CN103776760A - 接地网降阻剂检测装置及系统 - Google Patents

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张秀丽
马茜
王应高
李永立
王娜
黄志娟
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Abstract

本发明提供了一种接地网降阻剂检测装置及系统，装置包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到微处理器；腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；根据输入指令控制施加于电化学传感器的扰动电压，接收采集的电化学传感器的扰动电流，确定接地网降阻剂的腐蚀速率；电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，接收采集的中间两极板间的电压，确定接地网降阻剂的电阻率。本发明既可以测量接地降阻剂的腐蚀速率，又可以测量接地降阻剂的电阻率，避免腐蚀速率超标的降阻剂的使用，保证了降阻剂的降阻效果。

Description

接地网降阻剂检测装置及系统
技术领域
本发明关于地网检测技术，具体的讲是一种接地网降阻剂检测装置及系统。
背景技术
接地网降阻剂的腐蚀速率和电阻率是其重要性能参数，DL/T380-2010（中华人民共和国电力行业标准《接地降阻材料技术条件》）规定：接地降阻剂对接地体的腐蚀率，小于相应土壤对接地体的腐蚀率，对于热浸镀锌圆钢和扁钢，表面年平均腐蚀速率应不大于0.03mm/a，对于不镀锌圆钢和扁钢，表面年平均腐蚀速率应不大于0.05mm/a。降阻剂的腐蚀速率表征了其对接地网腐蚀程度，是保证降阻剂不对接地网构成腐蚀危害的重要控制参数。DL/T380-2010规定：接地降阻剂的干态电阻率应低于5Ωm，湿态电阻率应低于2Ωm。接地降阻剂的电阻率是表征其导电性能的参数，是保证其降阻效果的重要参数。
目前主要采用失重法和电化学方法测量降阻剂对钢接地体的腐蚀速率。失重法将钢试片用降阻剂包覆后埋于土壤中，埋置一定时间后，取出测量其重量变化，采用单位时间内单位面积上的重量变化为表示单位，即平均腐蚀速度，如g/m2·h。根据金属材料的密度又可把它换算成单位时间内的平均腐蚀侵蚀深度，如mm/a和μm/a。降阻剂对金属接地体的失重腐蚀试验，目前均采用传统的试片埋置法，失重法实验周期长，需要做多组平行实验及操作麻烦，满足不了降阻剂用户快速简便测量其对金属的腐蚀速率或筛选降阻剂的要求。
电化学测量方法采用电化学线性极化技术测量体系的极化电阻RP，根据塔菲尔常数B计算腐蚀电流密度ICORR。塔菲尔常数B随体系不同而变化，其范围在8.7～52mV之间。为解决线性极化测量B值估算的误差，一般通过弱极化区测得的极化电流值计算出塔菲尔常数B值，由此求得的腐蚀电流更接近于实际值。由于不同腐蚀体系的介质电阻值是不同的，而且差别很大，所以在测试时必须考虑介质电阻Rs的IR降带来的测量误差。在腐蚀体系形成以后，被测的金属电极与腐蚀介质之间形成一个双电层，双电层具有电容的特性，即通交流阻直流，利用这一特性，对腐蚀体系施加一个频率大于10kHz、极化值小于10mV的高频正弦波信号，高频信号可穿过金属和腐蚀介质之间所形成的电化学双电层电容，使得施加的高频信号作用在介质电阻Rs上，由此准确地测得腐蚀体系的介质电阻Rs。但是，现有的测量降阻剂腐蚀速率的电化学仪器，仅能检测腐蚀速率，没有检测电阻率的功能。
发明内容
为解决现有技术中电化学测量仪器功能单一，检测周期长的问题，本发明实施例提供了一种接地网降阻剂检测装置，装置包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，所述的腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，
所述的腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；其中，所述微处理器根据输入指令控制施加于所述电化学传感器的扰动电压，并接收所述电流信号采集电路采集的电化学传感器的扰动电流，微处理器根据所述扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
所述的电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；其中，所述的微处理器根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收所述电压信号采集电路采集的中间两极板间的电压，所述微处理器根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
此外，本发明还提供了一种接地网降阻剂检测系统，其特征在于，所述系统包括接地网降阻剂检测装置和主控计算机，所述主控计算机与接地网降阻剂检测装置通信连接；所述的接地网降阻剂检测装置包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，所述的腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，
所述的腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；其中，所述微处理器根据输入指令控制施加于所述电化学传感器的扰动电压，并接收所述电流信号采集电路采集的电化学传感器的扰动电流，微处理器根据所述扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
所述的电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；其中，所述的微处理器根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收所述电压信号采集电路采集的中间两极板间的电压，所述微处理器根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
