CN113502478A - 一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，包括固定盒和监测仪器，固定盒的四个侧面均安装有连接件，连接件远离固定盒的一端设有导电探头，导电探头连接有第一导线，固定盒表面设有参比电极，参比电极连接有第二导线，第一导线和第二导线可连接至监测仪器。本发明可实现对牺牲阳极剩余量和钢结构受保护电位的综合监测，能够更全面合理的评估牺牲阳极阴极保护效果。

Description

一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置

技术领域

本发明属于金属材料腐蚀与防护技术领域，尤其涉及一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置。

背景技术

钢结构工程得益于建设周期短、能耗低、施工方便等优势，在我国交通基础设施建设中发挥重大作用，如海上钻井平台、海上风电、高桩码头等工程均大规模使用了钢结构材料。但是，受恶劣海洋服役环境影响，钢结构的腐蚀状况严重。采用牺牲阳极对钢结构进行阴极保护是目前一种常用技术，为了评估牺牲阳极的有效性，需要定期在现场检测钢结构电位和牺牲阳极剩余情况，然而现场检测受环境条件影响较大，尤其是海上工程极端天气下不便现场检查。为了实时掌控牺牲阳极服役状况，科研界开展大量自动化监测设备的研发，但现有监测装置多局限于电流的单一测试，不能综合评估牺牲阳极服役状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，可实现对牺牲阳极剩余量和钢结构受保护电位的综合监测，能够更全面合理的评估牺牲阳极阴极保护效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，包括固定盒和监测仪器，固定盒的四个侧面均安装有连接件，连接件远离固定盒的一端设有导电探头，导电探头连接有第一导线，固定盒表面设有参比电极，参比电极连接有第二导线，第一导线和第二导线可连接至监测仪器。

进一步地，连接件为花篮螺丝，其包括本体套筒和两个螺纹杆，两个螺纹杆分别螺纹连接在本体套筒的两端，一螺纹杆远离本体套筒的一端与导电探头连接，另一螺纹杆远离本体套筒的一端贯穿设置在固定盒内。

进一步地，固定盒上设有出线口，出线口处设有保护管，螺纹杆内部为中空结构，导电探头的第一导线依次穿过与其连接的连接件的两个螺纹杆后汇集到固定盒内，并穿过出线口和保护管延伸至固定盒的外部，第二导线穿过固定盒后汇集到固定盒内，并穿过出线口和保护管延伸至固定盒的外部。

进一步地，导电探头包括呈半月形的固定板，固定板的外侧与连接件连接，其内侧设有接触铜片，第一导线与接触铜片连接。

进一步地，固定盒、连接件和固定板均采用聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，还包括与监测仪器连接的计算模块，计算模块根据测量牺牲阳极电阻值大小信息采用如下方式计算牺牲阳极消耗质量：

S1、由监测仪器的监测电阻值大小得到牺牲阳极截面积损失率为：

式中，ρ₁为牺牲阳极材料电阻率，L为牺牲阳极长度，R₀为牺牲阳极初始电阻值，R_i为监测仪器监测的牺牲阳极的电阻值；

S2、根据牺牲阳极截面积损失率计算牺牲阳极消耗质量：

Δm＝ρ₂×L×ΔS；

式中，ρ₂为牺牲阳极密度。

进一步地，参比电极采用Ag/AgCl电极，参比电极为固体电极。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：制备工艺简单，便于现场施工，具有良好的力学强度和耐环境腐蚀性能，有效保证长期服役寿命，采用测量牺牲阳极电阻值变化评估消耗量，可随时监测，并结合测量钢结构电位和牺牲阳极电位，能够更全面评估牺牲阳极阴极保护效果。

