CN101865817A - 用于埋地金属腐蚀探测的传感器与探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于埋地金属腐蚀探测的传感器，包括参比电极、辅助电极和一圆柱状壳体，圆柱形壳体上设有圆锥形前端，圆锥形前端的顶部具有限流孔，圆锥形前端外部设有漏斗形保护壳体，漏斗形保护壳体中填充有导电凝胶，导电凝胶起到离子导通和保护限流孔的作用，漏斗形保护壳体的前端填充有柔软的多孔性物质；参比电极设置在圆柱形壳体内，参比电极的前端从圆锥形前端的限流孔中穿过，并插入到导电凝胶中，通过导电凝胶与土壤充分接触，以检测被测金属在土壤中的腐蚀电位；辅助电极设置在圆柱状壳体内，辅助电极通过导电凝胶、土壤、被测埋地金属形成的金属极构成导电回路。操作时，用恒电位法进行测试，有效避免了土壤欧姆降对测试结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测传感器，尤其涉及一种用于埋地金属腐蚀探测的传感器。
背景技术
埋地金属主要指埋地金属管道及各种接地网。自然环境对埋地金属材料的腐蚀而造成的工程失效、环境安全及经济损失等重大问题正逐渐暴露出来。据权威部门统计，中国每年因腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的4％，仅在石油和化学工业领域因腐蚀而造成的损失每年就达400多亿元。多年来，人们对埋地金属管道腐蚀环境机理及金属管道腐损状况的离线监测与检测技术做了大量的研究工作，众多的检测技术应用于实际，取得了一定效果。接地网主要用于发电厂及变电站，发电厂及变电站的接地网是电力系统安全可靠运行、保障电气设备和运行人员安全的重要设施。
目前在以美国为代表的许多发达国家铜为接地网的主要材料，在我国由于资源、经济等原因，接地网所用材料主要为普通碳钢。由于接地网埋设在地下，既看不见，又无监视装置，当接地网投运后，腐蚀问题就会暴露出来，而碳钢接地网的腐蚀问题尤为突出。接地网的腐蚀使得接地体截面减小，甚至断裂，由此导致地网接地性能不良，热稳定性达不到要求，电路电流将会烧坏地网，使得变电站内出现高电位差，造成其它主要设备的毁坏事故，还会危及人身安全。在我国因地网腐蚀或发生断裂而引起的电力系统事故时有发生，每次事故都带来了巨大的经济损失。
对于埋地金属管道来说，发生腐蚀后通常表现为管道的管壁变薄或者是出现凹坑与麻点。国外在没有开挖的情况下进行的管道内腐蚀检测技术有漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法以及电视测量法等。其中激光检测法和电视测量法需和其它方法配合才能得出有效准确的腐蚀数据，而涡流检测法虽然可适用于多种黑色和有色金属管道，但只能用来检查表面腐蚀状况，而且在金属表面的腐蚀产物中如果有磁性垢层或磁性氧化物，就可能给测量结果带来难以避免的误差。另外，由于涡流检测法的检测结果与被测金属的电导率有关系，为了提高测量精度还要求被测体系最好保持恒温。所以现在国外使用较为广泛的管道腐蚀检测方法是漏磁通法和超声波检测法。
由于在以美国为代表的许多发达国家铜为接地网的主要材料，因此接地网的腐蚀问题并不象在我国这样突出，关于地网腐蚀程度检测方法和检测仪器的文献报道很少。目前，国内外发电厂、变电站接地网测量系统的测量主要包括以下几个方面：
(1)地网接地电阻测量：如果地网接地电阻值过高，地网将不能发挥其正常的排流作用，地网接地电阻值的测量是评价地网能否正常工作的重要手段。但是如果发现接地电阻不合格，只有通过开挖查找地网的电气连接故障点或腐蚀段，这种方法带有盲目性、工作量大、速度慢，并且受现场运行的限制。
(2)接触电压和跨步电压测量：接触电压和跨步电压是衡量地网安全性的重要指标，同时根据跨步电压的变化规律，可以发现地网因腐蚀等原因而发生断裂的部位，但其并不能发现已发生严重腐蚀而未发生断裂的地网腐蚀段。
(3)接地网腐蚀和断点物理诊断法：该方法根据地网可测结点之间的电压或电阻测量值，应用适当的计算方法，计算出各段导体的实际电阻值，将它与标称值相比较，并按照一定的阈值来判断地网导体是否有断裂或腐蚀的情况存在。该方法要求准确知道地网的结构，在此基础上提出确切的数学模型，依据此数学模型对测量的数据点分析计算，方可得出各段地网导体的实际电阻值，由此可以看出影响该方法测量结果准确性的因素较多，而且其对运行多年旧地网的腐蚀诊断仍有一定的局限性。
基于电化学测量原理对地网腐蚀程度进行快速检测和评价的研究，目前操作时使用恒电位充电曲线的方法在国内还未见报道。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种用于埋地金属腐蚀探测的传感器，本发明传感器是通过电化学手段对埋地金属腐蚀情况进行快速检测，其探头制作过程简单，反应灵敏，便于携带，可以快速的确定测试位置的腐蚀情况。操作时用恒电位阶跃法得到恒电位充电曲线，可有效降低土壤欧姆降对测试结果的影响。适用于野外对埋地金属的腐蚀程度进行快速检测和评价。
