CN1341215A - 用来监视受腐蚀威胁的物体上的电位的检测器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来登记在腐蚀暴露结构,象在海上环境中的管子和支撑件,上的电压降的传感器器件。传感器耦合到一个表面区域上,对该区域借助于电极(24、25)供给一个电压,在该区域中产生一个激励电流。把电缆连接到布置在以定义的距离定义测量点的一个矩阵中的所述传感器上,以传输与在表面区域中的电压分布有关的信号,作为用来确定在测量区域中的材料厚度和/或结构缺陷(侵蚀、腐蚀等)的基础。提供一个支撑装置(14、52)以保持诸如接触销之类的一行接触件(37、54),这些接触销在测量区域中保持与被测材料的金属相啮合,其中从每个接触件把一个导电体(20、52)引导到一个电缆终端(19、53)。特别是,支撑装置(14、52)是易弯的或铰接的,从而把接触件(37、54)带到与弯曲表面和其他非平表面相啮合。

Description

用来监视受腐蚀威胁的物体上的电位的检测器件

本发明涉及一种如由权利要求1的引言部分定义的、用来记录在腐蚀暴露结构上的电压值的传感器器件。这些结构可以是在海上环境中的管路和支撑，对管路和支撑施加电压，从而激励电流在结构中流动。本发明也涉及一种用这样一种传感器器件来进行测量的方法。该器件可以用于内部和外部腐蚀、裂纹形成、侵蚀和其他缺陷的检测。

NO专利No.150136讲授了用来监视钢构造以便检测缺陷，例如裂纹，的一种方法和一种器件。利用该系统，固定测量点用来记录当施加激励电流时的电压降。通过把在一定场合和一定时间的电压降与在相同场合以前记录的测量值相比较，能检测对于测量区域两侧的缺陷的任何发展。

然而，在某些情况下，由于测量点本身，用这样的固定测量点进行测量是不便利的，并且由于其连接，需要附着在几个位置处。固定测量点的附着可能涉及焊接，这在有爆炸危险的区域是不希望的。

因此，本发明的一个主要目的在于，提供一种用于在测量场合处的移动或周期(可携带式或半可携带式)用途的便利传感器器件，从而不需要焊接测量点。

另一个目的在于，提供一种在爆炸危险区域中能安装和使用而没有安全性危险的传感器器件。

一个具体目的在于，提供一种具有延长形状、低生产成本、小高度、及能容易装配的传感器器件。

又一个目的在于，提供一种不要求在NO152136中规定的传感器连续连接、但能依赖于短时间测量的测量方法。单独的测量应该允许壁厚的计算。

本发明由权利要求1定义。一种易弯或接合的带条配置允许该传感器器件容易适于各种结构。一个实施例(权利要求2-5)对于管子特别方便，而另一个实施例(权利要求6-8)容易适用于各种其他结构。两者都容易安装和拆除。

这些结构允许“快拍”测量以便实现根据权利要求9和10的方法。这给出不需要连续操作的具体优点，它可以借助于间隔的自由选择在几分钟内进行，而不需要测量设备和/或在每次测量之间在测量场合处的连接。间隔可以很长，例如几个星期或几个月。

下面参照附图将更详细地描述本发明，在附图中

图1表示根据本发明第一实施例的两个传感器链的立体图，

图2表示用于图1的传感器链的接触点接合的分解立体图，

图3表示在部分装配条件下经图2接触接合件的部分，

图4表示从接触侧看到的根据本发明另一个实施例的传感器带条的立体图，而

图5表示根据图4的传感器带条的一段，表明一个接触点。

在图1中，表示可以是一种海上安装结构的部分的一根钢管11的一部分。在管11上，布置绕管11的圆周以带条形状以离开彼此一个定义轴向距离延伸的两个传感器链12和13。每个传感器链与在一侧上的两个延伸耳状件15、16和在另一侧上的一个延伸耳状件17构成多个接触接合件14，耳状件每个提供有一个用来接收联动销18的孔以便形成一个链。提供一个张紧器件50以便使传感器链11保持紧密配合到管11上。

对于每个传感器链，为电缆20从每个接触接合件14至一个公共电缆夹持件的连接对、为一根电缆21的连接，提供一个连接外壳19。连接外壳19也包含一块其中提供用于测量场合的标识信号的印刷电路板。

