CN101275899B - 一种腐蚀保护状况检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水干湿交替或深海环境中金属结构物腐蚀保护状态自动检测和记录存储装置，属于电化学保护技术领域中的腐蚀保护状况检测装置，金属材料压铸而成的内空式圆柱形耐压壳体内腔中制有含有数据采集单元的内部控制电路，其一端制有封闭的锥式凸出尖，另一端制有相配合的带密封圈的圆式端盖，端盖中心两侧对称制有电缆安装孔；内部控制电路通过多芯电缆经过电缆安装孔与多头传感探头电信息连通，在测量保护参数的同时测量压力和温度并得到压力和温度对电位影响，实现动态测量和存储，获得结构物表面电位分布，并评判与分析，其结构新颖，安装使用简便，适应范围广，自动化程度高，成本低，重量轻，便于携带和重复安装使用。

Description

一种腐蚀保护状况检测装置

技术领域：

本发明涉及一种海水干湿交替环境中金属结构物腐蚀保护状态自动检测和记录存储装置，特别是一种电化学保护技术领域中可用于保护效果的评判，为腐蚀保护措施的改进提供依据的腐蚀保护状况检测装置。

背景技术：

目前，阴极保护技术是解决金属材料腐蚀的重要手段，已广泛应用于船舶、码头、海上石油平台等设施的腐蚀防护。阴极保护的效果一般通过测量电极电位来评判，通过对阴极保护电位及其分布的检测，不仅可以了解金属结构物的被保护状态，而且对这些设施腐蚀防护的优化设计以及效果改进具有重要的指导作用。在实践中，对于海水全浸环境中的金属结构物如船体水下部位可采用固定安装在船体上的参比电极来测量保护电位。其通常的做法是在船体有代表性的部位开孔，将参比电极组件水密地安装在这些位置，在船舱内通过恒电位仪设备或高精度电压表测量船体相对于参比电极的电位，当船体达到一定的阴极极化电位时，则可认为其处于良好的保护状态。但这种方法只能选取少数有代表性的点，安装2～3只参比电极，否则需要在船体上开很多的孔，因此难以获得整个船体表面电位的分布情况。

现有船舶的海水压载舱经常处于海水干湿交替的环境，压载时受到海水腐蚀，空舱时受到潮湿的海洋大气腐蚀，并且结构较为复杂，因此腐蚀问题非常突出。高性能涂层加牺牲阳极阴极保护联合防腐蚀措施被认为是解决该问题的有效途径。通常海水压载舱均安装锌合金或铝合金牺牲阳极，但实际中该部位阴极保护状况的检测一直是个空白，鲜见实际保护效果的测量数据，导致无法正确分析评判阴极保护效果，也无法对该部位的阴极保护做进一步的改进。尽管可以采用与船体保护电位测量相同的方法，但需要在舱壁上开孔，穿引电缆，安装固定式参比电极，而且同样存在难以获得压载舱表面的保护电位分布的问题。其它一些在海水干湿交替间浸环境条件下工作的设备、装置或结构物如海陆两栖装备等也存在上述同样的问题。

