CN104390907A - 四电极土壤腐蚀检测探头 - Google Patents

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杨大宁
胡家秀
符传福
赵健
张奇伟
双凯波
张帆
韩恩厚
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SHENYANG ZHONGKE CORROSION CONTROL ENGINEERING TECHNOLOGY CENTER
HAINAN POWER TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
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SHENYANG ZHONGKE CORROSION CONTROL ENGINEERING TECHNOLOGY CENTER
HAINAN POWER TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Institute of Metal Research of CAS
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Abstract

本发明涉及一种四电极土壤腐蚀检测探头包括四电极以及主杆管，其中四电极共同嵌入电极座中固定，四电极的导线经主杆管接至多功能土壤腐蚀测量仪；电极座与主杆管通过航空插头进行插接。所述电极座为两种，一种电极座插入的四电极分别为参比硫酸铜电极、工作电极、铂电极和温度电极；其中工作电极材质与待测金属材质相同；另一种电极座插入的四电极均为铜电极。本发明具有多种检测功能，实现了对土壤温度、电阻率、氧化还原电位及土壤腐蚀率的现场测量，转换方便，有效地降低了土壤IR降对电化学测量的影响，提高了测得数据即金属的腐蚀速度的可靠性，具有携带方便的优点。

Description

四电极土壤腐蚀检测探头
技术领域
本发明涉及一种土壤腐蚀检测装置，具体的说是一种四电极土壤腐蚀检测探头。
背景技术
变电站接地网对电力系统的安全运行至关重要。由于铜材价格昂贵，在中国以及许多其他国家，钢接地网被广泛采用。接地网长期处于地下，腐蚀不可避免，这种腐蚀属于典型的电化学腐蚀。虽然镀锌扁钢被用来减缓接地网腐蚀，但目前由于接地体腐蚀造成的接地网事故屡有发生，不仅造成巨大的经济损失，还成为电力系统安全运行的隐患。随着我国电力容量的增大和电压等级的升高，这一问题也更为突出。因此研究接地网的腐蚀状况，评估接地网的腐蚀程度，一直是电力系统的重点工作。然而接地网深埋地下，则很难直观地检查其腐蚀情况。只有耗费大量的人力物力，挖出土壤，才能进行检查，可是这样会给实际工作带来很大困难。目前另一种方法是评价土壤对接地网的腐蚀方式，一种是埋片法，借以计算腐蚀速率。使用这种方法计算的腐蚀速率比较可信，但是实验所需的时间少则1-2年，多则10余年，周期过长；另一种方法是提取土壤溶液，在实验室用三电极系统的电化学方法研究土壤腐蚀，周期短，但实验数据往往和实际差别较大。因此有人设想，能否在现场利用电化学等方法直接测量土壤腐蚀相关数据，不仅周期会短，而且数据可信。但电化学技术在土壤腐蚀性测定中也有很多难点，需测定参数多，工作量大，涉及仪器及测试电极较多，电极易破碎，不便携带等。
其中，电化学测试技术的运用为研究金属材料在土壤中的腐蚀行为开辟了新的领域，不少学者直接采用线性极化电阻的方法来评估土壤介质对金属材料的腐蚀性。土壤介质的电阻率一般很高，在进行电化学测量时，工作电极和参比电极之间很高的IR降对测量结果的精度产生很大的影响，尤其是用来反映埋地金属阴极化程度和保护效果时，IR降误差有时高达数百上千毫伏，致使阴极保护测量电位完全失真，影响阴极保护有效性。一般通常采用增加土壤介质的水分含量来降低参比电极与研究电极之间的介质电阻，或者利用一些电化学仪器本身所具有的电阻补偿功能来补偿土壤介质电阻上的IR降。前一种方法脱离了金属在野外埋藏的真实环境；后一种方法往往会因为仪器本身电化学噪声的影响和外界电磁场的干扰而带来很大的误差，或者因为补偿不当而使仪器出现电流或电位过载等故障。另外，国外还有人提出运用断电流技术来补偿IR降(即由于I(电流)和R(电阻)所引起的偏差)的影响，但是这种方法须用到较多的仪器和设备，实验手段比较复杂，在条件不具备的情况下，难以实现这种做法。
