CN206696381U - 一种基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其与待监测的异种金属电偶结构连接，监测装置包括：处理单元；第一受控电阻单元，具有不同阻值R_xi的测量电阻模块，并逐个被连接于第一金属元件和第二金属元件之间；测量单元，其检测与各个阻值R_xi对应的电压值V_i；其中，处理单元获得实测绝缘等值线，将该实测绝缘等值线与预存的报警绝缘等值线进行比对，并判断绝缘状态。本实用新型能监测异种金属电偶结构的绝缘状态，为电偶间绝缘材料的维护和更换提供依据，本实用新型与异种金属电偶间电绝缘工艺的结合使用，能够有效减少和防止异种金属电偶结构的电化学腐蚀。

Description

一种基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测 装置

技术领域

本实用新型涉及一种绝缘状态的监测装置，尤其涉及一种电偶间绝缘状态的监测装置。

背景技术

舰船设备、管系的异种金属连接部位，例如铜质阀门通过法兰盘和螺栓与钢质船体固定连接，在海水等电解质作用下构成电偶结构，在直接连接的情况下形成电偶电流，产生电化学腐蚀。舰船船体及阀门、管系等设备结构中异种金属材料的紧固结合部之间通常采用绝缘材料隔绝，该技术最初被用于舰船的电场防护，在实践中，该技术又是防止和减少异种金属间电化学腐蚀的有效方法，能够隔绝电偶电流，减少和避免金属间的电化学腐蚀，因此在舰船建造及海洋工程设备的建造中日渐得到重视。

由于某些异种金属结构件长期处于金属结构应力变化及海水介质的恶劣工况条件下，安装于异种金属之间的绝缘材料可能产生意外损坏，或绝缘材料老化导致绝缘性能失效，进而导致异种金属结构件产生严重的电化学腐蚀。因此，在大量的设备和管系之间安装这些电绝缘保护结构的材料之后，在设备运行期间，有必要对异种金属结构件中安装的绝缘材料的绝缘状态进行连续的在线监测或定期巡回监测，对电绝缘保护结构的完好性，尤其是绝缘材料的性能状态进行评估和判定，以在绝缘材料受损导致绝缘值下降至某一设定数值时报警提示，进而采取修复或更换绝缘材料的措施，以避免异种金属结构由于电化学腐蚀导致的损毁故障。

在电场防护应用中，监测异种金属之间的绝缘材料的绝缘状态通常采用异种金属间的直接的电位监测和交流电阻监测的方法，在实际使用中，当绝缘结构发生破坏性损伤时，金属结构接近于直接短路，监测电位急剧下降，电阻值接近于零，此种方法可以得到明显的监测结果。但在防止异种金属间电化学腐蚀应用中，目前还没有用于对异种金属间绝缘结构的状态监测的有效的监测仪器。实践证明，对异种金属间绝缘材料绝缘状态的监测尤其是长期监测，以及对在海水介质中绝缘材料的缓慢老化损坏至绝缘失效的监测，直接电位监测的方法可以测得并记录电位差数据的变化趋势，但由于数据过于宽泛难以得到准确的判据；而由于海水介质的作用，交流电阻监测方法也无法准确测量绝缘材料的阻值。由于上述缺陷，仅依靠现有的直接电位监测方法和交流电阻监测手段，无法对异种金属间绝缘材料进行有效的状态监测和绝缘性能判定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电偶间绝缘状态的监测装置，其能监测异种金属电偶结构中异种金属电偶之间的绝缘状态，为异种金属电偶之间的绝缘维护提供依据，从而有效减少和防止异种金属电偶结构的电化学腐蚀。

为了达到上述实用新型的目的，本实用新型提供了一种基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其与待监测的异种金属电偶结构连接，所述异种金属电偶结构包括第一金属元件，与第一金属元件连接的第二金属元件，以及设于第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘体，所述第一金属元件和第二金属元件分别由不同的金属制成；其中，所述监测装置包括：

处理单元；

第一受控电阻单元，其与处理单元连接，所述第一受控电阻单元包括若干个第一电阻和第一控制电路，所述第一控制电路根据接收自处理单元的控制信号将若干个第一电阻中的至少一个组合连接为多个具有不同阻值R_xi的测量电阻模块，所述多个测量电阻模块逐个被连接于第一金属元件和第二金属元件之间；