申请号为CN85101940的中国专利公开了一种腐蚀电位分布测量装置，采用微机控制步进电极机械扫描测量腐蚀电位，该仪器主要用于实验室进行腐蚀研究，不适合在实际工程中使用。中国专利ZL03271343.6公开了一种测试海洋工程构筑物电位及其分布的模拟装置，可用于保护电位及其分布的测量，但是其主要用于模拟实验研究，也不适合应用于压载舱等海水干湿交替环境中结构物的保护电位测量。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有背景技术存在的问题，设计制作一种能够在海水干湿交替环境条件下对阴极保护参数进行自动检测、记录存储的装置，通过携带多个电位传感探头，一次完成多点的阴极保护参数测量、存储；通过计算机分析软件获得结构物的电位分布；电位采样频率可按要求人为设定。该装置适合海洋环境干湿不断变化过程中或深海环境下金属结构物的保护电位参数测试与存储分析。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括耐压壳体、密封圈、端盖、多芯电缆安装孔、中心控制芯片、数据采集控制模块、信号放大及滤波芯片、数据转换芯片、数据存储模块、电源控制芯片、高效电源和传感探头；金属材料压铸而成的内空式圆柱形耐压壳体内腔中制有含有数据采集单元的内部控制电路，其一端制有封闭的锥式凸出尖，另一端制有相配合的带密封圈的圆式端盖，端盖中心两侧对称制有电缆安装孔；长度500～700mm，外径100～120mm的耐压壳体内腔中密封安装有含有数据采集单元的内部电路的制板体，内部电路通过多芯电缆经过电缆安装孔与多头传感探头电信息连通；电位、压力和温度传感探头与内部电路采用多芯防水电缆连接，在测量保护参数的同时测量压力和温度，并处理得到压力和温度对电位影响；本发明应用于海洋环境中干湿交替或深海条件下检测、记录、存储保护参数；本发明集成的腐蚀保护状况自动检测装置及其电位检测探头安装在被测量设施表面，利用装置自身携带的电池，采用低功耗芯片控制，实现对被测设施表面不同部位阴极保护参数的原位动态测量和存储，从而获得结构物表面电位分布，实现阴极保护效果的评判与分析；本发明装置携带1～20个电位传感探头以及温度和压力传感器，可同时对被测设施表面的温度、海水深度及保护电位分布进行原位测量。

本发明采用紧凑型设计，整体结构包括传感器探头、数据采集单元和耐压外壳；传感器探头与内部控制电路采用多芯防水电缆连接；数据采集单元集成在电路板卡上，并固定在耐压壳体的内部；耐压壳体具有足够的耐压强度和密封性能。

本发明的电位数据采集单元实现自动控制、采集频率、电位测量精度、测量通道等要求，实现多个电位参数的自动检测、储存等功能。该单元装有浸水触发装置，当结构物表面浸海水后，开始启动并按照设定的频率采集电位数据；当结构物表面不浸水时，装置停止测量；浸水触发装置采用水压传感器；电位数据采集频率可以人为设定和调节；检测电路能自动记录和储存测量的电位数据以及对应的时间；设备断电后仍具有数据保存功能；储存的数据下载上传至计算机，进行后续数据处理和分析。

本发明采用银/氯化银参比电极传感器探头，参比电极体为网状结构以增大电极的工作面积，采用热浸涂工艺制造，使参比电极的稳定性明显提高，与粉压法制备的参比电极相比，具有更高的结构强度，不易损坏；与高纯锌或锌合金参比电极传感器相比，具有更高的电位稳定性和抗极化性能。

本发明集成了电位、压力和温度传感器探头，可以在测量保护电位参数的同时测量压力(换算为水深)和温度，得到海水深度和温度对结构物电位的影响；温度和压力传感器安装在装置壳体上；本发明检测装置附带1～20个电位传感器探头，电位检测用参比电极传感器通过电缆与测量装置连接；每只参比电极附带不同长度的电缆，以便于布置在结构物表面不同的位置。

本发明的耐压壳体结构是用于固定电位自动采集单元的外壳装置，实现与传感器探头的外接接口功能，具有耐压密封性能；钛质圆筒式耐压壳体的耐压防水设计采用精密螺纹加双“O”型密封圈的结构，一端为盲孔的圆筒形，另一端的端盖通过精密螺纹加双密封圈与耐压外壳紧密配合，达到在10MPa水压下不泄漏的防水密封要求。

本发明的内部电路采用低功耗芯片节能设计，以适应长时间的正常运行，内部电路由中心控制芯片、数据采集控制模块、信号放大及滤波芯片、数据转换芯片、数据存储模块、电源控制芯片和高效电源电信息连通构成，中心控制芯片和电源控制芯片对其他模块与芯片的供电和工作时间进行控制，最大限度地降低整套装置的功耗；数据存储介质为U盘，其容量可根据检测的数据量进行选择；使用电池组连续供电时间大于1年。

