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CN111812019A - 金属大气腐蚀监测传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请金属大气腐蚀监测传感器包括金属基材、憎水性绝缘板、导电材料层和亲水性涂层；所述憎水性绝缘板贴合于所述金属基材上，且所述憎水性绝缘板的面积小于所述金属基材表面面积；所述导电材料层设于憎水性绝缘板上，所述导电材料层表面面积小于所述憎水性绝缘板表面面积，且所述导电材料层边缘位于所述憎水性绝缘板边缘范围以内；所述亲水性涂层涂覆在所述导电材料层边缘与憎水性绝缘板边缘之间；从所述金属基材、导电材料层分别引出接线，并连接零阻电流表，在所述金属基材、零阻电流表和导电材料层之间形成回路。本申请加工工艺简单，产品一致性易于控制，检测灵敏度高。

Description

金属大气腐蚀监测传感器
【技术领域】
本申请涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种用于测量金属材料暴露在大气环境中时腐蚀变化规律的监测传感器。
【背景技术】
暴露在大气环境中的金属材料容易发生腐蚀，降低设备的机械性能和电气性能。为获取金属的腐蚀状态信息，可安装大气腐蚀在线监测装置。装置的核心是大气腐蚀监测传感器，是将腐蚀信号转为电信号的关键部件。大气腐蚀监测传感器的主要原理是捕获金属腐蚀过程的电荷转移量，以电荷量表征腐蚀程度。金属腐蚀速率越快，程度越高，腐蚀电荷量越多，表明环境对金属的腐蚀性越强。传感器本身属于消耗型电化学器件，性能随着使用时间的推移而明显变化。因此，传感器的性能制约了金属腐蚀在线监测技术的应用。
传感器的结构和工艺是提高其性能的核心因素。在结构和工艺方面，传感器存在的主要问题包括：结构特征对制作工艺要求高，成型产品一致性难以控制，材料尺寸降低测量灵敏度，结构形状影响使用寿命。以上问题导致了现有传感器监测效果差且价格高昂，无法满足大规模推广的条件。为了提高金属大气腐蚀监测传感器的性能，亟需从结构和工艺两方面进行改进。
因此，提供一种灵敏度高、使用寿命长、检测效果精准的金属大气腐蚀监测传感器实为必要。
【发明内容】
本申请的目的在于提供一种灵敏度高的金属大气腐蚀监测传感器。
为实现本申请目的，提供以下技术方案：
本申请提供一种金属大气腐蚀监测传感器，其包括金属基材、憎水性绝缘板、导电材料层和亲水性涂层；所述憎水性绝缘板贴合于所述金属基材上，且所述憎水性绝缘板的面积小于所述金属基材表面面积；所述导电材料层设于憎水性绝缘板上，所述导电材料层表面面积小于所述憎水性绝缘板表面面积，且所述导电材料层边缘位于所述憎水性绝缘板边缘范围以内；所述亲水性涂层涂覆在所述导电材料层边缘与憎水性绝缘板边缘之间；从所述金属基材、导电材料层分别引出接线，并连接零阻电流表，在所述金属基材、零阻电流表和导电材料层之间形成回路。本申请技术方案采用简单的层叠结构，加工工艺简单，产品一致性易于控制，利用亲水性涂层提高薄液膜的附着性与延展性，增大低湿度下的腐蚀电流，从而提高检测灵敏度。
一些实施方式中，所述憎水性绝缘板和所述导电材料层均为梳状结构，该梳状结构包括连成一体的基部，以及由基部一侧延伸出来的至少两个梳状条。
一些实施方式中，所述导电材料层的梳状结构的梳状条居中设置于所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条上。进一步的，所述导电材料层的梳状条侧边缘与所述憎水性绝缘板的梳状条侧边缘的距离为0.05mm～0.5mm。
具体实施方式中，所述亲水性涂层涂覆在所述导电材料层的梳状结构的梳状条两侧边缘与憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条两侧边缘之间。进一步的，所述亲水性涂层呈长方形，覆盖所述导电材料层的梳状结构的梳状条两侧边缘与憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条两侧边缘之间的空隙。
一些实施方式中，所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条之间的连接处设有向内的弧形倒圆角，避免尖角处驻留水滴。进一步的，所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条末端设有弧形圆角。
具体实施方式中，所述金属基材为表面平整且未发生腐蚀的金属或合金材料。