附图说明

图1为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置的结构示意图；

图2为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置的安装示意图；

图3为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置中导电探头的放大示意图。

图中，1-固定盒，2-连接件，21-本体套筒，22-螺纹杆，3-导电探头，31-固定板，32-接触铜片，4-第一导线，5-参比电极，6-第二导线，7-监测仪器，8-牺牲阳极，9-钢结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，图1为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置的结构示意图。一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，包括固定盒1和监测仪器7，固定盒1的四个侧面均安装有连接件2，连接件2远离固定盒1的一端设有导电探头3，导电探头3连接有第一导线4，固定盒1表面设有参比电极5，参比电极5连接有第二导线6，第一导线4和第二导线6可连接至监测仪器7。

请结合参阅图2至图3，图2为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置的安装示意图，图3为本发明钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置中导电探头的放大示意图。牺牲阳极8的上下两端为固定端，两固定端分别固定在钢结构9上，本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置设置在牺牲阳极8和钢结构9之间，在固定盒1的上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均安装有连接件2，四个连接件2上的导电探头3分别与牺牲阳极8的两固定端、牺牲阳极8中部和钢结构9紧密接触，将本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置固定在牺牲阳极8和钢结构9之间，如图2所示。在一实施例中，连接件2为花篮螺丝，其包括本体套筒21和两个螺纹杆22，两个螺纹杆22分别螺纹连接在本体套筒21的两端，一螺纹杆22远离本体套筒21的一端与导电探头3连接，另一螺纹杆22远离本体套筒21的一端贯穿设置在固定盒1内。连接件2采用花篮螺丝，通过螺纹杆22从本体套筒21的伸出长度，从而调整各连接件2的整体长度，确保四个连接杆上的导电探头3分别与牺牲阳极8的两固定端、牺牲阳极8中部和钢结构9紧密接触。在一实施例中，导电探头3包括呈半月形的固定板31，固定板31的外侧与连接件2连接，其内侧设有接触铜片32，第一导线4与相应的接触铜片32连接。固定板31呈半月形，接触铜片32固定在固定板31的内侧，接触铜片32同样呈半月形，该设置使得固定板31和接触铜片32更加贴合牺牲阳极8的两固定端、牺牲阳极8中部或钢结构9，使得本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置能够更加稳固的固定在牺牲阳极8和钢结构9之间。在一实施例中，固定盒1、连接件2和固定板31均采用聚四氟乙烯材料制成。该设置使得本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置整体具有良好的力学强度和耐环境腐蚀性能，有效保证监测装置长期服役寿命。

参比电极5固定在固定盒1表面，在一实施例中，参比电极5宜采用Ag/AgCl电极，参比电极5宜采用固体电极。在需要测量时，根据需要测量数据选择相应的第一导线4或第二导线6连接至监测仪器7，具体地，监测仪器7通过连接与牺牲阳极8两固定端接触的导电探头3的第一导线4，测量牺牲阳极8电阻值，监测仪器7通过连接第二导线6和与钢结构9接触的导电探头3的第一导线4，测量钢结构9电位，或者监测仪器7通过连接第二导线6和与牺牲阳极8中部接触的导电探头3的第一导线4，测量牺牲阳极8电位。监测仪器7可采用万用表或电化学工作站。在一实施例中，固定盒1上设有出线口，出线口处设有保护管(图中未显示)，螺纹杆22内部为中空结构，导电探头3的第一导线4依次穿过与其连接的连接件2的两个螺纹杆22后汇集到固定盒1内，并穿过出线口和保护管延伸至固定盒1的外部，第二导线6穿过固定盒1后汇集到固定盒1内，并穿过出线口和保护管延伸至固定盒1的外部。将四个导线探头的第一导线4和参比电极5的第二导线6汇集到固定盒1内，并通过保护管汇集一起，固定盒1和保护管可以对第一导线4和第二导线6起到收集存储及保护的作用，避免导线散乱，便于携带。

在一实施例中，为便于得到牺牲阳极8的消耗质量，本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置还包括与监测仪器7连接的计算模块，计算模块根据测量牺牲阳极8电阻值大小信息采用如下方式计算牺牲阳极8消耗质量：

