传感器的有效面积测试

 
 
使用电化学传感器进行测试前,必须明确其有 效测试面积。为了得到传感器在某功能饮料中的有 效测试面积,设计了灌装法进行实验。将传感器吸 附在罐体产品上,电极部分伸人罐中并保持固定的 位置,通过向实罐中添加不同体积的功能饮料,观 察极化电阻值随添加饮料溶液体积的变化。图2是 实罐中分别装有60、80、120、160 ml功能饮料所 测得的线性极化曲线,图3为拟合得到的极化电阻 值。从图中可以发现,当溶液体积达到一定值(约 100 ml)之后,其极化电阻值不再明显下降。因此 传感器的有效测试面积约为装有100 ml功能饮料 时所对应的罐体内部的表面积,约为95 cm2
 
饮料实罐产品进行EIS测试,每个实罐内装有250 ml功能饮料,EIS结果如图4所示。由图可知, 不同罐的EIS特征不同。si的Nyquist图基本呈 现一个压扁的不规则的容抗弧特征,尚未发展成为 两个容抗弧的特征,说明有机涂层具有较好的防护 作用,其低频阻抗模值I z丨接近于10s n • cm2,有机涂层通过阻止或延缓电解质溶液渗人到 基底金属与涂层的界面来达到保护基底金属的目 的,此时EIS的电化学等效电路可由图5(a)表 示;s2、s3、s4的EIS图呈现双容抗弧特征,表 征涂层性能的高频容抗弧大大减小,而且出现了表 征基底金属镀锡薄钢板的腐蚀反应特征的低频容抗 弧,表明由于涂层吸水,防护性能变差,电解质溶 液已经渗透通过涂层,此时EIS的电化学等效电 路可由图5(b)表示。模型中各参数的意义:尺 为溶液电阻;为涂层电容;亿表示涂层电阻, Qd,为界面双电层电容;尺,为电荷转移电阻。根据 涂层/金属体系的电化学等效电路模型(图5),由 Zsimpwin软件进行拟合得到的Qt值、Q&值、艮 值和尺,值如图6所示。从图6(a)中可以看到, R,值的变化顺序为sl>s4>s2>s3,亿,值的变化 顺序为S2>S4>S3。图6(b)中可以看到Q。值的 变化顺序为s3>s4>s2>sl,Qa/值的变化顺序为 s3>s4>s2。艮值的下降和值的升高表明涂层 的防护性能变差,民,值的下降和Qa;值的升高则表 明基底金属的腐蚀加剧。s3的艮值和值最低 而Qo值和值最大,表明s3的腐蚀最严重。实 堵si的涂层电阻值大于108 n • cm2,而其余3个 实罐的涂层电阻值均小于108fl*cm2,因此通过涂
 
3结论
 
(1)研制了适用于饮料金属包装实罐腐蚀检测 的电化学传感器。
 
(2) EIS结果表明,实罐sl的EIS尚未发展 成为两个容抗弧的特征,涂层电阻值大于108 n • cm2,表明涂层防护性能良好;实罐s2、s3和s4 的EIS均呈现双容抗弧特征,涂层电阻值均小于 108 fl • cm2,表明该有机涂层失去了防护性能。
 
(3) EN结果表明:S3和s4电流噪声暂态峰 的数量相比sl和s2多,幅值增大,表明局部腐蚀 敏感性增加。电化学测试结果表明4个实罐的性能 不同,且与服役期有关,因此所研制的传感器可以 进行实罐性能检测,并为评估金属包装产品的货架 寿命提供科学依据。
 
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