电化学噪声测试技术

氢燃料电池系统中的电化学噪声特性研究氢燃料电池系统作为清洁能源的重要代表已经得到了广泛的关注和研究。

其中，电化学噪声作为一种常见的干扰源，对系统性能的稳定性和可靠性产生了重要影响。

因此，针对氢燃料电池系统中的电化学噪声特性展开深入研究，对于提高系统性能和噪声抑制技术的发展具有重要意义。

首先，氢燃料电池系统的工作原理需要简要介绍。

氢燃料电池通过氢气在阳极和氧气在阴极的电化学反应产生电能，实现能量转化。

在这一过程中，电化学噪声是由于电子传输和离子传输的随机性引起的，并且会受到温度、压力、湿度等外部因素的影响。

接着，文章将详细探讨氢燃料电池系统中的电化学噪声特性及其来源。

电化学噪声可以分为低频噪声和高频噪声两种类型。

低频噪声主要包括极化噪声和扰动噪声，而高频噪声则与电化学反应过程中的界面电荷转移相关。

在燃料电池系统中，电化学噪声主要由电解质膜、电极材料、催化剂等组件的极化过程以及氢气、氧气的吸附和解吸等因素引起。

此外，文章还将介绍当前氢燃料电池系统中电化学噪声研究的现状和存在的问题。

目前，研究者们在电化学噪声的测量、分析和抑制方面已取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战，如噪声来源的定量化分析、噪声特性与系统性能的关联性等方面有待深入研究。

进一步探讨氢燃料电池系统中电化学噪声的影响及其应对策略。

电化学噪声会导致系统的波动性增加、效率下降以及寿命缩短等问题，因此如何有效地抑制和管理噪声是当前研究的重点之一。

文章将介绍一些常见的抑噪方法，如优化系统设计、改进电极材料、优化控制策略等，以期提高系统的稳定性和可靠性。

最后，文章将总结氢燃料电池系统中电化学噪声特性研究的意义和前景展望。

电化学噪声对系统性能的影响不可忽视，因此深入研究其特性及来源，探索有效的抑噪方法是当前氢燃料电池领域的重要课题。

未来，随着技术的不断进步和研究的深入，相信可以更好地理解和抑制电化学噪声，推动氢燃料电池技术的发展和应用。

金属材料腐蚀检测常用方法概述摘要：当前我国金属材料应用范围极其广泛，但金属材料的腐蚀一直是金属材料使用中的一大常见问题。

在实际的生产实践中应根据具体情况，依据可靠性和适用性的原则选择合适的方法，从而达到高效、准确的检验目的。

关键词：金属腐蚀检测无损检测电化学1、腐蚀检测腐蚀检测是对设备和构件的腐蚀状态、速度以及某些与腐蚀相关的参数进行测量。

其主要目的是：1）确定系统的腐蚀状况，给出明确的腐蚀诊断信息。

2）通过检测结果制定维护和维修策略、调节生产操作参数，从而控制腐蚀的发生与发展，使设备处于良性运行状态。

2、腐蚀检测的常用方法腐蚀检测的方法主要有机械法、无损检测法以及电化学法。

随着现代检测技术的不断发展，各种新型的检测技术在腐蚀检测领域中的应用越来越广泛。

2.1机械方法机械方法主要包括表观检查、挂片法和警戒孔监视法等手段。

表观检查是最基本的腐蚀检查方法，一般是指用肉眼或低倍放大镜观察设备或试样的表面形态、环境介质的变化情况和腐蚀产物的状态；挂片法是将装有试片的支架固定在设备内，在生产过程中经过一定时间的腐蚀后，取出支架和试片，进行表观检查和测定失重；警戒孔监视法是在设备或管道的腐蚀敏感部位的外壁上钻出一些精确深度的小孔，其深度使得剩余壁厚等于腐蚀裕量，或为腐蚀裕量的一部分，由于腐蚀或冲蚀的作用，使剩余壁厚逐渐减少，直至警戒孔处产生小的泄漏。

此外还可用“分级”警戒孔测量实际腐蚀速度。

2.2无损检测方法检测现状金属材料无损伤检测是通过利用声、光、热、电、磁等由于金属材料内部结构的形态以及变化所做出的反应进行检测，从而查明材料内部是否存在异常或者缺陷。

