Устройство для измерения электродных потенциалов на металлической поверхности

Изобретение относится к строительству и машиностроению и может быть использовано для измерения электродных потенциалов, обнаружения микро- и макроскопических несплошностей в покрытиях на металлах в различных изделиях, изучения электрохимической коррозии разнородных материалов при взаимодействии с окружающей средой, обеспечения коррозионной стойкости металлов и сварных соединений. Устройство для измерения электродных потенциалов на металлической поверхности содержит электродный узел, включающий электрод сравнения (1) из благородного металла, который помещен в гибкую трубку (2) из диэлектрического материала, заполненную волокнистым материалом (3) из стекловолокна; держатель (4) трубки электродного узла; площадку для груза (5); груз (6); кран (7) регулировки подачи электролита; трубку (8) для подачи электролита в микрокапилляр; электролит (9); емкость (10) для электролита; штатив (11); устройство (12) крепления сосуда с электролитом; монитор (13) компьютера; устройство (14) для вертикального перемещения электродного узла; видеокамеру (15); милливольтметр (16); стол (17); координатный столик (18); микрометрические лимбы (19) и (20) для перемещения столика; изолирующую прокладку (21); исследуемый образец (22). Изобретение обеспечивает возможность локального измерения электродных потенциалов на металлических поверхностях со структурной и химической неоднородностью на малых площадях и отдельных структурных составляющих материала. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

 

Настоящее изобретение относится к строительству и машиностроению и может быть использовано для измерения электродных потенциалов, обнаружения микро- и макроскопических несплошностей в покрытиях на металлах в различных изделиях, изучения электрохимической коррозии разнородных материалов при взаимодействии с окружающей средой, обеспечения коррозионной стойкости металлов и сварных соединений.

Из существующего уровня техники известны устройства для измерения электродных потенциалов, представляющие собой электролитические ячейки со стандартным водородным или каломельным электродом. Известны также устройства, предусматривающие порционную подачу капли электролита на поверхность металла и погружения в него электрода сравнения из благородного металла. Известны электрохимические ячейки для исследования коррозии металлов (авт. свид. SU №927037, опубл. 2000 г.; пат. RU 2085926, опубл. 21.07.1997). Эти устройства позволяют определить средний электродный потенциал материала. Недостатком данных технических решений является то, что они не предназначены для определения электродных потенциалов на криволинейных поверхностях и на малых участках металла, контактирующих с агрессивной средой.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является электрохимическая ячейка для исследования коррозии металлов, состоящая из стола, капилляра, электролитического ключа, сосуда с рабочим раствором, электрода сравнения, подвижного стола, изолирующей прокладки, милливольтметра (пат. RU №2088913, опубл. 27.08.1997).

Недостатками данного технического решения являются низкая точность измерения электродных потенциалов, сложность регулирования процесса измерений, особенно на криволинейных поверхностях из-за стекания электролита, зависимость состояния поверхности, смоченной каплей электролита, на результаты измерений, поэтому известное устройство позволяет определить средний электродный потенциал участков поверхности металла только на большой площади размером не менее 10 мм2.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства увеличенной точности для локального измерения электродных потенциалов металлических поверхностях со структурной и химической неоднородностью. Локальность измерения достигается ограничением растекания электролита на исследуемой поверхности и применением электрода малого диаметра 0,05-1,2 мм, что позволяет ограничить растекание измеряемого гальванического тока, на площади, близкой к площади поперечного сечения электрода сравнения.

Данное устройство для измерения электродных потенциалов на металлической поверхности, как и наиболее близкий аналог, содержит электродный узел, систему подвода электролита в зону измерения, координатный столик, милливольтметр. Указанная выше техническая проблема решается за счет того, что заявленное изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что электродный узел выполнен в виде полой трубки из диэлектрического материала с внутренним диаметром до 4 мм, внутрь которого помещен электрод сравнения диаметром 0,05-1,2 мм из благородного металла, соединенный с милливольтметром, причем конец электрода не доходит на расстояние не более чем 3 мм до торца трубки, а пространство между стенками внутренней поверхности трубки и наружной поверхностью электрода заполнено волокнистым материалом, через который электролит подается по гибкой трубке из емкости в зону измерения. Волокнистый материал размещен в полости трубки и выступает за пределы торца трубки на 0,3-1,5 мм, а конец электрода сравнения расположен выше торца трубки на 0,5-3 мм. Милливольтметр предназначен для измерения напряжения между электродом сравнения и образцом.

Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение повышенной точности и локальности измерения электродных потенциалов на металлических поверхностях со структурной и химической неоднородностью на малых площадях и отдельных структурных составляющих материала. Измерение электродных потенциалов на малых участках по площади поверхности металла необходимо, в частности, при оценке коррозионной стойкости сварных соединений из сталей, цветных металлов и сплавов, а также при оценке коррозионной стойкости двухфазных материалов, например ферритно-перлитных сталей.

В предлагаемом устройстве отмеченные недостатки существующих устройств и достижение указанного выше технического результата достигается за счет того, что взамен электродной ячейки со свободно лежащей каплей электролита на поверхности металла использована электродная ячейка, создаваемая электродом сравнения диаметром 0,05-1,2 мм, расположенным внутри капиллярного волокнистого материала, помещенного в корпус электродного узла.

Подача электролита осуществляется по трубке. Растекание электролита ограничено площадью касания волокнистого материала на поверхности образца, что обеспечивает измерение электродного потенциала на малых площадях, соизмеримых с размерами структурных составляющих металлических материалов.

За малый промежуток времени, необходимый для измерения величины электродного потенциала, электролит не растекается по поверхности образца, ограниченной площадью внутреннего диаметра полимерной трубки, прижатой грузом к образцу.

Площадь измерения электродного потенциала определяется площадью торца электрода сравнения в месте его контакта с исследуемой поверхностью образца.

Локальность измерения обеспечивается использованием электрода малого диаметра с заостренным концом, сопоставимым по размерам с неоднородностями поверхностей исследуемого участка образца.

В частном случае осуществления изобретения для обеспечения стабильности результатов измерений в разных точках исследуемого образца на корпусе электродного узла предусмотрена площадка для крепления груза, создающего постоянное усилие, достаточное для прижатия торца волокнистого заполнителя к образцу, не зависящее от перемещения устройства по поверхности исследуемого образца.

Кроме того, в частном случае осуществления изобретения для обеспечения точности установки электродного узла на исследуемую поверхность образца и наблюдения за процессом измерения в увеличенном масштабе х(10-24) на экране дисплея устройство может быть снабжено видеокамерой, подключенной к компьютеру.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена общая схема устройства для измерения электродных потенциалов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено:

1 - электрод сравнения из благородного металла (золота, платины);

2 - трубка из диэлектрического материала (полиэтилена, полистирола или полиметил акрилата);

3 - волокнистый материал;

4 - держатель электродного узла;

5 - площадка для груза;

6 - груз;

7 - кран;

8 - гибкая трубка для подачи электролита в микрокапилляр;

9 - электролит;

10 - емкость для электролита;

11 - штатив;

12 - устройство крепления емкости с электролитом;

13 - монитор компьютера;

14 - устройство для вертикального перемещения электродного узла;

15 - видеокамера;

16 - милливольтметр;

17 - стол;

18 - координатный столик;

19, 20 - микрометрические лимбы;

21 - изолирующая прокладка;

22 - исследуемый образец;

h - зазор между электродом сравнения и поверхностью образца.

Устройство для измерения электродных потенциалов на металлических поверхностях с геометрической, структурной и химической неоднородностью содержит: электродный узел, включающий электрод сравнения 1 из благородного металла (золота или платины), который помещен в гибкую трубку 2 из диэлектрического материала (полиэтилена, полистирола или полиметилакрилата), заполненную волокнистым материалом 3, обеспечивающим капиллярный эффект при подаче электролита от системы подвода электролита в зону измерения.

Устройство также содержит держатель 4 трубки электродного узла и закрепленную на трубке 2 площадку 5 для груза 6. В систему подвода электролита в зону измерения входит кран 7 и гибкая трубка 8 для подачи электролита 9 через волокнистый материал 3 к исследуемому образцу, а также емкость 10 для электролита.

Устройство для измерения электродных потенциалов содержит штатив 11, к которому прикреплены держатель 4 трубки электродного узла и емкость 10 для электролита, закрепленную посредством устройства 12 ее крепления на штативе 11.

На штативе 11 также закреплено устройство 14 для вертикального перемещения электродного узла и видеокамера 15, подключенная к монитору 13 компьютера. Измерение электродных потенциалов производится посредством милливольтметра 16.