测量单元，其与处理单元连接，所述测量单元检测与各个阻值R_xi对应的第一金属元件和第二金属元件之间的电压值V_i；

其中，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得实测绝缘等值线，所述处理单元将该实测绝缘等值线与预存的报警绝缘等值线进行比对，并根据比对结果判断第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘状态。

在上述技术方案中，第一金属元件和第二件数元件通过安装了绝缘套管和绝缘垫片的螺栓连接。

本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置通过测量电偶两端对应不同阻值R_xi的电压值V_i，将获得的实际绝缘等值线和预存的报警绝缘等值线进行比对，该比对通常基于直观的图形比对方式，根据比对结果对电偶间绝缘状态进行判断。其基本原理将在具体实施方式部分结合附图进行详细描述。

本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置可用于船舶及海洋工程领域。

本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中：

在船舶建造中常用的待监测的异种金属电偶结构通常由20号低碳钢、青铜(ZCuSn₁₀Zn₂)、TP2Y铜合金、B10铜镍合金、B30铜合金、921A钢、HDR双相不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢等十多种材料互相组合构成。

所述实测绝缘等值线通常指对同一待监测的异种金属电偶结构，对应于一个确定的等效绝缘电阻R，将不同阻值R_xi的测量电阻模块逐次接入待监测的电偶结构时，测量每个测量电阻模块两端的电压值V_i，结合相应的阻值R_xi，在V-R坐标上拟合连接形成的曲线，V-R坐标中V表征电压，R表征电阻。

该方案不通过计算而直接基于所述测量电阻模块的阻值R_xi和所述电压值V_i获得所述实测绝缘等值线。该方法将实测数据处理为图形显示来代替绝缘值的直接近似计算，可以弥补近似计算的偏差，更为合理地评估第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘材料的绝缘值变化。

所述第一电阻的数量和阻值根据测量对象选择，阻值通常为数十欧姆至数千欧姆。所述第一控制电路可以通过单片机切换继电器进行选择组合得到不同阻值R_xi的测量电阻模块，相应的实际输出阻值R_xi可以根据实际测量对象进行调整确定。

所述处理单元可以是监测微机，其接收测量单元上传的电压值V_i，并根据预置程序对所述电压值V_i进行数据处理和曲线拟合得出实测绝缘等值线。

本实用新型方案判断电偶间绝缘材料是否需要报警。在海水等液态电解质中，以行业中通常认可的标准，绝缘材料性能劣化导致被监测的异种金属电偶结构产生的电偶间腐蚀电流逐步增大达到需要报警时所对应的临界绝缘阻值定义为R_bj。在工程应用中，R_bj可以在第一金属元件和第二金属元件之间安装绝缘材料后的初始阶段进行测量并加以近似计算得到，其基本原理将在具体实施方式部分结合附图进行详细描述。基于上述R_bj可以得到相应的报警绝缘等值线，其也可以通过和上述获取实测绝缘等值线类似的方法获得，将在后文详细描述。

需要说明的是，所述处理单元还可以包括数据库，其可以存储异种金属电偶结构的绝缘等值线历史数据，为异种金属电偶结构的绝缘体的性能趋势分析提供依据，帮助相关部门掌握异种金属电偶结构使用状况，为维修部门提供可靠依据，从而大幅度降低例如船体、阀件、泵体、管道、法兰盘等异种金属间的电化学腐蚀，显著降低例如舰船的维护成本，提高例如船用系统的安全性。

本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置工作时，通常所述第一受控电阻单元每切换连接一个阻值为R_xi的测量电阻模块，测量单元就检测一次相应测量电阻模块两端相应的电压值V_i，处理单元就记录一个相应的测点数据，如此逐步测量，处理单元得到与所有测量电阻模块对应的所有测点数据。由于测量过程对应电偶间绝缘结构的一个确定的等效绝缘电阻R，所有测点数据都与该等效绝缘电阻R相对应，因此将全部测点数据计算处理并拟合连接就得到了实测绝缘等值线。然后处理单元将该实测绝缘等值线与预存的报警绝缘等值线进行比对，根据比对结果判断第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘状态，即异种金属电偶之间的绝缘状态。

因此，本实用新型所述的电偶间绝缘状态的监测装置能监测异种金属电偶结构中异种金属电偶之间的绝缘状态，为异种金属电偶之间的绝缘维护提供依据，从而有效减少和防止异种金属电偶结构的电化学腐蚀。尤其是能有效地判断处于海水等液态电解介质中的异种金属电偶之间的绝缘是否失效，由此保证在船体、阀件、泵体、管道、法兰盘等异种金属间安装了电绝缘保护结构以后，能够有效地监测这些结构中绝缘材料的完好性，由此达到减少和防止舰船设备、管系的异种金属连接部位的电化学腐蚀的目的。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中，所述处理单元还将实测绝缘等值线与预存的失效绝缘等值线进行比对。

