CN118256922B - 一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法，属于腐蚀监测技术领域。所述参比电极包括：电源，具有第一输出电极和第二输出电极；工作线，用于连接腐蚀监测系统；辅助电极体，与所述电源的第一输出电极电连接；第一参比电极体，可切换地与所述工作线电连接或与所述电源的第二输出电极电连接；和，第二参比电极体，可切换地与所述工作线电连接或与所述电源的第二输出电极电连接。本发明提供的参比电极具有可再生、长效稳定的优点，能够保证监测数据的准确性。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀监测技术领域，具体涉及一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法。
背景技术
参比电极是测量各种电极电势时作为参照比较的电极，既可用来测量被保护结构的腐蚀电位、保护电位，又可作为阴极保护系统恒电位仪的自动控制信号源。常用的参比电极有铜/饱和硫酸铜、银/氯化银、高纯锌等，广泛应用于土壤、海水等环境中金属结构的阴极保护和腐蚀状态监测。
参比电极在海上风电基础等海洋工程中使用时，会受到海水介质渗透、海洋生物附着等因素的影响而发生电位漂移，影响到电位监测数据的准确性，从而造成海洋工程装备腐蚀防护状态的误判误警。
为了提高参比电极的长期稳定性，通常通过控制与电极体直接接触的介质的成分和稳定性，以保证电极体与介质界面的电化学性质稳定，从而提高参比电极的长期稳定性和准确性。但对于海洋工程中普遍采用的固体电极（例如高纯锌、银/氯化银、银/卤化银）来说，其使用环境是自然海水，参比电极受到潮汐、浪流等因素的影响明显，存在被海泥、海生物等异物附着的现象，这会造成电极体表面状态的改变，甚至不可恢复，严重影响参比电极的使用。这些问题会严重影响海洋工程设施腐蚀防护状态的准确检测和评估，无法准确获知海洋工程设施的结构安全性，存在极大的安全隐患。但海上风电等工程设施的维护和施工受天气、海况等多种因素影响，非常困难，而且成本高，费时费力。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法。本发明提供的参比电极具有可再生、长效稳定的优点，能够保证监测数据的准确性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种腐蚀监测用参比电极，所述参比电极包括：
电源，具有第一输出电极和第二输出电极；
工作线，用于连接腐蚀监测系统；
辅助电极体，与所述电源的第一输出电极电连接；
第一参比电极体，可切换地与所述工作线电连接或与所述电源的第二输出电极电连接；和，
第二参比电极体，可切换地与所述工作线电连接或与所述电源的第二输出电极电连接。
需要说明的是，上述“用于连接腐蚀监测系统”是为了说明所述工作线的作用，可以理解地，所述腐蚀监测系统并非参比电极的一部分，而是参比电极在工作时所要连接的外部模块。
所述电源用于在辅助电极体和参比电极体之间施加极化电位和电流。本发明对所述电源的输出模式不做特殊限制，示例性的，输出模式包括但不限于恒电压模式、恒电流模式、直流电流模式、交变电流模式、正弦电流模式、脉冲电流模式等。本发明中，所述第一输出电极和第二输出电极为所述电源的对电极。在一些实施方式中，所述第一输出电极为负极，所述第二输出电极为正极。
下文中，为了便于描述，在不需要区分第一参比电极体和第二参比电极体时，二者统称为参比电极体。
本发明提供的参比电极具有可再生、长效稳定的优点。该参比电极中的参比电极体具有“工作”状态和“清洗再生”状态：当参比电极体与工作线电连接时，该参比电极体处于监测腐蚀状态的“工作”状态；当参比电极体与电源的第二输出电极电连接时，该参比电极体处于“清洗再生”状态，此时参比电极体与辅助电极体通过待测环境（例如海水）连通，所述电源在辅助电极体和参比电极体之间施加一定的极化电位和电流，使参比电极体表面发生电化学反应，去除表面附着的污泥、生物等异物，实现参比电极体表面状态的更新和性能再生，恢复参比电极体的初始性能。通过定期更新参比电极体的表面状态，可以使参比电极的性能长期稳定可靠，从而保证监测数据的准确性。
在本发明一些实施方式中，可切换地，所述第一参比电极体与所述工作线电连接，同时所述第二参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接；或者，所述第一参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，同时所述第二参比电极体与所述工作线电连接。
通过控制第一参比电极体和第二参比电极体的电连接状态同时在上述两种电连接状态下切换，能够使第一参比电极体和第二参比电极体中的一个处于“工作”状态，另一个处于“清洗再生”状态，这样可以保证第一参比电极体和第二参比电极体中始终有一个处于“工作”状态，保证监测状态连续。
在本发明一些实施方式中，所述参比电极还包括电极控制系统，用于控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态。
本发明中，对所述电极控制系统的种类及其工作方式不做特殊限制，其只要能够实现第一参比电极体和第二参比电极体的电连接状态的切换即可。作为非限制性示例，所述电极控制系统可以为机械式开关，通过人为改变机械式开关的连接状态来切换参比电极体的电连接状态；或者，所述电极控制系统包括智能开关和控制模块，可以利用控制模块对智能开关施加电信号，来改变智能开关的连接状态，从而切换参比电极体的电连接状态。