Устройство также содержит стол 17, на котором установлен штатив 11 и координатный столик 18 для размещения исследуемого образца. Координатный столик 18 снабжен микрометрическими лимбами 19 и 20 для перемещения столика по направляющим, установленным на столе 17; изолирующую прокладку 21, закрепленную на поверхности координатного столика и предназначенную для установки на ней исследуемого металлического образца 22.

Устройство используется следующим образом. Исследуемый металлический образец 22 через изолирующую прокладку 21 размещают на координатном столике 18 и подключается к контактному проводу милливольтметра 16. В держателе 4 закрепляют трубку 2 из диэлектрического материала, заполненную изнутри известным волокнистым материалом 3, например из стекловолокна. Внутри волокнистого материала 3, способного пропускать через себя жидкость, расположен электрод сравнения 1 из благородного металла, преимущественно из золота или платины, причем заостренный конец электрода сравнения 1 не доходит до конца трубки 2 на расстояние h=0,5-3,0 мм, что позволяет избежать коротких замыканий в измерительной электрической цепи. Держатель 4 электродного узла соединен со штативом 11 и с устройством 14, обеспечивающим вертикальное перемещение электродного узла. Положение образца 22 относительно электродного узла устанавливается вручную с помощью микрометрических лимбов 19 и 20, либо автоматически шаговыми электродвигателями координатного столика (не показаны).

Электродный узел подводится к образцу 22 и грузом 6 нагружается площадка 5 для обеспечения постоянного и достаточного прижатия груза. Электрод сравнения 1 посредством устройства 14 для вертикального перемещения электродного узла перемещается к поверхности образца 22 и фиксируется на расстоянии h=0,5 мм от места контакта электролита с образцом. Из емкости 10 для электролита по трубке 8 через кран 7 электролит 9 по волокнистому материалу 3, помещенному в гибкую трубку 2, попадает в зону контакта электрода сравнения 1 с исследуемым образцом 22. Измерение электродного потенциала между местом контакта на исследуемом образце 22 и электродом сравнения 1 производится милливольтметром 16. Видеокамера 15 фиксирует положение электродного узла и его перемещения по отметкам на исследуемом образце, и в режиме реального времени производится фиксация величины электродных потенциалов цифровым милливольтметром 16. Устройство фиксирует значения электродных потенциалов не только локально, но и непрерывно путем перемещения образца на координатном столике микрометрическими лимбами 19 и 20.

При компьютерной обработке результаты измерений совмещаются по точкам времени записи координат мест измерений и соответствующих значений величин электродных потенциалов в точках измерения.

Цифровой милливольтметр с памятью, видеокамера и компьютер автоматически фиксируют величины электродных потенциалов и представляют результаты измерений на бумажном или ином носителе, с возможностью получения результатов исследований в режиме реального времени.

Пример 1. Локальное измерение электродных потенциалов структурных составляющих разнородных материалов, например, цинконаполненных покрытий, содержащих алюминий.

Пример 2. Измеренные величины электродных потенциалов сварного соединения из оцинкованной стали с металлонаполненным покрытием шва и зоны термического влияния. Результаты измерений позволяют оценить характер коррозионного повреждения и прогнозировать коррозионное поведение сварных соединений оцинкованных сталей в агрессивных средах. Эти сведения могут быть использованы при разработке технологических процессов сварки.

Изобретение может быть использовано для определения электродных потенциалов на поверхностях металлических материалов, обладающих электрохимической неоднородностью, и решения различных производственных и научных задач:

- оценка коррозионной стойкости материалов;

- оценка электрохимической неоднородности структурных составляющих материалов;

- прогнозирование срока службы металлических конструкций;

- разработка новых металлических коррозионно-стойких материалов;

- проектирование технологии сварки и пайки материалов, обеспечивающей коррозионную стойкость соединений;

- проектирование технологии сварки и пайки разнородных материалов;

- проектирование технологии сварки и пайки сталей с металлическими антикоррозионными покрытиями, обеспечивающей минимальное повреждение и сохранение защитного покрытия;

- обнаружение микро- и макроскопических несплошностей в покрытиях на металлах;

- определение коррозионных свойств на изделиях, бывших в эксплуатации, для прогнозирования остаточного ресурса.