以下就对几种常用无损伤检测方法的应用现状进行分析：激光无损伤检测技术是指由于激光本身所具有的性能，通过给被测材料增加加使其产生形变，材料内部存在异常或者缺陷部位的形变量与正常部位存在差异，而此时激光可以将通过对检测材料施加荷载作用前后所形成的信息图像的叠加来反映其内部结构是否存在缺陷。

科技科技创新科技视界Science &Technology Vision 视界0引言为了最大限度地避免或早期发现腐蚀的发生和发展，在大型工程上需要有一套腐蚀防护监测系统在钢筋腐蚀破坏早期即可直接在结构上灵敏可靠、准确定量而且能无损、经济、简捷、易行地检测结构中钢筋腐蚀的发生、发展速度、破坏程度以及与钢筋腐蚀直接相关的一些混凝土保护参数变化，从而达到预警目的。

常用的非破损检测方法分物理法和电化学法两大类[1-3]。

其中电化学噪声属于电化学方法之一。

电化学噪声(Electrochemical Noise ,ECN )是指在自然电位下，当钢筋发生坑蚀时，电极表面产生的电位或电流随机自发波动现象[4-6]。

通过高分辨率精密电化学仪器记录下这种电化学噪声，并通过快速傅立叶转换，将信号从时域转换到频域，可以测试电位和电流的噪声标准差和极化电阻值，进而确定钢筋腐蚀速率，并且获取有关钢筋表面电化学腐蚀过程的一些宝贵信息[7-8]。

电化学噪声测试对钢筋不会产生扰动。

但测试所需仪器复杂而昂贵，同时需避免其它外界噪声源的耦合干扰。

本试验采用电化学噪声方法测试钢筋在不同腐蚀程度混凝土介质中，采取阴极保护与不采取阴极保护以及阴极保护程度不同情况下的钢筋腐蚀和修复行为及机理。

1原材料与试验方法试验成型五组钢筋混凝土试样。

试样尺寸为100mm ×100mm ×65mm ，试样中埋入两根钢筋，通过导线将两根钢筋连接起来以形成连续的导电通路。

成型时，在拌合水中加预先入氯化钠，以模拟被氯盐侵蚀的混凝土。

其中RC -RS1试样不掺入氯离子，RC -RS2、RC -RS3、RC -RS4试样氯离子掺入量为水泥质量的2.0％，RC -RS5号试样氯离子掺入量为水泥质量的3.0％。

所有试样在室温下湿养护28d 。

养护末期将试样暴露于室外，在RC -RS3试样上表面铺覆一层厚8mm ~10mm 的素水泥砂浆，同时在水泥砂浆内埋入一片80mm ×50mm 的活化钛网作为阳极材料。

2．电化学噪声电化学噪声是指在恒电位(或恒电流)控制下，电解池中通过金属电极溶液界面的电流(或电极电位)的自发波动。

电化学噪声测量是以随机过程理论为基础，用统计方法来研究腐蚀过程中电极／溶液界面电位和电流波动规律性的一种新颖的电化学研究力法。

l968年Iverson首次记录了腐蚀金属电极的电位波动现象，从此腐蚀领域中的噪声研究引起了人们关注。

70年代中期，科学家开始对腐蚀体系的噪声进行了较多的研究，认为通过噪声分析，可以获得孔蚀诱导期间的信息，可以较准确地计算出孔蚀电位及诱导期。

此外。

应用电化学噪声分析还可以评价缓蚀剂的性能，研究表面膜破坏一修补过程，探测出膜的动态性能等。

2．1 噪声谱的分析原理噪声谱分析就是将电极电位或电流随时间波动的时间谱，通过FFT变换成功率密度随频率变化的功率密度谱，再通过功率谱的主要参数fc来研究局部腐蚀的特征。

电化学噪声的时间谱是时域图谱，它显示噪声瞬时值随时间的变化。

图9—7表示铁铬合金在时域的电流噪声图谱。

在孔蚀诱导期，出现了数量可观的电流尖脉冲，它揭示了噪声与引起这种噪声的物里现象的内在关系，有助于研究孔蚀的具体历程。

噪声功率密度谱是频域图谱，表示噪声与频率的关系，即噪声频率分量的振幅随频率变化的曲线。

噪声功率密度谱易于解析及分析规律性。

由电化学噪声的时域图谱变换为频域图谱是通过快速傅里埃变换(FFT)实现的。

若恒电位控制，则通过FFT得到电压自功率密度谱为：电流互动率密度谱为：式中E(ω)——施加电位的频域谱；E*(ω)——施加电位频域谱的复数共轭值；I(ω)——响应电流的频域谱。