在本发明一些实施方式中，所述电极控制系统包括联动开关。使用联动开关，可以实现第一参比电极体与第二参比电极体的联动，使二者同时切换电连接状态。
在本发明一些实施方式中，所述第一参比电极体和所述第二参比电极体各自独立地为高纯锌电极、银/卤化银电极、铂电极或金电极。但本发明不限于此，本领域中其他常规材质的参比电极也可以用于本发明。
在本发明一些实施方式中，所述辅助电极体为不锈钢电极、混合金属氧化物（MMO）电极、高硅铸铁电极或石墨电极。
在本发明一些实施方式中，所述参比电极还包括保护壳；
所述辅助电极体、所述第一参比电极体和所述第二参比电极体，它们的非引线端暴露在所述保护壳的外部，引线端设置在所述保护壳的内部。
需要说明的是，所述辅助电极体、所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的两端中，其中一端用于与其他部件（例如所述工作线或所述电源）相连，这一端称为引线端；而另一端则称为非引线端。
本发明中，所述保护壳的作用是对参比电极中的部件进行保护，防止其在自然环境中发生老化、腐蚀而影响参比电极的性能。其中，辅助电极体、第一参比电极体和第二参比电极体均需要有一部分暴露在保护壳的外部，与待测环境（例如海水）接触，以实现参比电极体的“工作”或“清洗再生”。此时，可以理解地，由于辅助电极体、第一参比电极体和第二参比电极体的引线端需要与其他部件（例如所述工作线或所述电源）连接，因此所述引线端需设置在保护壳中进行保护，而所述非引线端暴露在保护壳的外部。
本发明中，对所述保护壳的材质不做特殊限制，作为示例，所述保护壳的材料可以是环氧树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂等。
在本发明一些实施方式中，当所述参比电极包括电极控制系统时，所述电极控制系统可以设置在所述保护壳的内部；或设置在所述保护壳的外部；或一部分部件设置在所述保护壳的内部，另一部分部件设置在所述保护壳的外部。只要保证电极控制系统能够实现对第一参比电极体和第二参比电极体的电连接状态的控制即可。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的参比电极的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：
将所述辅助电极体的非引线端、所述第一参比电极体的非引线端和所述第二参比电极体的非引线端置于待测环境中；且将所述工作线与腐蚀监测系统电连接；
控制所述第一参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于工作状态或清洗再生状态；控制所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第二参比电极体处于工作状态或清洗再生状态；所述第一参比电极体的电连接状态与所述第二参比电极体的电连接状态相互独立；
所述控制所述第一参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于工作状态为：控制所述第一参比电极体与所述工作线电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第一参比电极体检测电位参数；
所述控制所述第一参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于清洗再生状态为：控制所述第一参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，控制所述电源输出电流，对所述第一参比电极体进行清洗再生；
所述控制所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第二参比电极体处于工作状态为：控制所述第二参比电极体与所述工作线电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第二参比电极体检测电位参数；
所述控制所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第二参比电极体处于清洗再生状态为：控制所述第二参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，控制所述电源输出电流，对所述第二参比电极体进行清洗再生。
本发明提供的使用方法，通过控制参比电极体的电连接状态，能够使参比电极体在“工作”和“清洗再生”两种状态间自由切换。当参比电极体处于“清洗再生”状态时，参比电极体与辅助电极体通过待测环境（例如海水）连通，所述电源在辅助电极体和参比电极体之间施加一定的极化电位和电流，使参比电极体表面发生电化学反应，去除表面附着的污泥、生物等异物，实现参比电极体表面状态的更新和性能再生，恢复参比电极体的初始性能。通过定期更新参比电极体的表面状态，可以使参比电极的性能长期稳定可靠，从而保证监测数据的准确性。
在本发明一些实施方式中，所述使用方法包括：
控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于工作状态，且所述第二参比电极体处于清洗再生状态；
或者，控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于清洗再生状态，且所述第二参比电极体处于工作状态。
通过控制第一参比电极体和第二参比电极体的电连接状态同时在上述两种电连接状态下切换，能够使第一参比电极体和第二参比电极体中的一个处于“工作”状态，另一个处于“清洗再生”状态，这样可以保证第一参比电极体和第二参比电极体中始终有一个处于“工作”状态，保证监测状态连续。