本发明的内部控制电路与耐压外壳之间采用防震设计，电路板和电池组固定在同一块支撑板上，通过橡胶减振片与耐压壳体紧密配合，减少因外壳振动导致的内部结构振动。

本发明的数据采集频率在1次/分钟～1次/天之间根据结构物工况条件变化的快慢而设定；测量电位范围-2.5～2.5V，测量精度为±1mV；温度范围为-10～50℃，精度为0.1℃；压力范围为0～10Mpa；测量参数满足实际工程中电位检测的需要。

本发明与现有技术相比，能够在海水干湿交替环境条件下对阴极保护参数进行自动检测、记录存储，同时完成多点阴极保护参数的测试、存储，获得整个结构物表面电位分布状况；内部电路采用高效电源和低功耗芯片设计；安装使用方法简便易行，可用于海水干湿交替环境工况条件下金属结构物腐蚀保护状况的测量，评判保护效果，为优化阴极保护设计提供技术依据。本发明不需要在船舱结构上开孔，也不需要将参比电极探头永久固定安装在某个位置；其整体结构简单紧凑，重量轻，便于携带和安装，同一装置可在不同结构物上重复安装使用；该装置用于深海腐蚀试验中材料电位检测和阴极保护性能的研究以及其他深海环境下电位、压力、温度和深度的测量；可方便地实现深海环境下阴极保护电位的测试、分析环境因素对深海阴极保护参数的影响。

附图说明：

图1是本发明耐压壳体的结构原理示意图，包括耐压壳体、“O”型密封圈、端盖和多芯电缆安装孔。

图2是本发明的内部电路结构原理示意框图，包括中心控制芯片、数据采集控制模块、信号放大及滤波芯片、数据转换芯片、数据存储模块、电源控制芯片、高效电源和传感探头。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例1：

本实施例采用紧凑型设计，主体结构包括耐压壳体1、密封圈2、端盖3、多芯电缆安装孔4、中心控制芯片5、数据采集控制模块6、信号放大及滤波芯片7、数据转换芯片8、数据存储模块9、电源控制芯片10、高效电源11和传感探头12；金属材料压铸而成的内空式圆柱形耐压壳体1一端制有锥式凸出尖，另一端制有相配合的带密封圈2的圆式端盖3，端盖3中心两侧对称制有电缆安装孔4；耐压壳体1内腔中密封安装有内部电路的制板体，内部电路通过多芯电缆经过电缆安装孔4与多头传感探头12电信息连通；传感探头12与内部电路采用多芯防水电缆连接，金属材料的耐压壳体1外形为圆柱形，长度600mm，外径110mm；传感探头12集成了电位、压力和温度探头，在测量保护参数的同时测量压力和温度，得到压力和温度对电位影响。

本实施例的耐压壳体1的耐压防水设计采用精密螺纹加双“O”型密封圈2的结构，耐压壳体1一端为盲孔的圆筒形结构，另一端的端盖3通过精密螺纹加双密封圈2与耐压壳体1紧密配合，达到水下1200米的耐压防水要求。

本实施例的内部电路采用低功耗的节能设计，以满足检测装置更长时间的正常运行；内部电路包括中心控制芯片5、数据采集控制模块6、信号放大及滤波芯片7、数据转换芯片8、数据存储模块9、电源控制芯片10和电源11，采用高效电源和低功耗芯片设计，通过中心控制芯片5和电源控制芯片10对其他模块和芯片的供电和工作时间进行控制，最大限度地降低了整套装置的功耗，数据存储介质采用U盘，使用方便灵活；内部电路结构与耐压壳体1之间采用防震设计，电路板和电池组固定在同一块支撑板上，通过橡胶减振片与耐压壳体1紧密配合，减少因壳体1振动导致的内部结构振动。

本实施例及其探头12安装在被测量设施表面，采用低功耗芯片控制，实现对被测设施表面不同部位阴极保护参数的原位动态测量和存储，该装置可携带或连接5～20个传感探头12，可同时对被测设施表面的温度、压力、深度及多点的保护电位分布进行原位测量，根据需要在海水干浸交替0～1000米的海洋环境中正常运行1～12个月。本实施例的数据采集频率可在1次/分钟～1次/天之间任意设定；电位数据范围为-3.0V～3.0V，精度为±1mV；温度范围为-10～50℃，精度为0.1℃；压力范围为0～10Mpa。