上述方案判断电偶间绝缘材料是否失效。在海水等液态电解质中，以行业中通常认可的标准，绝缘材料性能劣化导致被监测的异种金属电偶结构产生的电偶间腐蚀电流进一步增大达到可以认为绝缘材料失效时所对应的临界绝缘阻值定义为R_sx。在工程应用中，R_sx可以在第一金属元件和第二金属元件之间安装绝缘材料后的初始阶段进行测量并加以近似计算得到，其基本原理将在具体实施方式部分结合附图进行详细描述。基于上述R_bj和R_sx可以得到相应的报警绝缘等值线和失效绝缘等值线，其也可以通过和上述获取实测绝缘等值线类似的方法获得，将在后文详细描述。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置还包括：

第二受控电阻单元，其与处理单元连接，所述第二受控电阻单元包括若干个第二电阻和第二控制电路，所述第二控制电路根据接收自处理单元的控制信号将若干个第二电阻中的至少一个组合连接为绝缘报警电阻模块和/或绝缘失效电阻模块，所述绝缘报警电阻模块具有绝缘报警电阻值R_bj，所述绝缘失效电阻模块具有绝缘失效电阻值R_sx，所述绝缘报警电阻模块或绝缘失效电阻模块被分别连接于第一金属元件和第二金属元件之间；

当绝缘报警电阻模块连接于第一金属元件和第二金属元件之间时，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得报警绝缘等值线，该报警绝缘等值线被作为所述预存的报警绝缘等值线；

当绝缘失效电阻模块连接于第一金属元件和第二金属元件之间时，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得失效绝缘等值线，该失效绝缘等值线被作为所述预存的失效绝缘等值线。

上述方案中，所述报警绝缘等值线或失效绝缘等值线通常指对同一待监测的异种金属电偶结构，对应于一个绝缘报警电阻值R_bj或绝缘失效电阻值R_sx，将不同阻值R_xi的测量电阻模块逐次接入待监测的电偶结构时，测量每个测量电阻模块两端的电压值V_i，结合相应的阻值R_xi，在V-R坐标上拟合连接形成的曲线，V-R坐标中V表征电压，R表征电阻。

该方案不通过计算而直接基于所述测量电阻模块的阻值R_xi和所述电压值V_i获得所述报警绝缘等值线或失效绝缘等值线。该方法将实测数据处理为图形显示来代替临界绝缘值的直接近似计算，可以弥补近似计算的偏差，更为合理地标定第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘材料的临界绝缘值。

所述第二电阻的数量和阻值根据测量对象选择，阻值通常为数十欧姆至数千欧姆。所述第二控制电路可以通过单片机切换继电器进行选择组合得到具有绝缘报警电阻值R_bj的绝缘报警电阻模块和/或具有绝缘失效电阻值R_sx的绝缘失效电阻模块，相应的实际连接阻值R_bj和/或连接阻值R_sx可以通过实际测量和计算进行标定。

为了获取较高分辨率的实测绝缘等值线，通常需要接入较多的不同阻值R_xi的测量电阻模块，为了减少测量电阻模块的数量，发明人考虑通过所述第一控制电路将所述若干个第一电阻进行组合连接，从而得到多个具有不同阻值R_xi的测量电阻模块；同理，对于所述第二控制电路同样可以将所述若干个第二电阻进行组合连接，从而得到具有不同阻值R_bj和R_sx电阻模块。由于每次测量只需要接入一个电阻模块，因此该方法是可行的。当然，不采用该方法而直接设置多个具有不同阻值R_xi的测量电阻模块和多个具有不同阻值的R_bj和R_sx也可以实现本实用新型，但成本高，体积大，属于本实用新型的一种劣化方案，因此也落入本实用新型所要求保护的范围。

所述处理单元可以是监测微机，其接收测量单元上传的电压值V_i，并根据预置程序对所述电压值V_i进行数据处理和曲线拟合得出所述报警绝缘等值线或失效绝缘等值线。

更进一步地，上述基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中，所述第二控制电路包括继电器和与继电器连接的控制元件。

