Способ идентификации металла или сплава и прибор для его осуществления

 

Изобретение относится к электрохимическим способам исследования материалов. Технический результат заключается в возможности идентифицировать любые металлы или сплавы с более высокой точностью. Сущность: способ заключается в том, что приводят в соприкосновение с исследуемым изделием из металла или сплава заполненный электролитом зонд с размещенным в нем опорным электродом, подают между исследуемым изделием и опорным электродом кратковременный поляризующий импульс и измеряют потенциал на исследуемом изделии. Измерение потенциала на исследуемом изделии осуществляют с помощью электрода сравнения, размещенного в заполненном электролитом зонде, в заранее заданный момент в течение длительности поляризующего импульса, а затем через заранее заданное время по окончании поляризующего импульса, после чего идентифицируют металл или сплав исследуемого изделия по результатам упомянутого измерения. Также в изобретении предложен прибор для осуществления описанного выше способа. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к электрохимическим способам исследования материалов, а конкретнее - к способу идентификации металла или сплава и к прибору для осуществления этого способа.

В настоящее время известны различные способы электрохимической идентификации материалов.

Так, в авторском свидетельстве СССР N 208324 (G 01 N 27/416, 22.04.1968) описано устройство для электрохимических измерений, содержащее электрохимическую ячейку с исследуемым электродом, вспомогательным электродом и электродом сравнения, расположенным вблизи исследуемого электрода. При этом с помощью электрода сравнения, подключенного вместе с исследуемым электродом к дифференциальному усилителю, измеряется ток, задаваемый потенциалом на исследуемом и вспомогательном электродах.

Недостатком данного устройства является его громоздкость, поскольку оно предназначено не для идентификации, а для исследований.

Известен способ идентификации сплавов драгоценных металлов, который реализуется в устройстве с опорным электродом, который соприкасается с исследуемым изделием и подает кратковременный поляризующий импульс на исследуемое изделие, после чего на исследуемом изделии измеряется потенциал (патент США N 4799999, G 01 N 27/26, 24.01.1989). Недостатком данного способа является невысокая точность идентификации, обусловленная тем, что измерение потенциала производится только один раз через заданное время после прекращения действия поляризующего импульса. Кроме того, идентификация в данном способе возможна только для сплавов драгоценных металлов.

Наиболее близким к заявленному способу является способ идентификации сплавов драгоценных металлов, в котором приводят в соприкосновение с исследуемым изделием из металла или сплава заполненный электролитом зонд с размещенным в нем опорным электродом, подают между исследуемым изделием и опорным электродом кратковременный поляризующий импульс и измеряют потенциал на исследуемом изделии (патент РФ N 2080591, G 01 N 27/26, 27.05.1997). Этот способ реализуется в приборе для идентификации металла или сплава, содержащем заполненный электролитом зонд, открытый рабочий конец которого предназначен для соприкосновения с исследуемым изделием из металла или сплава, опорный электрод, размещенный внутри заполненного электролитом зонда, и измерительный блок, первый и второй входы которого соединены соответственно с исследуемым изделием и опорным электродом, при этом измерительный блок выполнен с возможностью подачи кратковременного поляризующего импульса между исследуемым изделием и опорным электродом (упомянутый патент РФ N 2080591). Недостаток этого способа и прибора состоит в невозможности идентифицировать металлы или сплавы, отличные от драгоценных, а также в недостаточной точности идентификации, что связано с единственным измерением потенциала лишь после подачи поляризующего импульса.

Таким образом, задача данного изобретения состоит в разработке такого способа идентификации и реализующего его прибора, который обеспечивал бы идентификацию любого - а не только драгоценного - металла или сплава с более высокой точностью, нежели существующие способы идентификации.

Для достижения этого технического результата в одном аспекте настоящего изобретения в способе идентификации металла или сплава, в котором приводят в соприкосновение с исследуемым изделием из металла или сплава заполненный электролитом зонд с размещенным в нем опорным электродом, подают между исследуемым изделием и опорным электродом кратковременный поляризующий импульс и измеряют потенциал на исследуемом изделии, - в соответствии с настоящим изобретением, измерение потенциала на исследуемом изделии осуществляют с помощью электрода сравнения, размещенного в заполненном электролитом зонде, в заранее заданный момент в течение длительности поляризующего импульса, а затем через заранее заданное время по окончании поляризующего импульса, после чего идентифицируют металл или сплав исследуемого изделия по результатам упомянутого измерения.

