適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極的製作方法
2023-07-15 23:56:16
專利名稱：適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種參比電極，尤其是一種能夠在深海高靜水壓力環境中穩定使用的長壽命參比電極。
背景技術：
參比電極用於準確測量所在環境中的金屬及其結構物的電極電位、金屬及其結構物的陰極保護，還可以為自動控制設備提供電位控制信號，應用領域十分廣泛。目前，已知海洋環境中使用的參比電極一般選擇銀/氯化銀參比電極，參比電極的基本結構由外殼、經過氯化後的銀絲製成內電極、電極內鹽橋填充液和隔膜組成。海洋環境特別是深海環境其巨大的靜水壓力、低溫、低溶解氧含量等，其複雜的環境參數使深海環境具有與表層海洋環境相比更加惡劣的服役環境。因此，市場上至今還沒有一種在深海環境中能夠長期、免維 護、穩定使用的參比電極出現。參比電極在工作時，由於氯化銀在高濃度的氯離子溶液中可形成溶解性的銀氯絡合離子，反應如下AgCl+Cl_ AgCL\AgCir+cr AgCl:「。這種銀氯絡合離子在參比電極的液接界面處如果遇到較低濃度的氯離子溶液時其反應逆向進行，形成氯化銀沉澱物，從而在液接隔膜處發生堵塞；其次，由於外界環境的溶液由於濃差擴散的作用對參比電極內鹽橋溶液的稀釋作用，內鹽橋填充溶液還需定期更換；還有，可能在海洋環境中的汙染物通過隔膜進入電極內鹽橋填充液，進而汙染內電極，從而使參比電極的電極電位發生偏移影響其使用壽命。另外，參比電極腔體內由於是液體鹽橋，在加工、運輸、儲存、使用的過程中容易造成參比電極內部的鹽橋填充液滲出或流失，如果在使用時未有發現其鹽橋填充液滲出或流失而直接使用，特別是在深海高靜水壓力環境中使用，由於隔膜的堵塞和外部巨大的壓力作用很容易造成參比電極外殼的形變或壓裂，導致參比電極失效，失去準確測量電極電位的功能，從而引起誤判，甚至造成巨大的經濟損失。
發明內容
本發明的目的在於提供一種耐高壓、免維護、長壽命的適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極。本發明的目的是這樣實現的包括外殼，自上而下布置於外殼內的內電極芯體、鹽橋和隔膜，所述的鹽橋由飽和氯化鉀溶膠凝膠和均勻彌散分布於飽和氯化鉀溶膠凝膠中的氯化鉀粒狀物構成，所述的隔膜為超微孔陶瓷柱，內電極芯體的上端設置環氧密封填充物，內電極芯體的上端連接有穿過環氧密封填充物後引出外殼的電極引線，內電極芯體的下端與鹽橋的上端接觸，鹽橋的下端與超微孔陶瓷柱隔膜的一側接觸，超微孔陶瓷柱隔膜的另一側與外界環境相連。本發明還可以包括I、所述外殼由固定密封套、套管和固定壓帽組成，套管為鈦金屬管且在內、外壁塗覆聚四氟乙烯，固定密封套與固定壓帽通過螺紋分別連接與套管的上端與下端，固定壓帽上有使超微孔陶瓷柱隔膜與外界環境相連的通孔。2、在由銀和氯化銀粉體壓制燒結而成的圓柱狀的內電極芯體的上端鑲嵌純銀柱體，電極引線的一端通過焊錫結點與純銀柱體連接在一起。為了克服現有海洋環境中使用的參比電極使用壽命短、使用過程中需要頻繁更換鹽橋溶液、在深海環境中使用容易被高靜水壓力作用變形甚至破裂失效的問題，本發明提出了一種適用於深海高靜水壓力環境的長壽命參比電極，該參比電極不僅能準確測量普通海洋環境中金屬及其結構物的電極電位、金屬及其結構物的陰極保護，為自動控制設備提供電位控制信號，無需定期更換鹽橋、免維護，尤其能夠在深海高靜水壓力環境中長期穩定使用，實現參比電極耐高壓、免維護、長壽命的特點。本發明的技術方案解決了三大技術難題在參比電極外殼使用鈦金屬管內、外壁塗覆聚四氟乙烯，增強電極外殼強度，避免在深海高靜水壓力環境中使用時參比電極外殼腔體內外巨大的壓力差導致參比電極的外殼形變或壓裂。在參比電極內部使用飽和氯化鉀溶膠凝膠鹽橋，使用固態鹽橋，減緩銀離子和銀氯絡合離子向液接界面擴散，氯化銀在液接 界面上的沉積速度急劇降低；其次，超微孔陶瓷作為參比電極的第二液接界面，防止在電極芯體上的銀離子和銀氯絡合離子在第一界面上形成的氯化銀沉澱而引起的堵塞電極的液接界面從而引起的電極電位的漂移；另外，在參比電極飽和氯化鉀溶膠凝膠中大量均勻彌散分布放置氯化鉀顆粒，使銀/氯化銀內電極一直處於穩定的飽和氯離子濃度，不用頻繁更換。通過採用上述三種技術措施極大地降低了氯化鉀的溶解速度，有效地防止電極電位的漂移，獲得了穩定的電極電位，實現本發明所述參比電極能夠在深海高靜水壓力環境中使用實現耐高壓、免維護、長壽命的使用效果。本發明設計科學，結構合理，性能可靠，耐壓性好，能夠有效防止類似普通參比電極由於長時間使用造成離子堵塞而使參比電極電極電位失穩或失效的現象發生，抗極化能力強、穩定性高，參比電極質量穩定，由於內部均為固體和凝膠的填充物，所以特別能滿足深海高靜水壓力環境下的電化學測量要求，廣泛應用於海洋建築物、深海石油管道、深海探測設備的腐蝕信號監檢測、電化學保護、自動控制設備探頭等等。