1. Устройство для измерения электродных потенциалов на металлической поверхности, содержащее электродный узел, связанный с системой подвода электролита в зону измерения, координатный столик с диэлектрической поверхностью для установки исследуемого образца, милливольтметр, соединенный с электродным узлом и выполненный с возможностью подключения к исследуемому образцу, отличающееся тем, что электродный узел выполнен в виде полой гибкой трубки из диэлектрического материала с внутренним диаметром 0,8-4 мм, внутрь которой помещен электрод из благородного металла диаметром 0,05-1,2 мм, соединенный с милливольтметром, при этом конец электрода расположен внутри трубки на расстоянии 0,5-3,0 мм до торца полой гибкой трубки, а кольцевое пространство между электродом и внутренней стенкой полой гибкой трубки заполнено волокнистым материалом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, на корпусе электродного узла выполнена площадка для крепления груза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроискровой и газоразрядной дефектоскопии путем обнаружения локальных дефектов и может быть использовано для обнаружения дефектов диэлектрических покрытий деталей электротехнического и радиотехнического оборудования, а также для контроля герметичности диэлектрических покрытий, наносимых на металлическую поверхность.

Использование: для проведения коррозионных in-situ исследований материалов в различных проводящих средах. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый образец помещают в кювету с проводящим раствором, в котором требуется исследовать коррозионное поведение материала образца, после чего кювету располагают на платформе, находящейся внутри экрана, ослабляющего влияние внешних электромагнитных помех, далее датчик на основе эффекта гигантского магнитного импеданса закрепляют в держателе с прорезью для прохождения раствора и располагают непосредственно в растворе вблизи корродирующей поверхности горизонтально и параллельно оси Y, на фиксированном расстоянии Ζ относительно поверхности исследуемого образца, далее проводят сканирование корродирующей поверхности путем перемещения либо платформы, либо датчика вдоль координаты X на заданное расстояние, и одновременно производят запись значения Y компоненты магнитного поля коррозионных токов Нy(х) в зависимости от координаты X.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам неразрушающего контроля, размещенным на ходовой тележке вагона-дефектоскопа. Следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа выполнено в виде сборной пространственной рамы, состоящей из левой и правой независимых частей, закрепленных на буксах ходовой тележки вагона-дефектоскопа.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля диэлектрических изделий, в частности, пресс-композиционных керамических разрядных камер стационарных плазменных двигателей некоторых космических аппаратов.

Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций . .

Описываются высокоселективные преобразователи с покрытыми электродами и нанозазором, предназначенные для детектирования редокс-молекул. Согласно изобретению предложена система обнаружения аналита, содержащая один или несколько электродов преобразователя, имеющих поверхность для обнаружения аналита, при этом указанная поверхность содержит покрытие, предназначенное для препятствования прямому контакту аналита с указанной поверхностью одного или нескольких электродов преобразователя, причем указанное покрытие содержит органическую пленку, содержащую тетра-DTT-фосфат или тетра-DTT-ферроценфосфат.

Изобретение может быть использовано для анализа электрохимических растворов. Электрод электрохимического элемента, содержащий подложку (1), электрод (2), проводящую дорожку (4) и выемку (3), причем подложка проходит в пределах первой толщины, между первой гранью и второй гранью, причем электрод напечатан на первой грани, причем проводящая дорожка напечатана на второй грани, причем подложка электрически изолирована, причем электрод является электрически проводящим, по существу, благодаря частицам графита, причем проводящая дорожка является электрически проводящей и содержит частицы серебра, причем выемка является электрически проводящей и выполнена из краски, которая содержит двойную смесь графита и серебра в пропорциях, где количество серебра, деленное на сумму количеств графита и серебра, имеющихся в двойной смеси, находится в пределах интервала от 0 до 1, причем выемка проходит в пределах подложки от первой грани до второй грани, причем выемка находится в электрическом контакте с электродом на уровне первого соединения, расположенного на первой грани, причем выемка находится в электрическом контакте с проводящей дорожкой на уровне второго соединения, расположенного на второй грани, причем линейная плотность частиц серебра в выемке на уровне первого соединения, перпендикулярного к линиям тока, когда ток проходит через первое соединение, меньше, чем линейная плотность частиц серебра в проводящей дорожке на уровне второго соединения, перпендикулярного к линиям тока, когда ток проходит через второе соединение.

Изобретение относится к новому способу определения скорости генерирования пероксильных радикалов. Технический результат: разработан новый способ определения скорости генерирования пероксильных радикалов, который повышает точность, достоверность и воспроизводимость результатов, а также расширяет круг исследуемых веществ и используемых реагентов.

