CN112376053B - 一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统 - Google Patents

一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统,涉及阴极保护检测技术领域,能够降低阴极保护电流和杂散电流对测量电位的影响,便于准确控制金属构件的极化电位;该探头包括绝缘壳体、设于所述绝缘壳体内部的测试试样以及参比电极;所述测试试样和所述参比电极分别通过电缆与外部连接;所述测试试样与所述参比电极之间设有低电阻率填充物;所述绝缘壳体为密封腔体;所述探头与恒电位仪仪器实现对埋地管道的极化电位控制。本发明提供的技术方案适用于埋地管道极化电位控制的过程中。

Description

一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统
【技术领域】
本发明涉及阴极保护检测技术领域,尤其涉及一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统。
【背景技术】
阴极保护作为埋地或水下金属构件外腐蚀防护的一种经济有效的方法已经得到了广泛的应用,而外加电流法阴极保护因其保护范围大、不受环境电阻率影响及经济性等优点广泛应用于大的工业工程中。其中用恒电位仪进行电位控制是外加电流法阴极保护的重要手段之一。而极化电位是阴极保护的重要参数,标志着金属构件阴极极化的程度,是监视和控制阴极保护效果的重要指标。目前国内外评价阴极保护有效性的指标均采用极化电位或极化值(极化电位相对于自然腐蚀电位的偏移值),因此准确控制金属构件的极化电位对确保阴极保护技术的有效实施具有非常重要的意义。
外加电流法阴极保护系统主要包括辅助阳极设施,金属构件以及恒电位仪。恒电位仪作为外加电流法阴极保护系统的主要仪器,用以提供直流电源,设定控制点电位。恒电位仪的工作原理是将控制点参比电极的信号经零位接阴线传输到恒电位仪内部的集成电路中,恒电位仪对该信号与控制点电位进行处理,改变极化回路中元器件的状态,从而改变输出电流、电压的大小,以达到控制点处通过参比电极测量的电位与设定的电位相一致。目前控制点的参比电极常采用普通的长效参比电极,尽可能地靠近试片的表面,但由于阴极保护电流在电解质中流动,且在有杂散电流干扰情况下,由于杂散电流在试片和参比电极之间的电解质中流动,产生较大的IR降,导致无法采用极化电位进行控制。某些金属构件,如埋地钢质管道周围的环境状况较为复杂,特别是交直流杂散电流干扰十分普遍,在这种干扰条件下如何实现恒电位仪极化电位的控制就显得尤为重要。
因此,有必要研究一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供了一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统,通过抗干扰探头与恒电位仪组成的外加电流阴极保护系统,实现恒电位仪极化电位的控制,能够降低阴极保护电流和杂散电流对测量电位的影响,便于准确控制金属构件的极化电位。
一方面,本发明提供一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头,其特征在于,所述探头结构包括绝缘壳体、设于所述绝缘壳体内部的测试试样以及参比电极;所述测试试样和所述参比电极分别通过电缆与外部连接;所述测试试样与所述参比电极之间设有低电阻率填充物;所述绝缘壳体为密封腔体。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述测试试样为内空结构,所述参比电极设于所述测试试样的内部。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述测试试样与所述参比电极之间绝缘。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述测试试样为多孔管状或环形。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述测试试样的材质与待测金属构件的材质相同。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述低电阻率填充物为膨润土。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述参比电极为铜参比电极、饱和硫酸铜参比电极或锌参比电极。
另一方面,本发明提供一种恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述系统包括恒电位仪、如上任一所述的抗干扰探头、待测管道和阳极地床;
所述抗干扰探头设置于所述待测管道附近;所述抗干扰探头、所述待测管道和所述阳极地床分别通过电缆与所述恒电位仪电连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述抗干扰探头的参比电极通过第一电缆与所述恒电位仪的参比端电连接;所述抗干扰探头的测试试样和所述待测管道依次连接第二电缆和第三电缆,所述第二电缆和所述第三电缆汇合连接后与所述恒电位仪的零位接阴端电连接;所述待测管道通过第四电缆与所述恒电位仪的阴极端连接;所述阳极地床通过第五电缆与所述恒电位仪的阳极端电连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述恒电位仪的保护电位为-0.85~-1.2V(CSE),优选-1.0VCSE