本发明中，对所述清洗再生时，电源输出的电流大小，每次清洗再生的时间，以及清洗再生的频率不做特殊限制，本领域技术人员可以根据参比电极体的表面状况合理选择。示例性的，所述电源输出的电流可以为1～10 mA/cm2，每次所述清洗再生的时间可以为1～30min，同一参比电极体进行所述清洗再生的周期为1～6个月。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的参比电极，能够通过在辅助电极体和参比电极体之间施加极化电位和电流，对参比电极体进行清洗再生，实现参比电极体与待测环境（例如海水）接触面的自动更新和性能再生，使参比电极的性能长期稳定可靠。该参比电极可用于海上风电基础等海洋设施的腐蚀电位测量、阴极保护效果测试等场景，可以长期稳定工作并保证监测数据准确，减少现场维护。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的参比电极的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的参比电极的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的参比电极的结构示意图；
附图标记为：1-电源，11-第一输出电极，12-第二输出电极，2-工作线，3-辅助电极体，4-第一参比电极体，5-第二参比电极体，6-电极控制系统，61-联动开关，7-保护壳。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
如图1所示，本发明一些实施例提供一种腐蚀监测用参比电极，包括：
电源1，具有第一输出电极11和第二输出电极12；
工作线2，用于连接腐蚀监测系统；
辅助电极体3，与所述电源1的第一输出电极11电连接；
第一参比电极体4，可切换地与所述工作线2电连接或与所述电源1的第二输出电极12电连接；和，
第二参比电极体5，可切换地与所述工作线2电连接或与所述电源1的第二输出电极12电连接；
第一参比电极体4和第二参比电极体5通过开关切换电连接状态，且第一参比电极体4和第二参比电极体5的电连接状态相互独立。
本发明一些实施例提供一种如图1所示的参比电极的使用方法，包括如下步骤：
将所述辅助电极体3的非引线端、所述第一参比电极体4的非引线端和所述第二参比电极体5的非引线端置于待测环境中；且将所述工作线2与腐蚀监测系统电连接；
控制所述第一参比电极体4的电连接状态，使所述第一参比电极体4处于工作状态或清洗再生状态；控制所述第二参比电极体5的电连接状态，使所述第二参比电极体5处于工作状态或清洗再生状态；所述第一参比电极体4的电连接状态与所述第二参比电极体5的电连接状态相互独立；
所述控制所述第一参比电极体4的电连接状态，使所述第一参比电极体4处于工作状态为：控制所述第一参比电极体4与所述工作线2电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第一参比电极体4检测电位参数；
所述控制所述第一参比电极体4的电连接状态，使所述第一参比电极体4处于清洗再生状态为：控制所述第一参比电极体4与所述电源1的第二输出电极12电连接，控制所述电源1输出电流，对所述第一参比电极体4进行清洗再生；
所述控制所述第二参比电极体5的电连接状态，使所述第二参比电极体5处于工作状态为：控制所述第二参比电极体5与所述工作线2电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第二参比电极体5检测电位参数；
所述控制所述第二参比电极体5的电连接状态，使所述第二参比电极体5处于清洗再生状态为：控制所述第二参比电极体5与所述电源1的第二输出电极12电连接，控制所述电源1输出电流，对所述第二参比电极体5进行清洗再生。
本实施例提供的参比电极，当参比电极体（4和/或5）与工作线2电连接时，该参比电极体（4和/或5）处于监测腐蚀状态的“工作”状态；当参比电极体（4和/或5）与电源1的第二输出电极电连接时，该参比电极体（4和/或5）处于“清洗再生”状态，此时参比电极体（4和/或5）与辅助电极体3通过待测环境（例如海水）连通，所述电源1在辅助电极体3和参比电极体（4和/或5）之间施加一定的极化电位和电流，使参比电极体（4和/或5）表面发生电化学反应，去除表面附着的污泥、生物等异物，实现参比电极体（4和/或5）表面状态的更新和性能再生，恢复参比电极体（4和/或5）的初始性能。通过定期更新参比电极体（4和/或5）的表面状态，可以使参比电极的性能长期稳定可靠，从而保证监测数据的准确性。因此，本实施例提供的参比电极具有可再生、长效稳定的优点。
在本发明一些实施例中，所述第一输出电极11为负极，所述第二输出电极12为正极。此时，可以利用电源1输出直流电流，对参比电极体（4和/或5）进行清洗再生。
在本发明一些实施例中，所述辅助电极体3为不锈钢电极、混合金属氧化物电极、高硅铸铁电极或石墨电极
在本发明一些实施例中，所述第一参比电极体4和所述第二参比电极体5各自独立地为高纯锌电极、银/卤化银电极、铂电极或金电极。
如图2所示，本发明的一些实施例中，所述腐蚀监测用参比电极还包括：电极控制系统6和保护壳7；
其中，所述电极控制系统6包括联动开关61和控制模块（图中未示处），所述控制模块用于对所述联动开关61施加电信号，来改变联动开关61的连接状态，从而使第一参比电极体4和第二参比电极体5在以下两种电连接状态之间切换：第一种，所述第一参比电极体4与所述工作线2电连接，同时所述第二参比电极体5与所述电源1的第二输出电极12电连接；第二种，所述第一参比电极体4与所述电源1的第二输出电极12电连接，同时所述第二参比电极体5与所述工作线2电连接；
