專利名稱：：金屬腐蝕狀況在線檢測方法及其檢測儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種在線快速測量循環(huán)冷卻水對不同金屬材料設(shè)備的腐蝕狀況的方法及其檢測儀器。具體的說是一種金屬腐蝕狀況在線檢測方法及其檢測儀器。
背景技術(shù)：
：隨著社會的發(fā)展和生活的需要，水的用量急劇增加，而地球上水的資源是有限的。因此，節(jié)約用水如同節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境一樣，成為目前全世界噬需解決的問題。而在節(jié)約用水方面，節(jié)水的最大潛力無疑是節(jié)約工業(yè)及其他行業(yè)冷卻用水，采用循環(huán)冷卻水是節(jié)約水資源的一條重要途徑，而且以高濃縮倍數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)的循環(huán)冷卻水還可減少環(huán)境污染，但是循環(huán)冷卻水結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，容易滋生菌藻，以致影響設(shè)備的傳熱效率，威脅設(shè)備的使用壽命，為此對循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理是必不可少的。而為了對循環(huán)冷卻水的水質(zhì)有一個及時的了解，必然需要對循環(huán)冷卻水的水質(zhì)進(jìn)行及時的跟蹤和監(jiān)測。金屬腐蝕的大小是反映水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。由于水對不同的金屬具有不同的腐蝕速率，而循環(huán)冷卻水一直與使用設(shè)備上的各種金屬接觸，因此對循環(huán)冷卻水中不同金屬材料設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行檢測，就成為生產(chǎn)應(yīng)用中噬需解決的問題。為達(dá)到快速測量腐蝕的目的，目前主要依據(jù)電化學(xué)的弱極化原理來進(jìn)行測量。而現(xiàn)有的檢測方法和檢測方法所使用的儀器或裝置在測量過程中，如果不考慮被測水質(zhì)的差異以及流速、溫度等的影響，應(yīng)用范圍受到很大的限制，得到的測量結(jié)果易出現(xiàn)誤差，目前市場上已使用的腐蝕測量儀器，主要存在這方面的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有腐蝕測量方法上存在的問題，提供一種使用五電壓法，且具有采集數(shù)據(jù)多、采用軟件數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使得應(yīng)用范圍寬，檢測結(jié)果準(zhǔn)確的金屬腐蝕狀況在線監(jiān)測方法。本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有腐蝕測量儀器存在的問題，提供一種采用了高集成度的電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，具有性能可靠、測量準(zhǔn)確、外形美觀小巧、安裝操作方便，而且可根據(jù)腐蝕測量的結(jié)果自動實(shí)現(xiàn)按比例投加緩蝕藥劑的金屬腐蝕狀況在線監(jiān)測儀器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的—種金屬腐蝕狀況在線檢測方法，它包括以下步驟(a).測量開始前，腐蝕電極傳感器的測量電極始終和儀表脫開；(b).采集測量信號通道的零漂移電壓U0;(c).打開電子開關(guān)，接通腐蝕電極傳感器并給測量電極加0毫伏電壓，測得毫伏電壓U1;(d).給測量電極加+9.5毫伏電壓，測得毫伏電壓U2;(e).給測量電極加0毫伏電壓，測得毫伏電壓U3;(f).給測量電極加-9.5毫伏電壓，測得毫伏電壓U4，測量周期結(jié)束，關(guān)閉電子開3關(guān)；(g).把以上所測的五個電壓值，送到C8051F021微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出被測金屬的腐蝕率，將腐蝕率等相關(guān)參數(shù)存放到數(shù)據(jù)存儲器中并在液晶顯示屏上顯示結(jié)果。所述的五個電壓值要采集數(shù)十次以上，所采集的數(shù)據(jù)通過軟件數(shù)字濾波處理。所述的毫伏輸出信號與腐蝕電極傳感器的接通由電子開關(guān)通斷決定，而電子開關(guān)的通斷是由C8051F021微處理器中運(yùn)行程序決定。所述的C8051F021微處理器通過輸出端口提供4_20毫安信號變送或控制輸出，其控制輸出是按儀表中設(shè)定表格腐蝕值所對應(yīng)的4-20毫安值。