提供放大在销之间测量的电压信号和把模拟信号转换成传输到一个数据登录器的数字信号的接口电路。以这种方式，计算机能识别来自各个测量点的数据，以便处理来自测量信号的数据。另外，模数转换允许需要分析测量信号的计算机设备放置成远离测量点而没有信号变坏。测量信号可以通过多路复用传输。

来自几个传感器链的电缆21收集在一个收集箱22中以便进一步借助于一根电缆23传输到一个计算机(未表示)。这意味着传感器器件的较少连接和容易装配，而允许计算机放置在容易接近的位置。

根据该例子的测量组件也包括绕管11固定在传感器链12、13轴向外侧的两个接触链24、25。链24、25的每一个包括一根用于例如10mV的电压供给的电极，该电极经管11给出电流(激励电流)。每个链24、25带有一个与用于电压供给的供给终端27的连接接合件26和一个用来绕管夹紧接触链的夹持件28。

图2表示每个接触接合件(链元件)14的结构的一个最佳实施例。在例如塑料电气绝缘材料的一个块元件31中，借助于耳状件15-17，为接触和旋转单元34、35提供两个孔32、33。接触和转动单元34、35是相同的，带有由一个盖39覆盖的一个滑动套36、一个接触销37、及一个旋转塞38。这些部分的组件表示在图3中。

每个滑动套36布置在块元件31中的圆柱形孔中。接触销37带有一个杆40，杆40带有一个下边缘41、一个在其中部处的环形凸缘42及一个从上端向下的轴向缝隙43。在环形凸缘42下方，布置一根螺旋弹簧44，其下端座在滑动套36上。在环形凸缘42上方，布置一根上部螺旋弹簧45，其上端由盖39约束。

旋转塞38带有一个装配到缝隙43中的下部舌状件46和一个经盖39的开口44延伸的自由端48。自由端48具有配合板手的六角形状。下部螺旋弹簧46靠着滑动套36安置，而上部螺旋弹簧47靠着凸缘42安置。上部螺旋弹簧47比下部螺旋弹簧46硬，从而当盖39借助于一个螺栓49降低时，接触销37的边缘41向下靠着测量物体压紧。供给电缆(未表示)焊接到金属滑动套36上。

在图3中，在完全紧闭盖39之前，在装配期间表示一个接触接件14。

在装配时，通过用一个板手旋转端部48旋转接触销，从而边缘41的一个边缘将透过在要测量的物体上的任何表示涂层，形成金属对金属接触而没有显著的过渡电阻。

图4表示根据本发明的一种传感器器件的一个可选择实施例。这里易弯支撑件构成一个塑料材料的带条51，带条51提供有从在一端处的一个接触面积53至沿片状带条51分布的一系列接触点54延伸的印刷纵向导电路径52。导电路径52由一个片覆盖，从而他们除暴露每个接触点54的开口55(图5)，即每条导电路径52的自由端，之外是不可接近的。

这样一种传感器带条通过使用已知材料和技术能高效和较便宜地制造。它能通过压紧粘合装配，从而路径被固定到一个支撑件上，并且除在每个接触点54处的压力区域之外覆盖在一个片下方，其中形成导电区域。

在选择性实施例中，一个传感器带条可以提供有两行接触点，例如用于布置在其中有增大损害危险的焊缝或另一条线的上方。通过相邻地布置带有单行传感器的两个传感器带条能得到相同的效果。

根据本发明，在几分钟内、和对于在以后样本之间的几个星期或几个月大小的间隔，可以十分迅速地进行测量。这种“快拍”测量构成一种用来检查管子内部状态的新方法。通过研究相对于时间的发展，以前已经使用诸方法来监视管子或结构的状态。物体的状态在安装时登记在计算机中，并且把以后的测量与初始测量相比较，从而有可能在监视时段的任何时刻计算例如管子剩余的壁厚。这样的测量必须基于待续时间从一个星期至几个月的一系列测量，以便使系统能够提供规定的精度。

