部结构如图3所示，包括4个完全电气隔离的通道，每个通道均由输入电极和前端模拟信号处理部分组成，中央处理器通过信号线分别与前端模拟信号处理部分、无线通讯模块、USB通信接口和数据存储模块连接；通过电源线，USB通信接口与锂电池连接，锂电池与电源管理模块连接，电源管理模块分别与前端模拟信号处理部分、无线通讯模块、中央处理器和数据存储模块连接；每个通道独立进行电偶电位和电流测试或同时进行两个试样的自腐蚀电位测试，采样频率为0.01Hz～10KHz，其中，输入电极为三电极体系，分别是工作电极WE、对电极CE和参比电极RE；锂电池为备用电源。
[0005]本专利技术涉及的前端模拟信号处理部分如图4所示，由零电阻电流计(ZRA)电流电压电路、高阶低通滤波器1、ADC1转换器、隔离电源、高输入阻抗电路、高阶低通滤波器2、ADC2转换器、通信隔离模块和同步控制模块组成，其中，ZRA电流电压回路为电流电压转换电路，如图5所示，放大器A1采用500MHz超低偏置电流LTC6268型运算放大器型号，电压摆幅为400V/μs，具有极低的输入电容、电流噪声、电压噪声和轨到轨输出；高阶低通滤波器1和高阶低通滤波器2均为高阶低通有源滤波器，输入阻抗大于10
12
Ω，二者组合，能够实现
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100dB以上截至带衰减，采样频率为10KHz的高速大增益测量，达到衰减量高或衰减上升快的目的，有效提高了信噪比，保证了小电流的准确度，低通滤波器使用高阶滤波器，具有高滤波器品质因数值(Q值)和高选通性；ADC1转换器和ADC2转换器均为如图6所示的模数转换器，具有同步转换功能，转换的参考电压为2.5V，信号输入为
±
2.5V；隔离电源通过电磁方式将电源从一侧输出到另一侧，输入回路与输出回路之间没有直接的电气连接，高阻态绝缘，没有电流回路，使通道之间完全电气隔离，互不干扰；高输入阻抗电路如图7所示，利用LTC6268型高输入阻抗，将电极电位转换成低阻抗输出电路，输入电阻大于10
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Ω，输入电容小于100fF，共模抑制大于72dB；通信隔离模块为数字隔离集成电路，通信方式使用SPI串行外设接口，CS片选信号为选择信号，SCK串行时钟脉冲为同步时钟信号，在SCK的上升沿准备数据，下降沿读取数据，通信隔离模块对ADC2转换器与同步控制模块之间的通信进行隔离，能够实现高速通信。
[0006]本专利技术涉及的中央处理器的MOSI(主机输出从机输入信号线)将主机：中央处理器的命令通过串行方式输入到从机：ADC1转换器和ADC2转换器，中央处理器的MISO(主机输入从机输出信号)将从机ADC1转换器和ADC2转换器的数据通过串行方式传输到中央处理器。
[0007]本专利技术涉及的ADC1转换器和ADC2转换器采用频率时，高阶低通滤波器1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高通量多通道电偶腐蚀仪，其特征在于，外壳为铝合金；内部结构包括4个完全电气隔离的通道，每个通道均由输入电极和前端模拟信号处理部分组成，中央处理器通过信号线分别与前端模拟信号处理部分、无线通讯模块、USB通信接口和数据存储模块连接；通过电源线，USB通信接口与锂电池连接，锂电池与电源管理模块连接，电源管理模块分别与前端模拟信号处理部分、无线通讯模块、中央处理器和数据存储模块连接。2.根据权利要求1所述的一种高通量多通道电偶腐蚀仪，其特征在于，每个通道独立进行电偶电位和电流测试或同时进行两个试样的自腐蚀电位测试，采样频率为0.01Hz～10KHz。3.根据权利要求1或2所述的一种高通量多通道电偶腐蚀仪，其特征在于，输入电极为三电极体系，分别是工作电极WE、对电极CE和参比电极RE。4.根据权利要求1或2所述的一种高通量多通道电偶腐蚀仪，其特征在于，前端模拟信号处理部分由ZRA电流电压电路、高阶低通滤波器1、ADC1转换器、隔离电源、高输入阻抗电路、高阶低通滤波器2、ADC2转换器、通信隔离模块和同步控制模块组成，ZRA电流电压回路与高阶低通滤波器1连接，高阶低通滤波器1与ADC1转换器连接、ADC1转换器与隔离电源连接，高输入阻抗电路与高阶低通滤波器2连接，高阶低通滤波器2与ADC2转换器连接，ADC2转换器与通信隔离模块连接，同步控制模块分别与ADC1转换器和ADC2转换器连接；其中，ZRA电流电压回路为电流电压转换电路，放大器A1采用500MHz超低偏置电流LTC6268型运算放大器型号，电压摆幅为400V/μs；高阶低通滤波器1和高阶低通滤波器2均为高阶低通有源滤波器，输入阻抗大于10
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Ω，二者组合，实现
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100dB以上截至带衰减，采样频率为10KHz的高速大增益测量；ADC1转换器和ADC2转换器均为模数转换器，具有同步转换功能，转换的参考电压为2.5V，信号输入为
±
2.5V；隔离电源通过电磁方式将电源从一侧输出到另一侧，输入回路与输出回路之间没有直接的电气连接，高阻态绝缘，没有电流回路，使通道之间完全电气隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧霞，邢路阔，马万和，程文华，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：