CN202214419U - 多功能阴极保护测试探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能阴极保护测试探头。该探头包括：绝缘壳体，测试试样，参比电极，多根电缆；所述绝缘壳体内部为中空且密封的腔体，分为封闭的上腔体和下腔体，在所述下腔体内部安装参比电极，所述绝缘壳体由绝缘材料制作；所述绝缘壳体外部设置所述测试试样，所述测试试样采用与所测金属构件相同的材料；所述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。

Description

多功能阴极保护测试探头

技术领域

本实用新型涉及阴极保护检测技术领域，特别涉及多功能阴极保护测试探头，主要用于测量埋地或水下金属构件的自然腐蚀电位、阴极保护极化电位、交流电流密度、直流电流密度等参数。

背景技术

阴极保护作为防止埋地或水下金属构件腐蚀的一种经济有效的方法已经得到了广泛的应用，极化电位作为阴极保护的关键参数，它标志了阴极极化的程度，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)，因此准确测量极化电位和自然腐蚀电位对于保证阴极保护技术的有效实施具有非常重要的意义。

金属构件采用阴极保护后，因电流在电解质中流动产生IR降会给极化电位的测量带来误差，同时一旦采用阴极保护，很难再获得初始的自然腐蚀电位值。为了消除IR降，测量得到真实的管道极化电位，常采用瞬间断电法或试片断电法。瞬间断电法是采用专门的设备来瞬间断开阴极保护电流来测量得到管道极化电位的方法；瞬间断电法要求管道上所有相连的接地保护、牺牲阳极均须断开，管道上多个阴极保护装置也要同时断开，在测试点处不应有杂散电流的干扰；由于这些要求使得瞬间断电法在实际工程中常会因很多不便而难以实施，诸如存在多个保护回路的情况，难以同时中断多个电源设备，并且当有杂散电流干扰时即使采用瞬间断电法，也难以测出真实的管道极化电位。试片断电法是在测试点处埋设一个裸试片，其材质、埋设状态要求与管道相同，试片和待测金属构件用导线连接，模拟了一个覆盖层的缺陷，由金属构件提供保护电流进行极化。测量时只需断开试片和金属构件的连接导线，就可以测得试片断电电位，由试片电位代表金属构件电位，从而避免了切断主保护电流及其他电连接的麻烦；但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，还会带来测量误差，此时仍无法得到准确的极化电位。而目前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来测量得到真实的管道阴极保护极化电位就显得尤为重要。

为了解决这一测量难题，需要开发专用的测试工具。NACE TM 0497指出“如果有杂散电流、或牺牲阳极与管道直接相连、或存在外部强制电流设备并且不能被中断的话，很难得到理想的测量结果，或者说测量结果无法分析，不得不采用专用探头来测量管道的真实电位”。极化测试探头是对极化试片的进一步发展，将极化试片和参比电极共同组成在-个绝缘壳中，通过合理的结构设计来消除杂散电流对测量结果的影响，以便测得准确的试片极化电位。尽管极化探头法电位测量于2008年也被明确纳入我国国标GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》中：“受杂散电流干扰或无法同步中断保护电流的管道，用极化探头测量埋设位置处管道保护电位”，但由于国内外在阴极保护极化探头上的研发起步较晚，相关报道较少，目前市场上可用的产品很少，并且通过调研和实际应用发现，国内现有的极化探头产品在结构、性能、寿命及功能方面均存在诸多不足，如：测试探头使用寿命有限，不能满足实际生产要求；内置电解液对测试试样表面会产生不良影响；极化试片会对自然腐蚀试片产生干扰；测试功能有限等。

围绕目前埋地或水下金属构件阴极保护测试存在的诸多问题，进行了相关研究。同时由于目前随着地铁、电力铁路、高压输电线路等基础设施的大力建设，金属构件所遭受的交直流杂散电流干扰问题日益突出。作为评价交直流杂散电流腐蚀的重要参数交流电流密度和直流电流密度，目前没有专用的测试工具，故将交、直流电流密度的测量功能集成到测试探头中，在此基础上开发了多功能阴极保护测试探头。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种有效地测量埋地或水下金属构件阴极保护极化电位、自然腐蚀电位、交流电流密度、直流电流密度及其他腐蚀参数的阴极保护测试探头。通过测试探头来获得埋地或水下金属构件阴极保护参数和交直流杂散电流干扰参数，从而判断所达到的阴极保护水平和交直流杂散电流干扰程度。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种多功能阴极保护测试探头，该探头包括：绝缘壳体，测试试样，参比电极，多根电缆；所述绝缘壳体内部为中空且密封的腔体，分为封闭的上腔体和下腔体，在所述下腔体内部安装参比电极，所述绝缘壳体由绝缘材料制作；所述绝缘壳体外部设置所述测试试样，所述测试试样采用与所测金属构件相同的材料；所述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。