Особенностью способа по настоящему изобретения является то, что измерение потенциала в течение длительности поляризующего импульса осуществляют в период кратковременного отключения поляризующего импульса, при этом длительность упомянутого отключения много меньше длительности поляризующего импульса.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что по окончании упомянутого измерения потенциала между исследуемым изделием и опорным электродом подают восстанавливающий импульс, противоположный по полярности поляризующему импульсу.

Наконец, еще одна особенность данного способа заключается в том, заполненный электролитом зонд приводят в контакт с исследуемым изделием непосредственно перед упомянутым измерением потенциала.

В другом аспекте настоящего изобретения в приборе для идентификации металла или сплава, содержащем заполненный электролитом зонд, открытый рабочий конец которого предназначен для соприкосновения с исследуемым изделием из металла или сплава, опорный электрод, размещенный внутри заполненного электролитом зонда, и измерительный блок, первый и второй входы которого соединены соответственно с исследуемым изделием и опорным электродом, при этом измерительный блок выполнен с возможностью подачи кратковременного поляризующего импульса между исследуемым изделием и опорным электродом, - в соответствии с настоящим изобретением, в заполненном электролитом зонде размещен электрод сравнения, соединенный с третьим входом измерительного блока, выполненного с возможностью измерения потенциала на исследуемом изделии с помощью электрода сравнения в заранее заданный момент в течение длительности поляризующего импульса, а затем через заранее заданное время по окончании поляризующего импульса.

Особенностью прибора по настоящему изобретению является то, что измерительный блок выполнен с возможностью кратковременного отключения поляризующего импульса в течение длительности поляризующего импульса, при этом длительность этого отключения много меньше длительности поляризующего импульса.

Еще одна особенность прибора по настоящему изобретению состоит в том, что измерительный блок содержит буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и мультиплексор, первый и второй сигнальные входы которого подключены к выходам источников прямого и обратного тока, а третий вход объединен со входом буферного усилителя и является третьим входом блока, выход мультиплексора подключен к первому сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, являющемуся первым входом блока, второй сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя является вторым входом блока, выход буферного усилителя подключен к третьему сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора.

Еще одной особенностью прибора по настоящему изобретению является то, что зонд выполнен в форме сужающегося сопла, отверстие в суженной части которого является рабочим концом зонда, а в расширенной части размещены опорный электрод и электрод сравнения.

Еще одна особенность прибора по настоящему изобретению состоит в том, что электрод сравнения выполнен хлорсеребряным, опорный электрод выполнен серебряным, а в качестве электролита используются кислые растворы, содержащие ионы хлора.

При этом опорный электрод и электрод сравнения могут быть выполнены в виде колец, плоскости которых практически перпендикулярны к продольной оси зонда, при этом опорный электрод размещен между электродом сравнения и рабочим концом зонда.

Наконец, особенностью прибора по настоящему изобретению является то, что зонд выполнен с возможностью заполнения электролитом и осуществления контакта с исследуемым изделием непосредственно перед подачей поляризующего импульса.

В существующем уровне техники не выявлены объекты того же назначения, которые содержали бы соответствующие совокупности признаков описанных выше способа и прибора. Это позволяет считать заявленную группу изобретений новой.

Из существующего уровня техники неизвестны также источники, в которых были бы описаны совокупности признаков, отличающие заявленные способ и прибор от соответствующих наиболее близких аналогов. Это позволяет считать заявленные способ и прибор имеющими изобретательский уровень.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где одинаковые ссылочные позиции на разных чертежах относятся к одинаковым элементам.

Фиг. 1 представляет схематическое изображение зонда в приборе для идентификации металла или сплава по настоящему изобретению.

Фиг. 2 является функциональной схемой измерительного блока в приборе для идентификации металла или сплава по настоящему изобретению.

Фиг. 3 показывает изменение потенциала на исследуемом образце в способе идентификации металла или сплава по настоящему изобретению.

Способ по настоящему изобретению реализуется с помощью прибора, состоящего из зонда и измерительного блока.

Показанный на фиг. 1 зонд прибора по настоящему изобретению выполнен в форме сужающегося сопла 1, отверстие в суженной части которого является рабочим концом зонда. Такое выполнение зонда не является обязательным, но оно наилучшим образом обеспечивает осуществление способа по настоящему изобретению. Зонд заполнен электролитом 3, а открытый рабочий конец зонда (отверстие 2) предназначен для соприкосновения с исследуемым изделием 4 из металла или сплава. Внутри заполненного электролитом зонда размещены опорный электрод 5 и электрод 6 сравнения. Оба эти электрода 5 и 6 выполнены предпочтительно в виде колец, плоскости которых практически перпендикулярны к продольной оси зонда, при этом опорный электрод 5 размещен между электродом 6 сравнения и рабочим концом зонда (отверстием 2). Предпочтительно электрод 6 сравнения выполнен хлорсеребряным, опорный электрод 5 выполнен серебряным, а в качестве электролита 3 используются кислые растворы, содержащие ионы хлора. При этом зонд выполнен с возможностью заполнения сопла 1 электролитом 3 и осуществления контакта с исследуемым изделием 4 непосредственно перед измерением. Это условно показано наличием у обратного конца 7 зонда специального средства 8 типа спринцовки, заполняющего зонд электролитом 3, например, соляной кислотой.

