电化学工作站的研究与开发

论文摘要

随着工业的发展,金属的使用越来越广泛,但是随之而来的金属腐蚀问题也不容忽视。因金属腐蚀而导致的一系列事故,如天然气管道泄露、雷击烧毁设备等,给工业生产和人们日常生活带来巨大的损失。因此研制出一种结构简单、成本低廉、性能优良的用于腐蚀检测和研究的电化学工作站是十分必要的。本文在电化学理论的基础上,研制了一台电化学工作站,它包括信号发生器、恒电位仪、数据采集部分、单片机以及上位工控机。整个工作站可对电化学系统中电流、电位等信号进行控制和测量。结合工作站内部集成的导体电阻测量系统,可以实现阴极保护的功能。上位机发送操作指令,并且接收保存电化学反应各项参数,便于研究人员后期分析处理。同时,该电化学工作站还具有过载保护功能,在过载时自动断开负载回路,并发出报警声,当故障消除后,设备自动重新运行。硬件方面,采用功率放大器LM1875完成恒电位仪主电路,结合DAC8532、MAX5436以及ADS8361实现整个电化学工作站。软件方面,下位机程序用KEIL C编写,实现工作站功能切换和数据采集；上位机程序用C++Builder创建,完成人机交互界面设计,实现功能指令发送和数据接收保存。与传统的电化学工作站相比,本工作站由于采用先进的集成电路,系统误差小,性能良好,并且整个系统的重量、体积都得到减小,便于设备的搬运。更因其在阴极保护方面的优良表现,使得该工作站具有较高的使用价值和良好的市场前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外电化学工作站发展与研究
• 1.2.1 国外电化学工作站的发展与研究现状
• 1.2.2 国内电化学工作站的发展与研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 电化学测试的基础知识
• 2.1 电极电位的测量
• 2.1.1 电极电位
• 2.1.2 电极电位的测量
• 2.1.3 三电极体系
• 2.1.4 极化时电极电位测量和控制的主要误差来源
• 2.2 电极
• 2.2.1 研究电极
• 2.2.2 辅助电极
• 2.2.3 参比电极
• 2.3 电解池
• 2.3.1 盐桥
• 2.3.2 电解池
• 2.4 本章小结
• 3 电化学工作站系统设计
• 3.1 电化学工作站
• 3.1.1 电化学工作站的组成
• 3.1.2 电化学工作站的基本功能
• 3.1.3 电化学工作站的主要性能指标
• 3.2 系统总体设计方案
• 3.3 恒电位仪
• 3.3.1 恒电位仪基本原理
• 3.3.2 恒电流仪基本原理
• 3.3.3 芯片选型
• 3.3.4 恒电位仪电路设计
• 3.4 信号发生器
• 3.4.1 波形幅值调节
• 3.4.2 波形频率调节
• 3.4.3 功率调节
• 3.5 数据采集模块
• 3.6 数据通讯
• 3.7 导体电阻测量
• 3.8 阴极保护
• 3.9 电源设计
• 3.10 本章小结
• 4 PCB设计及系统硬件调试
• 4.1 电源部分PCB设计
• 4.2 主板部分PCB设计
• 4.3 硬件调试
• 4.4 无线收发模块
• 4.5 本章小结
• 5 电化学工作站软件设计
• 5.1 下位机软件
• 5.2 上位机软件
• 5.3 本章小结
• 6 数据分析
• 7 总结
• 致谢
• 参考文献