DE102015105410A1 - Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials - Google Patents

Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials Download PDF

Info

Publication number
DE102015105410A1
DE102015105410A1 DE102015105410.8A DE102015105410A DE102015105410A1 DE 102015105410 A1 DE102015105410 A1 DE 102015105410A1 DE 102015105410 A DE102015105410 A DE 102015105410A DE 102015105410 A1 DE102015105410 A1 DE 102015105410A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
working electrode
sample material
working
potential difference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015105410.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Wilhelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority to DE102015105410.8A priority Critical patent/DE102015105410A1/de
Publication of DE102015105410A1 publication Critical patent/DE102015105410A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/42Measuring deposition or liberation of materials from an electrolyte; Coulometry, i.e. measuring coulomb-equivalent of material in an electrolyte

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials in einem Messmedium (2) mittels einer galvanostatisch betriebenen Drei-Elektroden-Schaltung (3), wobei das Probenmaterial von der Drei-Elektroden-Schaltung (3) galvanisch getrennt ist, umfassend mindestens eine Arbeitselektrode (4) aus einem ersten Elektrodenmaterial, mindestens eine Referenzelektrode (5) aus einem zweiten Elektrodenmaterial, und mindestens eine Gegenelektrode (6) aus mindestens einem dritten Elektrodenmaterial, wobei das erste Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, dass das zweite Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, und dass das mindestens dritte Elektrodenmaterial von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff in Anspruch 1.
  • Chemische Auflösungsvorgänge sind oft mit Redoxreaktionen am sich auflösenden Material verbunden. Sie können gewollt (ätzen) oder auch ungewollt (Korrosion) sein. In Rohrleitungssystemen bzw. Ätzbädern können die Auflösungsgeschwindigkeiten bzw. die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes oft nicht direkt gemessen werden. Sie werden oft indirekt durch Probenentnahme oder anderweitige Inspektionen ermittelt oder empirisch beeinflusst. Dies kann zu unerwünschten Effekten bzw. zum erhöhten Zeit- und Materialautwand führen.
  • DE 10 2004 025 343 A1 beschreibt eine Anordnung zum Erfassen von Wechselstromkorrosion an Abschnitten von kathodisch geschützten Anlagen. Die Anlage weist eine erste und zweite Elektrode auf. Ein Messwertaufnehmer für eine elektrische Größe ist mit der ersten Elektrode elektrisch gekoppelt. Zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet sich ein Elektrolyt, so dass die Elektroden in Elektrolytverbindung stehen. Zwischen der ersten und zweiten Elektrode ist eine Spannungsquelle angeordnet, um an der ersten Elektrode eine elektrochemische Reaktion einzuleiten. Es ist weiterhin eine Referenzelektrode vorgesehen, die über den Elektrolyt mit der ersten Elektrode in Elektrolytverbindung steht. Die erste Elektrode ist ein Abschnitt einer kathodisch geschützten Rohrleitung. Als Referenzelektrode werden handelsüblich verfügbare Referenz- bzw. Bezugselektroden verwendet, wie zum Beispiel Ag/AgCl oder Cu/CuSO4.
  • Die klassischen Referenzelektroden erzeugen durch Vergiftung, Auslaugung oder Diffusionspotentiale instabile Signale über einen längeren Zeitraum. Daher müssen die Referenzelektroden von Zeit zu Zeit kalibriert werden. Ferner müssen die Potentiale der Auflösungsvorgänge in Bezug auf das Potential der verwendeten klassischen Referenzelektrode bekannt sein, um eine vernünftige Überwachung zu gewährleisten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrochemische Beständigkeit eines zu ätzenden bzw. eines zu schützenden Probenmaterials in einem laufenden System einfacher bzw. unkomplizierter zu überwachen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials in einem Messmedium mittels einer galvanostatisch betriebenen Drei-Elektroden-Schaltung, wobei das Probenmaterial von der Drei-Elektroden-Schaltung galvanisch getrennt ist, umfassend mindestens eine Arbeitselektrode aus einem ersten Elektrodenmaterial, mindestens eine Referenzelektrode aus einem zweiten Elektrodenmaterial, und mindestens eine Gegenelektrode aus mindestens einem dritten Elektrodenmaterial, wobei das erste Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, und wobei das zweite Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, und dass das mindestens dritte Elektrodenmaterial von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist.
