动态电流干扰的模拟装置和方法与流程

1.本发明涉及动态电流干扰模拟技术领域，尤其涉及一种动态电流干扰的模拟装置和方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国城市轨道交通系统的迅猛发展，截至2014年年底，全国已有22个城市共建成地铁95条，运营里程达到2900km。尽管地铁给城市交通带来了巨大便利，但其泄漏到大地中的杂散电流对埋地金属管道以及金属结构物有加速腐蚀的作用。
3.现有技术中，腐蚀挂片数据主要用于设备选材和监测防腐工艺措施的效果，也可作为其他腐蚀监测数据的比较基准。目前，针对动态电流干扰环境，现有技术通常采用一套复杂的电路设备来进行模拟，该电路设备包括：脉冲信号发生器、数据采集装置、功率放大器、pc机等。在实际测试时，该电路设备的操作步骤非常复杂，操作人员在操作过程中容易出错；在使用该电路设备进行动态电流干扰环境模拟时，在进行样品更换时费时费力，大大降低了试验的总效率，增加了试验成本。而且，该电路设备中脉冲信号发生器的量程和精准度都很难满足使用要求，这使得试验参数的可选设置受到很大限制，因而，无法满足过大或过小电流的输出要求，这间接导致了试验范围减小，降低了试验的可操作性。
4.因此，亟需一种新的装置以模拟动态电流干扰环境。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种动态电流干扰的模拟装置和方法，以模拟动态电流干扰对金属试样的影响。
6.第一方面，本技术提供一种动态电流干扰的模拟装置，包括：溶液池，用于承装电解质，电解质用于模拟指定环境；待测金属试样，其浸于溶液池中的电解质中，用于接受动态电流的干扰；电流控制电路，其第一端与待测金属试样连接，电流控制电路用于接入外接电源并模拟不同波形特征的动态电流；辅助电极，其与电流控制电路的第二端连接，并浸于溶液池中的电解质中，用于与待测金属试样形成腐蚀回路。
7.在一个实施例中，电流控制电路包括：至少一条支路，每条支路包括一个恒电位仪和一个控制器，恒电位仪的第一端连接电流控制电路的第一端，恒电位仪的第二端连接控制器的第一端，控制器的第二端连接电流控制电路的第二端，恒电位仪用于控制电流的大小和方向，控制器用于接入外接电源，并控制该条支路的通断电时间以及恒电位仪的启动与停止，其中，每条支路中的恒电位仪的参比电极浸于溶液池中的电解质中。
8.在一个实施例中，当电流控制电路包括一条支路时，控制器用于执行第一预设电流模式，以模拟瞬时电流对待测金属试样的干扰作用；其中，第一预设电流模式包括：先控制恒电位仪停止工作，同时控制该条支路通电，经过第一预设时长之后，再控制恒电位仪开始工作，并随即控制该条支路断电，其中，第一预设时长小于第一预设时长阈值。
9.在一个实施例中，当电流控制电路包括一条支路时，控制器用于执行第二预设电
流模式，以模拟持续性电流对待测金属试样的干扰作用；其中，第二预设电流模式包括：控制恒电位仪工作，同时控制该条支路通电，且经过第二预设时长后控制恒电位仪停止工作并控制该条支路断电，其中，第二预设时长大于或等于第二预设时长阈值。
10.在一个实施例中，当电流控制电路包括在其第一端与第二端之间并联连接的第一支路和第二支路时，第一支路中的控制器用于与第二支路中的控制器配合执行第三预设电流模式，以模拟周期性剧烈波动的动态电流对待测金属试样的干扰作用；其中，第三预设电流模式包括：每间隔预设周期，第一支路中的控制器控制第一支路通电以及控制第一支路中的恒电位仪开始工作且持续第三预设时长，同时，第二支路中的控制器控制第二支路断电以及控制第二支路中的恒电位仪停止工作且持续第三预设时长，随后，第一支路中的控制器控制第一支路断电以及控制第一支路中的恒电位仪停止工作且持续第四预设时长，同时，第二支路中的控制器控制第二支路通电以及控制第二支路中的恒电位仪开始工作且持续第四预设时长，其中，预设周期包括第三预设时长和第四预设时长。
