ТОВ ДОНБАССТЕПЛОПРОЕКТ|Автоматизація та обладнання процесів електрохімічних досліджень raight-banner
ТОВ ДОНБАССТЕПЛОПРОЕКТ
м.Сєвєродонецьк, вул.Партизанська 20
тел. (0645) 70-44-22
факс (06452) 4-12-28
моб. (050) 622-26-94

Костянтин Черкас, к.т.н., диретор ТОВ «ДонбассТеплоПроект»

ВСТУП

     Електрохімія є порівняно молодою наукою, перші електрохімічні дослідження металів були проведені на початку минулого століття за допомогою постійних джерел струму (акумуляторів), регуляторів потенціалу (систем, які складаються з реостата і електродів) і приладів, які фіксують струми і потенціали в електрохімічної системі (амперметрів , вольтметрів). В подальшому ці дослідження вдосконалилися і промисловістю були випущені серійно цілий ряд приладів - потенціостата (П-5827, П-5848, ПІ-50-1, 1 і ін.). З появою цифрової техніки багатьма розробниками були освоєні комп'ютеризовані потенціостата. Однак, як би не змінювався техніка вимірювання електрохімічних параметрів суть вимірювань залишилася колишня: необхідно по можливості точно задавати один з параметрів (струм або потенціал), який протікає в ланцюзі робочий електрод - допоміжний електрод і, відповідно, фіксувати похідний параметр (потенціал або струм, або опір даної електрохімічної системи). Потенціал, при якому виконуються дослідження необхідно ставити і фіксувати відносно електрода порівняння - еталонного електрода з відомим потенціалом. Проведений аналіз сучасного обладнання, що використовується для дослідження електрохімічних процесів, які протікають на поверхні металу показав багатий спектр можливостей в отриманні конкретних параметрів електрохімічних систем. Однак, знайдеться небагато приладів і систем нескладних у використанні і здатних задовольнити потреби процесу зняття поляризаційних кривих з достатньою точністю вимірювань і з необхідним поданням отриманих даних. Тому були визначені цілі та шляхи вдосконалення автоматизованих систем вимірювання електрохімічних параметрів.

МЕТА, ЗАСОБИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

     Необхідно було побудувати автоматизований комп'ютеризований комплекс для вивчення електрохімічних процесів, які протікають на поверхні металу з поданням отриманих даних в графічному і цифровому вигляді. Тобто отримати прилад для вивчення анодної і катодної поляризації металів, який дозволяє автоматично підтримувати на електроді задане значення струму або потенціалу, а також здійснювати автоматичну розгортку струму і потенціалу із заданою швидкістю, при цьому фіксувати відповідний параметр: струм, потенціал, опір виникають в електрохімічної системі (режими роботи: потенціостатичні, гальваностатичного, потенціодінаміческій і гальванодінаміческій). Як засоби досліджень обрані аналогово-цифрові і цифро-аналогові модулі вводу-виводу інформації, призначені для побудови розподілених систем збору даних, стандартизована інтегрована середовище розробки, призначена для підключення зовнішніх модулів і автоматизації процесу управління технологічними процесами, стабілізовані джерела струму і потенціалу. Проводилися метрологічні дослідження точності і похибки каналів вимірювання, математична і статистична обробки отриманих електрохімічних даних, графічна обробка і подання поляризаційних даних, в полулогарифмических координатах.

РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

     Принципиальная схема предложенного автоматизированного компьютеризированного комплекса предназначенного для исследования электрохимических процессов (АККЭП), которые протекают на поверхности металла и представления экспериментальных данных в обработанном цифровом и графическом виде показанная на рис.1. При этом, в отличие от других аналогов в данном комплексе реализована автоматическая функция переключения пределов измерения, что позволяет в широком диапазоне измерений поляризующего тока (от 1мкА до 2А) получать экспериментальные данные с высокой точностью: не хуже 0,07% в области измерения до 100мА и 0,15% в области измерения от 0,1 до 2А. Приведенная основная погрешность в режиме формирования потенциала в диапазоне ±10В не хуже 0,05%, в режиме формирования тока в диапазоне ±1,25А не больше 0,1%. Реализация автоматизации режимов работы потенциостата достигается путем программного переключения контактов 1÷8 (мал.1), состояние которых показано в табл.1.