按照本发明，该方法现在用作一种使用短时间测量的检查工具。为了检查目的，感兴趣的是能够在新场合测量并且立即得到结果。本发明由于容易安装的、和其中良好地定义在销矩阵中各对销之间的距离并且该距离是常数的可运动销保持件的使用，使这成为可能的。测量为在销矩阵中的不同对销提供差分电压，并且这些值用来对于每对销计算壁厚，由此得到在由销矩阵覆盖的区域中的内部腐蚀的画面。壁厚按如下计算：

-由在销之间的测量电压借助于已知激励电流计算对于每对销的电阻。

-外部管径是已知的。

-用于相关材料的电阻率是已知的或被测量(分离测量)。

-测量管子的温度，需要知道其温度系数。

对于计算使用的公式主要是：

R＝ρ(1-ΔTk)pd/(OD′wt)

其中

R是用于讨论的销对的电阻，(＝差分销电压/激励电流)，

ρ是用于管子钢的电阻率，

ΔT是温度差，

k是温度系数，

OD′是修正的外部管径或物体的宽度，

wt是在讨论的销对处的壁厚，

pd是销距离。

因而能计算壁厚。

该方法的精度没有借助于按时间序列的传统方法好，但它具有其显著的优点，作为一种用于检查和用于该目的的方法，该精度就足够了。

按照条约第19条的修改

1.用来登记在腐蚀暴露结构，例如在海上环境中的管子和支撑件，上的电压降的传感器器件，使传感器隙耦合到一个表面区域上，对于该区域借助于电极(24、25)供给一个电压，在该区域中产生激励电流，并且其中把电缆连接到布置在以定义的距离定义测量点的矩阵中的多个传感器上，以得到与在表面区域中的电压分布有关的信号，作为用来确定在测量区域中的材料厚度和/或结构的基础，以这种方式确定壁厚和/或诸如侵蚀、腐蚀等之类的缺陷的发生，使支撑装置(14、52)保持诸如接触销之类的一行接触件(37、54)，这些接触销在测量区域中保持与被测材料的金属相啮合，其中从每个接触件把一个导电体(20、52)引导到一个电缆终端(19、53)，

该传感器器件的特征在于，支撑装置(14、52)是易弯的或多铰接的，从而把接触件(37、54)带到与弯曲表面和其他非平表面相啮合。

2.根据权利要求1所述特别是用在管子上的传感器器件，

其特征在于，支撑装置(37、54)包括一个接合链，各个接触接合件(14)借助于联动销(18)连接到该接合链上，每个接触接合件在一根螺旋弹簧的张力下保持至少一个、最好两个接触销(37)。

3.根据权利要求2所述的传感器器件，

其特征在于，两行接触销(34、35)相邻地绕管子圆周布置，特别是以这样一种方式，从而它们位于材料拼接处例如一条焊缝的每一侧。

4.根据权利要求2或3所述的传感器器件，

其特征在于，接触销(37)转动地传动，并且提供有一个边缘能旋转以便改进与要测量的物体的啮合。

5.根据权利要求1至5任一项所述的传感器器件，

其特征在于，一个电路连接到每个接触点或每对接触点上，把模拟测量信号转换成数字信号，并且提供带有用于讨论的一个接触点或几个接触点的标识信号的转换信号。

6.根据权利要求1所述的传感器器件，

其特征在于，它包括一个非导电材料的柔软片(51)，其中嵌入导电路径(52)，引导到多个分布和暴露的测量点(54)。

7.根据权利要求6所述的传感器器件，

其特征在于，柔软片(51)是带条形状的，使接触点(54)布置在一行中，或者要不然在两个平行行上，以便在一个分裂结构象一条焊缝上定位。

8.根据权利要求6或7所述的传感器器件，

其特征在于，导电路径(52)是印刷电路路径，而接触点是在这些路径端部处的暴露区域。

9.用于暴露于腐蚀和其他破坏形式的钢构件等，特别是船构件、钻探设备及桥梁，的检查测量的方法，其中供给一个电压以提供一个通过测量区域的电流，并且其中在该区域上分布的多个接触点处进行电压值的测量，这种方式估计在接触点之间的电压降，

该方法的特征在于，借助于布置在未准备表面上的接触点，特别是借助于由权利要求2至5任一项定义的传感器器件进行测量，并且由包括如下算法的计算确定材料厚度：

R＝ρ(1-ΔTk)pd/(OD′wt)