圖I是本發明的結構示意圖。圖2為80atm條件下測量的動電位極化曲。圖3a為80atm條件下測量電化學阻抗譜Nyquist圖。圖3b為80atm條件下測量電化學阻抗譜Bode圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明作進一步描述結合圖I。電極引線I 一端通過焊錫結點5與鑲嵌在銀/氯化銀粉體壓制燒結的圓柱狀的內電極芯體7上表面中的純銀柱體6連接在一起，內電極芯體7放置在電極套管10中部，利用環氧密封填充物4固定，要求內電極芯體7露出下表面，其餘表面使用環氧密封填充物4密封；電極引線I另一端穿過環氧密封填充物4後穿出電極套管10上開口並穿過電極固定密封套3通孔延伸至參比電極主體之外作為連接監、檢測設備與電化學工作站等信號接口之用；電極套管10上端內加工有外螺紋，電極固定密封套3內壁加工螺紋，電極套管10上端外壁加工的內螺紋與電極固定密封套3以螺紋連接，之間加入耐壓密封墊2實現電極上端的固定和密封；電極套管10內部下端整個空間內填充飽和氯化鉀溶膠凝膠8，並在飽和氯化鉀溶膠凝膠8中彌散分布氯化鉀顆粒物9，電極套管10下端外壁加工螺紋，與電極下端電極固定帽12內壁加工的內螺紋實現咬合；電極固定帽12與電極套管10咬合空間中利用耐壓密封墊2和實現對超微孔陶瓷柱11的固定和密封；電極固定帽12下端有通孔，實現超微孔陶瓷柱11下表面與外界環境相連，超微孔陶瓷柱11上表面與飽和氯化鉀溶 膠凝膠相連。
權利要求
1.一種適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極，包括外殼，自上而下布置於外殼內的內電極芯體、鹽橋和隔膜，其特徵是所述的鹽橋由飽和氯化鉀溶膠凝膠和均勻彌散分布於飽和氯化鉀溶膠凝膠中的氯化鉀粒狀物構成，所述的隔膜為超微孔陶瓷柱，內電極芯體的上端設置環氧密封填充物，內電極芯體的上端連接有穿過環氧密封填充物後引出外殼的電極引線，內電極芯體的下端與鹽橋的上端接觸，鹽橋的下端與超微孔陶瓷柱隔膜的一側接觸，超微孔陶瓷柱隔膜的另一側與外界環境相連。
2.根據權利要求I所述的適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極，其特徵是所述外殼由固定密封套、套管和固定壓帽組成，套管為鈦金屬管且在內、外壁塗覆聚四氟乙烯，固定密封套與固定壓帽通過螺紋分別連接與套管的上端與下端，固定壓帽上有使超微孔陶瓷柱隔膜與外界環境相連的通孔。
3.根據權利要求I或2所述的適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極，其特徵是在由銀和氯化銀粉體壓制燒結而成的圓柱狀的內電極芯體的上端鑲嵌純銀柱體，電極引線的一端通過焊錫結點與純銀柱體連接在一起。
全文摘要
本發明提供的是一種適用於深海高靜水壓力環境下的長壽命參比電極，包括外殼，自上而下布置於外殼內的內電極芯體、鹽橋和隔膜，其特徵是所述的鹽橋由飽和氯化鉀溶膠凝膠和均勻彌散分布於飽和氯化鉀溶膠凝膠中的氯化鉀粒狀物構成，所述的隔膜為超微孔陶瓷柱，內電極芯體的上端設置環氧密封填充物，內電極芯體的上端連接有穿過環氧密封填充物後引出外殼的電極引線，內電極芯體的下端與鹽橋的上端接觸，鹽橋的下端與超微孔陶瓷柱隔膜的一側接觸，超微孔陶瓷柱隔膜的另一側與外界環境相連。本發明能滿足深海高靜水壓力環境下的電化學測量要求，廣泛應用於海洋建築物、深海石油管道、深海探測設備的腐蝕信號監檢測、電化學保護、自動控制設備探頭等。
文檔編號G01N27/30GK102944594SQ20121017968
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者劉斌, 張濤, 邵亞薇, 孟國哲, 王豔秋 申請人:哈爾濱工程大學