上述方案中，所述控制元件可以包括单片机及继电器控制电路。通常所述单片机接收来自处理单元的控制信号，根据该控制信号通过继电器控制电路控制继电器组合所述第二电阻得到测量所需的特定阻值R_yj。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中，所述第一控制电路包括继电器和与继电器连接的控制元件。

上述方案中，所述控制元件可以包括单片机及继电器控制电路。通常所述单片机接收来自处理单元的控制信号，根据该控制信号通过继电器控制电路控制继电器组合所述第一电阻得到测量所需的特定阻值R_xi。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中，所述处理单元还包括数据库，其存储各异种金属电偶结构的绝缘等值线数据。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置还包括显示单元，其与所述处理单元连接，所述显示单元显示处理单元传输的数据和信号。

上述方案中，所述数据和信号可以是对所述绝缘状态的直观的显示和报警，可以包括所述实测绝缘等值线和所述预存的报警绝缘等值线和/或失效绝缘等值线。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置还包括报警装置，其与所述处理单元连接。

上述方案中，通常当第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘状态被判断为需要报警，则触发所述报警装置进行报警。所述报警装置可以是声光报警设备。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置还包括电源单元，其与所述第一受控电阻单元、测量单元和处理单元分别连接，以为其供电。

上述方案中，所述电源单元可以被配置为将舰船通用电源转换成所述第一受控电阻单元、测量单元和处理单元所需的多种电源。

进一步地，本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置中，所述测量单元还包括单片机，所述单片机将测得的电压值转换为数字信号后传输给处理单元。

上述方案中，所述测量单元也可以以单片机数字处理器为核心，配置专用芯片对测得的电压信号进行A/D转换，通过通信接口接收处理单元控制命令及上传转换的电流数字信号。

本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置具有下列优点和有益效果：

1)能监测异种金属电偶结构中异种金属电偶之间的绝缘状态，为异种金属电偶之间的绝缘维护提供依据，本实用新型与异种金属电偶间电绝缘工艺的结合使用，能够有效减少和防止异种金属电偶结构的电化学腐蚀。

2)可以存储异种金属电偶结构的等绝缘值曲线历史数据，为异种金属电偶结构的绝缘体的性能趋势分析提供依据，帮助相关部门掌握异种金属电偶结构使用状况，为维修部门提供可靠依据，从而大幅度降低例如船体、阀件、泵体、管道、法兰盘等异种金属间的电化学腐蚀，显著降低例如舰船的维护成本，提高例如船用系统的安全性。

附图说明

图1为一种异种金属电偶结构的结构图。

图2为异种金属电偶结构在电解质中的等效电路图。

图3为异种金属电偶结构在电解质中并且接入测量电阻模块的等效电路。

图4为异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的V-R绝缘等值线图。

图5为异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的I-R绝缘等值线图。

图6为异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的V-I绝缘等值线图。

图7为包含报警绝缘等值线和失效绝缘等值线的异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的I-R绝缘等值线图。

图8为异种金属电偶结构的等绝缘值曲线的测量原理图。

图9为计算R_bj的等效电路图。

图10为计算R_sx的等效电路图。

图11为积分计算绝缘等值线下方面积形成的直方图。

图12为本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置在一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面在对本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置做出进一步的详细说明之前，先结合说明书附图说明本实用新型的基本原理。

图1示出了一种异种金属电偶结构的结构图。

如图1所示，该异种金属电偶结构包括第一金属元件1，与第一金属元件1连接的第二金属元件2，以及设于第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘体3，第一金属元件1和第二金属元件2分别由不同的金属制成。需要说明的是，用于连接第一金属元件1和第二金属元件2的紧固螺栓上设有绝缘衬套和绝缘垫片。

图2示出了异种金属电偶结构在电解质中的等效电路。

如图2所示，结合参考图1，两种不同的金属第一金属元件1和第二金属元件2在例如海水等液态电解质中，根据电化学原理，可以等效为一个电动势为ΔE，内阻为r的原电池，连接部位安装绝缘阻值为R的绝缘体3后，相当于原电池两端连接一绝缘阻值为R的电阻。

图3示出了异种金属电偶结构在电解质中并且接入测量电阻模块的等效电路。图4示出了异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的V-R绝缘等值线。图5示出了异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的I-R绝缘等值线。图6示出了异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的V-I绝缘等值线。

