专利名称：电极电位智能测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术，尤其是涉及到电化学测量技术。
在电化学研究及测量工作中，电极电位是最重要的基础数据之一，其准确的测量除了取决于选择稳定、可靠的参比电极和相应的测量仪器外，研究介质中IR降的影响也必须引起足够的重视。对于大多数研究介质，介质中IR降可以通过鲁金毛细管(Luggin Capi11ary Tube)来消除；但是，对于某些介质或在某些实验条件下，鲁金毛细管的应用受到了限制，介质中IR降对电极电位的影响十分严重，直接影响电极电位测量结果的可靠性。
目前，国内外对此进行了广泛的研究，从研究结果来看，普遍采用的方法大致可分为两类1．仪器法此方法需要多种仪器设备，采用叠加干扰信号、断电等技术，通过电极电位-时间曲线，人工判断读出消除IR降电极电位值。此方法需要专业人员操作，且操作复杂，需要仪器设备多，只适用于实验室内的研究与测试工作，难以应用于现场的测试工作(如J．R．Scully等在1985年24期的Material Performance的第18页至24页所述)。2．极化探头法此方法是把参比电极置于极化试片的内侧，使测量回路最大限度地避开介质中IR降的影响。该方法所用测量仪器为普通万用表，测量方法简单，因而应用广泛，但介质中IR降的影响仍无法完全消除，其引入的测量误差仍可达10％以上(如许川壁、熊信勇等在《97′全国城市地下管线防腐蚀工程技术交流会》论文集第274页至281页所述)。
本发明目的是找到一种测试方法简单，无需复杂的仪器设备，普通工作人员即可操作，无论室内还是现场测试都适用，并且基本上能完全消除IR降对电极电位影响的便携式智能测量仪。
本发明的技术方案如
图1所示，该智能测量仪由80C31芯片，只读存储器ROM，数据存储器RAM，运算放大器，A／D转换，显示模块，继电器J，接线柱1～4和控制开关K1、K2组合而成。接线柱1和接线柱2接在继电器的常闭开关上，继电器的控制线圈直接由80C31来控制，实现继电器的闭合与断开。接线柱3和接线柱4输入电极电位测量信号，送运算放大器进行放大后，送A／D转换芯片进行A／D转换，转换结果送80C31进行处理。只读存储器和数据存储器、两个开关、显示模块直接与80C31相连接。
该发明能基本消除IR降对电极电位测量的影响，并且具有操作简便，适用范围广，使用灵活等优点。
各部分的基本功能为80C31为单片MPU芯片，ROM用来存放测量仪的运行程序，RAM用来存放测量数据，最多可存放100组数据，而且具有断电数据存储功能。运算放大器对所测量的电极电位信号进行预放大，由A／D转换芯片完成A／D转换，显示模块用来显示测量结果，继电器J用于在需要时切断极化电流，接线柱1和接线柱2用来接通研究电极所需极化电流，接线柱3接参比电极，接线柱4接零位接地线。按键K1用来启动断电测量程序，K2用于启动显示RAM内存储的测量结果的程序。
测量仪的工作原理如下仪器开机后，继电器J处于常闭状态，测量仪循环测量并显示在通电状态下，研究电极的电极电位值，此时的电极电位包含有IR降的成分。当按下K1键时，启动断电测量程序，80C31芯片使继电器J断开，切断研究电极的极化电流，然后测量仪连续采集多个电极电位值，通过曲线拟合，推算出时间为零的电极电位，该电位即为完全消除IR降影响的真实电极电位值。测量完成后，80C31芯片释放继电器J，使其闭合，同时将测量结果在显示模块上显示并存储在RAM内，测量仪恢复到开机后的工作状态。
单片机的软件流程图见附图2。单片机开机后，进行初始化设置，测量在通电状态下的电极电位。如果开关K1和K2无动作，则测量仪将循环测量和显示通电状态下的电极电位。如果开关K1动作，则断开继电器J，连续测量多点电极电位值，曲线拟合推算出t=0的电极电位值，显示测量结果，并将测量结果存入RAM内后返回入口A。如果K2有动作，则顺序显示RAM内存储的测量结果，并返回入口B，如果K2在一定时间内无动作，则返回入口A。