На фиг. 2 показана функциональная схема измерительного блока, используемого в приборе по настоящему изобретению для реализации способа по настоящему изобретению. Этот измерительный блок содержит буферный усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, микроконтроллер 11 и мультиплексор 12. Первый и второй сигнальные входы мультиплексора 12 подключены к выходам источников прямого 13 и обратного 14 тока, а третий вход объединен со входом буферного усилителя 9 и является третьим входом измерительного блока, к которому подключен электрод 6 сравнения (фиг. 1). Этот вход измерительного блока - высокоомный, для предотвращения влияния измерительного блока на результаты измерения. Выход мультиплексора 12 подключен к первому сигнальному входу АЦП 10, являющемуся первым входом измерительного блока, к которому подключен опорный электрод 5 (фиг. 1). Второй сигнальный вход АЦП 10 является вторым входом измерительного блока, к которому подключается исследуемое изделие 4 (фиг. 1). Выход буферного усилителя 9 подключен к третьему сигнальному входу АЦП 10, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера 11, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора 12.

Способ идентификации металла или сплава по настоящему изобретению реализуется с помощью данного прибора следующим образом.

Исследуемое изделие 4 (фиг. 1) из подлежащего идентификации металла или сплава приводят в соприкосновение с открытым концом 2 зонда и заполняют зонд электролитом 3 из соответствующего средства 8. Исследуемое изделие 4, опорный электрод 5 и электрод 6 сравнения подключают к соответствующим входам измерительного блока (см. фиг. 2). Затем под управлением микроконтроллера 11 производят измерения, для чего сначала подают между исследуемым изделием 4 и опорным электродом 5 кратковременный поляризующий импульс. На фиг. 3 этот импульс имеет отрицательную полярность.

Этот поляризующий импульс формируется с помощью мультиплексора 12, который под управлением контроллера 11 соединяет источник 13 прямого тока к опорному электроду 5. В результате между опорным электродом 5 и исследуемым изделием 4 начинает протекать ток, который в течение длительности этого поляризующего импульса переносит на исследуемое изделие 4 заранее заданный заряд. За фиксированное время до окончания поляризующего импульса проводится измерение потенциала на исследуемом изделии 4. Это измерение выполняется с помощью электрода 6 сравнения и осуществляется под управлением микроконтроллера 11, по команде которого мультиплексор 12 производит кратковременное отключение поляризующего импульса, при этом длительность упомянутого отключения много меньше длительности поляризующего импульса. В это время микроконтроллер 11 считывает отсчет с АЦП 10 и запоминает его в своей памяти, либо передает на внешнюю память. На фиг. 3 момент этого измерения указан стрелкой с одной поперечной чертой. Далее мультиплексор 12 по команде микроконтроллера 11 снова подключает источник 13 прямого тока к опорному электроду 5 и действие поляризующего импульса продолжается еще некоторое время, после чего мультиплексор 12 по команде микроконтроллера 11 отключает источник 13 прямого тока от опорного электрода 5, что приводит к прекращению действия поляризующего импульса.

Через заранее заданное время по окончании поляризующего импульса, когда заряд на исследуемом изделии 4 снижается на некоторую величину, зависящую от свойств металла или сплава металлов, из которого или из которых изготовлено исследуемое изделие, осуществляется еще одно измерение, аналогичное первому. Момент этого измерения показан на фиг. 3 стрелкой с двумя поперечными чертами. Это измерение проводится так же, как и первое, т. е. измеряют потенциал на исследуемом изделии 4 по отношению к электроду 6 сравнения путем считывания микроконтроллером 11 отсчета с выходов АЦП 10 и занесения его в свою либо внешнюю память. После этого измерения микроконтроллер 11 командует мультиплексору 12 соединить источник 14 обратного тока с исследуемым изделием 4 для нейтрализации накопленного последним заряда. В результате между опорным электродом 5 и исследуемым изделием 4 течет ток, противоположный току, протекавшему во время действия поляризующего импульса.