如图3所示，结合参考图1和图2，在上述异种金属电偶结构两端接入阻值R_xi的测量电阻模块，测得测量电阻模块两端的电压V_i。

根据并联电路计算方法，可以得到下式(1)：

式(1)中ΔE是第一金属元件1和第二金属元件2在电解质中的电位差。根据等式(1)，对一个特定的绝缘体3的绝缘阻值R，逐次改变R_xi的阻值，可以在V-R坐标上计算得到与之对应的V-R曲线A1、B1、C1、D1，如图4所示；或将V_i除以R_xi可以得到I_i，转换成I-R坐标中绘出的I-R曲线A2、B2、C2、D2，如图5所示；或转换成V-I坐标中绘出的V-I曲线A3、B3、C3、D3，如图6所示；此曲线称之为绝缘等值线。

图7示出了为包含报警绝缘等值线和失效绝缘等值线的异种金属电偶结构对应不同绝缘阻值的I-R绝缘等值线。

如图7所示，坐标系的横轴为测量电阻模块阻值，坐标系的纵轴为测量电阻模块两端电压除以电阻而得到的电流。等效电路电动势ΔE，内阻为r，绝缘体3的阻值为绝缘阻值R。如根据电偶腐蚀电流密度设定绝缘阻值R在某值例如R＝R_sx＝1kΩ时判定绝缘状态处于失效状态，则绝缘阻值R_sx＝1kΩ为绝缘失效阻值，通过接入测量电阻模块测量绝缘阻值R_sx＝1kΩ对应的R_xi、I_i得到失效绝缘等值线A。如根据电偶腐蚀电流密度再设定绝缘阻值R在某值例如R＝R_bj＝3kΩ时判定绝缘状态处于报警临界状态，则绝缘阻值R＝3kΩ为绝缘报警临界阻值，通过改变接入不同阻值R_xi的测量电阻模块并计算得到绝缘阻值R＝3kΩ对应的R_xi、I_i得到报警绝缘等值线B。通过接入测量电阻模块检测并计算得到实际绝缘阻值R对应的R_X、I_X绝缘等值线，采用下述规则判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态：当测得的绝缘等值线C在该坐标系内位于报警绝缘等值线B上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态良好；当绝缘材料经过长期使用，测得绝缘等值线D在该坐标系内位于报警绝缘等值线B下方、失效绝缘等值线A上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态即将失效。当绝缘材料性能劣化，测得绝缘等值线E在该坐标系内位于失效绝缘等值线A下方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态已经失效。

以上叙述是根据式(1)计算的结果，也是本实用新型的绝缘等值线方法所依据的原理。在本实施方式中，采用了实际测量的方法，逐次接入不同阻值R_xi的测量电阻模块，测量测量电阻模块两端电压值V_i，在V-R坐标中得到V-R曲线。

图8示出了异种金属电偶结构的绝缘等值线的测量原理。图9示出了计算R_bj的等效电路，图10示出了计算R_sx的等效电路。

具体实施步骤如下：

(1)求取初始绝缘等值线。

在异种金属电偶结构中的绝缘材料安装之初，经干态检测绝缘状态良好，管道通入海水且电偶结构两端的电位差基本稳定以后，按照图8所示的第一受控电阻单元X，通过继电器K_x1、K_x2…K_xi逐个切换对应阻值R_X1、R_X2…R_Xi的测量电阻模块接入第一金属元件和第二金属元件之间(即与图8中的等效电路并联)，测量单元分别对每个测量电阻模块接入后实测得到相应的电压值V₁、V₂…V_i。经处理单元拟合处理并转换为I-R坐标后，得到对应初始状态绝缘阻值R的初始绝缘等值线，相当于图7中绝缘等值线C。

(2)求取平均等效内阻和平均偶接电流

在异种金属电偶结构中的绝缘材料安装之初，绝缘值通常高达数十兆欧以上。取此时测得的两端电压差为ΔE，且在并联电阻中，当R>>R_xi，由式(2)，式(1)可近似简化为式(3)及式(4)：

将步骤(1)中逐次接入的R_Xi和实际测量得到相应电压值V_i实代入式(4)，并根据式(5)计算得到平均等效内阻根据式(6)计算得到平均偶接电流。

异种金属电偶结构两端直接连接产生的直接偶接电流I＝ΔE/r实际上表征了电偶腐蚀电流的强度。在实验室中，通常使用零内阻电流表连接处于海水介质中的异种金属电偶结构的两端，来测量直接偶接电流，并除以试片的面积得到偶接电流密度。在实际舰船海水泵、阀、管路的绝缘结构两端进行电流测量时，由于极化效应和海水流速的去极化作用，难以测得稳定的异种金属偶接电流，更难以计算管道内部的金属腐蚀面积。本实施方式采用近似计算方法，在测量并计算得到平均等效内阻后，再计算得到平均偶接电流根据实验室测量与计算结果，计算得到的平均偶接电流略小于实测偶接电流的平均值，两者比较接近，本实施方式采用平均偶接电流进行进一步的计算。