所述绝缘材料是聚氯乙烯(PVC)或聚四氟乙烯(PTFE)。

在所述绝缘壳体下腔体内壁和所述参比电极之间的空腔内填充电解液，在绝缘壳体底部安装微渗封端，所述电解液通过微渗封端和外部环境相连通。

根据本实用新型一个方面，所述测试试样通过机械连接方式与测试试样电缆电连接，连接部位牢固可靠；测试试样只暴露一个金属面，其他表面及电缆连接处均绝缘密封。

所述机械连接方式是焊接。

根据本实用新型一个方面，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下腔体，在上腔体内与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出，要保证测试试样与绝缘壳体安装部位的密封性，采用过盈密封。

根据本实用新型一个方面，所述测试试样设置1个或多个，形状选择为圆形、方形或环形，暴露金属面积根据待测管道防腐层状况和测试项目确定，对于3PE防腐层或用于交流电流密度测量，暴露面积取1cm²。

所述参比电极能选择固体参比电极或液体参比电极，参比电极一端与电解质接触，另一端穿过绝缘壳体下腔体，在上腔体内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。

根据本实用新型一个方面，所述测试试样若选择环形试样，则探头微渗封端或参比电极端部应位于环形试样的中心。

在绝缘腔体上腔体内填充绝缘密封材料。

根据本实用新型一个方面，若用于土壤或淡水环境中参比电极为铜/饱和硫酸铜参比电极或饱和甘汞参比电极时，电解液为硫酸钠溶液。

根据本实用新型一个方面，若用于海水环境中参比电极为银/氯化银参比电极或锌参比电极，电解液为氯化钾溶液、氯化钠溶液或天然海水。

根据本实用新型一个方面，所述微渗封端安装于绝缘壳体底部，要保证安装部位的密封性，采用过盈密封，保证电解液通过微渗封端渗出，而不是通过安装密封不佳的部位泄漏。

根据本实用新型一个方面，所述微渗封端采用多孔渗透材料制作。

根据本实用新型一个方面，所述多孔渗透材料是微孔陶瓷材料。

本实用新型的多功能阴极保护测试探头模拟了待测金属构件的涂层漏点，通过测试试样的阴极保护参数和交直流杂散电流干扰参数来得到埋地或水下金属构件的阴极保护水平和干扰程度。所采用的参比电极和电解液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。该阴极保护测试探头能够准确的测量埋地或水下金属构件穿越不同物性的电解质环境时的自然腐蚀电位、阴极保护电位、交流电流密度、直流电流密度等参数。此外，本实用新型的多功能阴极保护测试探头加工制作工艺方案可行，质量易于控制，便于批量生产。