实施例2：

本实施例由固定在耐压壳体1内的电位数据测量、存储单元和测量电极探头所构成，采用耐蚀耐压防水密封简体结构，外型尺寸为

110mm×600mm，重量10kg，不需要外接电源(低功耗，利用自带电池驱动)，连接有20只高稳定性银/氯化银参比电极，将该检测装置安装固定在某船海水压载舱的舱底板上，参比电极电位检测探头较为均匀地固定在压载舱内需要测量的不同部位；电位数据采集频率选择为1次/天；对海水压载舱保护状况进行12个月的测量；海水压载舱采用了环氧涂层和铝合金牺牲阳极保护；当压载舱装上海水后，压力传感器触发检测装置开始自动工作，并按照预设频率采集压载舱阴极保护电位参数；当压载舱排干海水后，检测装置自动停止工作，并处于休眠状态以节省电能；12个月后，将腐蚀保护状况检测装置拆下，将储存的测量数据下载到计算机，并对测量的电位分布进行分析，绘制电位分布图，均达到了保护电位范围，表明该船海水压载舱处于良好保护状态。

Claims (8)

1.一种腐蚀保护状况检测装置，主体结构包括耐压壳体、密封圈、端盖、多芯电缆安装孔、内部控制电路的制板体和传感探头，所述内部控制电路包括中心控制芯片、数据采集控制模块、信号放大及滤波芯片、数据转换芯片、数据存储模块、电源控制芯片、高效电源；其特征在于金属材料压铸而成的内空式圆柱形耐压壳体内腔中密封式制有内部控制电路的制板体，其一端制有封闭的锥式凸出尖，另一端制有相配合的带密封圈的圆式端盖，端盖中心两侧对称制有多芯电缆安装孔；数据采集控制模块装有浸水触发装置，当被测量设施表面浸海水后，开始启动并按照设定的频率采集电位数据；当被测量设施表面不浸水时，停止测量；传感探头集成了电位、压力和温度传感探头，并与内部控制电路采用多芯电缆经多芯电缆安装孔电信息连接，在测量电位参数的同时测量压力和温度，并处理得到压力和温度对电位影响；电位、温度和压力传感探头安装在被测量设施表面，利用检测装置自身携带的高效电源，采用低功耗芯片控制，实现对被测量设施表面不同部位阴极电位参数的原位动态测量和存储，从而获得被测量设施表面电位分布，实现阴极保护效果的评判与分析。

2.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于浸水触发装置为水压传感器；电位数据采集频率人为设定和调节。

3.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于电位传感探头采用银/氯化银参比电极，参比电极体为网状结构以增大电极的工作面积，采用热浸涂工艺制造。

4.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于集成了电位、压力和温度的传感探头，在测量电位参数的同时测量压力或水深和温度，得到海水深度和温度对被测量设施电位的影响。

5.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于所述的耐压壳体为长度500～700mm，外径100～120mm的钛质圆筒式，耐压壳体的耐压防水设计采用精密螺纹加双“O”型密封圈的结构，一端为盲孔的圆筒形，另一端的端盖通过精密螺纹加双密封圈与耐压外壳紧密配合，达到在10MPa水压下不泄漏的防水密封要求。

6.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于内部控制电路的制板体和高效电源固定在同一块支撑板上，通过橡胶减振片与耐压壳体紧密配合，减少因耐压壳体振动导致的内部结构振动。

7.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于数据采集频率在1次/分钟～1次/天之间；测量电位范围-2.5～2.5V，测量精度为±1mV；温度范围为-10～50℃，精度为0.1℃；压力范围为0～10Mpa。

8.根据权利要求1所述的腐蚀保护状况检测装置，其特征在于应用于海洋环境中干湿交替或深海条件下检测、记录、存储保护参数。

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