Изобретение относится к области электрохимического анализа и предназначено для проведения качественного и количественного определения аскорбиновой кислоты и дофамина вольтамперометрическим методом в широком спектре объектов (пищевые продукты, фармацевтические препараты, объекты окружающей среды, биологические объекты и др.) Способ определения концентрации аскорбиновой кислоты и дофамина при их совместном присутствии с использованием модифицированных углеродсодержащих электродов, при этом в качестве модификаторов используются чистые наночастицы металлов Au, Pt, Ni, Cu, вводимые путем осаждения (время не менее 5 минут) из их дисперсий (с концентрацией не менее 0,05 г/л), полученных методом лазерной абляции металлических мишеней в чистых растворителях.

Изобретение относится к области измерительной техники и преимущественно предназначено для задач океанографии. Электрод сравнения согласно изобретению содержит корпус с электролитическим ключом, заполненные электролитом, сообщающимся с исследуемой средой через ключ, расположенную в корпусе потенциалообразующую ячейку, вывод которой является выходом устройства, и эластичную электролитическую камеру, заполненную электролитом, сообщающимся с электролитом корпуса.

Использование: для химических датчиков. Сущность изобретения заключается в том, что датчик обнаружения оксидов азота содержит подложку, включающую пористую мембрану, соединение ароматических аминов, систему протока газа, оптическую систему обнаружения для приема переданного света от соединения ароматических аминов для обнаружения оптических изменений соединения ароматических аминов, причем соединение ароматических аминов содержит соединение, выбранное из группы, состоящей из: ароматических моноаминов, производных ароматических моноаминов и 1,2-диаминобензола.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в гидрологии и химическом анализе жидкостей. Технический результат - исключение фактора влияния температуры жидкости на результат измерений, что повышает точность определения рН жидкости. Сущность: Согласно способу используют включенные в измерительные цепи вторичных измерительных преобразователей электрод сравнения и два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, соответственно помещают электроды в жидкость, регистрируют потенциалы Е1 и Е2 на выходах первого и второго измерительных электродов и вычисляют рН жидкости по формуле Устройство содержит электрод сравнения, два ионоселективных измерительных электрода с одинаковыми параметрами тепловой инерции и разными параметрами их изопотенциальных точек, первый и второй вторичные измерительные преобразователи ВИП-1 и ВИП-2, к входам которых подключены электрод сравнения и соответственно первый и второй измерительные электроды, выходы ВИП-1 и ВИП-2 подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей напряжения в цифру, выходы которых подключены к микропроцессору, выход которого является выходом устройства.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложена биосенсорная система и тестовые сенсоры (варианты) для определения концентрации анализируемого вещества в образце.

Изобретение относится к медицине и описывает композицию ферментных чернил, содержащую фермент, способный избирательно распознавать глюкозу в пробе крови, медиатор и первый и второй пирогенный диоксид кремния, в которой первый пирогенный диоксид кремния имеет удельную поверхность по БЭТ в диапазоне от приблизительно 130 до 170 м2/г и содержание углерода от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,23% вес., а второй пирогенный диоксид кремния имеет удельную поверхность по БЭТ в диапазоне от приблизительно 270 до 330 м2/г и содержание углерода от приблизительно 1,4 до приблизительно 2,6% вес.

Использование: для контроля состава природных, сточных вод, биологических объектов, пищевых продуктов, диагностики заболеваний в химической, металлургической, пищевой промышленности, медицине, экологии.

Изобретение относится к строительству и машиностроению и может быть использовано для измерения электродных потенциалов, обнаружения микро- и макроскопических несплошностей в покрытиях на металлах в различных изделиях, изучения электрохимической коррозии разнородных материалов при взаимодействии с окружающей средой, обеспечения коррозионной стойкости металлов и сварных соединений. Устройство для измерения электродных потенциалов на металлической поверхности содержит электродный узел, включающий электрод сравнения из благородного металла, который помещен в гибкую трубку из диэлектрического материала, заполненную волокнистым материалом из стекловолокна; держатель трубки электродного узла; площадку для груза ; груз ; кран регулировки подачи электролита; трубку для подачи электролита в микрокапилляр; электролит ; емкость для электролита; штатив ; устройство крепления сосуда с электролитом; монитор компьютера; устройство для вертикального перемещения электродного узла; видеокамеру ; милливольтметр ; стол ; координатный столик ; микрометрические лимбы и для перемещения столика; изолирующую прокладку ; исследуемый образец. Изобретение обеспечивает возможность локального измерения электродных потенциалов на металлических поверхностях со структурной и химической неоднородностью на малых площадях и отдельных структурных составляющих материала. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Наверх