薄膜电阻探针感应器在室内腐蚀监测中的应用

     2006年2月，学者SeonYeob Li等在期刊《Sensors and Actuators》上发表了文章《薄膜电阻探针感应器在室内腐蚀监测中的应用》。文章中作者介绍了其开发的一款高性能的薄膜电阻探针感应器，作者通过列举其利用该探针所做的一系列监测数据，证明了其对钢在不同环境条件下的腐蚀监测的可行性。

首先作者介绍了电阻探针腐蚀监测方法的基本原理，以及该方法的优缺点，同时提出了当时的已有的电阻探针在监测方面存在的灵敏度低、响应时间短的不足，并提出了提高探针灵敏度的两种主要方法：第一种即合理设计探针几何尺寸，尽可能减小探针厚度，而在丝状、柱状、片状三种主要的探针形式中，片状是最容易在工艺上进行减薄的形式，因此文章中开发的电阻探针即选用了片状模式；第二种方法就是在测量电路上进行改进，减小测量过程中外界环境对测量结果的干扰，提高整个测量电路的精确度。文章中开发电阻探针时主要着重与第一个方面进行改进。

为了达到优异的探针灵敏度——即获得很薄的探针金属部分，文章中采用了直流磁控溅射技术将韩标SM45C 钢镀到三氧化二铝基底上。其镀膜的制造流程如下图所示：

图1 镀膜制造流程

 

磁控溅射镀膜以后，利用快速固化环氧树脂技术，将探针的参考部分即电路部分密封起来，以防止温度等对其影响。最终制得的探针的几何形状如下图所示：

图2 探针镀膜几何结构

 

随后作者利用该探针在室内做了一系列实验，以验证其监测的可行性，最终结果显示该探针具有良好的稳定性和灵敏度，作者又将其置于室外地埋管线附近，对聚乙烯包覆的地埋管线进行腐蚀监测，同时还在探针的嵌入部位埋置了腐蚀挂片，进行失重挂片法测量。其探针安装示意图如下所示：

图3 探针安装示意图

最终电阻探针法和腐蚀挂片法所得数据对比图如下所示：

图4 探针与腐蚀试片测试结果对比

通过对两种方法测量结果的对比，作者分析了电阻探针在室外进行腐蚀监测时，其探针安装位置处电线杆的外溢电流对其监测结果的影响，以及土壤中微生物对监测结果的影响。通过文章中大量的实验数据分析，作者最终提出其开发的电阻探针在各行业的腐蚀监测中具有较好的应用性。