Rezistometrické Čidlo pro měření korozní rychlostí kovů v atmosféře Oblast techniky

Koroze kovů je jedním z hlavních mechanizmů degradace kovových materiálů. Většina plochy existujících kovových předmětů a konstrukcí je vystavena působení atmosféry. Koroze kovů v atmosféře také zaujímá největší podíl na finančních ztrátách způsobených korozí obecně. Z hlediska plánování životnosti kovových konstrukcí a kontroly vlivu prostředí na jejich životnost za provozu je třeba znát korozní rychlost konstrukčního kovu za daných podmínek. V praxi se uplatňují různé metody měření korozní rychlosti kovů v atmosféře. Jednou z nich je rezistometrická metoda pracující s rezistometrickými čidly. Vedle konstrukčních materiálů exponovaných io ve vnější atmosféře je určování korozní rychlosti klíčové také ve specifických případech, jako je péče o kovové památky, ochrana kovových výrobků při transportu na dlouhé vzdálenosti, ochrana významných elektronických zařízení před atmosférickými vlivy, atd. Předmětné rezistometrické čidlo svým novým designem odstraňuje konstrukční nedostatky v praxi uplatněných rezistometrických čidel a eliminuje tak nepřesnosti určení korozního úbytku vlivem těchto konstrukě15 nich nedostatků.

Dosavadní stav techniky

K hodnocení korozního vlivu prostředí na kovy je využíváno mnoho metod. Rychlost, s jakou kov za daných podmínek koroduje, lze nejsnáze určit prostřednictvím hmotnostní změny kovového vzorku (kupónu) po určené době expozice. Ke spolehlivému určení korozní rychlosti z hmot20 nostního úbytku korozního kupónu je nutná dlouhá doba expozice. Platné normy ji stanovují minimálně najeden rok. Tímto způsobem se klasifikují atmosféry podle jejich korozní agresivity. Takový postup neumožňuje určit vliv změny podmínek na korozní rychlost kovů. Odezva metody hmotnostního úbytku je často příliš dlouhá a citlivost příliš malá. Vhodným způsobem pro semikontinuální sledování korozní rychlosti kovů v závislosti na podmínkách je rezistomet25 rická metoda, která využívá pro určení korozního úbytku kovu změnu elektrického odporu korodujícího čidla. Změna elektrického odporu kovového čidla je dána změnou průřezu korodujícího kovu podle vztahu (Rif.

(Rl)

kde R - elektrický odpor, p - rezistivita, l - délka kovového čidla, 5 - průřez kovového čidla

Kromě geometrických parametrů kovového čidla, které se mění s mírou koroze, závisí odpor čidla také na teplotě. Za provozních podmínek není teplota prostředí a tedy ani kovu konstantní. Vliv teploty na elektrický odpor rezistometrického čidla je kompenzován tím, že vedle exponované kovové stopy (měmá část) obsahuje čidlo ještě identickou kovovou stopu (referenční část), která je před korozními vlivy prostředí chráněna protikorozním povlakem. Elektrický odpor této části tak není ovlivňován korozním úbytkem a její odpor se mění pouze se změnou teploty. Korozní úbytek je pak vyjadřován pomocí změny poměru odporů referenční a měrné Části v porovnání s poměrem na začátku expozice (R2):

(R2) \h h_u · kde Ah - úbytek tloušťky, h₀ - počáteční tloušťka kovové stopy, Rr,o- elektrický odpor referenční 40 části sondy na počátku expozice, R_Mlfí - elektrický odpor měrné části sondy na počátku expozice,

R# - elektrický odpor referenční části, Rm - elektrický odpor měrné části.

-1 CZ 24648 Ul

Rezistometrická metoda pro určení korozního úbytku kovu vyžaduje vysokou přesnost měření elektrického odporu. Elektrický odpor se měří v tzv. čtyřvodičovém zapojení, kdy kovovou stopou rezistometrického čidla prochází definovaný elektrický proud a na jiných kontaktech měrné i referenční části je měřeno napětí, které tento proud vyvolává (Obr. 1). Ze znalosti proudu a napětí je pomocí Ohmová zákona vypočten odpor obou částí čidla.

Pro správný průběh měření tak musí rezistometrické Čidlo být konstruováno s pěti nebo šesti vývody pro připojení elektronického příslušenství systému. Z hlediska spolehlivosti čidla je kritickým místem konstrukce spojení mezi měrnou a referenční částí. V současnosti nejčastěji využívané konstrukční řešení čidla má přechod mezi měmou a referenční částí přímo v rovině io symetrie čidla, tedy v místě, kde je snímáno napětí na měrné, resp. referenční části. Hranice ochranného povlaku, která se zde nachází, je z korozního hlediska slabým místem a dochází k jeho podkorodování. Toto podkorodování ovlivňuje měření korozního úbytku na měrné části čidla, neboť přestává platit předpoklad, že tloušťka referenční části je neměnná. Obrázek (Obr. 2) uvádí běžné uspořádání, které obsahuje nevhodné spojení měrné a referenční části s hranicí ochranného povlaku.

