CN101191765A - 一种海洋大气腐蚀环境监测传感器及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋腐蚀环境监测装置，具体地说是一种海洋大气腐蚀环境监测传感器及监测方法，传感器包括电解池帽、钢制薄壁圆桶、镍棒及屏蔽导线，在钢制薄壁圆桶内壁镀镍，然后盛入电解液，将固接在电解池帽上的镍棒插入钢制薄壁圆桶中；镍棒与钢制薄壁圆权上的屏蔽导线由电解池帽引出，再将钢制薄壁圆桶与电解池帽密封；引出的屏蔽导线通过接插件与恒电位仪相连，传感器内部为腐蚀信号监测工作电解池，钢制薄壁圆桶内壁镀镍层为信号检测工作面，镍棒外壁为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据采信器和计算机相连对传感器信号进行采集，实现金属材料在大气环境中腐蚀速度和环境腐蚀性的监测。

Description

一种海洋大气腐蚀环境监测传感器及监测方法

技术领域

本发明涉及海洋腐蚀环境监测装置，具体地说是一种海洋大气腐蚀环境监测传感器及监测方法。

背景技术

对于金属材料腐蚀和环境腐蚀性的监测，世界各主要发达国家都十分重视。英国北海油田在二十世纪八十年代就积极进行海洋腐蚀环境测量，评价其腐蚀能力并绘制了腐蚀图谱。腐蚀监测在各国海洋石油平台上得到了普遍应用。

研制先进的腐蚀环境现场监测设备，实现对腐蚀环境腐蚀性的长期、快速、连续监测，其中关键技术是开发新型监测传感器及监测方法。在大气腐蚀性监测方面，目前现有的传感器为薄板重叠式大气腐蚀传感器，但其在使用上有局限性，只能在空气湿度较高时才可以使用。而在低湿度条件下使用时，不能得到合理的结果。

此外，在腐蚀性图谱绘制方面，北美、澳大利亚和南非均绘制了该国或该地区的腐蚀图谱，为汽车工业、港湾大桥、花园篱笆，甚至为农民的庭院栅栏提供腐蚀防护的依据。澳大利亚的腐蚀图谱较为细致，可以估算每一地区的腐蚀发展速率，包括14700个城镇和郊区。在我国只有部分石油开发区的腐蚀图谱，图谱的编制主要根据挂片获得的腐蚀数据。用这种方法绘制腐蚀性图谱速度慢、成本高。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种海洋大气腐蚀环境监测传感器及监测方法，能够实现对金属材料在海洋大气腐蚀环境条件下腐蚀发展速度和环境腐蚀性强弱变化进行长期、快速、连续地监测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括电解池帽、钢制薄壁圆桶、镍棒及屏蔽导线，其中钢制薄壁圆桶的内壁上镀有镍层，镍棒的一端固接在电解池帽上，另一端插入装有电解液的钢制薄壁圆桶中；镍棒及钢制薄壁圆桶上均连接有屏蔽导线，由电解池帽引出。

其中：所述镍棒与电解池帽之间及钢制薄壁圆桶与电解池帽之间为密封连接；所述镍棒不与钢制薄壁圆桶接触地插入其中；所述电解池帽采用尼龙棒或聚四氟乙烯绝缘材料。

本发明应用海洋大气腐蚀环境监测传感器的监测方法，在钢制薄壁圆桶内壁镀镍，然后盛入电解液，将固接在电解池帽上的镍棒插入钢制薄壁圆桶中；镍棒与钢制薄壁圆权上的屏蔽导线由电解池帽引出，再将钢制薄壁圆桶与电解池帽密封；引出的屏蔽导线通过接插件与恒电位仪相连，传感器内部为腐蚀信号监测工作电解池，钢制薄壁圆桶内壁镀镍层为信号检测工作面，镍棒外壁为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据采信器和计算机相连对传感器信号进行采集，实现金属材料在大气环境中腐蚀速度和环境腐蚀性的监测。

其中：镀镍液为250g/L硫酸镍[NiSO₄.6H₂O]、45g/L氯化镍[NiCl₂.6H₂O]、40g/L硼酸[H₃BO₃]的混合液；所述电解液及镀镍液为优级纯试剂与优质蒸馏水配制；应用的传感器工作温度在-5℃～60℃。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明可测量大气环境条件下金属材料的腐蚀速度，也可评价环境腐蚀性的变化；由于本发明是根据腐蚀反应产生扩散进入传感器内部的氢来监测腐蚀反应速度，不依赖金属表面液膜的连续性，因此在环境湿度较低时也可实施监测，弥补了现有叠片式传感器在环境湿度较小时测不到信号的不足。

2.本发明在钢制薄壁圆桶的内壁镀有镍层，由于镀镍层的催化作用，腐蚀过程中产生的原子氢能够完全被氧化，因此测到的氧化电流即传感器信号输出能够完全反映金属材料的腐蚀行为。

3.本发明传感器成本低，操作简单，精度高，较低的腐蚀速度也可通过测量氢的氧化电流的变化反映出来。

4.本发明采用镀镍层，同其他镀层相比具有钝化电流小的特点，因而背景电流小。

5.本发明监测的实现即可设计成专用仪器，也可利用现有恒电位仪与数据记录器和计算机组成监测系统，根据情况有多种实现方式，因而降低了监测成本。

附图说明

图1为本发明传感器的结构示意图；

图2为本发明监测系统示意图；

图3为海洋大气环境中氢渗透电流与环境湿度关系图谱；

图4为实验室实验结果与实际大气中结果比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明的监测传感器包括电解池帽1、钢制薄壁圆桶2、镍棒3及屏蔽导线5，其中钢制薄壁圆桶2的内壁上镀有镍层，镍棒3的一端固接在电解池帽1上，另一端插入装有电解液4的钢制薄壁圆桶2中，但不与钢制薄壁圆桶2接触。镍棒3及钢制薄壁圆桶2上均连接有屏蔽导线5，由电解池帽1引出。镍棒3与电解池帽1之间及钢制薄壁圆桶2与电解池帽1之间用密封胶密封连接，确保屏蔽导线5与钢制薄壁圆桶2和镍棒3之间的连接点不与电解液4接触。密封胶有多种选择，本实施例为环氧树脂密封胶。电解池帽1采用尼龙棒或聚四氟乙烯等绝缘材料制成。