  • Die Drei-Elektroden-Schaltung umfasst eine Arbeitselektrode, eine Referenzelektrode und eine Gegenelektrode, die über einen Elektrolyten miteinander in Elektrolytverbindung stehen. Zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode ist ein Messwertaufnehmer in Form eines Spannungsmessgeräts angeordnet. Eine Spannungsquelle ist einerseits mit der Arbeitselektrode und andererseits mit der Gegenelektrode verbunden. Eine Soll-Spannung bzw. Soll-Potentialdifferenz wird mittels der Spannungsquelle zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode angelegt. Dabei kommt es zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode zu einem Stromfluss durch den Elektrolyten und zu einer elektrochemischen Reaktion an der Arbeitselektrode bzw. der Gegenelektrode. Ferner weist die Drei-Elektroden-Schaltung einen Stromregler auf, der den elektrischen Strom zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode auf einen konstanten Wert hält.
  • Die galvanostatische Drei-Elektroden-Schaltung wird zur Überwachung der elektrochemischen Beständigkeit verwendet. Die Arbeitselektrode besteht aus dem gleichen Elektrodenmaterial wie das Probenmaterial, dessen Auflösungsverhalten untersucht werden soll und der aufgeprägte (Auflösungs-)Strom wird sehr klein gehalten (im pA-μA-Bereich). Durch die kontrollierte Korrosion der Arbeitselektrode kann auch gut abgeschätzt werden, wann diese ausgetauscht werden muss.
  • Die Referenzelektrode besteht ebenfalls aus dem gleichen Elektrodenmaterial wie das Probenmaterial. Die Gegenelektrode sollte z. B. inert sein und eine Fläche aufweisen, die nicht wesentlich kleiner ist als die der Arbeitselektrode. Damit ist automatisch sichergestellt, dass die Stromdichte an der Gegenelektrode einer Stromdichte an der Referenzelektrode entspricht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt kein absolutes Referenzpotential und damit keine klassische Referenzelektrode. Sie kann jedoch um eine solche erweitert werden. Ggf. kann die Bewertung des Messsignals sehr einfach ausgestaltet werden, da einfach die Polarität der angelegten Spannung als der Überwachung der elektrochemischen Beständigkeit des probenmaterial dienendes „gut-schlecht”-Kriterium verwendbar ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drei-Elektroden-Schaltung dermaßen ausgestaltet, dass eine Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen Gegenelektrode und der mindestens einen Referenzelektrode ermittelbar ist.
  • Dies lässt Rückschlüsse auf die Reaktionen zu, die an der Gegenelektrode ablaufen. Im einfachsten Fall findet Wasserzersetzung statt oder ein zusätzliches Redoxsystem ist im Wasser vorhanden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind mindestens zwei Gegenelektroden vorgesehen, wobei das Material mindestens einer der Gegenelektroden von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist, wobei die Materialien der anderen Gegenelektroden beliebig sind, wobei die mindestens zwei Gegenelektroden jeweils mit einem separaten Anschluss der Drei-Elektroden-Schaltung verbunden sind, so dass die mindestens zwei Gegenelektroden einzeln angesteuert werden können.
  • Verschiedene Elektrodenmaterialien haben verschiedene Überspannungen. Es laufen unterschiedliche Reaktionen ab. Durch die Möglichkeit zwischen verschiedenen Elektrodenmaterialien umzuschalten, lassen sich gezielt Reaktionen fördern oder unterdrücken.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens zwei Gegenelektroden vorgesehen, wobei das Material mindestens einer der Gegenelektroden von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist, wobei die Materialien der anderen Gegenelektroden beliebig sind, wobei die mindestens zwei Gegenelektroden in einer Parallelschaltung mit der Drei-Elektroden-Schaltung verbunden sind.
  • Falls die spezifische Reaktion an der Gegenelektrode keine Rolle spielt, lässt sich so die Stromdichte an der Gegenelektrode minimieren, da die Summe der Elektrodenflächen größer ist als die Fläche der einzelnen Gegenelektrode.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante ist die Drei-Elektroden-Schaltung dermaßen ausgestaltet, dass die mindestens eine Arbeitselektrode anstelle der mindestens einen Referenzelektrode und die mindestens eine Referenzelektrode anstelle der mindestens einen Arbeitselektrode ansteuerbar ist.