S1、由监测仪器7的监测电阻值大小得到牺牲阳极8截面积损失率为：

式中，ρ₁为牺牲阳极8材料电阻率，单位，L为牺牲阳极8长度，R₀为牺牲阳极8初始电阻值，R_i为监测仪器7监测的牺牲阳极8的电阻值；

S2、根据牺牲阳极8截面积损失率计算牺牲阳极8消耗质量：

Δm＝ρ₂×L×ΔS；

式中，ρ₂为牺牲阳极8密度。

以下简单说明本发明钢结构9牺牲阳极8阴极保护效果监测装置的监测过程：

将与牺牲阳极8两固定端接触的导电探头3的第一导线4与监测仪器7连接，通过监测仪器7测量牺牲阳极8电阻值，然后由公式

和公式Δm＝ρ₂×L×ΔS计算出牺牲阳极8消耗的质量，然后将第二导线6和与钢结构9接触的导电探头3的第一导线4连接至监测仪器7，通过监测仪器7测量钢结构9电位，根据钢结构9电位评估牺牲阳极8对钢结构9阴极保护的有效性，具体地，当钢结构9电位大于800mv时，说明牺牲阳极8对钢结构9阴极保护有效；再然后将第二导线6和与牺牲阳极8中部接触的导电探头3的第一导线4连接至监测仪器7，通过监测仪器7测量牺牲阳极8电位，根据牺牲阳极8电位评估牺牲阳极8的自身是否还具备对钢结构9起到保护作用的能力，具体地，当牺牲阳极8电位小于1200mv时，说明牺牲阳极8还具备对钢结构9起到保护作用的能力。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：制备工艺简单，便于现场施工，具有良好的力学强度和耐环境腐蚀性能，有效保证长期服役寿命，采用测量牺牲阳极8电阻值变化评估消耗量，可随时监测，并结合测量钢结构9电位和牺牲阳极8电位，能够更全面评估牺牲阳极8阴极保护效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，包括固定盒和监测仪器，所述固定盒的四个侧面均安装有连接件，所述连接件远离固定盒的一端设有导电探头，所述导电探头连接有第一导线，所述固定盒表面设有参比电极，所述参比电极连接有第二导线，所述第一导线和第二导线可连接至监测仪器。

2.根据权利要求1所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，所述连接件为花篮螺丝，其包括本体套筒和两个螺纹杆，两个所述螺纹杆分别螺纹连接在本体套筒的两端，一所述螺纹杆远离本体套筒的一端与导电探头连接，另一所述螺纹杆远离本体套筒的一端贯穿设置在固定盒内。

3.根据权利要求2所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，所述固定盒上设有出线口，所述出线口处设有保护管，所述螺纹杆内部为中空结构，所述导电探头的第一导线依次穿过与其连接的连接件的两个螺纹杆后汇集到固定盒内，并穿过所述出线口和保护管延伸至固定盒的外部，所述第二导线穿过固定盒后汇集到固定盒内，并穿过所述出线口和保护管延伸至固定盒的外部。

4.根据权利要求1所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，所述导电探头包括呈半月形的固定板，所述固定板的外侧与连接件连接，其内侧设有接触铜片，所述第一导线与接触铜片连接。

5.根据权利要求4所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，所述固定盒、连接件和固定板均采用聚四氟乙烯材料制成。

6.根据权利要求1所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，还包括与所述监测仪器连接的计算模块，所述计算模块根据测量牺牲阳极电阻值大小信息采用如下方式计算牺牲阳极消耗质量：

S1、由所述监测仪器的监测电阻值大小得到牺牲阳极截面积损失率为：

式中，ρ₁为牺牲阳极材料电阻率，L为牺牲阳极长度，R₀为牺牲阳极初始电阻值，R_i为监测仪器监测的牺牲阳极的电阻值；

S2、根据牺牲阳极截面积损失率计算牺牲阳极消耗质量：

Δm＝ρ₂×L×ΔS；

式中，ρ₂为牺牲阳极密度。

7.根据权利要求1所述的钢结构牺牲阳极阴极保护效果监测装置，其特征在于，所述参比电极采用Ag/AgCl电极，所述参比电极为固体电极。

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