附图说明

图1为本实用新型多功能阴极保护测试探头一实施例的示意图；

图2为本实用新型多功能阴极保护测试探头另一实施例的示意图；

图3为本实用新型多功能阴极保护测试探头又一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以具体实施例为例详细描述本实用新型。但是，这些实施例不以任何方式限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型的多功能阴极保护测试探头包括绝缘壳体11，测试试样12、13，微渗封端14，参比电极15，电解液16和电缆17、18、19。绝缘壳体为中空且密封的腔体，可以为圆柱体、立方体或长方体，分为上下两个腔体；下腔体内部安装参比电极15，所述绝缘壳体由绝缘材料制作，例如聚氯乙烯(PVC)或聚四氟乙烯(PTFE)，在参比电极和下腔体内壁之间的空腔内填充电解液16；电解液通过安装在绝缘壳体底部的微渗封端14与外部环境相连通；在绝缘壳体底部通过过盈密封方式安装测试试样12、13，测试试样通过诸如焊接的机械连接方式与电缆电连接，每个测试试样均只暴露一个金属面，其他表面及电缆连接处进行绝缘密封和防腐处理，所述测试试样采用与所测金属构件相同的材料；与测试试样相连接的电缆17、18穿过绝缘壳体下腔体内的电解液，进入上腔体，在上腔体内与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出，采用过盈密封保证测试试样与绝缘壳体安装部位的密封性；参比电极15直接与电解液16相接触，在上腔体内采用机械连接方式将参比电极15与相应电缆19电连接，在连接部位做好绝缘密封防腐处理，电缆19在上腔体内与测试试样电缆汇合后从绝缘壳体顶部伸出，上腔体内填充绝缘密封材料保证电缆穿出绝缘壳体部位密封性。电缆17、18、19最终延伸出测试探头绝缘壳体11，可以与设置在待测金属构件附近的测试桩相连。

所述测试试样12、13可设置1个或多个，形状选择为圆形、方形或环形，暴露金属面积根据待测管道防腐层状况和测试项目确定，对于3PE防腐层或用于交流电流密度测量，暴露面积取1cm²。

所述参比电极15能选择固体参比电极或液体参比电极。

若用于土壤或淡水环境中参比电极15为铜/饱和硫酸铜参比电极或饱和甘汞参比电极时，电解液16为硫酸钠溶液。

若用于海水环境中参比电极15为银/氯化银参比电极或锌参比电极，电解液16为氯化钾溶液、氯化钠溶液或天然海水。

所述微渗封端14安装于绝缘壳体底部，要保证安装部位的密封性，采用过盈密封，保证电解液16通过微渗封端渗出，而不是通过安装密封不佳的部位泄漏。

所述微渗封端14采用诸如微孔陶瓷材料的多孔渗透材料制作。

将根据本实用新型的多功能阴极保护测试探头埋置于待测金属构件附近，并将探头电缆17、18、19分别连接到测试桩不同的接线端子上，将测试试样电缆17与待测金属构件通过测试桩接线端子连接在一起，对测试试样12提供阴极保护。测试人员可以利用现有的电位和电流测量仪表进行测试。通过将电位测量仪表分别连接测试探头参比电极15的电缆19和测试试样12的电缆17可测得阴极保护极化电位，将电位测量仪表分别连接参比电极15的电缆19和测试试样13的电缆18，可测得自然腐蚀电位；将电流测量仪表串接在测试试样的电缆17和埋地管道电缆之间，可测得流向测试试样12的交流电流与直流电流，从而得到交流电流密度和直流电流密度，由上述结果可以对埋地或水下金属构件的阴极保护水平以及杂散电流干扰程度作出判断。

在如图2所示的本实用新型的另一个方案中，多功能阴极保护测试探头包括绝缘壳体21，测试试样22、23、24、25，微渗封端26，参比电极27，电解液28和电缆29、210、211、212、213。绝缘壳体为中空腔体，可以为圆柱体、立方体或长方体，分为上下两个腔体；下腔体内部安装参比电极27，在参比电极和下腔体内壁之间的空腔内填充电解液28；电解液通过安装在绝缘壳体底部的微渗封端26和外部环境相连通；在绝缘壳体底部通过过盈密封方式安装测试试样22、23、24、25，测试试样通过焊接方式与电缆电连接，每个测试试样均只暴露一个金属面，其他表面及电缆连接处进行绝缘防腐处理；与测试试样相连接的电缆29、210、211、212穿过绝缘壳体下腔体内的电解液，在上腔体内与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出；参比电极27直接与电解液28相接触，在上腔体内采用机械连接方式将参比电极27与相应电缆213电连接，在上腔体内填充绝缘密封材料，保证电缆连接部位具有良好的绝缘防腐处理，与参比电极相连的参比电极电缆213与测试试样电缆汇合后从绝缘壳体顶部伸出。电缆29、210、211、212、213最终延伸出测试探头绝缘壳体21，可以与设置在待测金属构件附近的测试桩相连。