(3)获取报警绝缘等值线和失效绝缘等值线。

本实施方式中报警临界绝缘值的计算，对应于腐蚀深度为0.1mm/年的腐蚀率所对应的腐蚀电流密度，即绝缘层的漏泄电流，最大可能达到约8.6微安/平方厘米的电流密度。在船舶建造中通常由20号低碳钢、青铜(ZCuSn₁₀Zn₂)、TP2Y铜合金、B10铜镍合金、B30铜合金、921A钢、HDR双相不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢等十多种材料互相组合构成的海水管道电偶结构，其直接偶接电流的电流密度约在数微安/平方厘米至40微安/平方厘米之间。因此，用相对值计算，相当于20％的直接偶接电流的电流密度。近似地，取20％的平均偶接电流，即报警偶接电流失效临界绝缘值对应于腐蚀深度为0.2mm/年的腐蚀率，近似地，取40％的平均偶接电流，即失效偶接电流按照图9和图10计算报警临界绝缘值R_bj和失效临界绝缘值R_sx，得到

在第二受控电阻单元Y中通过继电器K_y1输出接入异种金属电偶结构两端，首先测量记录接入R_bj但尚未接入R_xi，即R_xi＝∞时的电压V_bj，然后由第一受控电阻单元X通过继电器K_x1、K_x2…K_xi逐次输出R_x1、R_x2…R_xi,测量对应的V₁、V₂…V_i，获得报警绝缘等值线。

在第二受控电阻单元Y中通过继电器K_y2输出接入异种金属电偶结构两端，然后由第一受控电阻单元X通过继电器K_x1、K_x2…K_xi逐次输出R_x1、R_x2…R_xi,测量对应的V₁、V₂…V_i，获得失效绝缘等值线。

根据设备的具体情况设置报警临界绝缘值R_bj和失效临界绝缘值R_sx，例如，设则如此等等，可以对报警或失效的等级做出更多的划分。

以上针对特定规格设备(海水管道、阀门)测量后确定的作为判据性质的报警绝缘等值线和失效绝缘等值线，一旦生成即存储于数据库内不再更改，在日常监测中用于同实测绝缘等值线进行比对。

其中在测量报警绝缘等值线时接入R_bj但R_xi＝∞时的电压V_bj，作为特殊的阈值电压记录于数据库，应用于日常的电偶两端电位监测。

(4)实际绝缘状态的监测。

在图8所示的第一受控电阻单元X中，逐次输出R_x1、R_x2…R_xi,测量对应的V₁、V₂…V_i，可以得到V-R坐标系中的绝缘等值线，也可以计算得到I-R坐标系中的绝缘等值线。采用下述规则判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态：当测得的绝缘等值线C在该坐标系内位于报警绝缘等值线B上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态良好；当绝缘材料经过长期使用，测得绝缘等值线D在该坐标系内位于报警绝缘等值线B下方、失效绝缘等值线A上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态即将失效。当绝缘材料性能劣化，测得绝缘等值线E在该坐标系内位于失效绝缘等值线A下方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态已经失效。

图11示出了积分计算绝缘等值线下方面积形成的直方图。

作为直观利用绝缘等值线进行判断的方法的一种扩展，还可以利用积分方法计算失效绝缘等值线的下方面积、报警绝缘等值线的下方面积、实测绝缘等值线的下方面积，由该面积转换而来的直方图来判断。如图11所示，当实测绝缘等值线的下方面积S0小于等于初始绝缘等值线的下方面积S1大于报警绝缘等值线的下方面积S2时，处理单元判断第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘状态良好；当实测绝缘等值线的下方面积S0小于报警绝缘等值线的下方面积S2但大于失效绝缘等值线的下方面积S3时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态劣化即将失效应予报警。当实测绝缘等值线的下方面积S0小于失效绝缘等值线的下方面积S3时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态已经失效。

由于电偶间绝缘状态的改变，除了突加外力的机械性损坏之外，大多都是缓慢的过程，日常的监测，仅需要直接测量电偶两端的电压V，并与存储于数据库的报警阈值电压V_bj进行比对，如果电压V≧V_bj，则只需进行日常电压值的测量记录。当测量电压接近V_bj或出现V≦V_bj的情况，才需要进一步进行绝缘等值线的测量以及与报警等值线和失效等值线的比对。