本发明应用传感器的监测方法为：

1.将钢制薄壁圆桶2内壁镀镍，镀镍液为250g/L硫酸镍[NiSO₄.6H₂O]、45g/L氯化镍[NiCl₂.6H₂O]、40g/L硼酸[H₃BO₃]的混合液，镀镍前和镀镍后均需用无水酒精、丙酮采用超声波清洗干净，冷风吹干。镀镍液也可采用其它配方，本实施例为以上配方，实验证明工作性能良好。

2.将镍棒3一端焊接上屏蔽导线5，与电解池帽1连接、并用密封胶固定在一起，屏蔽导线5由电解池帽1穿过。

3.待密封胶干燥后，在钢制薄壁圆桶2内加入电解液4，本实施例的电解液是用二次或多次蒸馏的蒸馏水配制的氢氧化钠溶液，浓度为0.1～1mol/L。将连接有电解池帽的镍棒3放入钢制薄壁圆桶2内，钢制薄壁圆桶2上的屏蔽导线5由电解池帽1穿出，钢制薄壁圆桶2与电解池帽1上加工好的圆形凹槽配合并用密封胶密封使之成为一实用传感器。加入的氢氧化钠溶液应保证插入镍棒后不溢出圆桶且圆桶内不充满空气。本实施例的钢制薄壁圆桶2由16Mn钢制成。

4.传感器内部为腐蚀信号监测工作电解池，钢制薄壁圆桶2内壁镀镍层为信号检测工作面，镍棒3外壁为腐蚀反应发生面，如图2所示，将屏蔽电极5通过接插件6与恒电位仪(还可制成监测仪，本例为恒电位仪)相连接，恒电位仪信号输出端与数据采信器和计算机相连，对传感器信号进行采集，实现金属材料于大气环境中腐蚀速度和环境腐蚀性的监测。

本发明中的电解液4及镀镍液宜用优级纯试剂与优质蒸馏水配制，传感器可在-5℃～60℃的温度范围内工作。

如图3所示，为本实施例在青岛海滨监测的一个片断。为验证监测结果的正确性或需要对监测结果进行标定，可做少量挂片实验与本发明的监测结果进行比较。图中曲线表示氢渗透电流，方框点表示环境湿度。

如图4所示，为实验室结果与实际海洋大气测量结果的比较，两种结果吻合得很好。氢渗透量与腐蚀失重有很好的线性关系。其中氢渗透量是传感器输出信号的积分值。图中A表示实验室结果，B表示实际大气中结果。

Claims (8)

1.一种海洋大气腐蚀环境监测传感器，其特征在于：包括电解池帽(1)、钢制薄壁圆桶(2)、镍棒(3)及屏蔽导线(5)，其中钢制薄壁圆桶(2)的内壁上镀有镍层，镍棒(3)的一端固接在电解池帽(1)上，另一端插入装有电解液(4)的钢制薄壁圆桶(2)中；镍棒(3)及钢制薄壁圆桶(2)上均连接有屏蔽导线(5)，由电解池帽(1)引出。

2.按权利要求1所述的海洋大气腐蚀环境监测传感器，其特征在于：所述镍棒(3)与电解池帽(1)之间及钢制薄壁圆桶(2)与电解池帽(1)之间为密封连接。

3.按权利要求1所述的海洋大气腐蚀环境监测传感器，其特征在于：所述镍棒(3)不与钢制薄壁圆桶(2)接触地插入其中。

4.按权利要求1所述的海洋大气腐蚀环境监测传感器，其特征在于：所述电解池帽(1)采用尼龙棒或聚四氟乙烯绝缘材料。

5.一种应用权利要求1所述海洋大气腐蚀环境监测传感器的监测方法，其特征在于：在钢制薄壁圆桶(2)内壁镀镍，然后盛入电解液(4)，将固接在电解池帽(1)上的镍棒(3)插入钢制薄壁圆桶(2)中；镍棒(3)与钢制薄壁圆权(2)上的屏蔽导线(5)由电解池帽(1)引出，再将钢制薄壁圆桶(2)与电解池帽(1)密封；引出的屏蔽导线(5)通过接插件(6)与恒电位仪相连，传感器内部为腐蚀信号监测工作电解池，钢制薄壁圆桶(2)内壁镀镍层为信号检测工作面，镍棒(3)外壁为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据采信器和计算机相连对传感器信号进行采集，实现金属材料在大气环境中腐蚀速度和环境腐蚀性的监测。

6.按权利要求5所述的监测方法，其特征在于：镀镍液为250g/L硫酸镍[NiSO₄.6H₂O]、45g/L氯化镍[NiCl₂.6H₂O]、40g/L硼酸[H₃BO₃]的混合液。

7.按权利要求5或6所述的监测方法，其特征在于：所述电解液(4)及镀镍液为优级纯试剂与优质蒸馏水配制。

8.按权利要求5所述的监测方法，其特征在于：应用的传感器工作温度在-5℃～60℃。

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