将根据本实用新型的多功能阴极保护测试探头埋置于待测金属构件附近，并将探头电缆29、210、211、212、213分别连接到测试桩不同的接线端子上，将测试试样电缆29与待测金属构件电缆通过测试桩接线端子连接在一起，对测试试样22提供阴极保护。测试人员可以利用现有的电位和电流测量仪表进行测试。通过将电位测量仪表分别连接测试探头参比电极27的参比电极电缆213和测试试样22的测试试样电缆29可测得阴极保护极化电位，将电位测量仪表分别连接参比电极27的参比电极电缆213和测试试样23的测试试样电缆210，可测得自然腐蚀电位；将交流电流测量仪表串接在测试试样的测试试样电缆211和待测金属构件之间，可测得流向测试试样24的交流电流；将直流电流测量仪表串接在测试试样的测试试样电缆212和待测金属构件电缆之间，可测得流向测试试样25的直流电流；从而得到交流电流密度和直流电流密度。由上述结果可以对待测金属构件的阴极保护水平以及杂散电流干扰程度作出判断。

在如图3所示的本实用新型的另一个方案中，多功能阴极保护测试探头包括绝缘壳体31，测试试样32、33，参比电极34，绝缘密封材料35和电缆36、37、38。绝缘壳体为中空腔体，可以为圆柱体、立方体或长方体，分为上下两个腔体；下腔体又分为内外两个腔体，内腔为与外界直接连通的圆柱形腔体，内部安装参比电极34；外腔为封闭式腔体，内部填充绝缘密封材料35；在绝缘壳体外腔体底部通过过盈密封方式安装测试试样32、33，测试试样通过焊接方式与电缆电连接，每个测试试样均只暴露一个金属面，其他表面及电缆连接处进行绝缘防腐处理；与测试试样相连接的测试试样电缆36、37穿过绝缘壳体外腔体，在上腔体内与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出；参比电极34直接暴露于腔体外面，上端穿入上腔体，在上腔体内采用机械连接方式将参比电极34与相应的参比电极电缆38电连接，在连接部位做好绝缘防腐处理，与参比电极相连的参比电极电缆38在上腔体内与测试试样电缆汇合后从绝缘壳体顶部伸出。电缆36、37、38最终延伸出测试探头绝缘壳体31，可以与设置在待测金属构件附近的测试桩相连。

将根据本实用新型的多功能阴极保护测试探头埋置于待测金属构件附近，并将探头电缆36、37、38分别连接到测试桩不同的接线端子上，将测试试样电缆36与待测金属构件电缆通过测试桩接线端子连接在一起，对测试试样32提供阴极保护。测试人员可以利用现有的电位和电流测量仪表进行测试。通过将电位测量仪表分别连接测试探头参比电极34的参比电极电缆38和测试试样32的测试试样电缆36可测得阴极保护极化电位，将电位测量仪表分别连接参比电极34的参比电极电缆38和测试试样33的测试试样电缆37，可测得自然腐蚀电位；将电流测量仪表串接在测试试样的测试试样电缆36和待测金属构件电缆之间，可测得流向测试试样32的交流电流与直流电流，从而得到交流电流密度和直流电流密度，由上述结果可以对埋地或水下金属构件的阴极保护水平以及杂散电流干扰程度作出判断。

示例：

(1)采用UPVC管材和板材加工制作了圆柱形绝缘壳体，壳体总尺寸为Φ110×230mm，壳体包含上下两个孤立的腔体，其中下腔体尺寸为Φ110×200mm，上腔体尺寸为Φ110×30mm；

(2)采用线切割加工Φ11.3×5mm的两个圆柱形试样，材质以该探头所应用的管道母材相同或相近；圆柱形试样的一个1cm²底面充当工作面，在另一个底面上焊接电缆，对连接点做好绝缘防腐处理；采用过盈密封方式将2个圆柱形试样安装于绝缘壳体底部，只保留2个1cm²的金属工作面，其余表面均密封；与两个试样相连的两束电缆穿过下腔体，在上腔体分别与多芯电缆中的两芯机械连接；

(3)将孔径1～2um、孔隙率10％、尺寸Φ5×10mm的圆柱形微孔陶瓷材料采用过盈密封方式安装于绝缘壳体底部两个试样中间的位置；

(4)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壳体下腔体内，长效硫酸铜参比电极的铜芯穿过上下腔体之间的UPVC挡板，在上腔体内与多芯电缆中的一芯机械连接；