发明内容
针对现有技术中土壤腐蚀检测装置功能较为单一、测量结果误差大，易出现过载故障以及实验手段复杂，难以满足实际应用需要等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、测量手段简单、快速准确而且方便携带、可减少IR降对测量影响的电极土壤腐蚀测量探头。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明四电极土壤腐蚀检测探头包括四电极以及主杆管，其中四电极共同嵌入电极座中固定，四电极的导线经主杆管接至多功能土壤腐蚀测量仪；电极座与主杆管通过航空插头进行插接。
所述电极座为两种，一种电极座插入的四电极分别为参比硫酸铜电极、工作电极、铂电极和温度电极；其中工作电极材质与待测金属材质相同。
另一种电极座插入的四电极均为铜电极。
参比硫酸铜电极采用后置式，即参比硫酸铜电极设于工作电极工作面背后。
本发明还设有导线盒，四电极的导线经主杆管从导线盒连接、穿出后引至多功能土壤腐蚀测量仪。
所述导线盒具有收放线结构，四电极导线盘绕在导线盒内。
本发明还具有探头盖，扣合于电极座上部，四电极容置于电极座及探头盖形成的空间内。
所述主杆管壁上设孔，电极导线经主杆管壁上的孔引出至多功能土壤腐蚀测量仪。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明具有多种检测功能，实现了对土壤温度、电阻率、氧化还原电位及土壤腐蚀率的现场测量，若体系内已施加阴极保护措施，该探头还可测量被保护金属的阴极保护电位及阴极保护电流密度。
2.本发明共有两个可更换探头，电极座通过底部的航空插头与主杆管端口的插座连接，转换方便，分别对不同的土壤理化指标进行测量。
3.本发明采用内置一体化电极，有效地降低了土壤IR降对电化学测量的影响，提高了测得数据即金属的腐蚀速度的可靠性。
4.本发明设计了导线盒，可根据测量位置自如地收放测量电线。
5.本发明采用一体化设计，结构合理，其使用及携带都很方便，应用范围广，可用于各种土壤体系的检测和材料的寿命预测。
6.本发明由于探头盖放置在探头上不用时起保护电极的作用，具有携带方便的优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2A为本发明中四电极图示(一)；
图2B为本发明中四电极图示(二)。
其中，1为探头盖，2为电极座，3为主杆管，4为导线盒，5为多功能土壤腐蚀测量仪，6为导线，7为航空插头，8为铜电极，E1为参比硫酸铜电极，E2为工作电极，E3为辅助电极铂电极，E4为温度电极。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明四电极土壤腐蚀检测探头包括四电极以及主杆管3，其中四电极共同嵌入电极座2中固定，四电极的导线6经主杆管3接至多功能土壤腐蚀测量仪5；电极座2与主杆管3通过航空插头7进行插接。
或者，四电极的导线6经主杆管3壁上所设的孔引出至多功能土壤腐蚀测量仪5。
本实施例中还设置一导线盒4，四电极导线6经主杆管3进入导线盒4进行连接，再从导线盒4接至多功能腐蚀测量仪。导线盒4具有盘绕可收放结构，四电极导线盘绕在导线盒4内，可根据测量位置自如地收放测量电线。
如图2A、2B所示，本发明中配有两个可更换电极座2，即A型电极座与B型电极座(均采用聚四氟乙烯材料)，电极座2与主杆管3(本实施例采用不锈钢材料)通过航空插头7进行插接，A型电极座中包含参比硫酸铜电极E1、工作电极E2、辅助电极铂电极E3及温度电极E4，其中工作电极E2材质与待测金属材质相同。而B型电极座中的四根电极皆为铜电极8
A型电极座中的四个电极，使用时通过以下连接：
(1)接通参比硫酸铜电极E1和铂电极E3电极，可测量土壤氧化还原电位；
(2)E4电极，可测量土壤温度；
(3)接通参比硫酸铜电极E1、工作电极E2和铂电极E3，三电极相连，可测量土壤腐蚀率及阴极保护参数；
采用三电极体系测量研究电极的稳态极化曲线，同时测定通过研究电极的电流密度和电极电位。体系中含有两个回路，由工作电极E2和参比硫酸铜电极E1组成的测量回路，用来测试工作电极E2的电化学反应过程；有工作电极E2和铂电极E3组成的极化回路，起传输电子形成回路的作用。