11.在一个实施例中，第一支路中的电流方向与第二支路中的电流方向相同或相反。
12.在一个实施例中，待测金属试样包括慢拉伸试样。
13.在一个实施例中，根据所模拟的指定环境确定通入待测金属试样中的动态电流的大小。
14.第二方面，本技术提供一种基于如上文所述的动态电流干扰的模拟装置的动态电流干扰的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：根据预设电流模式对接入的外接电源的电流波形进行调整，以模拟不同波形特征的动态电流，其中，预设电流模式包括第一、第二和第三预设电流模式；将不同波形特征的动态电流通入待测金属试样，直至待测金属试样断裂，其中，待测金属试样浸于针对指定环境的模拟环境中。
15.在一个实施例中，待测金属试样为慢拉伸试样；该方法还包括步骤：对断裂后的慢拉伸试样进行力学性能分析，以分析动态电流对慢拉伸试样的干扰作用，其中，力学性能分析包括分析断裂后的慢拉伸试样的断后伸长率和断面收缩率。
16.本发明的装置可以实现将土壤环境和动态电流干扰环境合并在一起进行模拟试验研究，能够模拟出不同的干扰电流环境。可以用来研究埋地金属管道发生腐蚀危害的影响因素及其危害性，以及动态电流对管道的干扰规律。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
18.图1为根据本技术一示例性实施方式的动态电流干扰的模拟装置的结构示意图；
19.图2为根据本技术一示例性实施方式的动态电流干扰的模拟方法的流程图；
20.图3为根据本技术一具体实施例的动态电流干扰模拟装置的结构示意图；
21.图4为根据本技术一具体实施例的控制器的示意图；
22.图5为根据本技术一具体实施例的恒电位仪的示意图；
23.在图1中，10
‑
溶液池，20
‑
待测金属试样，30
‑
电流控制电路，40辅助电极；
24.在图3中，1
‑
溶液池，2
‑
恒电位仪，3
‑
恒电位仪，4
‑
控制器，5
‑
控制器，6
‑
参比电极，7
‑
辅助电极。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.实施例一
27.本实施例提供一种动态电流干扰的模拟装置，图1为根据本技术一示例性实施方式的动态电流干扰的模拟装置的结构示意图。如图1所示，该模拟装置包括：溶液池10，用于承装电解质，电解质用于模拟指定环境；待测金属试样20，其浸于溶液池10中的电解质中，用于接受动态电流的干扰；电流控制电路30，其第一端与待测金属试样20连接，电流控制电路30用于接入外接电源并模拟不同波形特征的动态电流；辅助电极40，其与电流控制电路30的第二端连接，并浸于溶液池10中的电解质中，用于与待测金属试样20形成腐蚀回路。
28.其中，电流控制电路30可以包括：至少一条支路，每条支路包括一个恒电位仪和一个控制器，恒电位仪的第一端连接电流控制电路30的第一端，恒电位仪的第二端连接控制器的第一端，控制器的第二端连接电流控制电路30的第二端，恒电位仪用于控制电流的大小和方向，控制器用于接入外接电源，并控制该条支路的通断电时间以及恒电位仪的启动与停止，其中，每条支路中的恒电位仪的参比电极浸于溶液池10中的电解质中。
29.在一个具体的示例中，当电流控制电路30包括一条支路时，控制器用于执行第一预设电流模式，以模拟瞬时电流对待测金属试样20的干扰作用；其中，第一预设电流模式包括：先控制恒电位仪停止工作，同时控制该条支路通电，经过第一预设时长之后，再控制恒电位仪开始工作，同时控制该条支路断电，其中，第一预设时长小于第一预设时长阈值。