(5)通过上下腔体之间的UPVC挡板上的注液孔在下腔体内注满浓度为10％的硫酸钠溶液，溶液注满后将注液孔采用专用塞子进行封堵；

(6)将试样及参比电极与多芯电缆的连接点固定在上腔体内，并在上腔体内灌注环氧树脂，进行固化；待环氧树脂固化后，采用UPVC顶盖将上腔体封堵，多芯电缆通过机械密封方式穿出上腔体顶盖，即得到可以使用的多功能阴极保护测试探头。

在待测金属构件附近设置多个如上的探头，就可以清楚地了解整个待测金属构件的阴极保护情况和杂散电流干扰情况。

参考具体实施例，尽管本实用新型已经在说明书和附图中进行了说明，但应当理解，在不脱离权利要求中所限定的本实用新型范围的情况下，所属技术领域人员可作出多种改变以及多种等同物可替代其中多种元件。而且，本文中多种具体实施例之间的技术特征、元件和/或功能的组合和搭配是清楚明晰的，因此根据这些所公开的内容，所属技术领域人员能够领会到实施例中的技术特征、元件和/或功能可以视情况被结合到另一个具体实施例中，除非上述内容有另外的描述。此外，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型本质的范围，适应特殊的情形或材料可以作出许多改变。因此，本实用新型并不限于附图所图解的个别的具体实施例，以及说明书中所描述的作为目前为实施本实用新型所设想的最佳实施方式的具体实施例，而本实用新型意旨包括落入上述说明书和所附的权利要求范围内的所有的实施方式。

Claims (15)

1.一种多功能阴极保护测试探头，其特征在于该探头包括：

绝缘壳体，测试试样，参比电极，多根电缆；

所述绝缘壳体内部为中空且密封的腔体，分为封闭的上腔体和下腔体，在所述下腔体内部安装参比电极，所述绝缘壳体由绝缘材料制作；

所述绝缘壳体外部设置所述测试试样，所述测试试样采用与所测金属构件相同的材料；

所述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。

2.按照权利要求1所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述绝缘材料是聚氯乙烯(PVC)或聚四氟乙烯(PTFE)。

3.按照权利要求1所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于在所述绝缘壳体下腔体内壁和所述参比电极之间的空腔内填充电解液，在绝缘壳体底部安装微渗封端，所述电解液通过微渗封端和外部环境相连通。

4.按照权利要求1或3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述测试试样通过机械连接方式与测试试样电缆电连接，连接部位牢固可靠；测试试样只暴露一个金属面，其他表面及电缆连接处均绝缘密封。

5.按照权利要求4所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述机械连接方式是焊接。

6.按照权利要求1或3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于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下腔体，在上腔体内与参比电极电缆汇合后由绝缘壳体顶部伸出，要保证测试试样与绝缘壳体安装部位的密封性，采用过盈密封。

7.按照权利要求1或3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于，所述测试试样设置1个或多个，形状选择为圆形或方形，暴露金属面积根据待测管道防腐层状况和测试项目确定，对于3PE防腐层或用于交流电流密度测量，暴露面积取1cm²。

8.按照权利要求1所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述参比电极能选择固体参比电极或液体参比电极，参比电极一端与电解质接触，另一端穿过绝缘壳体下腔体，在上腔体内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。

9.按照权利要求1或3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于，测试试样若选择环形试样，则探头微渗封端或参比电极端部应位于环形试样的中心。

10.按照权利要求1所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于在绝缘腔体上腔体内填充绝缘密封材料。

11.按照权利要求3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于若用于土壤或淡水环境中参比电极为铜/饱和硫酸铜参比电极或饱和甘汞参比电极时，电解液为硫酸钠溶液。

12.按照权利要求3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于若用于海水环境中参比电极为银/氯化银参比电极或锌参比电极，电解液为氯化钾溶液、氯化钠溶液或天然海水。

13.按照权利要求3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于微渗封端安装于绝缘壳体底部，要保证安装部位的密封性，采用过盈密封，保证电解液通过微渗封端渗出，而不是通过安装密封不佳的部位泄漏。

14.按照权利要求3所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述微渗封端采用多孔渗透材料制作。

15.按照权利要求14所述的多功能阴极保护测试探头，其特征在于所述多孔渗透材料是微孔陶瓷材料。

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