Электрохимический анализатор физико-химических свойств материалов

 

Анализатор относится к средствам контроля изменений структуры и состава металлов и сплавов под действием эксплуатационных нагрузок и обеспечивает экспресс-анализ изменений внутренних напряжений металлических конструкций, а также оценку пористости защитных покрытий, качества ионно-имплантированных поверхностей и термообработки металлических материалов. Анализатор содержит источник питания, блок обработки информации и управления с пультом ввода программ исследования на входе и индикаторным блоком на выходе, а также измерительные электроды, выполненные в виде щупа, состоящего из двух цилиндров, коаксиально расположенных друг относительно друга, при этом верхняя часть внутреннего цилиндра заполнена электрохимическим составом, имеет конусообразную форму с соосно впаянным в нее электродом сравнения, верхняя часть внешнего цилиндра выполнена с обратной конусностью, нижняя его часть имеет цилиндрическое отверстие, соосное электроду сравнения, оба цилиндра соединены между собой обратными конусообразными частями, и пространство между ними заполнено электропроводным наполнителем, причем в нижней части внутреннего цилиндра соосно электроду сравнения выполнено конусообразное отверстие, а на стенке внешнего цилиндра закреплен вспомогательный электрод с электрическим контактом на свободном конце для подсоединения к исследуемому объекту. 2 ил.

Устройство относится к технологическому контролю, а именно к средствам неразрушающего экспресс-анализа изменений структуры и состава металлов и сплавов в процессе их эксплуатации для оценки остаточной прочности и трещиностойкости путем электрохимической диагностики.

Известен способ определения места появления трещин путем пропускания через исследуемый объект электрического тока и определения местонахождения трещин сравнением измеренной величины тока в данном участке подключения подводящих ток электродов, со значением тока, соответствующим отсутствию трещин на данном участке [1].

Известно устройство для измерения электрического сопротивления металлов и сплавов, содержащее измерительную ячейку с первичным преобразователем температуры, источник тока, блок управления с устройством обработки информации и регистрации [2].

В качестве ближайшего аналога предлагаемого устройства может быть принято устройство для неразрушающего контроля качества стенок труб, содержащее источник питания, измерительные электроды, соединенные с блоком обработки информации и управления, подключенным к индикаторному блоку [3].

Предлагаемое устройство по сравнению с аналогами обеспечивает экспресс-анализ изменений внутренних напряжений металлических конструкции под действием эксплуатационных нагрузок на исследуемый объект, а также оценку пористости защитных покрытий, качества ионно-имплантированных поверхностей и термообработки металлических материалов, определение структурных изменений материала объекта и др.

Указанный эффект достигается за счет того, что блок обработки информации и управления снабжен пультом ввода программы исследования, а измерительные электроды выполнены в виде щупа, состоящего из двух цилиндров, коаксиально расположенных друг относительно друга, при этом верхняя часть внутреннего цилиндра заполнена электрохимическим составом, имеет конусообразную форму с соосно впаянным в нее электродом сравнения, верхняя часть внешнего цилиндра выполнена с обратной конусностью, нижняя его часть имеет цилиндрическое отверстие, соосное электроду сравнения, оба цилиндра соединены между собой обратными конусообразными частями, и пространство между ними заполнено электропроводным наполнителем, причем в нижней части внутреннего цилиндра соосно электроду сравнения выполнено конусообразное отверстие, а на стенке внешнего цилиндра закреплен вспомогательный электрод с электрическим контактом на свободном конце для подсоединения к исследуемому объекту.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - измерительный щуп.