Запомненные микроконтроллером 11 результаты двух упомянутых измерений сравниваются с соответствующими данными, которые заранее измеряются и запоминаются в соответствующей памяти для эталонных изделий, изготовленных из точно известных металлов или сплавов. Сравнивая результаты двух измерений с данными для эталонных металлов или сплавов и идентифицируют металл или сплав исследуемого изделия.

Настоящее изобретение может применяться для идентификации любых металлов или сплавов, из которых изготовлено исследуемое изделие. Наличие хлорсеребряного электрода 6 сравнения и серебряного опорного электрода 5 повышает точность измерений; поскольку уход потенциала хлорсеребряного электрода во время работы очень невелик вследствие того, что использование серебряного опорного электрода 5 делает невозможным накопление в электролите кислородных соединений хлора, которые появляются в случае изготовления опорного электрода, например, из платины.

Приведенное описание служит лишь целям иллюстрации способа и прибора по настоящему изобретению и не предназначено для какого-либо ограничения объема притязаний, который полностью определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов.

Формула изобретения

1. Способ идентификации металла или сплава, заключающийся в том, что приводят в соприкосновение с исследуемым изделием из металла или сплава заполненный электролитом зонд с размещенным в нем опорным электродом, подают между исследуемым изделием и опорным электродом кратковременный поляризующий импульс, измеряют потенциал на исследуемом изделии, отличающийся тем, что упомянутое измерение потенциала на исследуемом изделии осуществляют с помощью электрода сравнения, размещенного в заполненном электролитом зонде, в течение длительности поляризующего импульса, а затем по окончании поляризующего импульса, идентифицируют металл или сплав исследуемого изделия по результатам упомянутого измерения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое измерение потенциала в течение длительности поляризующего импульса осуществляют в период кратковременного отключения поляризующего импульса, при этом длительность упомянутого отключения много меньше длительности поляризующего импульса.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по окончании упомянутого измерения потенциала между исследуемым изделием и опорным электродом подают восстанавливающий импульс, противоположный по полярности поляризующему импульсу.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упомянутый заполненный электролитом зонд приводят в контакт с исследуемым изделием непосредственно перед упомянутым измерением потенциала.

5. Прибор для идентификации металла или сплава, содержащий заполненный электролитом зонд, открытый рабочий конец которого предназначен для соприкосновения с исследуемым изделием из металла или сплава, опорный электрод, размещенный внутри заполненного электролитом зонда, и измерительный блок, первый и второй входы которого соединены соответственно с исследуемым изделием и опорным электродом, при этом измерительный блок выполнен с возможностью подачи кратковременного поляризующего импульса между исследуемым изделием и опорным электродом, отличающийся тем, что в заполненном электролитом зонде размещен электрод сравнения, соединенный с третьим входом измерительного блока, выполненного с возможностью измерения потенциала на исследуемом изделии с помощью электрода сравнения в течение длительности поляризующего импульса, а затем по окончании поляризующего импульса.

6. Прибор по п. 5, отличающийся тем, что измерительный блок выполнен с возможностью кратковременного отключения поляризующего импульса в течение длительности поляризующего импульса, при этом длительность упомянутого отключения много меньше длительности поляризующего импульса.

7. Прибор по п. 5 или 6, отличающийся тем, что измерительный блок содержит буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и мультиплексор, первый и второй сигнальные входы которого подключены к выходам источников прямого и обратного тока, а третий вход объединен со входом буферного усилителя и является третьим входом блока, выход мультиплексора подключен к первому сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, являющемуся первым входом блока, второй сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя является вторым входом блока, выход буферного усилителя подключен к третьему сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора.

8. Прибор по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что зонд выполнен в форме сужающегося сопла, отверстие в суженной части которого является рабочим концом зонда, а в расширенной части размещены опорный электрод и электрод сравнения.

9. Прибор по любому из пп. 5-8, отличающийся тем, что электрод сравнения выполнен хлорсеребряным, опорный электрод выполнен серебряным, а в качестве электролита используются кислые растворы, содержащие ионы хлора.

10. Прибор по п. 9, отличающийся тем, что опорный электрод и электрод сравнения выполнены в виде колец, плоскости которых практически перпендикулярны к продольной оси зонда, при этом опорный электрод размещен между электродом сравнения и рабочим концом зонда.

11. Прибор по любому из пп. 5-10, отличающийся тем, что зонд выполнен с возможностью заполнения электролитом и осуществления контакта с исследуемым изделием непосредственно перед подачей поляризующего импульса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3