1og P为功率密度(PDS)的对数，通过噪声的功率密度谱(即功率密度随频率的变化)，通常以PDS—1og f作图，可以得到表征局部腐蚀的主要参数f c从电化学噪声功率谱分析，所测噪声均为1/ f n噪声，即噪声功率密度1ogP与1og f成直线关系，斜率为n。

功率谱的主要参数f c的表示如图9—8所示。

文章编号:10044736(2003)02002003电化学噪声测试技术宣爱国(武汉化工学院化工与制药学院,湖北武汉430073)摘　要:综述了电化学噪声测试中的几个技术问题,并进一步讨论了其完善措施.关键词:电化学噪声;取样频率;增益;低通去假频滤波器中图分类号:T G 174.3 文献标识码:A收稿日期:20020923作者简介:宣爱国(1956主要从事化工热力学教学及化工产品的开发研究工作.0　引　言电化学噪声指的是电化学系统中因电极界面反应而引起的电极电位和电流的波动.由于金属腐蚀过程中其本身的电学状态随机波动,其化学信号和腐蚀金属电极之间的关系迄今为止仍未建立完整的测试体系,不利于对金属腐蚀的监护和研究.国内外关于电化学噪声的研究,绝大部分都集中在借助成型的仪器进行噪声测试或探讨噪声数据的分析工具及方法.因此电化学噪声的测试技术有待进一步探讨和完善[1].1.　几个测试技术问题1.1　最佳取样频率电化学噪声最佳取样频率取决于产生噪声的过程和所采用的分析方法[2].一般而言,电化学系统中的噪声可以分为3种类型,即热效应噪声、散粒效应噪声和闪烁噪声.前两者主要影响功率谱密度PSD(Pow er Spectral Density)曲线中的白噪声水平,而闪烁噪声具有1/f 的特征被认为是钝性金属表面膜层的破坏与修复的必然结果[3],它主要影响PSD 曲线的倾斜部分.一些分析方法是采用噪声功率谱密度PSD 的低频极限,在这种情况下,不需要取样速度特别快.但是需要一个相应的低通去假频滤波器,而这种滤波器难以获得或产生.关于最佳取样频率,有两个技术类型,一个是低频取样,其频率为1Hz 左右,它能够容易地用数字电压表完成.对于电源频率,它可以提供一个良好的间隙,并容易对电源频率产生阻碍作用.另一个是使用较高的频率10～30Hz,它可以过滤除去电源频率干扰,允许有很低的间隙,但短时间内取样则难以完成较高的分辨率和准确度.电化学噪声功率谱密度随着频率增加而明显下降,而仪表噪声在较高频率下更接近于白噪声,欲使得其结果达到低于电化学噪声水平的仪表噪声就变得愈来愈困难,当取样频率增大时,取样频率的上限由被达到的仪表噪声所决定.一般来说,对于腐蚀研究,需要获得全部可能的信息,这就意味着所使用的取样频率应该尽可能快,以获得最大可能高频信息.因此,最佳取样频率应为所测系统的容量与电化学噪声相匹配.1.2　最佳记录时间对于腐蚀监测应用技术,测量本身将延续很长的周期.在这种情况下,由连续收集的时间记录所产生的数据有许多问题.它常常易于减少贮存前的数据,对所获得的低频率信息不加以限制,容易造成频率的重叠.对于现代计算机多功能操作系统,电化学噪声测量的关键装置是频谱分析仪,它具备快速付立叶变换(FFT)的数学处理功能,能自动完成噪声时间谱、频谱和功率密度谱的显示、存储与测量.如果后继快速付立叶变换处理不存在问题的话,时间记录最好以合理片段贮存.带有1024至1096片段的贮存器,连续的1024点时间记录,可记录600000个点.因为许多腐蚀系统在很长的周期都保持静态,且分析方法与电化学的PSD 的低频率有关,对时间记录要求较长.为确保达到可靠的低频率极限,移动式贮存器则较为方便.1.3　信号的处理记录一般说来,电化学噪声的测量有两种技术:模拟技术和数字技术[4,5].模拟技术是工作于模拟信号的电子电路,其模拟信号是连续的,主要研究信号的放大以及各种形式信号的产生、变换和反馈.它使用电子放大器及信号过滤器,提供低频噪声信号的均方根值.数字技术是工作于数字信号的电子电路,其数字信号是量子化和不连续的,只按第25卷第2期 武　汉　化　工　学　院　学　报 Vo l.25　N o.2　2003年6月 J.　Wuhan Inst.　Chem.　T ech. Jun.　2003有限多个阶梯取值,如0和1.它重点研究各个基本单元状态之间的因果关系,如收集非过滤的信号数据,包括原始数据记录,统计分析及频域转换分析技术等.模拟技术对时间记录的准确性有限制,并对后续数据分析的适应性较差,因此几乎所有现代电化学噪声测量都使用数字技术,其测量流程框图见图1.图1　数据获取系统的流程框图F ig.1　Block diagr am of data acquisition syst em 在偶联工作电极对之间的电流,通过零级电阻电流计(Zero resistance ammeter ,ZRA)被转变为电压,在偶联工作电极和参考电极之间的电压由电压放大器加以调控.值得注意是,在每一个通道中都要使用低通去假频滤波器,受控信号被转移为数字信号并加以记录,进一步传送给计算机以贮存和分析.1.4　增益(Gain)在电化学噪声测试分析中,放大器的电压增益,在给定频率下,被定义为G V =20lg A V ,其中A V 为电压放大倍数.将电位噪声信号直接传送给数字式电压表,可明显地避免由仪表产生的附加噪音,通常在Nyquist 频率与由仪表移除的频率之间有一个假频问题.因此,在去假频滤波器之前,放大器被用来调控电极电位,成为一个缓冲放大器,其增益为1,这样可以减少后续步骤对仪表噪声的贡献.电化学噪声测量中的一个问题是必须提供较大的直流电水平,如果一个参比电极被用来测量偶联工作电极的电位时,这就限制了放大作用,其增益为10或更小.