所述电极控制系统6的联动开关61设置在保护壳7内；
所述辅助电极体3、第一参比电极体4和第二参比电极体5，它们的非引线端暴露在所述保护壳7的外部（用于与待测环境接触），引线端设置在所述保护壳7的内部。
本发明一些实施例提供一种如图2所示的参比电极的使用方法，包括如下步骤：
将所述辅助电极体3的非引线端、所述第一参比电极体4的非引线端和所述第二参比电极体5的非引线端置于待测环境中；且将所述工作线2与腐蚀监测系统电连接；
控制所述第一参比电极体4和所述第二参比电极体5的电连接状态，使所述第一参比电极体4处于工作状态，且所述第二参比电极体5处于清洗再生状态；
或者，控制所述第一参比电极体4和所述第二参比电极体5的电连接状态，使所述第一参比电极体4处于清洗再生状态，且所述第二参比电极体5处于工作状态。
通过增加电极控制系统6，能够更方便、智能地对第一参比电极体4和第二参比电极体5的电连接状态进行控制。通过控制第一参比电极体4和第二参比电极体5的电连接状态同时在上述两种电连接状态下切换，能够使第一参比电极体4和第二参比电极体5中的一个处于“工作”状态，另一个处于“清洗再生”状态，这样可以保证第一参比电极体4和第二参比电极体5中始终有一个处于“工作”状态，保证监测状态连续。通过增加保护壳7，能够对参比电极中的部件进行保护，防止其在自然环境中发生老化、腐蚀而影响参比电极的性能。
如图3所示，本发明的一些实施例中，所述电极控制系统6也可以设置在保护壳7的外部。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种腐蚀监测用参比电极，其特征在于，所述参比电极包括：
电源，具有第一输出电极和第二输出电极；
工作线，用于连接腐蚀监测系统；
辅助电极体，与所述电源的第一输出电极电连接；
第一参比电极体，和，
第二参比电极体；
可切换地，所述第一参比电极体与所述工作线电连接，同时所述第二参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接；或者，所述第一参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，同时所述第二参比电极体与所述工作线电连接。
2.根据权利要求1所述的参比电极，其特征在于，所述参比电极还包括电极控制系统，用于控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态。
3.根据权利要求2所述的参比电极，其特征在于，所述电极控制系统包括联动开关。
4.根据权利要求1所述的参比电极，其特征在于，所述第一参比电极体和所述第二参比电极体各自独立地为高纯锌电极、银/卤化银电极、铂电极或金电极。
5.根据权利要求1所述的参比电极，其特征在于，所述辅助电极体为不锈钢电极、混合金属氧化物电极、高硅铸铁电极或石墨电极。
6.根据权利要求1所述的参比电极，其特征在于，所述参比电极还包括保护壳；
所述辅助电极体、所述第一参比电极体和所述第二参比电极体，它们的非引线端暴露在所述保护壳的外部，引线端设置在所述保护壳的内部。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的参比电极的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：
将所述辅助电极体的非引线端、所述第一参比电极体的非引线端和所述第二参比电极体的非引线端置于待测环境中；且将所述工作线与腐蚀监测系统电连接；
控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于工作状态，且所述第二参比电极体处于清洗再生状态；
或者，控制所述第一参比电极体和所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于清洗再生状态，且所述第二参比电极体处于工作状态；
其中，控制所述第一参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于工作状态为：控制所述第一参比电极体与所述工作线电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第一参比电极体检测电位参数；
控制所述第一参比电极体的电连接状态，使所述第一参比电极体处于清洗再生状态为：控制所述第一参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，控制所述电源输出电流，对所述第一参比电极体进行清洗再生；
控制所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第二参比电极体处于工作状态为：控制所述第二参比电极体与所述工作线电连接，使所述腐蚀监测系统利用所述第二参比电极体检测电位参数；
控制所述第二参比电极体的电连接状态，使所述第二参比电极体处于清洗再生状态为：控制所述第二参比电极体与所述电源的第二输出电极电连接，控制所述电源输出电流，对所述第二参比电极体进行清洗再生。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述电源输出的电流为1～10 mA/cm2，每次所述清洗再生的时间为1～30min，同一参比电极体进行所述清洗再生的周期为1～6个月。
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