基于PXI模块虚拟仪器测试系统开发及在腐蚀研究中的应用

摘要

20世纪80年代虚拟仪器技术的出现，由于它在性价比、灵活性，开发周期短等方面的优势，在自动测试和电子测量技术领域得到广泛应用。在腐蚀电化学领域引入虚拟仪器技术，提高测试仪器的可操作性、灵活性，可以根据科研需要，利用现有的硬件模块和软件平台快速构建测试系统，节约成本，减少科研设备投资。
　　本文基于NI公司的PXI模块、LabVIEW软件开发平台和电化学工作站，自行研制了虚拟腐蚀电化学测试系统。该测试系统可以自动近同步测试多通道阵列电极中微电极的电偶电流和电偶电压;自动测试多通道阵列电极中微电极的极化曲线。然后由数据采集卡采集数据，通过UabVIEW软件程序设计，对采集到的数据在PC机上显示并自动保存，该测试系统具有测试速度快、测试精度高、电流与电压同步性好和易与其它电化学测量技术耦合等优点。将该系统与阵列电极技术相结合应用于腐蚀电化学测试，进行了多项实验室模拟测试，取得了较好的的实验效果。
　　利用虚拟测试系统进行了两种不同材料、三种不同尺寸阵列电极（Q235碳钢阵列电极（8×8型、10×10型）、混凝土中HPB300热轧光圆钢筋钢（2×18型）阵列电极）在不同海洋环境下的电偶电流、电偶电压以及极化曲线的测试。实验结果表明:Q235(8×8型)在海水液滴下的腐蚀出现典型的Evans环现象，液滴的中心区是阳极区域，液滴的周围是阴极区域，形成氧浓差梯度是发生电偶腐蚀的主要原因;Q235(10×10型)海水-海泥界面下腐蚀由溶解氧浓度、海泥阻抗和电位差等多因素决定，海泥是阳极区域，海水区域是阴极区域;HPB300热轧光圆钢筋阵列电极（2×18型）在模拟海洋环境下的腐蚀由氧扩散和盐渗透联合控制。
　　从上述实验得出的结论，与文献中的提到的腐蚀行为与机理基本一致，说明该测试系统测试性能稳定，数据可靠，说明该测试系统可以很好的应用于腐蚀电化学测试。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 虚拟仪器技术在国内外发展现状

1．2．2 阵列电极技术在腐蚀研究中的发展

1．3 腐蚀研究中的方法

1．3．1 线性极化曲线法

1．3．2 电偶腐蚀研究方法

1．3．3 阵列电极技术

1．4 虚拟仪器技术概述

1．4．1 虚拟仪器技术的起源

1．4．2 虚拟仪器的组成与分类

1．4．3 虚拟仪器的工作原理

1．4．4 虚拟仪器的特点与应用

1．5 本文主要研究内容

2 基于PXI模块测试系统硬件平台搭建

2．1 PXI模块的选择

2．2 PXI-PCI8360 MXI-Express独立主控组成示意图

2．3 PXI-6251数据采集卡

2．3．1 PXI-6251主要由以下3部分构成

2．3．2 数据采集卡的安装

2．4 PXI-2535矩阵开关

2．5 PXI-4071数字万用表

2．6 NI PXI-4022电流放大器

2．7 CS350武汉科斯特电化学工作站

2．8 本章小结

3 基于LabVIEW的腐蚀电化学测试系统软件设计

3．1 电偶电流与电偶电压同步测试软件设计

3．1．1 系统流程图设计

3．1．2 系统的前面板设计

3．1．3 电偶电流与电偶电压测试原理

3．1．4 系统模块设计

3．2 极化曲线测量软件设计

3．2．1 系统前面板设计

3．2．2 极化曲线测试原理

3．2．3 系统程序框图设计

3．3 本章小结

4 虚拟测试系统在WBE电偶电流、电偶电压测试中的应用

4．1 阵列电极(WBE)制备

4．1．1 Q235碳钢WBE

4．1．2 混凝土中的HPB300热轧光圆钢筋长尺寸2X 18型WBE

4．2 8×8型WBE在海水液滴下的电偶电流与电偶电压测试及实验数据分析

4．3 2×18型WBE在模拟海洋环境下的电偶电流与电偶电压测试及实验数据分析

4．3．1 模拟海洋环境建立

4．3．2 实验数据分析

4．4 10×10型WBE在海泥-海水界面的电偶电流与电偶电压测试及实验数据分析

4．5 测试性能验证

4．5．1 碳钢电偶电流测量结果验证

4．5．2 碳钢电偶电压测量结果验证

4．6 本章小结

5 虚拟测试系统在金属腐蚀定量研究中的应用

5．1 10×10型阵列电极在海水-海泥界面的极化曲线测试

5．1．1 实验测试方法

5．1．2 海水-海泥界面不同位置WBE微电极腐蚀行为比较

5．2 长尺寸2×18型阵列电极在模拟海洋环境下的极化曲线测试

5．2．1 实验测试方法

5．2．2 微电极的腐蚀电流与腐蚀电位

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 论文创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

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