其中

R是用于讨论的销对的电阻，(＝差分销电压/激励电流)，

ρ是用于钢的电阻率，

ΔT是温度差，

k是温度系数，

OD′是修正的外部管径或物体的宽度，

wt是在讨论的销对处的壁厚，

pd是销距离。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，对于每个测量点存储一个标识代码，把测量的结果存储在一个计算机存储器中，分析具有几个星期或几个月的间隔的几次以后测量的结果，以估计电压分布的任何变化的发生，并由此估计讨论物体的相关部分的状态。

Claims (10)

1.用来登记在腐蚀暴露结构，例如在海上环境中的管子和支撑件，上的电压降的传感器器件，使传感器隙耦合到一个表面区域上，对于该区域借助于电极(24、25)供给一个电压，在该区域中产生激励电流，并且其中把电缆连接到布置在以定义的距离定义测量点的矩阵中的多个传感器上，以得到与在表面区域中的电压分布有关的信号，作为用来确定在测量区域中的材料厚度和/或结构的基础，以这种方式确定壁厚和/或诸如侵蚀、腐蚀等之类的缺陷的发生，使支撑装置(14、52)保持诸如接触销之类的一行接触件(37、54)，这些接触销在测量区域中保持与被测材料的金属相啮合，其中从每个接触件把一个导电体(20、52)引导到一个电缆终端(19、53)，

该传感器器件的特征在于，支撑装置(14、52)是易弯的或铰接的，从而把接触件(37、54)带到与弯曲表面和其他非平表面相啮合。

2.根据权利要求1所述特别是用在管子上的传感器器件，

其特征在于，支撑装置(37、54)包括一个接合链，各个接触接合件(14)借助于联动销(18)连接到该接合链上，每个接触接合件在一根螺旋弹簧的张力下保持至少一个、最好两个接触销(37)。

3.根据权利要求2所述的传感器器件，

其特征在于，两行接触销(34、35)相邻地绕管子圆周布置，特别是以这样一种方式，从而它们位于材料拼接处例如一条焊缝的每一侧。

4.根据权利要求2或3所述的传感器器件，

其特征在于，接触销(37)转动地传动，并且提供有一个边缘能旋转以便改进与要测量的物体的啮合。

5.根据权利要求1至5任一项所述的传感器器件，

其特征在于，一个电路连接到每个接触点或每对接触点上，把模拟测量信号转换成数字信号，并且提供带有用于讨论的一个接触点或几个接触点的标识信号的转换信号。

6.根据权利要求1所述的传感器器件，

其特征在于，它包括一个非导电材料的柔软片(51)，其中嵌入导电路径(52)，引导到多个分布和暴露的测量点(54)。

7.根据权利要求6所述的传感器器件，

其特征在于，柔软片(51)是带条形状的，使接触点(54)布置在一行中，或者要不然在两个平行行上，以便在一个分裂结构象一条焊缝上定位。

8.根据权利要求6或7所述的传感器器件，

其特征在于，导电路径(52)是印刷电路路径，而接触点是在这些路径端部处的暴露区域。

9.用于暴露于腐蚀和其他破坏形式的钢构件等，特别是船构件、钻探设备及桥梁，的检查测量的方法，其中供给一个电压以提供一个通过测量区域的电流，并且其中在该区域上分布的多个接触点处进行电压值的测量，这种方式估计在接触点之间的电压降，

该方法的特征在于，借助于布置在未准备表面上的接触点，特别是借助于由权利要求2至5任一项定义的传感器器件进行测量，并且由包括如下算法的计算确定材料厚度：

R＝ρ(1-ΔTk)pd/(OD′wt)

其中

R是用于讨论的销对的电阻，(＝差分销电压/激励电流)，

ρ是用于钢的电阻率，

ΔT是温度差，

k是温度系数，

OD′是修正的外部管径或物体的宽度，

wt是在讨论的销对处的壁厚，

pd是销距离。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，对于每个测量点存储一个标识代码，把测量的结果存储在一个计算机存储器中，分析具有几个星期或几个月的间隔的几次以后测量的结果，以估计电压分布的任何变化的发生，并由此估计讨论物体的相关部分的状态。

Images