CN207051381U - 一种测量管道电流密度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量管道电流密度的装置，涉及管道阴极保护电流密度测试技术领域，其特征在于：至少包括：由铁磁性材料制成的集磁环；集磁环的内径r大于管道的外径；集磁环的侧壁上开设有联通内壁和外壁的气隙带；位于气隙带内的磁阻传感器；用于接收磁阻传感器输出信号的单片机；磁阻传感器的信号输出端子通过数据线与单片机的I/O端子电连接。本专利通过集磁环对管道周围的磁场进行聚集，可以有效地提高磁阻传感器的测量精度，进而提高整个阴极保护电流测试仪的测量精度测量，通过测量阴极保护电流产生的磁场来对阴极保护电流的状况进行分析，这种方法操作方便，不需要与管道金属层接触，可以准确的测量管道上的电流密度。

Description

一种测量管道电流密度的装置

技术领域

本实用新型涉及管道阴极保护电流密度测试技术领域，特别是涉及一种测量管道电流密度的装置。

背景技术

管道阴极保护电流密度是指被保护的管道单位面积上所需要的阴极保护电流。在工程实践中，根据管道覆盖层和管道阴极保护之间的关系，可以将阴极保护电流密度作为衡量防腐涂层绝缘性能的一个重要指标，也是整个管道阴极保护系统的重要参数，它可以很好地反映管道防腐涂层的技术状况以及阴极保护系统的有效性，进而可以对管道的腐蚀态势做出合理的评价。

阴极保护电流密度的计算主要是通过测量阴极保护电流来实现，因此，对管道阴极保护电流的测量就显得非常重要。由于一般的阴极保护电流强度很微弱，且管线周围高压线，电气化铁路，整流变电所等引起的杂散电流干扰比较严重，用现有的测量方法(电位降法、补偿标定法等)想要实现对管道阴极保护电流的准确测量非常困难或者测量非常繁琐，所以就迫切需要研发一种精度高、操作简便、抗干扰能力强的管道阴极保护电流测试仪器。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种精度高、操作简便的测量管道电流密度的装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种测量管道电流密度的装置，至少包括：

由铁磁性材料制成的集磁环；所述集磁环的内径r大于管道的外径；所述集磁环的侧壁上开设有联通内壁和外壁的气隙带；

位于气隙带内的磁阻传感器；

用于接收磁阻传感器输出信号的单片机；

所述磁阻传感器的信号输出端子通过数据线与单片机的I/O端子电连接。

作为优选，本实用新型还采用了如下的技术方案：

进一步：所述磁阻传感器的型号为HIMC1001。

进一步：所述集磁环轴截面的外口径为正方形。

进一步：所述气隙带的宽度为恒定值。

更进一步：还包括与单片机进行数据交互的上位机。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本实用新型通过集磁环对管道周围的磁场进行聚集，可以有效地提高磁阻传感器的测量精度，进而提高整个阴极保护电流测试仪的测量精度测量，通过测量阴极保护电流产生的磁场来对阴极保护电流的状况进行分析，这种方法操作方便，不需要与管道金属层接触，可以比较准确的测量管道上的电流密度，与其他方法相比，能够更加科学地评价整个阴极保护系统的运行状况。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的电路框图；

图2是本实用新型优选实施例中集磁环的轴截面图；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图2，一种测量管道电流密度的装置，包括：

由铁磁性材料制成的集磁环；所述集磁环的内径r大于管道的外径；所述集磁环的侧壁上开设有联通内壁和外壁的气隙带；

位于气隙带内的磁阻传感器；

用于接收磁阻传感器输出信号的单片机；

所述磁阻传感器的信号输出端子通过数据线与单片机的I/O端子电连接。由于现场环境比较复杂，为了防止外部干扰，优选地在磁阻传感器和单片机之间增加信号处理电路，这些信号处理电路可以包括放大电路、滤波电路、差分电路等等，由于上述几种电路都是比较成熟的电路，因此此次不再对其工作原来做过多的赘述；

在上述优选实施例中：所述磁阻传感器的型号为HIMC1001。

所述集磁环轴截面的外口径为正方形。

所述气隙带的宽度为恒定值。

还包括与单片机进行数据交互的上位机。

在上述优选实施例中：具体的工作原理为：

一种测量管道电流密度的装置，其中主要包括：集磁环、磁阻传感器、控制系统。

所述的集磁环为：采用内圆外方的环形结构，并在环状结构一侧设置开口(气隙)，集磁环外部有辅助结构，用于固定在管道上，在开口处放置测量磁场的磁阻传感器及相关电路。受到加工工艺限制，在集磁环上开口一般都做成平行形状。且集磁环开口截面为矩形，集磁环介质铁磁材料，其磁导率μr远大于真空的磁导率为μ₀；