  • Durch eine wechselnde Ansteuerung lassen sich die Lebensdauer der Arbeits- und Referenzelektrode erhöhen. Neben der verlängerten Lebensdauer wird auch sichergestellt, dass irreversible Veränderungen der Arbeitselektrode auch an der Referenzelektrode stattfinden und so die Ruhepotentiale beider Elektroden vergleichbar bleiben.
  • Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die mindestens eine Arbeitselektrode oder die mindestens eine Referenzelektrode als Teil eines vom Messmedium durchströmten Rohrleitungssystems ausgestaltet.
  • So braucht man keine Armatur sondern nutzt bestehende, elektrisch unverbundene Rohrabschnitte, die über das Messmedium im Elektrolytkontakt stehen und galvanisch von der Drei-Elektrodenschaltung getrennt sind.
  • Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist ein Messwertaufnehmer vorgesehen, der zumindest teilweise das Messmedium berührt, und wobei der Messwertaufnehmer die mindestens eine Arbeitselektrode und/oder die mindestens eine Referenzelektrode umfasst.
  • Gemäß einer günstigen Variante ist die mindestens eine Gegenelektrode als ein das Messmedium berührender Teilbereich des Gehäuses des Messwertaufnehmers ausgestaltet.
  • Gemäß einer günstigen Weiterbildung ist die mindestens eine Arbeitselektrode und/oder die mindestens eine Gegenelektrode und/oder die mindestens eine Referenzelektrode in einen vom restlichen Messwertaufnehmer trennbaren und separat auswechselbaren Teil des Messwertaufnehmers angeordnet.
  • Arbeits- und Referenzelektrode sind Verschleißteile und können sehr einfach, z. B. durch ein Wechselkappenkonzept, ausgetauscht werden.
  • Gemäß einer günstigen Ausgestaltung weist der Messwertaufnehmer im Inneren eine Zusatzelektrode auf, die durch die mindestens eine Arbeits- oder die mindestens eine Referenzelektrode vom Messmedium getrennt ist und die im Fall des Durchbruchs vom Messmedium ins Innere des Messwertaufnehmers ein elektrisches Signal erzeugt, welches von der Messschaltung ausgewertet werden kann.
  • Es wird detektiert, wann die Referenz- bzw. Arbeitselektrode „aufgebraucht” ist und ausgewechselt werden sollte.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren gelöst. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Überwachen der Auflösung eines Probenmaterials mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte,
    • – Betreiben der Drei-Elektroden-Schaltung dermaßen, dass ein im Wesentlichen konstanter oder auf ein Minimum oder Maximum begrenzter elektrischer Strom zwischen der mindestens einen Arbeitselektrode und der mindestens einen Gegenelektrode fließt,
    • – Ermitteln der Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen Arbeitselektrode und der mindestens einen Referenzelektrode, die für die Aufrechterhaltung des elektrischen Stromes notwendig ist,
    • – Abschätzen der Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials im Messmedium aufgrund der ermittelten Potentialdifferenz.
  • Dabei ist die so abgeschätzte Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials insbesondere eine qualitative Aussage darüber, ob das Probenmaterial im Messmedium sehr stark oder vernachlässigbar gering aufgelöst wird. Beispielsweise kann hierzu ein Parameter ermittelt werden, der zwei Werte annehmen kann, wobei der eine Wert das Vorliegen einer sehr langsamen Aflösungsgeschwindigkeit von Null oder nahe Null und der andere Wert eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit, also eine Auflösungsgeschwindigkeit, welche deutlich größer ist als Null, repräsentiert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine geflossene Ladung durch Aufintegrieren des elektrischen Stromes für jede der mindestens einen Arbeitselektrode ermittelt. Aufgrund der geflossenen Ladung wird eine Obergrenze der Auflösung der mindestens einen Arbeitselektrode durch die Drei-Elektroden-Schaltung oder eine verbleibende Betriebszeit bis zum Durchbruch des Messmediums durch die mindestens eine Arbeitselektrode abgeschätzt.