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:本发明将外加电流阴极保护法进行了优化,在控制点处采用抗干扰探头,可消除阴极保护电流、杂散电流对电位测量的影响,从而获得准确的极化电位;所采用的参比电极和低电阻率填充物不会影响测试试样的表面状态,能保证测量的稳定性和准确性;恒电位仪与抗干扰探头之间通过合理的连接方式,实现了恒电位仪的极化电位控制,为阴极保护的有效实施提供了保障;此外,本发明的抗干扰探头加工制作工艺方案可行,质量易于控制,便于批量生产。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的用于恒电位仪极化电位的抗干扰探头结构使用时的结构示意图;
图2是本发明另一个实施例提供的用于恒电位仪极化电位的抗干扰探头结构使用时的结构示意图,该方式不通过阴极保护测试桩进行连接。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明为了获得准确的极化电位,需要开发专用的抗干扰探头。抗干扰探头是将测试试样与绝缘壳体进行机械连接,参比电极置于测试试样中间,通过对探头的结构进行设计来消除阴极保护电流和杂散电流对测量电位的影响。在此基础上,对外加电流阴极保护系统进行优化设计,获得用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头结构与使用方法,即通过抗干扰探头与恒电位仪组成的外加电流阴极保护系统,实现恒电位仪极化电位的控制。
在控制点安装的抗干扰探头包括:测试试样,参比电极,绝缘壳体,低电阻率填充物,多根电缆;绝缘壳体内部为中空且密封的腔体,由绝缘材料制作;测试试样采用与所测金属构件相同的材料,制作成多孔的管状试样或环形试样与所述的绝缘壳体机械连接;参比电极置于测试试样的中心,周围为低电阻率填充物;低电阻率填充物为膨润土等材料;多根电缆包括测试试样电缆和参比电极电缆,相应电缆的一端与对应测试试样和参比电极分别电相连,而各相应电缆的另一端从所述绝缘壳体伸出。
测试试样通过焊接的方式与测试试样电缆电连接,连接部位牢固可靠;测试试样暴露一个多孔的圆柱形金属面,其他表面及电缆连接处均绝缘密封。测试试样安装于绝缘壳体底部,与测试试样相连接的测试试样电缆穿过绝缘壳体,与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出。
测试试样为管状多孔试样或环形试样,暴露金属面积根据待测管道防腐层状况和测试项目确定。
参比电极能选择铜/饱和硫酸铜参比电极或锌参比电极,参比电极周围为低电阻率填充物,并通过机械连接或焊接方式与电缆电连接,连接部位做好绝缘密封,与参比电极相连的参比电极电缆与测试试样电缆汇合后从绝缘壳体顶部伸出。参比电极也可置于多孔管状试样或环形试样的中心,周围为低电阻率填充物。低电阻率填充物为膨润土等材料。
本发明还将该抗干扰探头用于恒电位仪极化电位控制,提供了一种外加电流阴极保护极化电位控制的使用方法包括以下步骤:
(1)根据待测试的金属构件材质、表面涂层类型及状况,确定测试试样材质、面积,提供包括测试试样、参比电极、多根电缆及绝缘壳体的抗干扰探头,测试试样和参比电极通过电缆与外界电连接;
(2)将抗干扰探头设置在与待测金属构件相同的工作环境下;
(3)将埋地金属构件与电缆线进行焊接,通过测试桩与抗干扰探头电连接。
(4)抗干扰探头中参比电极电缆线与恒电位仪的参比电极端口相连接;埋地金属构件电缆线与恒电位仪的阴极端口相连接;抗干扰探头测试试样电缆线、埋地金属构件电缆线与恒电位仪的阴极端口相连接;抗干扰探头测试试样电缆线、埋地金属构件电缆线与恒电位仪的零位接阴端口相连接;阳极地床与恒电位仪的阳极端口相连接。
如图1和图2所示,本发明包括用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头结构与使用方法。可以实现恒电位仪极化电位控制的阴极保护系统包含管道2、阳极地床3、恒电位仪4以及抗干扰探头。其中,管道2、阳极地床3和抗干扰探头埋设于土壤环境1中,恒电位仪一般安置于阴极保护站中。抗干扰探头用以模拟管道2的防腐层破损点,包括绝缘壳体12、测试试样13、参比电极14、低电阻率填充物15和第一电缆10、第二电缆11。绝缘壳体为中空且密封的腔体,为圆柱体,通常采用绝缘材料如聚氯乙烯(PVC)制作。测试试样13安装在绝缘壳体的底部,是与绝缘壳体等径的多孔管状试样,两者之间为机械连接,测试试样只暴露圆柱体的外表面。中空的测试试样内部放置所述参比电极14,参比电极14的周围为低电阻率填充物15,可降低阴极保护电流以及周围杂散电流对电位测量的影响,从而获得准确的极化电位。测试试样与参比电极通过焊接或机械连接的方式与电缆线相连接,第一电缆10、第二电缆11穿过绝缘壳体12,两者汇合后由绝缘壳体顶部伸出。