Устройство содержит блок питания 1, блок 2 обработки информации и управления, индикаторный блок 3, выполненный в виде регистратора, и измерительные электроды 4, выполненные в виде щупа. Блок 2 обработки информации и управления состоит из пульта 5 управления, в качестве которого может быть использована стандартная клавиатура персональной ЭВМ, микропроцессора 6, например типа 1806 ВМ3, регулируемого многоканального усилителя 7, таймера 8, входного преобразователя напряжения 9 и выходного регистра 10 для сопряжения с регистратором 3, в качестве которого может быть применен графопостроитель Н 307. Все элементы блока связаны между собой мультиплексной системной магистралью 11. Щуп 4 состоит из электрода сравнения 12, вспомогательного электрода 13 из платиновой проволоки, пробки-шлифа 14, установленной в конусном отверстии внутреннего цилиндра 15 с зазором 0,05-0,5 мм для создания электрического контакта между внутренним цилиндром 15 с электропроводным наполнителем 16 и внешним цилиндром 17, ультрапористой диафрагмы 18 диаметром до 2 мм и пористостью 95-98%, установленной в цилиндрическом отверстии внешнего цилиндра 17, причем диафрагма 18 насыщена электропроводным наполнителем 19 с вязкостью 6-8 сП, размещенным между внутренним цилиндром 15 и внешним цилиндром 17. Электрический контакт исследуемого объекта 20 осуществляется с помощью электрода 21. Прижим внутреннего цилиндра 15 обеспечивает уплотнитель 22 в верхней части внешнего цилиндра 17. Для улучшения контакта элементов щупа с исследуемым объектом 20 места их контактов смачивают электролитом 23.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства напряжение с выходов усилителя 7 подается на щуп 4. Напряжение электрода сравнения 12 и напряжение, поданное на исследуемый объект 20 через электрод 21, поступают на соответствующие входы усилителя 7, в котором формируется инверсионный сигнал их разности, подаваемый на микропроцессор 6. Одновременно указанный сигнал управляет выходным током усилителя 7, подаваемым в цепь исследуемый объект - вспомогательный электрод 13, поляризующим анализируемый объект до потенциала (напряжения относительно электрода сравнения), равного напряжению, подаваемому от источника напряжения 1. Электрическая связь в системе обеспечивается наличием во внутреннем цилиндре 15, внешнем цилиндре 17 и пористой диафрагме 18 электропроводных составов 16 и наполнителя 19. Зависимость потенциал - ток (или ток - время) фиксирует регистратор 3. На зависимости потенциал - ток, получаемой при смещении потенциала анализируемого объекта (металла или его сплава) из катодной области потенциалов в анодную и обратно, фиксировали потенциалы полной пассивации и реактивации. При этом основным параметром выбрана их разность. На зависимости ток - время, получаемой при поддержании постоянного потенциала объекта исследования, фиксировали величину поляризующего тока через 0,5-1,0 мин после начала поляризации, и основным параметром выбрана величина тока, фиксируемая через время, одинаковое для одной серии анализов или материалов. После чего эти значения напряжений (или тока) попадают в микропроцессор 6, оцениваются и используются для наблюдения за поведением (старением) объекта исследования, позволяя диагностировать предварительное состояние и возможность поломок, прогнозировать ресурс работы, а также добиваться оптимальных физико-химических свойств и режимов изготовления объектов.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уменьшить время анализа, а также прогнозировать ресурс работы эксплуатируемого оборудования, наступления поломок и добиваться оптимальных свойств и режимов при изготовлении объектов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. RU, патент, 2006846, кл. G 01 N 27/20, 1991.

2. SU, авторское свидетельство, 1656434, кл. G 01 N 27/02, 1989.

3. RU, патент, 2037815, кл. G 01 N 27/20, 27/00, 1990 (прототип).

Формула изобретения

Электрохимический анализатор физико-химических свойств материалов, содержаший источник питания, измерительные электроды, блок обработки информации и управления и индикаторный блок, при этом измерительные электроды подключены к блоку обработки информации и управления, выход которого подсоединен к индикаторному блоку, отличающийся тем, что блок обработки информации и управления снабжен пультом ввода программы исследования, а измерительные электроды выполнены в виде щупа, состоящего из двух цилиндров, коаксиально расположенных друг относительно друга, при этом верхняя часть внутреннего цилиндра заполнена электрохимическим составом, имеет конусообразную форму с соосно впаянным в нее электродом сравнения, верхняя часть внешнего цилиндра выполнена с обратной конусностью, нижняя его часть имеет цилиндрическое отверстие, соосное электроду сравнения, оба цилиндра соединены между собой обратными конусообразными частями, и пространство между ними заполнено электропроводным наполнителем, причем в нижней части внутреннего цилиндра соосно электроду сравнения выполнено конусообразное отверстие, а на стенке внешнего цилиндра закреплен вспомогательный электрод с электрическим контактом на свободном конце для подсоединения к исследуемому объекту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2