基于A(yíng)T89C52的電化學(xué)工作站設計

摘要 在電化學(xué)理論的基礎上研制了一臺電化學(xué)工作站，它包括信號發(fā)生器、恒電位儀、數據采集部分、單片機及上位工控機。整個(gè)工作站可對電化學(xué)系統中電流、電位等信號進(jìn)行控制和測量，而且可以實(shí)現陰極保護功能。與傳統電化學(xué)工作站相比，該工作站采用先進(jìn)的集成電路，系統誤差小、性能優(yōu)良，更因其在陰極保護方面的優(yōu)良表現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；導體電阻測量

隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展，金屬的使用越來(lái)越廣泛，但隨之而來(lái)的金屬腐蝕問(wèn)題也不容忽視。因金屬腐蝕而導致的一系列事故，如天然氣管道泄露、雷擊燒毀設備等，給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來(lái)巨大的損失。在設備的腐蝕研究中，金屬設備的腐蝕大多數是以電化學(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(guò)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(lái)檢測電極的電位和電流值，畫(huà)出電極的極化曲線(xiàn)，然后利用塔菲爾公式求出腐蝕速度。恒電位測試中，由于采用手動(dòng)操作，隨著(zhù)腐蝕金屬表面狀況發(fā)生變化，電流數值漂移較大、讀數誤差大、測量速度慢，嚴重影響了測試效果。隨著(zhù)電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們將信號發(fā)生器、恒電位儀、對數轉換儀、函數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、系統誤差大。因此研制一種結構簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)良的用于腐蝕檢測和研究的電化學(xué)工作站是必要的。

1 硬件設計
設計的電化學(xué)工作站整體硬件結構如圖1所示。首先，單片機將電解池工作所需的電壓波形信號送入D／A轉換模塊，經(jīng)過(guò)D／A轉換后將波形電壓由外控輸入端送入恒電位儀，同時(shí)單片機控制繼電器的吸合與斷開(kāi)，使恒電位儀在恒電位功能與恒電流功能之間切換。A／D轉換部分采集電化學(xué)工作站在工作過(guò)程中的電流和電位值，并將其送回單片機，單片機再將數據發(fā)送到工控機儲存，以便于后續的數據處理。工控機也是整個(gè)系統的指令發(fā)出者，工控機將需要執行的功能命令發(fā)送給單片機，經(jīng)過(guò)單片機處理后，對相應的模塊進(jìn)行控制。

1．1 恒電位儀
恒電位儀是電化學(xué)測試中的重要儀器，內部含有恒電位和恒電流兩個(gè)功能模塊，通過(guò)繼電器進(jìn)行切換。當控制信號為高電平時(shí)，兩個(gè)繼電器斷開(kāi)，電路實(shí)現恒電位功能；當控制信號為低電平時(shí)，兩個(gè)繼電器吸合，電路實(shí)現恒電流功能。
1．2 信號發(fā)生器
文中的信號發(fā)生器不同于傳統信號發(fā)生器，采用16位D／A芯片DAC8532，將單片機發(fā)送的數據進(jìn)行數模轉換，實(shí)現波形輸出。與RC、LC電路相比，該方法簡(jiǎn)單易行且穩定性好。該模塊可以對波形的幅值、頻率及功率進(jìn)行調節。
1．3 數據采集
文中采用美國Maxim公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位模數轉換器MAX1166進(jìn)行數據采集。該芯片內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。