为了解决上述技术问题，本发明用于埋地金属腐蚀探测的传感器予以实现的技术方案是：包括参比电极、辅助电极和一圆柱状壳体，所述圆柱形壳体上设有圆锥形前端，所述圆锥形前端的顶部具有限流孔，所述圆锥形前端外部设有漏斗形保护壳体，所述漏斗形保护壳体中填充有导电凝胶，所述导电凝胶起到离子导通和保护所述限流孔的作用，所述漏斗形保护壳体的前端填充有柔软的多孔性物质；所述参比电极设置在所述圆柱形壳体内，所述参比电极的前端从所述圆锥形前端的限流孔中穿过，并插入到所述导电凝胶中，通过导电凝胶与土壤充分接触，以检测被测金属在土壤中的腐蚀电位；所述辅助电极设置在所述圆柱状壳体内，所述辅助电极通过导电凝胶与土壤、被测埋地金属形成的金属极构成导电回路。
本发明中一种探测埋地金属腐蚀的方法，利用上述传感器进行探测，将所述传感器的前端置于土壤上方，并使所述漏斗形保护壳体前端的柔软的多孔性物质与土壤充分接触，操作时，采用恒电位法进行测试，用恒电位阶跃法得到恒电位充电曲线，用数据采集器采集实验数据，用Matlab软件进行小波变换分析，滤掉杂波，再用Kohonen神经网络分析所得到的恒电位充电曲线，最终，得到埋地金属的腐蚀情况信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过传感器探头能够保真地得到埋地金属腐蚀速度的信息，减小外界电磁噪声的干扰，探头制作工艺简单，耐磨性好可以适应长时间的野外作业。探头前端的保护部分可以起到保护探头和保证与土壤接触良好的作用。由于在保护部分填充了导电凝胶，从而起到离子导通和保护小孔的作用，防止现场土壤中含有的各种杂质进入小孔并堵塞小孔，或者由于长期放置离子导通通道干燥而而使探头失效。操作时，采用恒电位法，用恒电位阶跃法得到恒电位充电曲线，可以快速方便的反应处埋地金属腐蚀情况并有效消除土壤欧姆降。
附图说明
附图是本发明用于埋地金属腐蚀探测的传感器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如附图所示，本发明用于埋地金属腐蚀探测的传感器，包括参比电极1、辅助电极7和一圆柱状壳体8，所述圆柱形壳体上设有圆锥形前端2，所述圆锥形前端2的顶部具有限流孔6，所述圆锥形前端2外部设有漏斗形保护壳体3，所述漏斗形保护壳体3中填充有导电凝胶4，所述导电凝胶4起到离子导通和保护所述限流孔6的作用，防止现场土壤中含有的各种杂质进入限流孔6并堵塞该孔，或者由于长期放置离子导通通道干燥而使传感器探头失效。所述漏斗形保护壳体3的前端填充有柔软的多孔性物质5，所述柔软的多孔性物质5防止土壤中含有的各种杂质进入小孔，所述柔软的多孔性物质5是海绵、高分子聚合物、布料中的任一种；所述参比电极1设置在所述圆柱形壳体8内，所述参比电极1的前端从所述圆锥形前端2的限流孔6中穿过，并插入到所述导电凝胶4中，通过导电凝胶4与土壤充分接触，以检测被测金属在土壤中的腐蚀电位，所述辅助电极7设置在所述圆柱状壳体8内，所述辅助电极7与土壤9、被测埋地金属10形成的金属极构成导电回路。
使用本发明传感器探测埋地金属腐蚀的方法，将所述传感器的前端置于土壤上方，并使所述漏斗形保护壳体3前端的柔软的多孔性物质5与土壤充分接触，操作时，采用恒电位法进行测试，用恒电位阶跃法得到恒电位充电曲线，以有效地避免土壤欧姆降对测试结果的影响，用数据采集器采集实验数据，用Matlab软件进行小波变换分析，滤掉杂波，再用Kohonen神经网络分析所得到的恒电位充电曲线。得到接地网的腐蚀情况信息。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种用于埋地金属腐蚀探测的传感器，包括参比电极(1)、辅助电极(7)和一圆柱状壳体(8)，所述圆柱形壳体上设有圆锥形前端(2)，所述圆锥形前端(2)的顶部具有限流孔(6)，其特征在于：所述圆锥形前端(2)外部设有漏斗形保护壳体(3)，所述漏斗形保护壳体(3)中填充有导电凝胶(4)，所述导电凝胶(4)起到离子导通和保护所述限流孔(6)的作用，所述漏斗形保护壳体(3)的前端填充有柔软的多孔性物质(5)；所述参比电极(1)设置在所述圆柱形壳体(8)内，所述参比电极(1)的前端从所述圆锥形前端(2)的限流孔(6)中穿过，并插入到所述导电凝胶(4)中，通过导电凝胶(4)与土壤充分接触，以检测被测金属在土壤中的腐蚀电位；所述辅助电极(7)设置在所述圆柱状壳体(8)内，所述辅助电极(7)通过导电凝胶(4)、土壤(9)、被测埋地金属(10)形成的金属极构成导电回路。
2.根据权利要求1所述用于埋地金属腐蚀探测的传感器，其中，所述柔软的多孔性物质(5)是海绵、高分子聚合物和布料中的任一种。
3.一种探测埋地金属腐蚀的方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的传感器进行探测，将所述传感器的前端置于土壤上方，并使所述漏斗形保护壳体(3)前端的柔软的多孔性物质(5)与土壤充分接触，操作时，采用恒电位法进行测试，用恒电位阶跃法得到恒电位充电曲线，用数据采集器采集实验数据，用Matlab软件进行小波变换分析，滤掉杂波，再用Kohonen神经网络分析所得到的恒电位充电曲线，最终，得到埋地金属的腐蚀情况信息。
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