CN111220530B - 基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和方法,该装置包括由辅助阳极、圆柱状箱体、导电液、试验试件、人为缺陷孔、可调直流电源、程控电压电路、参比电极、大阻值、电压检测电路、单片机所构成的三个回路:试验回路、参比回路和控制回路,通过可调直流电源对试验试件施加设定的阴极保护电位,同时通过并联在大阻值电阻两侧的电压检测电路实时监测试验试件相对于参比电极的实际电压,并且将测得的实际电压值反馈给单片机,由单片机输出相应的控制指令给程控电压电路,通过程控电压电路实现对试验试件实际电压值的调整。通过本发明能够保证实验周期内阴保电位的高精度稳定,同时节省大量人力。
Description
技术领域
本发明涉及管道防腐层的实验装置技术领域,尤其涉及一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和方法。
背景技术
管道运输是油气输送的一种主要形式。管道的防腐层与阴极保护的联合保护手段为管道提供了长效的保护手段,但是由于施工质量、服役环境、长期使用等因素,管道防腐层的防腐能力会逐渐降低甚至消失。防腐层失效的最主要表现形式为表面剥离,进一步地,在表面剥离中最常见的一种剥离形式即为阴极剥离。因此,管道的防腐层阴极剥离试验成为了评判防腐层抗剥离性能的重要检测手段。关于这些检测手段的相关内容在标准GB/T23257《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》、SY/T 0094《管道防腐层阴极剥离试验方法(粘接电解槽法)》中均有介绍。
上述标准中涉及到的试验电路均存在着试验试件的设定电压值(相对于参比电极)不太稳定的现象,需要人为地不断调节直流电源的输出电压,以维护试件电压的稳定,费时费力,会浪费大量的人力资源,而且不能保证试验精度。
因此,亟需一种新的能够自动识别、控制试件电压的实验装置和实验方法,用于在确保试验精度节省大量的人力。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种新的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和方法。所述实验装置和实验方法能够对试验试件与参比电极之间的电压进行自动调节,在提高试验精度的同时节省大量的人力。
本发明提供一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,包括:
由可调直流电源、程控电压电路、辅助阳极、导电液和试验试件串联而成的试验回路,其中,所述可调直流电源在所述程控电压电路的控制下通过所述辅助阳极和所述导电液对所述试验试件施加电压,进行管道防腐层阴极剥离试验;
由检测电阻、参比电极、所述导电液和试验试件串联而成的参比回路,其中,所述检测电阻两端并联有电压检测电路,用于检测所述参比电极与所述试验试件之间的电压值;
连接在所述电压检测电路与所述程控电压电路之间的主控设备,其中,所述主控设备用于接收所述电压检测电路检测的电压值,并将该电压值与设定值进行比较,根据比较结果输出相应的控制指令给所述程控电压电路,使得所述程控电压电路能够根据控制指令调节所述可调直流电源对所述试验试件施加的电压,从而使得所述参比电极与所述试验试件之间的电压值保持设定值。
根据本发明的实施例,在所述试验回路中,所述可调直流电源的负极与所述试验试件相连,所述可调直流电源的正极与所述程控电压电路的一端相连,所述程控电压电路的另一端连接所述辅助阳极,所述辅助阳极插设于一容器内的导电液中,所述导电液通过所述试验试件的人为缺陷孔与所述试验试件电性接触,由此形成串联回路。
根据本发明的实施例,在所述参比回路中,所述检测电阻的一端连接所述参比电极,所述参比电极插设于所述导电液中,所述导电液通过所述试验试件的人为缺陷孔与所述试验试件电性接触,所述试验试件连接所述检测电阻的另一端,由此形成串联回路。
根据本发明的实施例,所述导电液至少要淹没所述辅助阳极的从下部起三分之二的部分。
根据本发明的实施例,所述导电液至少要淹没所述参比电极的从下部起三分之二的部分。
根据本发明的实施例,所述主控设备设置成,接收由所述电压检测电路反馈的电压值,并将接收到的电压值与设定值进行比较,根据两者之间的差值以及差值的变化率,通过内置的PID控制算法进行计算,然后根据计算结果通过数模转换输出相应的控制指令给所述程控电压电路。
根据本发明的实施例,所述主控设备为单片机。
根据本发明的实施例,所述程控电压电路是以运算放大器为基础的程控电压电路。
根据本发明的实施例,所述参比电极是饱和甘汞电极。
本发明还提供了一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过可调直流电源对试验试件施加设定的阴极保护电位,同时通过并联在检测电阻两端的电压检测电路实时监测参比电极相对于试验试件的实际电压,并将测得的实际电压反馈给主控设备,主控设备输出相应的控制指令给程控电压电路,以对可调直流电源提供给试验试件的实际电压进行调整,确保阴极保护电位的稳定。
与现有技术相比,本发明具有如下优点或有益效果:
1)本发明提供的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和实验方法,通过检测试验试件电压,进而控制辅助阳极电压,形成反馈控制,从而保证试件电压(相对于参比电极)稳定,能够达到提高试验精度的有益效果;