  • Gemäß einer günstigen Ausgestaltung wird in beliebigen zeitlichen Intervallen oder in Abhängigkeit der über die Arbeitselektrode geflossenen Ladung durch die Drei-Elektroden-Schaltung, die mindestens eine Arbeitselektrode anstelle der mindestens einen Referenzelektrode angesteuert und umgekehrt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird in beliebigen zeitlichen Intervallen die mindestens eine Arbeitselektrode stromlos geschaltet und das Ruhepotential der mindestens einen Gegenelektrode gegen die mindestens eine Referenzelektrode oder gegen die mindestens eine Arbeitselektrode gemessen.
  • Dies ermöglicht eine Aussage über Redoxpotentiale des Messmediums, besonders wenn die Ruhepotentiale verschiedener Gegenelektroden, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, gemessen werden.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • 1a: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Überwachung der Korrosion des Probenmaterials, dessen Elektroden in einem nicht korrosiven Messmedium eingetaucht sind,
  • 1b: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Überwachung der Korrosion des Probenmaterials, dessen Elektroden in einem korrosiven Messmedium eingetaucht sind,
  • 2a: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Überwachung der Ätzung des Probenmaterials, dessen Elektroden in einem ätzenden Messmedium eingetaucht sind,
  • 2b: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Überwachung der Ätzung des Probenmaterials, dessen Elektroden in einem nicht ätzenden Messmedium eingetaucht sind,
  • 3: eine schematische Seitenansicht eines auswechselbaren Teils eines Messwertaufnehmers für die Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials,
  • 4a: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 1a mit drei Gegenelektroden, die parallel geschaltet sind,
  • 4b: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 4a mit drei Gegenelektroden, die einzeln ansteuerbar sind,
  • 5: eine vergrößerte Seitenansicht des Messwertaufnehmers entsprechend 3 mit einer Vorrichtung zur Widerstandsmessung zur Detektion eines Elektrolytdurchbruches,
  • 6: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials mit einer Drei-Elektrodenschaltung mit lediglich einer Gegenelektrode, und
  • 7: eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 6, bei dem die Arbeitselektrode wegschaltbar ist und das Ruhepotential der Gegenelektrode gegen die Referenzelektrode gemessen wird.
  • 1a zeigt eine Vorrichtung 1 zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials (nicht dargestellt) in einem Messmedium 2. Die Vorrichtung 1 wird mittels einer galvanostatischen Drei-Elektroden-Schaltung 3 betriebenen. Das Probenmaterial ist von der Drei-Elektroden-Schaltung 3 galvanisch getrennt. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Arbeitselektrode 4 aus einem ersten Elektrodenmaterial, eine Referenzelektrode 5 aus einem zweiten Elektrodenmaterial, und eine Gegenelektrode 6 aus einem dritten Elektrodenmaterial, auf. Das erste und zweite Elektrodenmaterial entspricht dem Probenmaterial. Das dritte Elektrodenmaterial ist von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden.
  • Die Referenzelektrode 5, die Arbeitselektrode 4 und die Gegenelektrode 6 sind jeweils an die Drei-Elektroden-Schaltung 3 angeschlossen. Die Drei-Elektroden-Schaltung 3 legt eine Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 an, aufgrund dieser Potentialdifferenz fließt ein elektrischer Strom zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 6. Die Drei-Elektroden-Schaltung 3 weist einen Stromregler 8 auf, welcher den elektrischen Strom zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 5 auf einen konstanten Wert hält (vorne in die Beschreibung). Der konstante elektrische Strom, der durch die Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 5 fließt, kann mittels des Stromreglers 8 eingestellt werden.
  • Ferner weist die Drei-Elektroden-Schaltung 3 ein Spannungsmessgerät 9 auf, welches eine Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5, die für die Aufrechterhaltung des konstanten elektrischen Stromes zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 5 notwendig ist, ermittelt.
  • Idealerweise ist der konstante elektrische Strom zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 6 so eingestellt, dass die Arbeitselektrode 4 aufgelöst wird. So kann aufgrund der ermittelten Potentialdifferenz eine Abschätzung über die Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials gemacht werden.