具体实施方式中，导电材料层可以是镀金、镀银、镀铜、镀镍或者碳膜等不易在空气中发生腐蚀的导电材料。憎水性绝缘板可选用环氧树脂板、硅橡胶板、铁氟龙板等，亲水性涂层可以选择含极性基团的有机胶水。
一些实施方式中，所述憎水性绝缘板厚度为0.02mm～0.1mm。
对比现有技术，本申请具有以下优点：
(1)简单的层叠结构，加工工艺简单，导电材料层和亲水性涂层可通过工厂化生产涂镀在憎水性绝缘板表面；
(2)产品一致性易于控制，可借助印刷电路板设计软件和加工方法设计和制作绝缘板、导电材料层及亲水性涂层；
(3)材料尺寸可以达到0.01mm级别，且利用亲水性涂层提高薄液膜的附着性与延展性，增大低湿度下的腐蚀电流；
(4)梳状结构避免水滴积聚在传感器表面，减缓被测金属的腐蚀消耗进程，延长传感器的使用寿命。
【附图说明】
图1为本申请实施例提供的金属大气腐蚀监测传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的金属大气腐蚀监测传感器的剖面图；
图3为本申请实施例提供的金属大气腐蚀监测传感器的工作原理图。
【具体实施方式】
请参阅图1和图2，本申请金属大气腐蚀监测传感器具体实施例的结构示意图和剖视图，该金属大气腐蚀监测传感器包括金属基材100、憎水性绝缘板200、导电材料层和亲水性涂层400；所述金属基材100为被测金属材料，所述被测的金属基材100为表面平整且未发生腐蚀的金属或合金材料，如铁、铝、铜、锌、镀锌钢等。所述导电材料层为镀金层300。所述憎水性绝缘板可选用环氧树脂板、硅橡胶板、铁氟龙板等，所述亲水性涂层可以选择含极性基团的有机胶水。
所述憎水性绝缘板200贴合于所述金属基材100上，且所述憎水性绝缘板200的面积小于所述金属基材100表面面积，具体的，所述憎水性绝缘板200贴合于所述金属基材100上，且边缘不超出所述金属基材100表面。
所述镀金层300设于所述憎水性绝缘板200上，所述镀金层300表面面积小于所述憎水性绝缘板200表面面积，且所述镀金层300边缘位于所述憎水性绝缘板200边缘范围以内。
本实施例中，所述憎水性绝缘板200和所述镀金层300均为梳状结构，该梳状结构分别包括连成一体的基部201、301，以及由基部一侧延伸出来的至少两个梳状条202、302。在本实施例中，从所述憎水性绝缘板200和所述镀金层300的梳状结构基部201、301一侧分别延伸出来四个梳状条202、302，所述镀金层300的四个梳状条302之间的间隔与从所述憎水性绝缘板200的四个梳状条202之间的间隔相匹配，使得所述镀金层300的四个梳状条302分别设置于所述憎水性绝缘板200的四个梳状条202上，且所述镀金层300的每个梳状条302的面积均比其下方的所述憎水性绝缘板200的梳状条202的面积小，所述镀金层300的梳状条302边缘位于所述憎水性绝缘板200的梳状条202边缘范围以内。
在本实施例中，所述镀金层300梳状结构的梳状条302居中设置于所述憎水性绝缘板200梳状结构的梳状条202上，也就是所述镀金层300梳状结构的梳状条302两侧边缘与所述憎水性绝缘板200梳状结构的梳状条202两侧边缘距离相等或大致相等。进一步的，所述镀金层梳状条302侧边缘与所述憎水性绝缘板梳状条202侧边缘的距离为0.05mm～0.5mm。具体实施例中，所述憎水性绝缘板200厚度范围可以是0.02mm～0.1mm。所述镀金层300可通过工厂化生产涂镀在所述憎水性绝缘板200表面。
所述亲水性涂层400涂覆在所述镀金层300的梳状条302侧边缘与所述憎水性绝缘板200的梳状条202侧边缘之间；具体实施方式中，所述涂覆在所述镀金层梳状结构的梳状条302侧边缘与所述憎水性绝缘板梳状结构的梳状条202侧边缘之间的亲水性涂层400呈长方形，采用工厂化生产涂镀在所述镀金层梳状结构的梳状条侧边缘与憎水性绝缘板梳状结构的梳状条侧边缘之间的空隙。
本实施例中，所述憎水性绝缘板200的梳状结构的梳状条202之间的连接处设有向内的弧形倒圆角203，具体可形成半圆形内凹空缺，可避免尖角处驻留水滴。进一步的，所述憎水性绝缘板200的梳状结构的梳状条202末端设有弧形圆角204，具体在每条梳状条202末端可形成半圆形端部。所述亲水性涂层400沿所述憎水性绝缘板200的梳状条202侧边缘的直边涂覆，并与所述镀金层300的梳状条302的末端平齐。
请结合参阅图3，从所述金属基材100、镀金层300分别引出接线700，并连接零阻电流表600，在所述金属基材100、零阻电流表600和镀金层300之间形成回路。所述镀金层300作为所述金属大气腐蚀监测传感器的正极，所述金属基材100作为所述金属大气腐蚀监测传感器的负极，正极和负极均使用镀金探针压接，引出接所述零阻电流表600。