下面将结合说明书附图和具体实施例来对本实用新型所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置做出进一步的详细说明，但是该说明并不构成对于本实用新型技术方案的不当限定。

图12示意了本实施例的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置的结构。

如图12所示，本实施例的电偶间绝缘状态的监测装置包括第二受控电阻单元4a、第一受控电阻单元4b、测量单元5、作为处理单元的监测微机6、显示单元7、报警装置8、电源单元9以及通道选择单元10，其中：

第二受控电阻单元4a、第一受控电阻单元4b和测量单元5参照上述基本原理部分图8的方案设置，其中第一受控电阻单元4b输出测量电阻模块的阻值R_X1、R_X2…R_Xi，第二受控电阻单元4a输出报警绝缘电阻R_y1＝R_bj、失效绝缘电阻R_y2＝R_sx；第一受控电阻单元4b通过继电器使各个测量电阻模块分别切换地连接于第一金属元件1和第二金属元件2之间。测量单元5(相当于图8中测量单元)检测各个测量电阻模块两端对应的电压Vi。其中，测量单元5包括单片机，该单片机将测得的电流值转换为数字信号后传输给监测微机6。

第一受控电阻单元4b的第一控制电路和第二受控电阻单元4a的第二控制电路均包括继电器和与继电器连接的控制元件。其中，控制元件包括单片机及继电器控制电路。该单片机接收来自监测微机6的控制信号，根据该控制信号通过继电器控制电路控制继电器组合第一电阻和第二电阻得到测量所需的特定阻值R_xi和R_yj。

监测微机6与测量单元5连接，监测微机6接收测量单元5传输的检测电压值V₁、V₂…V_i，并根据与各电压值对应的测量电阻模块的电阻值R_X1、R_X2…R_Xi获得实测绝缘等值线，监测微机6将该实测绝缘等值线与预存的失效绝缘等值线和报警绝缘等值线进行比对，并根据比对结果判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态，其中：绝缘体3的阻值为绝缘阻值R。设数据库中已经计算设定失效绝缘电阻R_sx＝750Ω、报警绝缘电阻R_bj＝2000Ω，并已经预存了失效绝缘等值线和报警绝缘等值线，采用下述规则判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态：当测得的绝缘等值线C在该坐标系内位于报警绝缘等值线B上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态良好；当绝缘材料经过长期使用，测得绝缘等值线D在该坐标系内位于报警绝缘等值线B下方、失效绝缘等值线A上方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态劣化即将失效应予报警。当绝缘材料性能劣化，测得绝缘等值线E在该坐标系内位于失效绝缘等值线A下方时，判断第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态已经失效。

依照前述原理介绍部分的具体实施步骤中(1)求取初始绝缘等值线、(2)求取平均等效内阻和平均偶接电流(3)获取报警绝缘等值线和失效绝缘等值线这三个步骤，通过第二受控电阻单元4a输出报警绝缘电阻R_y1＝R_bj、失效绝缘电阻R_y2＝R_sx，测量并估算绘出与失效绝缘电阻R_sx＝750Ω对应的失效绝缘等值线A，以及与报警绝缘电阻R_bj＝2000Ω对应的报警绝缘等值线B。此步骤工作可先期在实船进行大量的实测并进行数据统计，建成基本数据库输入仪器中，然后在电偶间绝缘材料安装完工之初，测量核对并进行修正，得到图7中的失效绝缘等值线A和报警绝缘等值线B，作为预置数据储存于仪器数据库内。

监测微机6还包括可用于存储报警绝缘等值线B和失效绝缘等值线A以及每个异种金属电偶结构的绝缘等值线历史记录数据的数据库。

显示单元7与监测微机6连接，显示单元7显示监测微机6传输的数据和信号。该数据和信号是对第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态的直观的显示和报警，包括上述绝缘等值线和上述预存的失效绝缘等值线A和报警绝缘等值线B。该信号包括报警信号，当第一金属元件1和第二金属元件2之间的绝缘状态被判断为已经失效或即将失效，输出该报警信号。此外，该显示单元7还可以进行人机交互。

报警装置8为声光报警设备，其与监测微机6连接。

电源单元9与第二受控电阻单元4a、第一受控电阻单元4b、测量单元5和监测微机6分别连接，以为其供电。电源单元9被配置为将舰船通用电源转换成第二受控电阻单元4a、第一受控电阻单元4b、测量单元5和监测微机6所需的多种电源。

