CN102507429B - 一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电化学的探测器，具有套管、面板、弹簧、隔板、固定架，辅助电极和参比电极。管内中空两端开口，可使管内液体进入T型支架进行原位电化学检测，参比电极和辅助电极通过管内液体与金属管内壁接触，并与管内溶液、被测金属管内壁构成导电回路。金属管裸管及内壁涂装腐蚀探测传感器操作时，使用时将探测器置于金属管内，通过弹簧使金属管与探头固定并紧密接触，弧形前端与金属管内壁紧密接触。监测时，利用电化学方法对金属罐管内壁进行测试。

Description

一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器

技术领域

本发明涉及一种探测传感器，更具体地说，涉及一种基于电化学测量原理的金属管裸管及内壁涂装腐蚀探测传感器。

背景技术

金属制品在国民经济中发挥着重要作用。管状金属制品非常普遍，小到饮料罐大到钢制管道。金属制品遇到的最重要的失效形式是腐蚀，故此对这类制品进行腐蚀性能测试很有必要。

马口铁为材料的食品罐主要有三片饮料罐，食品罐头及饼干类，茶类干品罐等。食品罐的防腐蚀能力直接影响内容物的品质和保存期限，但内容物种类繁多.存储要求各异，给食品罐生产厂家提出了新的课题。了解掌握食品罐防腐蚀的基本情况，对印铁制罐企业的生产有着现实的指导意义。

钢管是石油天然气及市政工程中应用最多的管材。其主要优点是：强度高、韧性好、承载应力大，抗冲击性和严密性好，可塑性好，便于焊接和热加工，壁厚较薄、节省金属。耐蚀性能是保证其安全应用的重要指标。钢管在制作和生产过程中使得钢管具有一定的内应力，特别是最近发展起来的膨胀管。

传统腐蚀检测方法为将食品罐，钢管，输油管等截下，制成标准式样，进行腐蚀检测。这种方法，由于要破坏金属管，必然会消除应力，破坏金属管本身的特点，检测结果不是原位的，不能如实的反映金属管的腐蚀情况。

使用电化学传感器进行腐蚀检测的方法，主要监测大型构筑物局部的腐蚀特征，但是由于电流分布的问题，很难得到精确的结果。传统传感器不能放进金属管中，仍需要破坏金属管来进行检测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电化学测量原理的探测传感器和方法，适用于各种尺寸的管道，该探头制作过程简单，反应灵敏，便于携带，操作时简单。监测方法简便，数据可分辨性高，能迅速判断出金属管裸管及内壁涂破损情况，破损类型，腐蚀程度及裸管的腐蚀情况。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，包括T型管、套管、面板、弹簧、隔板、固定架，辅助电极和参比电极，其中：

所述T型管的垂直方向与水平方向的交汇处设置有隔板，用于固定弹簧的一端。

所述T型管的水平方向上，两侧分别与套管的一侧相连。

所述套管与弹簧的另一端相连，在弹簧的作用下所述套管与T型管之间实现滑动。

所述套管的另一侧设置有面板，所述面板上设置有孔。

套管中设置有用于固定参比电极一端的固定架，所述辅助电极缠绕在参比电极上。

所述参比电极固定在固定架上，其一端连接有参比电极的接线柱，另一端则位于面板上的孔中，通过管内液体与金属管内壁接触，检测被测金属管裸管及内壁涂装在管内溶液内的腐蚀电位。在参比电极上缠绕有辅助电极，其一端连接有辅助电极的接线柱1，另一端则与参比电极的末端一起位于面板上的孔中，与管内溶液、被测金属管内壁构成导电回路。