所述的C8051F021微處理器通過485通信端口與智能設(shè)備通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，包括C8051F021微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、4S5通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路、電源變換穩(wěn)壓電路和小型機(jī)殼，數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、4S5通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路均與C8051F021微處理器相連，所述的毫伏信號輸出電路的輸出端與電子開關(guān)相連，電子開關(guān)與腐蝕電極傳感器的電極相連，腐蝕電極傳感器的數(shù)據(jù)輸出端與極化電阻檢測電路的輸入端相連，極化電阻檢測電路的輸出端與C8051F021微處理器相連，C8051F021微處理器將極化電阻檢測電路傳來的數(shù)據(jù)、鍵盤輸入的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的結(jié)果存入與之相連的數(shù)據(jù)存儲器中，液晶顯示器在C8051F021微處理器的控制下，顯示鍵盤的輸入信號、測量計算的結(jié)果以及儀表工作狀態(tài)。所述的極化電阻檢測電路VREF端、DAC1端以及ADCO端分別與C8051F021微處理器的7腳、63腳和9腳相連，極化電阻檢測電路由U3A、U3B組成差分放大器和U2、U4、U5、U6、U7運(yùn)算放大器及電阻、電容等組成。所述的C8051F021微處理器的52腳、53腳分別與數(shù)據(jù)存儲器的12腳和13腳相連。所述的液晶顯示器為128*64點(diǎn)陣式液晶顯示器。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明解決了循環(huán)冷卻水的腐蝕在線監(jiān)測問題，具有快速、準(zhǔn)確、可靠和應(yīng)用范圍寬等優(yōu)點(diǎn)；2、本發(fā)明由于電子件基本采用采用標(biāo)準(zhǔn)的貼片元件，故有體積小，面板式儀表安裝、固定方便的優(yōu)點(diǎn)；3、本發(fā)明操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，測量的數(shù)據(jù)及結(jié)果全部能在液晶屏上顯示4、本發(fā)明可以根據(jù)腐蝕測量的結(jié)果實(shí)現(xiàn)自動按比例投加藥劑，比例大小人工可以修改設(shè)定；5、本發(fā)明不僅可以快速測量腐蝕值，而且可以用來評價緩蝕劑的功效和預(yù)測金屬設(shè)備在水中的使用壽命，給水質(zhì)管理者提供可靠的信息。附圖1是本發(fā)明的總電原理圖；附圖2是本發(fā)明的C8051F021微處理器的外腳接線附圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲器的外腳接線圖；附圖4是本發(fā)明的4-20毫安輸出信號的原理圖；附圖5是本發(fā)明的信號檢測電路的原理圖；附圖6是本發(fā)明的485通信電路的原理圖。其中l(wèi)一數(shù)據(jù)存儲器；2—輸出電路；3—485通信接口；4一鍵盤；5—液晶顯示屏；6—C8051F021微處理器；7—極化電阻檢測電路；8—腐蝕電極傳感器；9—電子開關(guān)；IO—毫伏信號輸出電路；11—輔助電路；12—電源變換穩(wěn)壓電路。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，它包括C8051F021微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、485通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路、電源變換穩(wěn)壓電路和小型機(jī)殼，數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、4S5通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路均與C8051F021微處理器相連，所述的毫伏信號輸出電路的輸出端與電子開關(guān)相連，電子開關(guān)與腐蝕電極傳感器的電極相連，腐蝕電極傳感器的數(shù)據(jù)輸出端與極化電阻檢測電路的輸入端相連，極化電阻檢測電路的輸出端與C8051F021微處理器相連，C8051F021微處理器將極化電阻檢測電路傳來的數(shù)據(jù)、鍵盤輸入的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的結(jié)果存入與之相連的數(shù)據(jù)存儲器中，液晶顯示器在C8051F021微處理器的控制下，顯示鍵盤的輸入信號、測量計算的結(jié)果以及儀表工作狀態(tài)。其中完成測量腐蝕有C8051F021微處理器，毫伏信號采集電路、腐蝕電極傳感器、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路等模塊，具體電路如圖5所示。