本发明的软件采用汇编语言编写，普通软件工作人员根据图2的流程图即可编写出本软件；其电子线路板采用普通双面电子线路板。电子元件采用常用的电子元件，没有专门为本发明而特殊设计制作的电子元件、集成电路或芯片，本发明的各部分的连接，普通电子线路设计人员根据图1即可完成。
综上所述，本发明采用单片机作为核心，组合了必要的A／D转换，数据显示，只读存储器以及继电器，控制开关和数据存储器等模块，形成本发明的硬件基础；并采用汇编语言，编制了相应的控制、显示、存储及曲线拟合的数据处理等过程的软件，以实现本发明所需要的功能，形成本发明的软件基础，两者是本发明不可分割的重要组成部分。本发明利用单片机直接控制继电器的闭合与断开，使单片机由被动判断继电器的通断变为主动控制继电器的通断，从而十分方便地区分继电器断开前后的电极电位值，有利于后续的数据处理，提高测量的准确性。本发明组合了数据存储器，用来存放测量结果，大大方便了现场测量工作。其存储的测量结果可以方便地回放显示，并且具有断电数据不丢失功能。本发明采用曲线拟合的数据处理方法，可以直接得出消除IR降的电极电位值，同传统的通过电极电位-时间曲线来测得消除IR降的电极电位值相比，不仅测量速度快，而且所用仪器设备少，操作简单，使用灵活，适用范围广。
以下对附图作图面说明图1是测量仪原理方框图；图2是单片机软件流程图；图3是土壤介质中阴极极化测量接线图。
现结合附图3对本发明的测量方法作详细描述该图为采用本发明测量在土壤介质中A3钢阴极极化时，电极电位测量的实验接线图。图中的阳极采用碳阳极，阴极为普通A3钢，参比电极为Cu／饱和CuSO4电极，土壤为水饱和红壤。为了验证本测量仪测量结果的可靠性与准确性，实验过程中的电极电位信号同时接到微机测量系统，连续记录断电测试前后电极电位的数据，并通过其分析系统，准确计算出消除IR降的电极电位，以检验本发明-电极电位智能测量仪的测量结果的可靠性。其测量结果如附表所列附表消除IR降电极电位测量结果
从上表的实验结果可以看出，本发明电位智能测量仪的测量结果与微机系统的测量结果非常接近，其误差＜2％。
权利要求一种电极电位智能测量仪，其特征在于，该测量仪由单片MPU芯片(80C31)、只读存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、运算放大器、A／D转换器、显示模块、继电器(J)、接线柱(1-4)和控制开关(K1、K2)组成，其中1、接线柱(1)和接线柱(2)接在继电器(J)的常闭开关上；
2.继电器(J)的控制线圈直接由单片MPU芯片(80C31)控制；
3.电极电位测量信号由接线柱(3)和接线柱(4)输入至运算放大器，再经A／D转换后送单片MPU芯片(80C31)处理；
4.只读存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、控制开关(K1、K2)和显示模块直接与单片MPU芯片(80C31)相连接。
专利摘要本实用新型电极电位智能测量仪涉及测量技术,尤其是涉及到电化学测量技术。它由80C31芯片,只读存储器ROM,数据存储器RAM,运算放大器,A/D转换,显示模块,继电器J,接线柱1～4和控制开关K1、K2组合而成。以单片机为核心,自动切断研究电极极化电流。采用曲线拟合方法,直接推算出消除IR降的电极电位值。本实用新型能基本上完全消除IR降对电极电位测量的影响,无需使用复杂仪器设备,操作简单,使用方便,适用范围广,测量结果准确可靠。
文档编号G01N27/26GK2429828SQ9924279
公开日2001年5月9日 申请日期1999年9月7日 优先权日1999年9月7日
发明者熊信勇, 郑斌, 杨立辉, 许川壁, 林连进, 姚植忠 申请人:中国科学院福建物质结构研究所二部