原则上,如果放大器不过载的话,使用稳态的、低噪音电压旁路让平均电压接近于0是可能的,以致于较大的增益能够被使用.放大器的电流增益G I =20lg A I ,其中A I 为电流放大倍数,它的显著优点是测量小电流时,能较容易的获得所测电阻的必须值,其工作电路见图2.(a)标准电流放大器(b )带电压增益的电流放大器图2　电流放大器电路F ig .2　Curr ent amplifier oper ation with volt age gain与电压放大器一样,电流放大器可以与低通滤波器结合,通过并联一个电容,以排除电源频率干扰,减少放大器的增益并防止饱和.1.5　信号波形的检测引起电化学系统电位、电流波动的因素很多,如试样表面的电化学反应,因反应产生的气泡逸出而导致电极反应面积变化、表面保护膜层的破裂等.这些均会引起电位信号的突变,并且随着表面与介质相互作用,其电位逐渐复原.噪声信号具有时变特征,采用小波变换,能够提取发生点蚀电化学噪声信号和系统噪声在多尺度分率空间中的波形特征,从而实现对信号突变点的检测[6].2.　结　语近十年来,电化学噪声测量技术作为腐蚀电化学研究的前沿,已经引起越来越多研究者的兴趣,对航空铝合金、锰钢、黄铜等材料孔蚀、缝隙腐蚀过程中的电化学噪声特征的研究方兴未艾.电化学噪声测量技术完整地将金属的腐蚀机理研究和防护科学在理论上和技术上都大大向前推动了一步.参考文献:[1]　刘晓方,王汉功,权高峰,等.电化学系统噪声分析进展[J ].腐蚀科学与防护技术,2001,13(2):101105.[2]　Rober t Co ttis ,Stephen T urgo ose ,ElectrochemicalImpedance and N oise [M ].Houston:N A CE Interna-tional .1999.[3]　张　昭,张鉴清,王建明,等.硫酸钠溶液中2024T 3铝合金孔蚀过程的电化学噪声特征[J ].中国有21第2期宣爱国:电化学噪声测试技术研究色金属学报,2001,11(2):284287.[4]　李　欣,齐晶瑶,王郁萍.金属腐蚀电化学噪声测量法的研究与进展[J].哈尔滨建筑大学学报,1997,30(6):113117.[5]　董泽华,郭兴蓬,郑家焱木.电化学噪声的分析方法[J].材料保护,2001,34(1):2023.[6]　刘晓方,王汉功,权高峰,等.利用小波变换检测电化学噪声信号波形[J].分析化学,2001,29(2):161164.Some determining skills in electrochemical noiseXUAN Ai guo(School of Chemical Eng ineer ing and P harmacy,Wuhan Institute of Chemical T echnolog y,Wuhan430073,China)Abstract:Som e determining technical matters in electrochemical noise w ere sum marized,and its perfact methods w ere discussed.Key words:electrochem ical noise;sampling frequency;gain;low pass antialiasing filter本文编辑:付中林☆(上接第17页)Separation of arachidonic acid from lipid using silver ion complexationCHEN W en li1,Y U Long j iang2,O UYANG Yi de3,CHEN Zhong3(1.A nalysis and T est Cent er,W uhan Institute of Chemical T echno log y,W uhan430073,China;2.School o f Life Science and T echnolog y,Huazhong U niver sity of Science and T echno log y,Wuhan430074,China;3.Schoo l of Chem ical Eng ineer ing and P harmacy,Wuhan Institute of Chemical T echnology,W uhan430073,China)Abstract:Com plexation ex traction of some unsaturated fatty acid compounds w ith silver ion w as studied. The ex perimental results show ed that the suitable concentration of silver nitrate is3.0mol/L.After com-plexation ex tration,the purity of arachidonic acid w as increased to51.69%from15.14%in the crude oil, and the recovery w as97.15%.Key words:silver ion complexation;arachidonic acid;lipid本文编辑:付中林22武汉化工学院学报第25卷。