30.在另一个具体的示例中，当电流控制电路30包括一条支路时，控制器用于执行第二预设电流模式，以模拟持续性电流对待测金属试样20的干扰作用；其中，第二预设电流模式包括：控制恒电位仪工作，同时控制该条支路通电，且经过第二预设时长后控制恒电位仪停止工作并控制该条支路断电，其中，第二预设时长大于或等于第二预设时长阈值。
31.在又一个具体的示例中，当电流控制电路30包括在其第一端与第二端之间并联连接的第一支路和第二支路时，第一支路中的控制器用于与第二支路中的控制器配合执行第三预设电流模式，以模拟周期性剧烈波动的动态电流对待测金属试样20的干扰作用；其中，第三预设电流模式包括：每间隔预设周期，第一支路中的控制器控制第一支路通电以及控制第一支路中的恒电位仪开始工作且持续第三预设时长，同时，第二支路中的控制器控制第二支路断电以及控制第二支路中的恒电位仪停止工作且持续第三预设时长，随后，第一支路中的控制器控制第一支路断电以及控制第一支路中的恒电位仪停止工作且持续第四预设时长，同时，第二支路中的控制器控制第二支路通电以及控制第二支路中的恒电位仪开始工作且持续第四预设时长，其中，预设周期包括第三预设时长和第四预设时长。在本示例中，第一支路中的电流方向与第二支路中的电流方向相同或相反。
32.在本实施例的装置中，待测金属试样20可以包括慢拉伸试样。
33.在本实施例的装置中，根据所模拟的指定环境确定通入待测金属试样20中的动态电流的大小。
34.另外，溶液池10的池身材质可以为高硼硅双层玻璃。溶液池10中的电解质所模拟的指定环境可以包括大地土壤环境，当然也可以包括其他存在杂散电流的环境。
35.本发明的装置能够有效模拟出动态电流干扰的全部过程。具体，可以通过控制器
对待测金属试样20的通断电时间进行控制，使模拟试验更具有灵活操控性。本发明的装置能真实模拟出埋地管道所处环境中的动态电流干扰状况，再现管道外部复杂电流的干扰腐蚀环境，为现场埋地金属管道动态电流干扰调查提供理论基础。
36.实施例二
37.本实施例提供一种基于上文所述的动态电流干扰的模拟装置的动态电流干扰的模拟方法，图2为根据本技术一示例性实施方式的动态电流干扰的模拟方法的流程图。如图2所示，本实施例的方法包括以下步骤：
38.s100：根据预设电流模式对接入的外接电源的电流波形进行调整，以模拟不同波形特征的动态电流，其中，预设电流模式包括第一、第二和第三预设电流模式。
39.s200：将不同波形特征的动态电流通入待测金属试样，直至待测金属试样断裂，其中，待测金属试样浸于针对指定环境的模拟环境中。
40.其中，待测金属试样可以为慢拉伸试样。当待测金属试样为慢拉伸试样时，本实施例的方法还可以包括步骤：
41.s300：对断裂后的慢拉伸试样进行力学性能分析，以分析动态电流对慢拉伸试样的干扰作用，其中，力学性能分析包括分析断裂后的慢拉伸试样的断后伸长率和断面收缩率。
42.与现有技术相比，本发明的技术方案在实验室搭建实验平台，可模拟动态电流干扰腐蚀环境，对埋地管道的轨道交通动态电流干扰进行模拟测试分析具有重要科学研究价值与经济意义。
43.实施例三
44.本实施例提供动态电流干扰的模拟装置的具体实施例，图3为根据本技术一具体实施例的动态电流干扰模拟装置的结构示意图。本实施例的动态电流干扰的模拟装置可以包括土壤环境系统和动态电流干扰环境系统两个部分。
45.其中，土壤环境系统可以包括溶液池1，溶液池1中承装有土壤模拟溶液。该土壤模拟溶液可以根据土壤的物化性质，用工业naso4、nacl等化学试剂按照一定的质量比来调配模拟土壤溶液，并用稀naoh和h2so4调节该土壤模拟溶液的酸碱度，从而获得试验所需要的土壤电导率和ph值。
46.溶液池1的池身可以采用高硼硅双层玻璃材料的设计，从而可以有效抑制溶液池1因试样断裂后产生的剧烈震动导致的池身开裂，具有耐高温耐腐蚀的优异性能。