本发明的接地网降阻剂检测装置，既可以测量接地降阻剂的腐蚀速率，又可以测量接地降阻剂的电阻率，不仅有效避免了腐蚀速率超标的降阻剂的使用，而且还保证了降阻剂的降阻效果，接地降阻剂综合检测仪的研制开发，对于降阻剂筛选的有效性和高效性都有着及其重要的意义。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种接地网降阻剂检测装置的结构框图；
图2为本发明接地网降阻剂检测装置一实施方式的结构框图；
图3为本发明接地网降阻剂检测装置一实施方式的结构框图；
图4为本发明接地网降阻剂检测装置的微处理器的结构框图；
图5为本发明一种接地网降阻剂检测系统的示意图；
图6为本发明一实施方式公开的一种接地网降阻剂综合检测装置示意图；
图7为本发明接地网降阻剂综合检测装置的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种接地网降阻剂检测装置，如图1所示，该装置包括：腐蚀速率测量模块101，电阻率测量模块102以及微处理器103，腐蚀速率测量模块101和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，如图2所示，腐蚀速率测量模块101包括：电化学传感器1011和电流信号采集电路1012；微处理器103根据输入指令控制施加于电化学传感器1011的扰动电压，并接收电流信号采集电路1012采集的电化学传感器1011的扰动电流，微处理器103根据扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
电阻率测量模块102包括：四个并行设置的极板1021，电压信号采集电路1022；其中，微处理器103根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收电压信号采集电路1022采集的中间两极板间的电压，微处理器103根据工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
此外，如图3所示，本发明的接地网降阻剂检测装置还包括：
A/D转换模块104，腐蚀速率测量模块101，电阻率测量模块102均通过A/D转换模块104连接到微处理器103。
给定电压施加电路105，分别与电化学传感器1011的辅助电极和A/D转换模块104相连接，根据微控制器的接收的输入指令控制施加到电化学传感器的扰动电压。
工频电流给定电路106，分别与腐蚀速率测量模块的外侧两极板和A/D转换模块104相连接，根据微控制器的接收的输入指令控制施加于外侧两极板的工频电流。
输入模块106，用于输入预设的包括模型系数、B的参数。
此外，如图4所示，本发明实施例中的微处理器103包括：
极化电阻确定单元1031，用于根据扰动电压和扰动电流确定电化学传感器工作电极的极化电阻；
腐蚀速率确定单元1032，用于根据极化电阻和参数B确定接地网降阻剂的腐蚀速率。
降阻剂电阻确定单元1033，用于根据工频电流和中间两极板间的电压确定降阻剂电阻；
电阻率确定单元1034，用于根据降阻剂电阻和模型系数确定降阻剂电阻率。
此外，本发明还公开了一种接地网降阻剂检测系统，如图5所示，本发明公开的接地网降阻剂检测系统包括接地网降阻剂检测装置501和主控计算机502，主控计算机502与接地网降阻剂检测装置501通信连接；接地网降阻剂检测装置501包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，所述的腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，
所述的腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；其中，所述微处理器根据输入指令控制施加于所述电化学传感器的扰动电压，并接收所述电流信号采集电路采集的电化学传感器的扰动电流，微处理器根据所述扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
所述的电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；其中，所述的微处理器根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收所述电压信号采集电路采集的中间两极板间的电压，所述微处理器根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
下面结合具体实施方式对本发明实施例做进一步详细说明。如图6所示为本发明一实施方式公开的一种接地网降阻剂综合检测装置示意图，其包括：腐蚀速率检测探针601和电阻率检测探针602，检测探针通过连接电缆603与接地网降阻剂综合检测仪接口相连，腐蚀速率检测探针601为电化学传感器，电阻率检测探针602中具有四个平行设置的基板。
本发明实施例中的接地网降阻剂综合检测装置是以电化学测量技术及电力行业标准试验方法为基础，通过测量检测探针的极化电阻、腐蚀电位实现腐蚀速度的测量，通过对外极板施加恒定工频电流，测量内极板间电压并据此计算降阻剂电阻率。
本发明实施例中的腐蚀速度的测量原理：电化学测量技术是检测探针在自然腐蚀状态下，测量电化学传感器的工作电极相对于参比电极的腐蚀电位，在此电位基础上通过辅助电极对工作电极施加正负两次直流扰动信号，即对电极施加极化，信号的幅度相对于参比电极在原腐蚀电位基础上变化正5毫伏和负5毫伏，在扰动信号的作用下，测量工作电极的上产生的扰动电流，根据扰动电压及产生的扰动电流计算即为工作电极的极化电阻。并按下式（1）估算腐蚀电流密度Icorr，根据腐蚀电流密度来表示腐蚀速率。
Icorr=B/Rp           （1）
其中B值是随测量体系变化的塔菲尔常数，可通过弱极化区测得的极化电流值计算得出。电阻率测量原理：降阻剂电阻率测量是通过对电阻率测量探头中的2个外极板施加恒定工频电流，电流流过2个外极板内的降阻剂，并产生压降，通过测量在降阻剂间的2个内极板的电压，根据恒定工频电流及所测量的电压计算2个内极板间的降阻剂电阻，除以模型系数即为降阻剂电阻率