  • Die Vorrichtung entsprechend 1 dient der Verhinderung der Korrosion der Arbeitselektrode bzw. des Probenmaterials. Das Spannungsmessgerät 9 zeigt eine positive Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 an. Folglich findet keine Korrosionsreaktion der Arbeitselektrode 4 in dem Messmedium statt und in entsprechendem Maße auch keine Korrosion des Probenmaterials.
  • 1b zeigt eine Vorrichtung 1 entsprechend 1, bei der die von dem Spannungsmessgerät 9 ermittelte Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 negativ ist. Dadurch ist eine qualitative Abschätzung der Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials möglich, nämlich beispielsweise ob das Probenmaterial im Messmedium sehr stark, also mit hoher Geschwindigkeit, oder vernachlässigbar gering, also mit einer sehr geringen Geschwindigkeit aufgelöst wird. Anhand des Vorzeichens der Potentialdifferenz ist im vorliegenden Fall zu erkennen, dass die Auflösung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, also dass das Messmedium 2, in dem das Probenmaterial eingetaucht ist, korrosiv ist und die Arbeitselektrode 4 bzw. das Probenmaterial von dem Messmedium 2 aufgelöst werden.
  • 2a zeigt eine Vorrichtung 1 entsprechend 1a, wobei das Probenmaterial und die Elektroden der Vorrichtung in einem ätzenden Messmedium 2 eingetaucht sind. Das Spannungsmessgerät 9 zeigt eine negative Potentialdifferenz zwischen der der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 an. Daraus lässt sich abschätzen, dass die Arbeitselektrode 4 und das Probenmaterial stark, also mit hoher Geschwindigkeit, aufgelöst werden.
  • 2b zeigt eine Vorrichtung 1 entsprechend 2a, wobei das Spannungsmessgerät 9 eine positive Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 anzeigt. Eine positive Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Referenzelektrode 5 ist ein Zeichen dafür, dass die Arbeitselektrode 4 und das Probenmaterial nicht stark genug, d. h. mit zu geringer Auflösungsgeschwindigkeit, aufgelöst werden und das Messmedium nicht mehr stark genug ätzt und ausgetauscht werden muss.
  • Aufgrund des elektrischen Stromes kann auf die geflossene Ladung zwischen der Arbeitselektrode 4 und der Gegenelektrode 6 geschlossen werden. Aufgrund dieser geflossenen Ladung kann die Drei-Elektroden-Schaltung 3 eine Obergrenze für die Auflösung der Arbeitselektrode 4 oder eine verbleibende Betriebszeit bis zum Durchbruch des Messmediums 2 der Arbeitselektrode 4 abschätzen. Ist die Arbeitselektrode aufgrund des Messmediums 2 stark aufgelöst, steuert die Drei-Elektroden-Schaltung 3 die Referenzelektrode 5 anstelle der Arbeitselektrode 4 und die Arbeitselektrode 4 anstelle der Referenzelektrode 5.
  • Des Weiteren wird in beliebigen zeitlichen Intervallen die mindestens eine Arbeitselektrode 4 stromlos geschaltet und das Ruhepotential der Gegenelektrode 6 gegen die Referenzelektrode 5 gemessen, woraus eine qualitative Aussage über die Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials möglich wird, ob das Probenmaterial im Messmedium sehr stark oder vernachlässigbar gering aufgelöst wird.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht eines Messwertaufnehmers 7 zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials für eine Vorrichtung entsprechend 1a2b. Der Messwertaufnehmers 7 ist zylinderförmig ausgestaltet, wobei das Gehäuse des Messwertaufnehmers 7 als Gegenelektrode 6 dient. Die Arbeitselektrode 4 und die Referenzelektrode 5 sind in einen vom restlichen Messwertaufnehmer 7 trennbaren und separat auswechselbaren Teil des Messwertaufnehmers 7 angeordnet.
  • Der Messwertaufnehmer 7 weist im Inneren eine Zusatzelektrode 10 auf, die durch die Arbeitselektrode 4 vom Messmedium getrennt ist. Wird die Arbeitselektrode 4 dermaßen stark vom Messmedium 2 aufgelöst, dass das Messmedium mit der Zusatzelektrode 10 in Berührung kommt, wird ein elektrisches Signal erzeugt, welches von der Drei-Elektroden-Schaltung 3 entsprechend ausgewertet werden kann.