集磁环都有一定的径向宽度(内外径之差)，对于平行形状开口的集磁环来说，因为开口是平行的，平行线间距离处处相等，气隙内的磁力线长度都是相等的，气隙内的磁场分布也是均匀的，磁阻传感器即使没有放置在气隙的中央位置影响也不大。

磁阻传感器为基于磁阻效应的利用惠斯顿电桥原理制作的磁阻传感器HIMC1001，其特点如下：封装尺寸小，三维尺寸为2mm×7mm×10mm，其中敏感轴方向的尺寸为7mm。分辨力高，在±200μT量程内均可获得(地磁场磁感应强度约为50μT)的分辨力；测量范围可达±600μT；

控制系统包括传感器接口电路，信号处理电路以及中央处理器，管道上的阴极保护电流产生的磁信号，经过集磁环的聚集放大，再由磁阻传感器进行测量采集。磁阻传感器是将集磁环开口气隙处磁场的磁感应强度转换为差分输出电压，再经过AD芯片将模拟信号转换为数字信号，送入单片机进行处理。

单片机核心电路包括：单片机、FLASH存储器、串口收发器和液晶显示器

控制单元将所有线路整合到一起构成一体的检测系统，将所测数据处理后存储和传至上位机。

如图2所示，集磁环外形结构示意图，它由铁磁性材料制成，整体成环状结构。

将集磁环套接在管道外部，集磁环开口气隙处的磁感应强度比未放之前提高了倍(其中磁环的平均半径r，气隙处宽度为L，且L远小于2πr)

放置集磁环后可以有效地提高磁阻传感器的测量精度，进而提高整个阴极保护电流测试仪的测量精度，是阴极保护电流测试仪的重要组成部分。

具体分析如下：设磁环平均半径为r,气隙处宽度为L，磁感应强度为B,集磁环介质材料的相对磁导率为μ_r,集磁环介质内的磁场强度H,真空的磁导率为μ₀,空气的磁导率与真空近似,也可认为是μ₀,集磁环开口气隙处的磁场强度为H₀；

正常情况下，当管道上的电流为I时，根据安培环路定理，在距离管道距离为r时地方磁场强度为：

(马文蔚.大学物理(第5版)[M].东南大学等七所院校,2005) 2-1

加上集磁环后，假设集磁环半径也为r，根据安培环路定理和磁通连续性方程可得：

(马文蔚.大学物理(第5版)[M].东南大学等七所院校,2005) 2-2

上述公式2-1和公式2-2均为现有技术，在马文蔚于2005年编写的《大学物理》中有详细的记载，此处不再赘述；

进而得H(2πr-L)+H L＝I 2-3

集磁环介质内的磁场强度H计算公式为式

集磁环开口气隙处的磁场强度H₀的计算公式为式

将上面公式整理得

集磁环相对磁导率一般为几千甚至上万，满足μr远大1且μ_r远大于2πr，因此

由上面的2-7与2-1比较可以看出放置集磁环后，气隙处的磁感应强度比之前提高了倍，明显看出磁环对管道周围的磁场有聚集作用。

根据安培环路定理可得当放置集磁环磁场后，通过磁场的变化情况，可以准确的了解电流的变化，有效的提高测量精度。

通过磁感应装置及数据采集装置记入采集并回传的方式实现管道电流密度的数据的采集，记录和监测，保证所测量数据的准确性，及时性，真实性。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种测量管道电流密度的装置，其特征在于：至少包括：

由铁磁性材料制成的集磁环；所述集磁环的内径r大于管道的外径；所述集磁环的侧壁上开设有联通内壁和外壁的气隙带；

位于气隙带内的磁阻传感器；

用于接收磁阻传感器输出信号的单片机；

所述磁阻传感器的信号输出端子通过数据线与单片机的I/O端子电连接。

2.根据权利要求1所述的测量管道电流密度的装置，其特征在于：所述磁阻传感器的型号为HIMC1001。

3.根据权利要求1所述的测量管道电流密度的装置，其特征在于：所述集磁环轴截面的外口径为正方形。

4.根据权利要求1所述的测量管道电流密度的装置，其特征在于：所述气隙带的宽度为恒定值。

5.根据权利要求1-4任一项所述的测量管道电流密度的装置，其特征在于：还包括与单片机进行数据交互的上位机。