电化学阻抗谱(eis)和电化学噪声(en)技术的基本概念。

电化学阻抗谱(EIS)和电化学噪声(EN)是两种电化学测试技术，用于研究电化学系统的性质和行为。

以下是它们的基本概念：
1. 电化学阻抗谱(EIS)：
电化学阻抗谱是一种频率响应测试方法，用于测量电化学系统中电流和电压之间的阻抗。

它是通过在系统中施加一个小的交流电信号，然后测量响应的电流和电压的变化来实现的。

通过改变频率，可以获得不同频率下的电化学系统的阻抗谱。

电化学阻抗谱提供了关于电极、电解质和界面的信息，例如电化学反应的速率、电荷传递过程和界面的特性等。

2. 电化学噪声(EN)：
电化学噪声是一种测量电化学系统中随机电流或电势信号的技术。

这些信号通常在微秒到毫秒的时间范围内存在，并代表了系统中的随机变化。

电化学噪声的产生源于电化学反应中的随机事件，例如电子转移、扩散和吸附等。

通过对电化学噪声进行分析，可以获得与电化学系统的性质相关的信息，例如反应速率、电荷传递机制和界面的特性等。

总结来说，电化学阻抗谱和电化学噪声是两种用于研究电化学系统性质和行为的测试技术。

电化学阻抗谱通过测量电流和电压之间的阻抗来获得信息，而电化学噪声则通过测量随机电流或电势信号来获得相关信息。

电化学噪声的分析与应用——Ⅰ.电化学噪声的分析原理张鉴清;张昭;王建明;曹楚南
【期刊名称】《中国腐蚀与防护学报》
【年(卷),期】2001(21)5
【摘要】概述了电化学噪声的产生机理、分类方法及电化学噪声技术相对于其它研究手段的优良特性 .介绍了电化学噪声的测量方法及测量过程中的注意事项 ,重点讨论了电化学噪声的数据处理技术 (时域分析、频域分析和电化学发射光谱等 ) ,比较了它们各自的优缺点 .并根据目前电化学噪声技术分析中所存在的问题 ,提出了今后的研究及应用方向 .
【总页数】11页(P310-320)
【关键词】电化学噪声;产生机理;数据处理
【作者】张鉴清;张昭;王建明;曹楚南
【作者单位】浙江大学化学系
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.36
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2.电化学噪声技术的基本原理及其在腐蚀研究方面的应用 [J], 韩建伟
3.利用电化学阻抗谱和电化学噪声分析薄有机涂层的腐蚀过程 [J], 刘继慧;邵亚薇;
孟国哲;张涛;王福会
4.因次分析法在电化学噪声分析中的应用 [J], 张昭;张鉴清;曹楚南;李劲风;王建明
5.电化学噪声的分析与应用Ⅱ.电化学噪声的应用 [J], 张鉴清;张昭;王建明;成少安;曹楚南
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