  • 4a zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 1a mit drei Gegenelektroden, die parallel geschaltet sind. Das Elektrodenmaterial einer der Gegenelektroden 6 ist chemisch inert. Das Elektrodenmaterial der anderen zwei Gegenelektroden 6 kann beliebig gewählt werden. Diese können auch dem Probenmaterial entsprechen oder ebenfalls chemisch inert sein. Inertes Material hat eine lange Lebensdauer, was insbesondere für das Sensorgehäuse wichtig ist. Weitere Materialien lassen zusätzliche Schlüsse auf die Messlösung zu, insbesondere wenn ihr Ruhepotential gemessen wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Gegenelektroden einzeln angesteuert werden. Vorteilhaft an der Ausgestaltung entsprechend 4a ist die größere Fläche der Gegenelektroden 6 im Vergleich zu der Ausgestaltung entsprechend 1a.
  • 4b zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 4a mit drei Gegenelektroden 6, die einzeln ansteuerbar sind. Dadurch können drei verschiedene Signale von drei verschiedenen Gegenelektroden 6 empfangen und separat ausgewertet werden.
  • 5 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Messwertaufnehmers 7 entsprechend 3. Eine Widerstandsmessgerät 11 ist zwischen der das Gehäuse des Messwertaufnehmers 7 bildenden Gegenelektrode 6 und der Zusatzelektrode 10 angeschlossen. Das Widerstandsmessgerät 11 zeigt einen Durchbruch des Elektrolyten.
  • 6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 3a, bei dem die Arbeitselektrode anstelle der Referenzelektrode und umgekehrt angesteuert ist.
  • 7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 6, bei dem die Arbeitselektrode wegschaltbar ist. So kann das Ruhepotential der Gegenelektrode 6 gegen die Referenzelektrode 5 gemessen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Messmedium
    3
    Drei-Elektroden-Schaltung
    4
    Arbeitselektrode
    5
    Referenzelektrode
    6
    Gegenelektrode
    7
    Messwertaufnehmer
    8
    Stromregler
    9
    Spannungsmessgerät
    10
    Zusatzelektrode
    11
    Widerstandsmessgerät
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004025343 A1 [0003]

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials in einem Messmedium (2) mittels einer galvanostatisch betriebenen Drei-Elektroden-Schaltung (3), wobei das Probenmaterial von der Drei-Elektroden-Schaltung (3) galvanisch getrennt ist, umfassend mindestens eine Arbeitselektrode (4) aus einem ersten Elektrodenmaterial, mindestens eine Referenzelektrode (5) aus einem zweiten Elektrodenmaterial, mindestens eine Gegenelektrode (6) aus mindestens einem dritten Elektrodenmaterial, wobei das erste Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, wobei das zweite Elektrodenmaterial dem Probenmaterial entspricht, und wobei das mindestens dritte Elektrodenmaterial von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drei-Elektroden-Schaltung (3) dermaßen ausgestaltet ist, dass eine Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen Gegenelektrode (6) und der mindestens einen Referenzelektrode (5) ermittelbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens zwei Gegenelektroden (6) vorgesehen sind, wobei das Material mindestens einer der Gegenelektroden (6) von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist, wobei die Materialien der anderen Gegenelektroden (6) beliebig sind, wobei die mindestens zwei Gegenelektroden (6) einzeln mit der Drei-Elektroden-Schaltung (3) verbunden sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens zwei Gegenelektroden (6) vorgesehen sind, wobei das Material mindestens einer der Gegenelektroden (6) von dem ersten und zweiten Elektrodenmaterial verschieden ist, wobei die Materialien der anderen Gegenelektroden (6) beliebig sind, wobei die mindestens zwei Gegenelektroden (6) in einer Parallelschaltung mit der Drei-Elektroden-Schaltung (3) verbunden sind.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drei-Elektroden-Schaltung (3) dermaßen ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Arbeitselektrode (4) anstelle der mindestens einen Referenzelektrode (5) und die mindestens eine Referenzelektrode (5) anstelle der mindestens einen Arbeitselektrode (4) ansteuerbar ist.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Arbeitselektrode (4) oder die mindestens eine Referenzelektrode (5) als Teil eines vom Messmedium (2) durchströmten Rohrleitungssystems ausgestaltet ist.