基于AT89C52的電化學(xué)工作站設(shè)計(jì)

摘要 在電化學(xué)理論的基礎(chǔ)上研制了一臺(tái)電化學(xué)工作站，它包括信號(hào)發(fā)生器、恒電位儀、數(shù)據(jù)采集部分、單片機(jī)及上位工控機(jī)。整個(gè)工作站可對(duì)電化學(xué)系統(tǒng)中電流、電位等信號(hào)進(jìn)行控制和測(cè)量，而且可以實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)功能。與傳統(tǒng)電化學(xué)工作站相比，該工作站采用先進(jìn)的集成電路，系統(tǒng)誤差小、性能優(yōu)良，更因其在陰極保護(hù)方面的優(yōu)良表現(xiàn)使得該工作站具有較高的使用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞 電化學(xué)工作站；陰極保護(hù)；導(dǎo)體電阻測(cè)量

隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬的使用越來越廣泛，但隨之而來的金屬腐蝕問題也不容忽視。因金屬腐蝕而導(dǎo)致的一系列事故，如天然氣管道泄露、雷擊燒毀設(shè)備等，給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來巨大的損失。在設(shè)備的腐蝕研究中，金屬設(shè)備的腐蝕大多數(shù)是以電化學(xué)為主進(jìn)行的，即Fe→Fe2++2e，研究Fe的電子得失速度就可以研究金屬的腐蝕速度。在過去的研究中，常采用的電化學(xué)研究方法是利用恒電位儀來檢測(cè)電極的電位和電流值，畫出電極的極化曲線，然后利用塔菲爾公式求出腐蝕速度。恒電位測(cè)試中，由于采用手動(dòng)操作，隨著腐蝕金屬表面狀況發(fā)生變化，電流數(shù)值漂移較大、讀數(shù)誤差大、測(cè)量速度慢，嚴(yán)重影響了測(cè)試效果。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們將信號(hào)發(fā)生器、恒電位儀、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換儀、函數(shù)記錄儀等組合在一起組成電化學(xué)工作站，這種工作站體積大、儀器多、系統(tǒng)誤差大。因此研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)良的用于腐蝕檢測(cè)和研究的電化學(xué)工作站是必要的。

1 硬件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的電化學(xué)工作站整體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，單片機(jī)將電解池工作所需的電壓波形信號(hào)送入D／A轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換后將波形電壓由外控輸入端送入恒電位儀，同時(shí)單片機(jī)控制繼電器的吸合與斷開，使恒電位儀在恒電位功能與恒電流功能之間切換。A／D轉(zhuǎn)換部分采集電化學(xué)工作站在工作過程中的電流和電位值，并將其送回單片機(jī)，單片機(jī)再將數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)儲(chǔ)存，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。工控機(jī)也是整個(gè)系統(tǒng)的指令發(fā)出者，工控機(jī)將需要執(zhí)行的功能命令發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后，對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行控制。

1．1 恒電位儀
恒電位儀是電化學(xué)測(cè)試中的重要儀器，內(nèi)部含有恒電位和恒電流兩個(gè)功能模塊，通過繼電器進(jìn)行切換。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，兩個(gè)繼電器斷開，電路實(shí)現(xiàn)恒電位功能；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，兩個(gè)繼電器吸合，電路實(shí)現(xiàn)恒電流功能。
1．2 信號(hào)發(fā)生器
文中的信號(hào)發(fā)生器不同于傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器，采用16位D／A芯片DAC8532，將單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)波形輸出。與RC、LC電路相比，該方法簡(jiǎn)單易行且穩(wěn)定性好。該模塊可以對(duì)波形的幅值、頻率及功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
1．3 數(shù)據(jù)采集
文中采用美國(guó)Maxim公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1166進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該芯片內(nèi)部集成了逐次逼近型ADC所必須的逐次逼近寄存器SAR、高精度比較器和控制邏輯外，還集成了時(shí)鐘、4．096 V精密參考源和接口電路。