测量腐蚀电位时，参比硫酸铜电极E1位于工作电极E2工作面的背面即为后置式，由于参比硫酸铜电极E3与工作电极E2之间并无电流通过，它们之间的土壤介质仅起盐桥作用，同时具有瞬时断电的功能，可瞬间去除土壤中的IR降，准确测量待测金属自身的腐蚀电位。后置式的参比硫酸铜电极E1使其和工作电极E2之间介质电阻上的IR降降低到非常小的值，介质电阻的影响可以得到有效地克服，从而得到较真实的结果。
本发明中后置式参比硫酸铜电极E1测试与传统前置式参比硫酸铜电极电化学测试对比结果如下：
选取本地1米深的土样经烘干，研磨，并用20目的筛子过筛，将处理后的土样按一定比例与蒸馏水混合，配制成接近水饱和的土壤介质，土样的主要理化参数见表1。然后将探头填入土壤电解池装置中分别使用前置式参比硫酸铜电极、后置式参比硫酸铜电极E1及后置式参比硫酸铜电极E1瞬时断电三种方法进行试验。同样的方法测定研究电极的极化曲线，计算其线性极化电阻，并用电流阶跃暂态法估算参比硫酸铜电极E1前置时存在于参比硫酸铜电极E1和工作电极之间的介质电阻。
土壤电解液状态 接近水饱和
含水率(wt％) 20
电阻率(Ω·m) 21.4
表1测试土壤的理化参数
经过测量及计算得出三种方法中所得的线性极化电阻Rp及前置参比电极中参比/工作电极间介质电阻Rs(front)，见表2。
从表中可以看出，前置式极化电阻Rp(front)最大，后置式瞬时断电Rp(down)最小，这是因为前置式参比电极测量所得的极化电阻Rp(front)中包含了较大的介质电阻Rs(front)。而在后置参比硫酸铜电极E1测得的极化电阻Rp(back)的结果受介质电阻影响较小。在接近水饱和的土壤中，前置式参比电极所得的极化电阻与介质电阻的差值[Rp(front)-Rs(front)]同后置式参比硫酸铜电极E1测得的极化电阻Rp(back)两者的值基本接近，后置参比硫酸铜电极E1瞬时断电法测得的数值最为接近；说明后置参比硫酸铜电极E1再加上瞬时断电法大大降低了介质电阻的影响。
前置式Rp(front)(Ω) 901
后置式Rp(back)(Ω) 746
后置式+瞬时断电Rp(down)(Ω) 725
前置式Rs(front)(Ω) 181
[Rp(front)-Rs(front)](Ω) 720
表2土壤中三种测试方法得到的极化电阻值对比
B型电极座中的四个铜电极8，使用时四电极电连接，利用四极法原理测量土壤的电阻率。
多功能土壤腐蚀检测仪的主机(本实施例采用IMR-150)采用TFT触摸屏技术，使其操作界面功能更强大，操作更加人性化；仪器内含大容量锂电池，适合进行野外土壤腐蚀性评价作业。
本发明还可测定金属设施上阴极保护的相关参数，以考察阴极保护效果。

Claims (8)

1.一种四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：包括四电极以及主杆管，其中四电极共同嵌入电极座中固定，四电极的导线经主杆管接至多功能土壤腐蚀测量仪；电极座与主杆管通过航空插头进行插接。
2.按权利要求1所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：所述电极座为两种，一种电极座插入的四电极分别为参比硫酸铜电极、工作电极、铂电极和温度电极；其中工作电极材质与待测金属材质相同。
3.按权利要求2所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：另一种电极座插入的四电极均为铜电极。
4.按权利要求2所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：参比硫酸铜电极采用后置式，即参比硫酸铜电极设于工作电极工作面背后。
5.按权利要求1所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：还设有导线盒，四电极的导线经主杆管从导线盒连接、穿出后引至多功能土壤腐蚀测量仪。
6.按权利要求5所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：所述导线盒具有收放线结构，四电极导线盘绕在导线盒内。
7.按权利要求1所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：还具有探头盖，扣合于电极座上部，四电极容置于电极座及探头盖形成的空间内。
8.按权利要求1所述的四电极土壤腐蚀检测探头，其特征在于：所述主杆管壁上设孔，电极导线经主杆管壁上的孔引出至多功能土壤腐蚀测量仪。
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