東華分析——零電阻安培計介紹

基本定義(yi)

零電阻安培計（Zero Resistance Ammeter，ZRA）是一種常見的電化學腐蝕測量技術，通常用於(yu) 測量耦合電流。當ZRA用於(yu) 測量接近1mA的電流時，其電阻可能為(wei) 50kΩ，因此，相比於(yu) 低電流的測量，ZRA方法更適用於(yu) 較高電流的測量。此外，確定安培計能否有效地用於(yu) 測量耦合電流的唯.一標準是它的電壓與(yu) 零的接近程度^[1] 。因此，這種安培計又被稱為(wei) 零電壓安培計（ZVA）。

ZRA的應用

兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 電偶電極之間流動的電流可通過安培計進行測量。當具有不同電極電位的金屬或合金相連並暴露在電解質溶液中時，其中電位較低的材料作為(wei) 陽極，腐蝕加速，而電位較高的材料作為(wei) 陰極，腐蝕減慢。這種在大氣或者電解質溶液中產(chan) 生的電化學腐蝕（即電偶腐蝕）可以使用測量耦合電流的ZRA對電偶腐蝕行為(wei) 進行評估。該方法被廣泛應用於(yu) 實際工程中，如采用ZRA對處於(yu) 海洋環境中的鋼筋混凝土局部腐蝕萌發的判斷^[2]；M.T. Montañés等人^[3]使用ZRA測試溫度和雷諾數對的銅/AISI 304不鏽鋼在溴化鋰中電偶腐蝕的影響，並對電偶腐蝕過程進行了深入分析；Dong等人^[4]采用ZRA對1020碳鋼和304L不鏽鋼電偶對在3.5wt%NaCl+5wt%天然矽砂介質中的腐蝕行為(wei) ，腐蝕效應及規律進行了研究。ZRA方法除應用於(yu) 兩(liang) 種不同電極電位金屬之間的電偶電流測量之外，兩(liang) 個(ge) *相同的電極之間的電化學噪聲（ECN）也可通過ZRA進行測量研究^[5]，如M. Shahidi等^[6]采用ZRA方法測試ECN，並分析比較對稱和非對稱電池對電化學噪聲測試數據的影響。近年來，ZRA還被廣泛應用於(yu) 測量多電極陣列中的耦合電流，安培計由並聯電阻組成，施加可忽略的低電壓，用於(yu) 測量耦合多電極陣列傳(chuan) 感器中的耦合電流^[7]。在這些安培計中，並聯電阻被接入測量電路中，電壓計用來測量並聯電阻上的電壓，通過歐姆定律得出電流。因這一類的安培計中使用的並聯電阻阻值在10~100000Ω之間，這類儀(yi) 表也被稱為(wei) 零電壓安培計。

ZRA的測量方式

3.1 采用反相運算放大器測量ZRA

4.1 激勵信號

測試體(ti) 係

5.1 Cu-Ag體(ti) 係

總結

零電阻安培計是在不施加任何電壓或者電流的情況下，簡單測量陽極和陰極間的自由流動的電流值以及工作電極和參比電極之間的電位差值，是一種常見的腐蝕電化學測量技術。通過ZRA方法，可以測量兩(liang) 種相同金屬體(ti) 係下的電化學噪聲，也能測量兩(liang) 種不同電極電位金屬組成的電偶腐蝕電流，從(cong) 而對腐蝕過程、機理、陰極保護等方麵進行深入研究。此外，確定是否可以使用安培計測量耦合電流的唯.一標準是施加的電壓如何接近零。因此，零電壓安培計（ZVA）在用於(yu) 測量低電流時被用作ZRA的另一個(ge) 術語。

參考文獻

[1] YANG, Lietai; YANG, Andrew A. Communication—On Zero-Resistance Ammeter and Zero-Voltage Ammeter. Journal of The Electrochemical Society, 2017, 164.13: C819.

[2] 楊飛. 碳鋼與(yu) 不鏽鋼在海洋環境中的電偶腐蝕問題研究[D].大連理工大學,2017.

[3] M.T. Montañés, R Sánchez-Tovar, J García-Antón, et al. Influence of Temperature and Reynolds Number on the Galvanic Corrosion of the Copper/AISI 304 Stainless Steel Pair in Lithium Bromide Using a Zero-Resistance Ammeter[J]. International Journal of Electrochemical Science, 2012, 7(5):411-420.

[4] 劉琳. 電沉積鎢合金鍍層與(yu) 基體(ti) 鐵基合金的電偶腐蝕研究[D].湖南大學,2015.

[5] Yang, L., Sridhar, N., Pensado, O., & Dunn, D. S. (2002). An in-situ galvanically coupled multielectrode array sensor for localized corrosion. Corrosion, 58(12).

[6] Shahidi M, Jafari A H ,  Hosseini S . Comparison of Symmetrical and Asymmetrical Cells by Statistical and Wavelet Analysis of Electrochemical Noise Data[J]. Corrosion -Houston Tx-, 2012, 68(11):1082-1089.

[7] Yang, L., Chiang, K. T. K., Shukla, P. K., & Shiratori, N. (2009, March). Internal current effects on localized corrosion rate measurements using coupled multielectrode array sensors. In Corrosion 2009. OnePetro.