測量步驟如下第一步測量開始前測量電極始終和儀表脫開，這時C8051F021微處理器的VREF'7'腳基準(zhǔn)電壓和DAC1'63'腳輸出叫V0的電壓一起分別連接到U3A(通過R4和R5電阻分壓)和U3B的正輸入端，經(jīng)過差動輸出到U4反向放大器，在U4的輸出端得到一個0毫伏的電壓，再通過U5、U6、U7運(yùn)算放大器得到一個帶有零漂的電壓U0，連接到C8051F021微處理器的ADC0'9'腳；第二步打開電子開關(guān)，由C8051F021微處理器給D02'29'腳輸出一個低電平，去控制U2雙路選擇器的'10'腳，此時兩個測量電極由A0UT2和A0UT3端子通過電子開關(guān)U2和運(yùn)算放大器U5對應(yīng)的電位相連上，相應(yīng)在C8051F021微處理器的ADC0'9'腳產(chǎn)生一個電壓U1;第三步在C8051F021微處理器的DAC1'63'腳輸出叫VI的電壓，在A0UT2和A0UT3端子產(chǎn)生一個+9.5毫伏的電壓作用在兩電極上，相應(yīng)的在C8051F021微處理器的ADC0'9'腳產(chǎn)生一個電壓U2;第四步在C8051F021微處理器的DAC1'63'腳輸出叫V0的電壓，相應(yīng)在C8051F021微處理器的ADC0'9'腳產(chǎn)生一個電壓U3;第四步在C8051F021微處理器的DAC1'63'腳輸出叫V2的電壓，在A0UT2和A0UT3端子產(chǎn)生一個-9.5毫伏的電壓作用在兩電極上，相應(yīng)在C8051F021微處理器的ADC0'9'腳產(chǎn)生一個電壓U4。測量周期結(jié)束，關(guān)閉電子開關(guān)，C8051F021微處理器給D02'29'腳輸出一個高電平。以上U0、Ul、U2、U3和U4五個電壓值采集數(shù)十個以上，通過軟件數(shù)字濾波處理，再經(jīng)過換算和計算得出腐蝕率，把腐蝕率結(jié)果等相關(guān)參數(shù)存放到數(shù)據(jù)存儲器并在液晶屏上顯示，以上講述的測量方法簡稱五電壓法。如圖3所示，本發(fā)明的所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器中的數(shù)據(jù)存儲器，由FM31256數(shù)據(jù)存儲器、Q2晶振、電阻、電容、二極管和電源等組成，數(shù)據(jù)傳輸5線SDA、SCL分別與C8051F021微處理器的'52，展卩、'53，腳相連。FM31256是采用鐵電技術(shù)制造，不怕掉電，無限次讀寫，64K存儲器，有8192字節(jié)單元，足以滿足測量數(shù)據(jù)的存儲。如圖6所示，本發(fā)明的所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器中的485通信電路的原理如圖C8051F021微處理器數(shù)據(jù)發(fā)送的'55'腳和6N163光電隔離耦合器SU1的'3'腳相連，SU1的'6'腳和7S04F反相器SU2的'2'腳相連，SU2的'4'腳和MAX485通訊芯片SU3的'2'腳相連。C8051F021微處理器數(shù)據(jù)接收的'54，腳和6N163光電隔離耦合器SU4的'6'腳相連，SU4的'3'腳和MAX485通訊芯片SU3的'1'腳相連。儀表通過MAX485通訊芯片SU3的'6'、'7'腳接R485A1和R485B1端和外設(shè)485通訊口對接，通訊波特率設(shè)為2400bps，傳輸距離可以達(dá)到500米。如圖4所示，本發(fā)明的所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器中的4-20毫安輸出信號的原理如圖C8051F021微處理器DACO的'64'腳和運(yùn)算放大器U2A的正向輸入'3'腳相連，U2A的輸出'l'腳和運(yùn)算放大器U1A的正向輸入'5'腳相連，U1A的輸出'7'腳和三極管Q2的基極相連，Q2的集電極和運(yùn)算放大器U1B正向輸入'3'腳相連，U1B的輸出'1'腳和三極管Q1的基極相連，最后通過Q1的集電極和二極管D1M7輸出4-20毫安信號，由A0UT1和GND端和外設(shè)備相接。本發(fā)明的4-20毫安輸出信號既可以變送輸出，也可以控制輸出。腐蝕率與控制輸出信號對應(yīng)的關(guān)系如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>另外，本發(fā)明可以根據(jù)現(xiàn)場特殊需要，重新設(shè)定。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求一種金屬腐蝕狀況在線檢測方法，其特征是它包括以下步驟(a).測量開始前，腐蝕電極傳感器的測量電極始終和儀表脫開；(b).采集測量信號通道的零漂移電壓U0；(c).打開電子開關(guān)，接通腐蝕電極傳感器并給測量電極加0毫伏電壓，測得毫伏電壓U1；(d).給測量電極加+9.5毫伏電壓，測得毫伏電壓U2；(e).給測量電極加0毫伏電壓，測得毫伏電壓U3；(f).給測量電極加-9.5毫伏電壓，測得毫伏電壓U4，測量周期結(jié)束，關(guān)閉電子開關(guān)；(g).