2)本发明提供的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置和实验方法,通过引入单片机和程控电压电路实现对阴极保护电位的自动调节,可以避免人为操作带来的随机误差,同时节省大量的人力。
3)本发明提供的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置结构简单,实验方法操作便利,具有极大的推广价值,节省了需要不断进行电源电压人力调节的工作量,又减少了人为操作带来的各种随机误差,使试验试片电压能够保持长久的稳定,保证了试验的准确性及精度。
附图说明
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是:
图1示出了本发明实施例的阴极剥离实验装置的组成示意图;
图2示出了图1所示的阴极剥离实验装置所采用的程控电压电路的电路结构示意图。
辅助阳极1、圆柱状箱体2、导电液3、试验试件4、人为缺陷孔5、可调直流电源6、程控电压电路7、参比电极8、大阻值电阻9、电压检测电路10、单片机11、第一调节电阻12、第二调节电阻13、第三调节电阻14和运算放大器15。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
本发明的核心思想是提供一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,用于在提高试验精度的同时节省大量的人力。
图1示出了基于上述思想的实验装置的具体实施例。由图1可知,本发明的实验装置具有辅助阳极、圆柱状箱体、导电液、试验试件、人为缺陷孔、可调直流电源、参比电极,以及从参比电极到辅助阳极的反馈控制回路,所述反馈控制回路主要由大阻值电阻、电压检测电路、单片机以及程控电压电路组成。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方案,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例一
图1示出了本发明实施例的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置的组成示意图。由图1可知,该实验装置主要包括由辅助阳极1、圆柱状箱体2、导电液3、试验试件4、人为缺陷孔5、可调直流电源6、程控电压电路7、参比电极8、大阻值电阻9、电压检测电路10、单片机11所构成的三个回路:试验回路、参比回路和控制回路。其中:
所述试验回路主要由辅助阳极1、圆柱状箱体2内的导电液3、钻有人为缺陷孔5的试验试件4、可调直流电源6以及程控电压电路7串联而成,能够模拟3PE防腐层管道外部的腐蚀环境。
在本实施例中,根据GB/T23257,圆柱状箱体2的上下部进行开口处理,试验试件4是例如尺寸为150mm×150mm×6mm的平板,在试验试件4中部钻取有直径为6.4mm的人为缺陷孔5,人为缺陷孔5穿透3PE防腐层直至露出试验试件4的基材平板。试验试件4与下部开口后的圆柱状箱体2通过密封胶同心粘结,圆柱状箱体2内装有导电液3。辅助阳极1插入圆柱状箱体2内的导电液3中,插入深度要求为,导电液3至少要淹没辅助阳极1的从下部起三分之二的部分。在该试验回路中,通过可调直流电源6对试验试件4施加直流电压,模拟现场管道的外加电流阴极保护系统,开展管道防腐层的抗阴极剥离性能试验。具体地,可调直流电源6的负极与试验试件4的底板相连,可调直流电源6的正极与程控电压电路7的一端相连,程控电压电路7的另一端连接辅助阳极1。
所述参比回路主要由参比电极8、圆柱状箱体2内的导电液3、钻有人为缺陷孔5的试验试件4以及大阻值电阻9串联而成。此外,在该参比回路中,在大阻值电阻9的两端还并联有电压检测电路10,用于实时检测参比电极8与试验试件4之间(也即大阻值电阻9的两端)的电压值,并将测量的结果由模拟信号转换为数字信号,实时发送给单片机11。
在本实施例中,参比电极8可以是例如饱和甘汞电极,其插入圆柱状箱体2内的导电液3中的深度要求为,导电液3至少要淹没参比电极8的从下部起三分之二的部分,与辅助阳极1插入圆柱状箱体2内的导电液3中的深度要求相同。
所述控制回路主要由电压检测电路10、单片机11以及程控电压电路7串联而成。
其中,电压检测电路10的输出端与单片机11的输入端相连,单片机11的输出端与程控电压电路7的控制端相连。
单片机11接收由电压检测电路10反馈的测量结果,并将接收到的测量结果与设定值进行比较,根据两者之间的差值以及差值的变化率,通过内置的PID控制算法进行计算,然后根据计算结果通过数模转换输出相应的控制指令给程控电压电路7。程控电压电路7根据单片机11输出的控制指令调节施加到辅助阳极1上的电压值,以使试验试件4与参比电极8之间的阴极保护电位始终处于设定值,形成对阴极保护电位的闭环反馈控制。
在本实施例中,程控电压电路7可以是以运算放大器为基础的程控电压电路。如图2所示,该程控电压电路7包括第一调节电阻12、第二调节电阻13、第三调节电阻14和运算放大器15。