通道选择单元10选择当前需要监测的异种金属电偶结构接入第二受控电阻单元4a或第一受控电阻单元4b。该通道选择单元10采取导线、接插件连接接入及通过继电器等切换接入的方式将异种金属电偶结构的测量端连接至第二受控电阻单元4a或第一受控电阻单元4b。

本实施例的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置工作时，显示单元7接收用户操作指令并传送给监测微机6，监测微机6控制第二受控电阻单元4a或第一受控电阻单元4b通过通道选择单元10连接至待测异种金属电偶结构，并将不同阻值的测量电阻模块逐次接入测量对应的电压值并上传至监测微机6，监测微机6通过预置程序进行数据计算及绝缘等值线拟合、存储、对比，得出当前异种金属电偶结构的绝缘状态，并通过显示单元7进行数据、曲线显示和临界状态报警。数据库存储每个异种金属电偶结构的绝缘等值线历史记录数据，能够为异种金属电偶绝缘材料的性能趋势分析提供依据，帮助有关部门掌握异种金属电偶绝缘保护结构使用状况，为维修部门提供可靠的依据。因此，在舰船领域，本实用新型与异种金属电偶间电绝缘工艺的结合使用，能够大幅度降低船体、阀件、泵体、管道、法兰盘等异种金属间的电化学腐蚀，显著降低舰船的维护成本，提高船用系统的安全性。

需要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其与待监测的异种金属电偶结构连接，所述异种金属电偶结构包括第一金属元件，与第一金属元件连接的第二金属元件，以及设于第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘体，所述第一金属元件和第二金属元件分别由不同的金属制成；其特征在于，所述监测装置包括：

处理单元；

第一受控电阻单元，其与处理单元连接，所述第一受控电阻单元包括若干个第一电阻和第一控制电路，所述第一控制电路根据接收自处理单元的控制信号将若干个第一电阻中的至少一个组合连接为多个具有不同阻值R_xi的测量电阻模块，所述多个测量电阻模块逐个被连接于第一金属元件和第二金属元件之间；

测量单元，其与处理单元连接，所述测量单元检测与各个阻值R_xi对应的第一金属元件和第二金属元件之间的电压值V_i；

其中，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得实测绝缘等值线，所述处理单元将该实测绝缘等值线与预存的报警绝缘等值线进行比对，并根据比对结果判断第一金属元件和第二金属元件之间的绝缘状态。

2.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，所述处理单元还将实测绝缘等值线与预存的失效绝缘等值线进行比对。

3.如权利要求1或2所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，还包括：

第二受控电阻单元，其与处理单元连接，所述第二受控电阻单元包括若干个第二电阻和第二控制电路，所述第二控制电路根据接收自处理单元的控制信号将若干个第二电阻中的至少一个组合连接为绝缘报警电阻模块和/或绝缘失效电阻模块，所述绝缘报警电阻模块具有绝缘报警电阻值R_bj，所述绝缘失效电阻模块具有绝缘失效电阻值R_sx，所述绝缘报警电阻模块或绝缘失效电阻模块被分别连接于第一金属元件和第二金属元件之间；

当绝缘报警电阻模块连接于第一金属元件和第二金属元件之间时，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得报警绝缘等值线，该报警绝缘等值线被作为所述预存的报警绝缘等值线；

当绝缘失效电阻模块连接于第一金属元件和第二金属元件之间时，所述处理单元接收测量单元传输的电压值V_i，并根据各阻值R_xi以及与其对应的电压值V_i获得失效绝缘等值线，该失效绝缘等值线被作为所述预存的失效绝缘等值线。

4.如权利要求3所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，所述第二控制电路包括继电器和与继电器连接的控制元件。

5.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，所述第一控制电路包括继电器和与继电器连接的控制元件。

6.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，所述处理单元还包括数据库，其存储各异种金属电偶结构的绝缘等值线数据。

7.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，还包括显示单元，其与所述处理单元连接，所述显示单元显示处理单元传输的数据和信号。

8.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，还包括报警装置，其与所述处理单元连接。

9.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，还包括电源单元，其与所述第一受控电阻单元、测量单元和处理单元分别连接，以为其供电。

10.如权利要求1所述的基于电压测量获取绝缘等值线的电偶间绝缘状态的监测装置，其特征在于，所述测量单元还包括单片机，所述单片机将测得的电压值转换为数字信号后传输给处理单元。