把以上所測的五個電壓值，送到C8051F021微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出被測金屬的腐蝕率，將腐蝕率等相關(guān)參數(shù)存放到數(shù)據(jù)存儲器中并在液晶顯示屏上顯示結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法，其特征在于所述的五個電壓值要采集數(shù)十次以上，所采集的數(shù)據(jù)通過軟件數(shù)字濾波處理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法，其特征在于所述的毫伏輸出信號與腐蝕電極傳感器的接通由電子開關(guān)通斷決定，而電子開關(guān)的通斷是由C8051F021微處理器中運(yùn)行程序決定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法，其特征在于所述的C8051F021微處理器通過輸出端口提供4-20毫安信號變送或控制輸出，其控制輸出是按儀表中設(shè)定表格腐蝕值所對應(yīng)的4-20毫安值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法，其特征在于所述的C8051F021微處理器通過485通信端口與可編程設(shè)備通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。6.—種權(quán)利要求l所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，包括C8051F021微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、485通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路、電源變換穩(wěn)壓電路和小型機(jī)殼，數(shù)據(jù)存儲器、輸出電路、4S5通信接口、鍵盤、液晶顯示屏、電子開關(guān)、毫伏信號輸出電路均與C8051F021微處理器相連，其特征是所述的毫伏信號輸出電路的輸出端與電子開關(guān)相連，電子開關(guān)與腐蝕電極傳感器的電極相連，腐蝕電極傳感器的數(shù)據(jù)輸出端與極化電阻檢測電路的輸入端相連，極化電阻檢測電路的輸出端與C8051F021微處理器相連，C8051F021微處理器將極化電阻檢測電路測量的數(shù)據(jù)、鍵盤輸入的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的結(jié)果存入與之相連的數(shù)據(jù)存儲器中，液晶顯示器在C8051F021微處理器的控制下，顯示鍵盤的輸入信號、測量計算的結(jié)果以及儀表工作狀態(tài)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，其特征在于所述的極化電阻檢測電路VREF端、DAC1端以及ADCO端分別與C8051F021微處理器的7腳、63腳和9腳相連，極化電阻檢測電路由U3A、U3B組成差分放大器和U2、U4、U5、U6、U7運(yùn)算放大器及電阻、電容組成。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，其特征在于所述的C8051F021微處理器的52腳、53腳分別與數(shù)據(jù)存儲器的12腳和13腳相連。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬腐蝕狀況在線檢測方法所采用的檢測儀器，其特征在于所述的液晶顯示器為128*64點(diǎn)陣式液晶顯示器。全文摘要本發(fā)明公開了一種金屬腐蝕狀況在線檢測方法及其檢測儀器，本發(fā)明使用五電壓法測得實(shí)時數(shù)據(jù)，把數(shù)十次測量的多個電壓值送到C8051F021微處理器進(jìn)行處理得出被測金屬的腐蝕率，并在液晶顯示屏上實(shí)時顯示，本發(fā)明可以在線實(shí)時檢測循環(huán)冷卻水對不同金屬材料設(shè)備的腐蝕狀況，實(shí)時自動投加緩蝕水穩(wěn)劑。本發(fā)明由于采用了高集成度的電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行在線檢測，具有自動連續(xù)測量、數(shù)據(jù)記錄、繪制腐蝕曲線和實(shí)時通信等功能；本發(fā)明公開的檢測儀器具有性能可靠、測量準(zhǔn)確、外型美觀小巧、安裝操作方便的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于使用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的各種行業(yè)進(jìn)行腐蝕監(jiān)測和控制研究，在節(jié)能環(huán)保越來越受到關(guān)注之時，具有極高的市場推廣價值。文檔編號G01N27/26GK101788521SQ20101012790公開日2010年7月28日申請日期2010年3月19日優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日發(fā)明者王鑫國,羅益民,蔡小亮申請人:南京工業(yè)大學(xué)