47.动态电流干扰环境系统可以包括2个恒电位仪(2和3)和2个控制器(4和5)，如图3所示，每一个恒电位仪与一个控制器串联，从而得到两组串联连接的恒电位仪和控制器，再将该两组串联连接的恒电位仪和控制器并联。图4为根据本技术一具体实施例的控制器的示意图。图5为根据本技术一具体实施例的恒电位仪的示意图。
48.其中，恒电位仪输出的电流范围可以根据需要进行灵活设置，例如，可以设置为0～
±
1.999ma、0～
±
19.99ma、0～
±
199.9ma以及0～
±
1.5a等。同时，恒电位仪可以输出正向和负向的电流信号，具体可以通过反接恒电位仪的正负极来实现。
49.控制器用于控制其所在电路中电流的通断以及控制相应的恒电位仪的开始或停止工作。控制器可以为定时开关控制器，可以控制电路中电流的通断电时间。并且，定时开关控制器可实现自行编程，可控制交流250v10a或者直流30v10a以下的任何电器设备。
50.另外，如图3所示，待测金属试样与控制器远离恒电位仪的一端连接，该待测金属试样为慢拉伸试样。辅助电极7与恒电位仪远离控制器的一端连接，用于与待测金属试样形成电化学腐蚀回路。待测金属试样、辅助电极7和恒电位仪的参比电极6均浸于溶液池1中的模拟土壤溶液中。
51.利用本实施例的装置，可以通过执行如下步骤实现对动态电流干扰的模拟：
52.第一步，根据土壤的物化性质，利用工业纯naso4、nacl等化学试剂按照一定质量比来调配模拟土壤溶液，并用稀naoh和h2so4调节模拟土壤溶液的酸碱度，从而获得试验所需要的土壤的电导率和ph值。
53.第二步，按照标准制作慢拉伸试样。
54.第三步，将恒电位仪和定时开关控制器分别接入电路，利用两组恒电位仪并联分别发出正向和负向电流信号，再分别与定时开关串联形成模拟动态干扰电流，干扰电流随电路流入金属慢拉伸试样，阳极桥接模拟土壤溶液，形成恒电位仪
‑
金属慢拉伸试样
‑
阳极电极的电化学腐蚀回路。
55.通过恒电位仪和控制器的配合动作可以模拟不同波形特征的动态电流信号，结合图3，例如，可以通过如下设置来模拟相应的动态电流对待测金属试样的干扰作用：
56.1、当两条支路都工作时，在其中一条支路中，控制器控制该支路通电，同时控制该支路中的恒电位仪有电工作，当控制器控制该支路断电时，同时控制该支路中的恒电位仪无电停止工作。两条支路并联连接，当其中一条支路断电时另一条支路随即通电，两条支路交替通断电，从而针对待测金属试样，实现通电立即接通再断开的循环延时操作，以模拟电流的周期波动特别快的干扰状况，从而实现对不规则动态杂散电流的模拟。
57.2、当只有一条支路工作时，控制器可以先控制工作的支路通电，同时控制该支路上的恒电位仪不工作，随后控制器可以控制该支路上的恒电位仪开始工作，并随即控制工作的支路断电(有短暂的延迟时间)，从而对待测金属试样模拟瞬时电流的干扰作用。通过重复执行该操作可以模拟循环的瞬时电流对待测金属试样的干扰作用。
58.3.当只有一条支路工作时，控制器控制工作的电路通电，同时控制该支路上的恒电位仪工作，经过一定时间之后，控制器控制工作的电路断电，同时控制该支路上的恒电位仪停止工作，循环执行该操作，以模拟长周期的持续性电流对待测金属试样的长时间干扰。
59.待金属慢拉伸试样断裂后即完成动态电流干扰的模拟试验。待试验完毕后需及时关闭恒电位仪，以确保电路为断路状态。
60.对试验完毕后断开的金属慢拉伸试样进行分析，例如可以确定其断后伸长率、断面收缩率等力学数值，还可通过测量的电位值得到动态电流干扰对待测金属试样的影响规律。
61.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
62.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
63.应当理解的是，本说明书中的示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，而不应当理解为对本发明的限制。