所述辅助电极和参比电极的接线柱设置在T型管的垂直管腔中或者高于T型管的垂直管腔。

所述T型管的水平管腔与套管的连接为密封连接。

所述套管和面板之间的连接为密封固定连接。

所述弹簧的外表面设置有绝缘层。

所述参比电极为Ag/AgCl电极。

所述辅助电极为螺旋型Pt丝。

本发明的技术方案中，探测器的T型管、套管、面板、弹簧、隔板和固定架均应当采用绝缘材料或者以绝缘材料包裹或者涂覆，以避免在进行探测时的漏电等危险。具体来说，例如T型管、套管和固定架均可以选用有机玻璃作为材料；弹簧选用橡胶进行包裹；面板选用具有一定弹性的聚四氟乙烯作为材料，以便于进行加工，同时能够使面板更好地贴合待测容器的内表面。

在进行测试时，首先用力推动两侧套管压缩套管与隔板之间的弹簧，将整个探测器放入容器中后撤出外力，此时压缩弹簧向外作用，推动套管和T型管的水平管腔发生相对运动，直至位于外侧的面板与容器的内表面接触并完好贴合，此时整个探测器中充满液体，面板上的孔实际上构成电化学测量的范围，缠绕有辅助电极的参比电极位于面板上的孔中，能够与容器内表面相接触。最后进行电化学测试，将辅助电极、参比电极分别连接，然后将容器器壁作为工作电极连接在电化学工作站上，利用电化学低频阻抗谱技术对金属管内壁进行测试，根据所得数据的不同，判断金属管裸管及内壁涂的完整性，破损类别，破损程度及裸管的腐蚀程度。

本发明的探测器能够不必破坏金属管，在金属管中进行原位电化学检，电流分布在特定的面积，可以快速，便捷的，准确的进行原位电化学检测，保真地得到金属管裸管及内壁涂装腐蚀的信息，确定所测裸管或涂装区域的面积及位置，制作工艺简单，耐磨性好可以适应长时间的作业，便于携带，并可调整长度，适用于各种尺寸金属管裸管及内壁涂装腐蚀程度进行快速检测和评价。便于对实管在线实施监测，便于对罐体制品抽样监测。可采用无损的电化学检测方法，如电化学阻抗谱、线性极化和充电曲线方法等方法进行检测，不会防碍制品的继续应用，减少企业成本。

附图说明

图1本发明的探测器的结构示意图(一，剖视图)

图2本发明的探测器的结构示意图(二，俯视图)

图3本发明的探测器的测试效果图(一)

图4本发明的探测器的测试效果图(二)

图5本发明的探测器的测试效果图(三)

图6本发明的探测器的测试效果图(四)

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如附图1和2所示，本发明的探测器包括T型管3，所述T型管3的垂直方向与水平方向的交汇处设置有隔板11，用于固定弹簧4的一端。T型管3的水平方向上，两侧分别与套管5的一侧相连。套管5与弹簧4的另一端相连，这样以来在弹簧4的作用下套管5与T型管3之间实现滑动。套管5的另一侧设置有面板6，面板上设置有孔(图中未标出，位置最好在面板的中央)。

在套管5中设置有用于固定参比电极一端的固定架7。参比电极8固定在固定架7上，其一端连接有参比电极的接线柱2，另一端则位于面板上的孔中，通过管内液体与金属管内壁接触，检测被测金属管裸管及内壁涂装在管内溶液内的腐蚀电位。在参比电极8上缠绕有辅助电极9，其一端连接有辅助电极的接线柱1，另一端则与参比电极的末端一起位于面板上的孔中，与管内溶液、被测金属管内壁构成导电回路。辅助电极和参比电极的接线柱设置高于T型管的垂直管腔。

其中T型管的水平管腔与套管的连接为密封连接。套管和面板之间的连接为密封固定连接。弹簧的外表面设置有绝缘层，选用橡胶进行包裹。T型管、套管和固定架选用有机玻璃作为材料。面板选用具有一定弹性的聚四氟乙烯作为材料，以便于进行加工，同时能够使面板更好地贴合待测容器的内表面。参比电极为Ag/AgCl电极。辅助电极为螺旋型Pt丝。