图3所示实施例中的金属基材100为铁，当所述金属大气腐蚀监测传感器表面润湿形成水膜500且水膜跨接镀金层300与被测金属基材100时，所述金属大气腐蚀监测传感器形成腐蚀电偶。与水膜500接触的被测金属基材100失去电子形成阳离子，电流通过零阻电流表600转移至镀金层300，与水膜500接触的镀金层300得到电子，电子与氧气、水结合形成氢氧根离子，通过对电荷转移量的检测，从而实现待测金属基材腐蚀速率腐蚀程度的检测。
在其他实施例中，所述导电材料层还可以是镀银、镀铜、镀镍或者碳膜等不易在空气中发生腐蚀的导电材料。
本申请技术方案采用简单的层叠结构，加工工艺简单，产品一致性易于控制，利用亲水性涂层提高薄液膜的附着性与延展性，增大低湿度下的腐蚀电流，从而提高检测灵敏度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，本申请的保护范围并不局限于此，任何基于本申请技术方案上的等效变换均属于本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，
其包括金属基材、憎水性绝缘板、导电材料层和亲水性涂层，
所述憎水性绝缘板贴合于所述金属基材上，且所述憎水性绝缘板的面积小于所述金属基材表面面积；
所述导电材料层设于憎水性绝缘板上，所述导电材料层表面面积小于所述憎水性绝缘板表面面积，且所述导电材料层边缘位于所述憎水性绝缘板边缘范围以内；
所述亲水性涂层涂覆在所述导电材料层边缘与憎水性绝缘板边缘之间；
从所述金属基材、导电材料层分别引出接线，并连接零阻电流表，在所述金属基材、零阻电流表和导电材料层之间形成回路。
2.如权利要求1所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述憎水性绝缘板和所述导电材料层均为梳状结构，该梳状结构包括连成一体的基部，以及由基部一侧延伸出来的至少两个梳状条。
3.如权利要求2所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述亲水性涂层涂覆在所述导电材料层的梳状结构的梳状条两侧边缘与憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条两侧边缘之间。
4.如权利要求3所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述亲水性涂层呈长方形，覆盖所述导电材料层的梳状结构的梳状条两侧边缘与憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条两侧边缘之间的空隙。
5.如权利要求1～4任一项所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条之间的连接处设有向内的弧形倒圆角。
6.如权利要求5所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条末端设有弧形圆角。
7.如权利要求1～4任一项所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述金属基材为表面平整且未发生腐蚀的金属或合金材料，所述导电材料层采用镀金材料、镀银材料、镀铜材料、镀镍材料、碳膜导电材料中的一种。
8.如权利要求1～4任一项所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述憎水性绝缘板厚度为0.02mm～0.1mm。
9.如权利要求1～4任一项所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述导电材料层的梳状结构的梳状条居中设置于所述憎水性绝缘板的梳状结构的梳状条上。
10.如权利要求9所述的金属大气腐蚀监测传感器，其特征在于，所述导电材料层的梳状条的侧边缘与所述憎水性绝缘板的梳状条的侧边缘的距离为0.05mm～0.5mm。
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Applicant after: China South Power Grid International Co.,Ltd.

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