Popisované technické řešení předmětného rezistometrického čidla navrhuje takové konstrukční uspořádání, které toleruje běžné podkorodování ochranného povlaku, aniž by tím byla ovlivněna správná funkce čidla.

Podstata technického řešení

Rezistometrické Čidlo pro měření korozního úbytku kovu v atmosféře je tvořeno tenkou (50 nm 0,25 mm) kovovou stopou 1 nanesenou na elektricky nevodivém podkladu 2 o rozměrech 55 x 31 x 1,5 mm. Využít lze například sklo-laminátovou desku, na níž je nalaminována fólie z kovu, jehož korozní úbytek chceme měřit. Požadovaný design kovové stopy je pak vyleptán postupem známým z výroby tištěných spojů. Jiným možným postupem je PVD depozice kovu na keramický nebo skleněný substrát. Touto technikou získáváme kovové vrstvy s nižší tloušťkou, což poskytuje vyšší citlivost výsledného korozního čidla. Měrná část 3 a referenční část 4 výsledného čidla je propojena můstkem 5 ve tvaru písmene H. Hranice ochranného povlaku 6 prochází napříč můstkem 5 v polovině jeho délky (Obr. 3).

Případné korozní napadení můstku 5 na hranici ochranného povlaku 6 a v jejím okolí neovlivňu30 je, na rozdíl od konstrukčních řešení v současnosti běžně používaných, výsledek měření korozního úbytku. I v případě podkorodování ochranného povlaku 6 můstek 5 dál plní funkcí vodice elektrického proudu, zatímco měření napětí na měrné části 3 tímto podkorodováním není ovlivněno, neboť napětí je měřeno až v bodě napojení můstku 5 na referenční část 4.

Stručný popis obrázků na výkresech

Obr. 1: Schematické znázornění měření odporu měrné a referenční části rezistometrického čidla.

Obr. 2: Schéma rezistometrického čidla s nevhodně konstruovaným spojením měrné a referenční Části.

Obr. 3: Schéma rezistometrického čidla s nově konstruovaným spojením měrné a referenční Části ve tvaru písmene H.

Příklad použití

Korozní monitoring je velmi významnou oblastí korozního inženýrství. Korozní monitoring je využíván kvůli ochraně produktů, zařízení, prostředí a zdraví. Úkolem korozního monitoringu je zajistit včasné varování personálu, že došlo k nepřijatelnému zvýšení korozní agresivity v systému. Citlivost korozního monitoringu musí být dostatečná natolik, aby bylo možné včas přij 45 mout taková opatření, která korozní agresivitu sníží a zabrání vzniku nepřijatelných škod. Typickými oblastmi, kde je korozní monitoring nezbytný, je chemický průmysl, energetika nebo pro-2CZ 24648 Ul duktovody. Korozní monitoring v atmosféře nachází uplatnění v provozech, kde je potenciální nebezpečí zvýšení agresivity prostředí vůči zařízením (chemické provozy, počítačové sály s filtrací vzduchu), nebo v místech, kde jsou uloženy historické kovové předměty. Významnou oblastí je též sledování korozní agresivity během transportu výrobků k zákazníkovi. Popisované tech5 nické řešení je využíváno v průmyslových provozech, v depozitářích kovových památek, při dopravě zboží v přímořských atmosférách, při sledování agresivity pri provozu automobilů nebo pri studiu mechanizmu koroze kovů ve specifických podmínkách.

Průmyslová využitelnost

Rezistometrické čidlo pro měření korozní rychlosti kovů v atmosféře, jehož konstrukce je io popisována, zvyšuje spolehlivost korozního monitoringu využívajícího rezistometrickou metodu měření korozního úbytku. Oproti elektrochemickým metodám monitoringu je rezistometrická metoda výhodná svojí jednoduchostí a použitelností v jakémkoli prostředí. V porovnání s expozičními zkouškami má rezistometrická metoda vyšší citlivost a kratší odezvu. Korozní monitoring využívající rezistometrická čidla je vhodný pro protikorozní ochranu produktů a zařízení, a v důsledku toho i pro ochranu prostředí a zdraví. Korozní monitoring založený na rezistometrické metodě umožňuje včasné varování o zvýšení korozní agresivity prostředí vůči kovovým materiálům.