其中,所述程控电压电路7的电源端与可调直流电源6进行连接,所述程控电压电路7的接地端与第三调节电阻14的一端进行连接,所述程控电压电路7的同相输入端与第一调节电阻12的一端进行连接,所述程控电压电路7的反相输入端与第二调节电阻13的一端以及所述第三调节电阻14的另一端进行连接,所述程控电压电路7的输出端与第二调节电阻13的另一端进行连接。上述各电路部件之间的连线均为铜导线。
所述程控电压电路7的电源端用于接受所述可调直流电源6提供的能量,从而为程控电压电路7提供能量基础;所述第二调节电阻13和所述第三调节电阻14与所述运算放大器15形成负反馈连接,从而为所述程控电压电路7的输入和输出提供固定的比例关系;所述第一调节电阻12用以匹配所述第二调节电阻13和所述第三调节电阻14,从而平衡所述运算放大器15因为外接电阻而引起的零点漂移等误差。
所述单片机11输出的控制调节指令,通过所述第一调节电阻12加载到所述运算放大器15的同相输入端;由于所述运算放大器15处于负反馈状态,所以所述运算放大器15的反相输入端的电压可以认为等于其同相输入端的电压;所述运算放大器15的反相输入端经由所述第二调节电阻13和所述第三调节电阻14构成的负反馈结构输出到所述运算放大器15的输出端,从而输出所述单片机11期望输出的电压值。
实施例二
基于上述实验装置的和实验操作方法如下:
通过可调直流电源对试验试件施加设定的阴极保护电位,同时通过并联在大阻值电阻两侧的电压检测电路实时监测试验试件相对于参比电极的实际电压,并将测得的实际电压反馈给单片机,单片机输出相应的控制指令给程控电压电路,以对试验试件的实际电压进行调整,确保试验周期内阴极保护电位的高精度稳定。
当然,本发明不限于以上实施例,还可以存在许多变形。例如,单片机可以是MCU或者是DSP,只要其具有计算控制功能即可;程控电压电路可以是运算放大器也可以是晶体管或者IGBT;模数转换模块或者数模转换模块可以集成在单片机或者程控电压电路中。凡是本领域的普通技术人员能以本发明公开的内容直接导出或是联想到的所有的用于实现电压值的自动控制的变形均应被认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,包括:
由可调直流电源、程控电压电路、辅助阳极、导电液和试验试件串联而成的试验回路,其中,所述可调直流电源在所述程控电压电路的控制下通过所述辅助阳极和所述导电液对所述试验试件施加电压,进行管道防腐层阴极剥离试验;
由检测电阻、参比电极、所述导电液和所述试验试件串联而成的参比回路,其中,所述检测电阻两端还并联有电压检测电路,用于检测所述参比电极与所述试验试件之间的电压值;
连接在所述电压检测电路与所述程控电压电路之间的主控设备,其中,所述主控设备用于接收所述电压检测电路检测的电压值,并将该电压值与设定值进行比较,根据比较结果输出相应的控制指令给所述程控电压电路,使得所述程控电压电路能够根据控制指令调节所述可调直流电源对所述试验试件施加的电压,从而使得所述参比电极与所述试验试件之间的电压值保持设定值;
其中,在所述试验回路中,所述可调直流电源的负极与所述试验试件相连,所述可调直流电源的正极与所述程控电压电路的一端相连,所述程控电压电路的另一端连接所述辅助阳极,所述辅助阳极插设于一容器内的导电液中,所述导电液通过所述试验试件的人为缺陷孔与所述试验试件电性接触,由此形成串联回路;
其中,在所述参比回路中,所述检测电阻的一端连接所述参比电极,所述参比电极插设于所述导电液中,所述导电液通过所述试验试件的人为缺陷孔与所述试验试件电性接触,所述试验试件连接所述检测电阻的另一端,由此形成串联回路;
其中,所述导电液至少要淹没所述辅助阳极的从下部起三分之二的部分;
其中,所述导电液至少要淹没所述参比电极的从下部起三分之二的部分。
2.根据权利要求1所述的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,所述主控设备设置成,接收由所述电压检测电路反馈的电压值,并将接收到的电压值与设定值进行比较,根据两者之间的差值以及差值的变化率,通过内置的PID控制算法进行计算,然后根据计算结果通过数模转换输出相应的控制指令给所述程控电压电路。
3.根据权利要求2所述的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,所述主控设备为单片机。
4.根据权利要求1所述的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,所述程控电压电路是以运算放大器为基础的程控电压电路。
5.根据权利要求1所述的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置,其特征在于,所述参比电极是饱和甘汞电极。
6.基于权利要求1至5中任意一项所述的基于阴保电位自动识别与控制的阴极剥离实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过可调直流电源对试验试件施加设定的阴极保护电位,同时通过并联在检测电阻两端的电压检测电路实时监测参比电极相对于试验试件的实际电压,并将测得的实际电压反馈给主控设备,主控设备将实际电压与设定值进行比较,根据比较结果输出相应的控制指令给程控电压电路,以对可调直流电源提供给试验试件的实际电压进行调整,确保阴极保护电位的稳定。
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