princ shem AKEP
Мал. 1 Принципова схема АККЕП

VA-стабілізоване джерело I і U.
Електроди:
Р- робочий,
Pt- допоміжний,
П- порівняння.
V, 2А и 20mА - програмні вольт- і амперметри відповідно.
1÷8-контактна група

 

Таблиця 1. Стан контактної групи АККЕП
  Контакт №
1 2 3 4 5 6 7 8
Режим Потенціостат
+
+
+
-
-
-
+/-
Гальваностат
-
-
-
+
+
-
+/-
Е коррозії
-
-
-
-
-
-
-
-
Активація U
+
+
+
-
-
-
+/-
Активація I
-
-
-
+
+
-
+/-
 

     Таким чином, в запропонованому комплексі реалізована так звана функція «автолаборанта», яка дозволяє на стадії підготовки експерименту по зняттю поляризационной кривої внести в базу даних всі необхідні дані (площа електрода, вид електрода порівняння, швидкість розгортки потенціалу або струму, межі завдань і вимірювань відповідних параметрів) та отримати дані прямих вимірювань струму і потенціалу, а також оброблені дані - щільність поляризующего струму, виміряний потенціал щодо нормального водневого електрода і інші проміжні обчислення. Математичний і графічний апарат комплексу дозволяє в реальному часі спостерігати автолабораторние дані, які з високою точністю безпосередньо виводяться на монітор в цифровому і графічному вигляді (мал.2), зручному для сприйняття дослідника електрохімічних процесів.

     Залежно від обраного режиму роботи АККЕП на монітор виводяться наступні дані у відповідних областях монітора: 1 - завдання режиму роботи АККЕП: 1) потенціостатичні, 2) гальваностатичного, 3) вимір потенціалу робочого (Р) електрода щодо електрода порівняння (П), 4) - активація робочого електрода фіксованим потенціалом, 5) - активація робочого електрода фіксованим струмом; 2 - службова інформація монітора (вимір можливе і реальне швидкості вимірювання процесу, час протікання всього процесу вимірювання); 3 - вхідні дані: площа електрода, початок і кінець потенціалу (струму) розгортки, крок (величина) зміни розгортки, швидкість здійснення одного кроку; 4 - синтезована принципова схема вимірювання, створена в залежності від обраного режиму роботи АККЕП; 5 - графік надання виміряних і обчислених даних: для потенцио- і гальванодінаміческіх режимів - в полулогарифмических координатах; для вимірювання потенціалу - будується графік зміни потенціалу безпосередньо в мВ; для активації струмом, потенціалом - обчислюється час і кількість електрики пропущеного через робочий електрод; 6 - поле уявлення виміряних і обчислених експериментальних цифрових даних.

     Даний автоматизований комп'ютеризований комплекс є мобільним, що дозволяє його застосовувати в польових умовах, отримувати і миттєво обробляти з високою точністю експериментальні дані. Оскільки АККЕП може працювати в автоматичному режимі - це дозволяє знизити вимоги до кваліфікації обслуговуючого персоналу, тобто оператору не потрібно досконало знати теорію електрохімічних вимірювань, а досить дотримуватися регламентних норм, щоб отримати гарантовано правильні експериментальні дані.

ВИСНОВКИ

     1. Побудований автоматизований комп'ютеризований комплекс (АККЕП) призначений для дослідження електрохімічних процесів, які протікають на поверхні металу. У комплексі реалізована функція автоматизованого отримання та обробки експериментальних даних.

     2. Похибка вимірювання струму в інтервалі 0 ÷ 100 мА не перевищує 0,07%, в інтервалі 0,1 ÷ 2А - 0,15%. Наведена основна похибка в режимі формування потенціалу в діапазоні ± 10В не гірше 0,05%, в режимі формування струму в діапазоні ± 1,25А не більш 0,1%.

     3. АККЕП є мобільним і дозволяє працювати в польових умовах, автоматизований процес вимірів не вимагає високої кваліфікації обслуговуючого персоналу.