由于可通过抗干扰探头获得准确的极化电位,因此将抗干扰探头作为阴极保护系统的通电点,其连接方式有两种,分别为通过阴极保护测试桩进行连接和不通过阴极保护测试桩进行连接。如图1所示,连接抗干扰探头参比电极14的第二电缆11接入阴极保护测试桩8的参比端口,并引线至恒电位仪4的参比端口;连接抗干扰探头测试试片的第一电缆10接入所述的阴极保护测试桩8的试片端口;管道2通过焊接等方式与第三电缆线7连接后,接入所述的阴极保护测试桩8的管道端口;所述阴极保护测试桩8中的管道端口与试片端口通过金属片9进行电连接,并引线至恒电位仪4的零位接阴端口。待测管道焊接第四电缆6后直接接入恒电位仪的阴极端口;阳极地床3通过焊接等方式与第五电缆线5连接后,接入所述阴极保护测试桩的阳极端口,并引线至恒电位仪4的阳极端口。
如图2所示,连接抗干扰探头参比电极的第二电缆11直接接入恒电位仪4的参比端口;连接抗干扰探头测试试样的第一电缆10与管道2的第三电缆7进行电连接后,接入恒电位仪4的零位接阴端口;管道2可通过焊接等方式与第三电缆7进行电连接。管道2可通过焊接等方式与第四电缆6进行电连接,然后直接接入恒电位仪的阴极端口;阳极地床3通过焊接等方式与第五电缆5连接后,直接接入恒电位仪4的阳极端口。
示例:
(1)采用PVC管材加工制作了圆柱形绝缘壳体,壳体总尺寸为Ф50×1000mm;
(2)采用线切割加工Ф50×10mm的一个多孔管状试样,壁厚与所应用管道壁厚相当,材质以该探头所应用的管道母材相同或相近;多孔管状试样的外表面充当工作面,在多孔管状试样内壁焊接电缆,对连接点做好绝缘防腐处理;测试试样的多孔结构设置于管状管壁上,测试试样的内外相通;
(3)将长效铜/饱和硫酸铜参比电极通过机械连接粘接方式安装于多孔管状试样的内部,并填充低电阻率填充物,电缆与参比电极进行机械连接;参比电极与测试试样之间绝缘;
(4)参比电极与测试试样的电缆线汇合后引出,将绝缘壳体密封,制作完成抗干扰探头;
(5)将抗干扰探头埋设于管道同深的位置,与管道所处的外部环境相同,并将抗干扰探头参比电极电缆线(即第二电缆11)、抗干扰探头测试试样电缆线(即第一电缆10)、管道电缆线(即第三电缆7)以及阳极地床电缆线(即第五电缆5)全部引入至阴极保护测试桩中;
(6)从阴极保护测试桩中分别引线,将抗干扰探头参比电极电缆线接入恒电位仪参比电极端口,将抗干扰探头测试试样电缆线与管道电缆线(第三电缆7)电连接后接入恒电位仪的零位接阴端口,将管道电缆线(第四电缆6)直接接入恒电位仪的阴极端口;将阳极地床电缆线(第五电缆5)接入恒电位仪阳极端口;
(7)通过恒电位仪设置保护电位为-1.0VCSE,实现恒电位仪的极化电位控制;保护电位还可以是-0.85~-1.2V(CSE)。
本发明的用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头结构及其使用方法,主要用于埋地或水下金属构件采用外加电流法施加阴极保护时,与恒电位仪配套使用,便于准确控制金属构件的极化电位。
以上对本申请实施例所提供的一种用于恒电位仪极化电位控制的抗干扰探头及系统,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,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申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述系统包括恒电位仪、抗干扰探头、待测管道和阳极地床;
所述抗干扰探头设置于所述待测管道附近;所述抗干扰探头、所述待测管道和所述阳极地床分别通过电缆与所述恒电位仪电连接;
所述抗干扰探头的参比电极通过第一电缆与所述恒电位仪的参比端电连接;所述抗干扰探头的测试试样和所述待测管道依次连接第二电缆和第三电缆,所述第二电缆和所述第三电缆汇合连接后与所述恒电位仪的零位接阴端电连接;所述待测管道通过第四电缆与所述恒电位仪的阴极端连接;所述阳极地床通过第五电缆与所述恒电位仪的阳极端电连接;
所述抗干扰探头包括绝缘壳体、设于所述绝缘壳体内部的测试试样以及参比电极;所述测试试样和所述参比电极分别通过电缆与外部连接;所述测试试样与所述参比电极之间设有低电阻率填充物;所述绝缘壳体为密封腔体;
所述测试试样为内空结构,所述参比电极设于所述测试试样的内部;所述测试试样为多孔管状。
2.根据权利要求1所述的恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述测试试样与所述参比电极之间绝缘。
3.根据权利要求1所述的恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述测试试样的材质与待测金属构件的材质相同。
4.根据权利要求1所述的恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述低电阻率填充物为膨润土。
5.根据权利要求1所述的恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述参比电极为铜参比电极、饱和硫酸铜参比电极或锌参比电极。
6.根据权利要求1所述的恒电位仪极化电位控制系统,其特征在于,所述恒电位仪的CSE保护电位为-0.85~-1.2V。
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