图7是接地网降阻剂综合检测装置电路原理图：其中，A1、A2、A4、A5构成恒电位电路，A1用于测量工作电极相对于参比电极的腐蚀电位，辅助电极通过A2施加扰动电压，由于扰动电压的作用，工作电极产生扰动电流，通过A4、A5采集扰动电流并将扰动电流转换为电压信号测量，经滤波电路A6输入到A/D转换，微处理器采集A/D，读出扰动电流，计算出Rp值。微处理器A9通过A/D转换电路A8采集参比电极电位，微处理器控制施加给定电路A14，将极化电压及参比电极电压一同通过辅助电极施加到工作电极上。
电阻率测量由微处理器控制，经A15给定工频电压，施加于A16转换为固定幅度工频电流，其电流作用于测量探针A17的外极板，内极板电压经A18放大后输入到滤波电路A7，滤波后的信号输入A/D转换，微处理器采集A/D，读出内极板间电位，微处理器计算降阻剂电阻率。
电极面积、电极材料、采样间隔、B值等参数通过键盘A12设置，测量结果通过液晶显示A10显示，参数及测量结果等数据存储在存储单元A11，数据通过通讯单元A13传输到计算机。
接地网降阻剂综合检测装置可以通过通讯接口连接电脑实时在线采集数据，也可以通过键盘设置自动测量，并将测量结果存储在内部的铁电存储器中，检测装置掉电后数据可以保存10年。测量数据通过通讯接口使用专用软件传输到计算机显示、处理。采用所研制的接地降阻剂综合检测仪测量了6种降阻剂的腐蚀速率和电阻率，测量结果见下表：
Figure BDA0000461410600000061
Figure BDA0000461410600000071
目前降阻剂的品类繁多，质量差异很大，按照现有规范要求进行检测，试验过程过分繁难。本发明开发研制了接地降阻剂综合检测仪，该仪器既可以测量接地降阻剂的腐蚀速率，又可以测量接地降阻剂的电阻率。降阻剂电阻率及其对钢接地体的腐蚀速率的综合检测，不仅有效避免了腐蚀速率超标的降阻剂的使用，而且还保证了降阻剂的降阻效果，接地降阻剂综合检测仪的研制开发，对于降阻剂筛选的有效性和高效性都有着及其重要的意义。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的装置包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，所述的腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，
所述的腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；其中，所述微处理器根据输入指令控制施加于所述电化学传感器的扰动电压，并接收所述电流信号采集电路采集的电化学传感器的扰动电流，微处理器根据所述扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
所述的电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；其中，所述的微处理器根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收所述电压信号采集电路采集的中间两极板间的电压，所述微处理器根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
2.如权利要求1所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的装置还包括：A/D转换模块，所述的腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块均通过A/D转换模块连接到微处理器。
3.如权利要求2所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的腐蚀速率测量模块还包括：
电压给定电路，分别与所述的电化学传感器的辅助电极和A/D转换模块相连接，根据所述微控制器的接收的输入指令控制施加到所述电化学传感器的扰动电压。
4.如权利要求2所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的电阻率测量模块还包括：
工频电流给定电路，分别与所述腐蚀速率测量模块的外侧两极板和A/D转换模块相连接，根据所述微控制器的接收的输入指令控制施加于外侧两极板的工频电流。
5.如权利要求1所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的装置还包括：输入模块，用于输入预设的包括模型系数、B的参数。
6.如权利要求5所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的微处理器包括：
极化电阻确定单元，用于根据所述扰动电压和扰动电流确定电化学传感器工作电极的极化电阻；
腐蚀速率确定单元，用于根据所述的极化电阻和参数B确定接地网降阻剂的腐蚀速率。
7.如权利要求5所述的接地网降阻剂检测装置，其特征在于，所述的微处理器还包括：
降阻剂电阻确定单元，用于根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定降阻剂电阻；
电阻率确定单元，用于根据所述降阻剂电阻和模型系数确定降阻剂电阻率。
8.一种接地网降阻剂检测系统，其特征在于，所述系统包括接地网降阻剂检测装置和主控计算机，所述主控计算机与接地网降阻剂检测装置通信连接；所述的接地网降阻剂检测装置包括：腐蚀速率测量模块，电阻率测量模块以及微处理器，所述的腐蚀速率测量模块和电阻率测量模块均连接到所述微处理器；其中，
所述的腐蚀速率测量模块包括：电化学传感器和电流信号采集电路；其中，所述微处理器根据输入指令控制施加于所述电化学传感器的扰动电压，并接收所述电流信号采集电路采集的电化学传感器的扰动电流，微处理器根据所述扰动电压和扰动电流确定接地网降阻剂的腐蚀速率；
所述的电阻率测量模块包括：四个并行设置的极板，电压信号采集电路；其中，所述的微处理器根据控制指令控制施加于外侧两极板的工频电流，并接收所述电压信号采集电路采集的中间两极板间的电压，所述微处理器根据所述工频电流和中间两极板间的电压确定接地网降阻剂的电阻率。
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