在进行测试时，首先用力推动两侧套管压缩套管与隔板之间的弹簧，将整个探测器放入容器中后撤出外力，此时压缩弹簧向外作用，推动套管和T型管的水平管腔发生相对运动，直至位于外侧的面板与容器的内表面接触并完好贴合，此时整个探测器中充满液体，面板上的孔实际上构成电化学测量的范围，缠绕有辅助电极的参比电极位于面板上的孔中，能够与容器内表面相接触，即曲面板上孔洞作用为固定金属罐上测试面积，实验测定区域即为孔洞所在区域。最后进行电化学测试，将辅助电极、参比电极分别连接，然后将容器器壁作为工作电极连接在电化学工作站上，利用电化学低频阻抗谱技术对金属管内壁进行测试，根据所得数据的不同，判断金属管裸管及内壁涂的完整性，破损类别，破损程度及裸管的腐蚀程度。

选用普里斯顿2273电化学工作站，参数为频率：10mHz-100kHz；交流信号幅值10mV，进行测试，其中Z_im：低频阻抗实部/Z_re：低频阻抗虚部。监测时，利用电化学低频阻抗谱对金属罐内壁进行测试。并从普里斯顿2273电化学工作站获得实验数据，即电化学低频阻抗谱。选用金属罐型材为镀锡薄钢板。内壁涂装：环氧酚醛涂层厚度6μm，镀锡层厚度3μm。测试结果如附图3到6所示。

附图3是金属罐内壁涂装完整时的电化学低频阻抗谱：阻抗谱只呈现一个时间常数，该容抗弧表征涂层电容与涂层电阻。(电化学阻抗谱中，每出现一个弧，即有一个时间常数。图形从左到右为低频区，高频区。即左边为低频区，右边为高频区。)

附图4是金属罐内壁涂装有空洞时的电化学低频阻抗谱：阻抗谱呈现2个时间常数的特征，高频区的容抗弧表征涂层的防护性能，低频区的容抗弧表征基底金属腐蚀反应的极化阻力。

附图5和6是金属罐内壁涂装破损严重时的时的电化学低频阻抗谱：阻抗谱高频区容抗弧缩小，表征涂层的防护性能很差，低频区出现了扩散阻抗，表征此时的电极过程主要由基底金属腐蚀反应的极化电阻控制，涂层已经失去了防护作用。也会出现三个时间常数的特征，这主要是由于涂层镀锡薄钢板的多层结构，涂层下的腐蚀情况比较复杂。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，包括T型管、套管、面板、弹簧、隔板、固定架，辅助电极和参比电极，其特征在于，其中： 

所述T型管的垂直方向与水平方向的交汇处设置有隔板，用于固定弹簧的一端；

所述T型管的水平方向上，两侧分别与套管的一侧相连；

所述套管与弹簧的另一端相连，在弹簧的作用下所述套管与T型管之间实现滑动；

所述套管的另一侧设置有面板，所述面板上设置有孔；

所述套管中设置有用于固定参比电极一端的固定架，所述参比电极固定在固定架上，其一端连接有参比电极的接线柱，另一端则位于面板上的孔中，通过管内液体与金属管内壁接触，检测腐蚀电位；在所述参比电极上缠绕有辅助电极，其一端连接有辅助电极的接线柱，另一端则与参比电极的末端一起位于面板上的孔中，与管内溶液、被测金属管内壁构成导电回路，所述面板上的孔构成电化学测量的范围。 

2.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述辅助电极和参比电极的接线柱设置在T型管的垂直管腔中或者高于T型管的垂直管腔。 

3.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述T型管的水平管腔与套管的连接为密封连接。 

4.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述套管和面板之间的连接为密封固定连接。 

5.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述弹簧的外表面设置有绝缘层。 

6.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述参比电极为Ag/AgCl电极。 

7.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的腐蚀探测传感器，其特征在于，所述辅助电极为螺旋型Pt丝。 

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