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Messwertaufnehmer (7) vorgesehen ist, der zumindest teilweise das Messmedium (2) berührt, und wobei der Messwertaufnehmer (7) die mindestens eine Arbeitselektrode (4) und/oder die mindestens eine Referenzelektrode (5) umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Gegenelektrode (6) als ein das Messmedium berührender (2) Teilbereich des Gehäuses der Messwertaufnehmer (7) ausgestaltet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die mindestens eine Arbeitselektrode (4) und/oder die mindestens eine Gegenelektrode (6) und/oder die mindestens eine Referenzelektrode (5) in einen vom restlichen Messwertaufnehmer (7) trennbaren und separat auswechselbaren Teil des Messwertaufnehmers (7) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messwertaufnehmer (7) im Inneren eine Zusatzelektrode (10) aufweist, die durch die mindestens eine Arbeits- oder die mindestens eine Referenzelektrode (4, 5) vom Messmedium (2) getrennt ist und die im Fall des Durchbruchs von Messmedium (2) ins Innere des Messwertaufnehmers (7) ein elektrisches Signal erzeugt, welches von der Messschaltung ausgewertet werden kann.
  11. Verfahren zum Überwachen der Auflösung eines Probenmaterials mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte, – Betreiben der Drei-Elektroden-Schaltung (3) dermaßen, dass ein im Wesentlichen konstanter oder auf ein Minimum oder Maximum begrenzter elektrischer Strom zwischen der mindestens einen Arbeitselektrode (4) und der mindestens einen Gegenelektrode (6) fließt, – Ermitteln der Potentialdifferenz zwischen der mindestens einen Arbeitselektrode (4) und der mindestens einen Referenzelektrode (5), die für die Aufrechterhaltung des elektrischen Stromes notwendig ist, – Abschätzen der Geschwindigkeit der Auflösung des Probenmaterials im Messmedium (2) aufgrund der ermittelten Potentialdifferenz.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Stärke des elektrischen Stromes zwischen der mindestens einen Arbeitselektrode (4) und der der mindestens einen Gegenelektrode (6) so eingestellt bzw. geregelt ist, dass der elektrische Strom die mindestens eine Arbeitselektrode (4) während der Messung auflöst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Überwachung der Auflösung des Probenmaterials der Verhinderung der Korrosion des Probenmaterials dient, wobei eine positive Potentialdifferenz auf ein nicht korrodierendes Probenmaterial schließen lässt, und wobei eine negative Potentialdifferenz oder eine Potentialdifferenz, die einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, auf ein korrodierendes Probenmaterial schließen lässt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Überwachung der Auflösung des Probenmaterials der Ätzung des Probenmaterials dient, wobei eine negative Potentialdifferenz oder eine Potentialdifferenz, die einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet auf einen stattfindenden Ätzprozess schließen lässt, und wobei eine positive Potentialdifferenz auf einen inaktiven Ätzprozess schließen lässt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Schwellenwerte der Potentialdifferenz in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Messmediums, wie beispielsweise Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Potential der mindestens einen Gegenelektrode (6) festgelegt und während des Überwachungsvorgangs dynamisch angepasst werden können.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine geflossene Ladung des elektrischen Stromes für jede der mindestens einen Arbeitselektrode (4) aufintegriert wird, und wobei eine Obergrenze der Auflösung der mindestens einen Arbeitselektrode (4) aufgrund der geflossenen Ladung durch die Drei-Elektroden-Schaltung (3) oder eine verbleibende Betriebszeit bis zum Durchbruch des Messmediums (2) der mindestens einen Arbeitselektrode (4) abgeschätzt wird.
  17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beliebigen zeitlichen Intervallen oder in Abhängigkeit der geflossenen Ladung durch die Drei-Elektroden-Schaltung (3), die mindestens eine Arbeitselektrode (4) anstelle der mindestens einen Referenzelektrode (5) angesteuert wird und umgekehrt.
  18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beliebigen zeitlichen Intervallen die mindestens eine Arbeitselektrode (4) stromlos geschaltet und das Ruhepotential der mindestens einen Gegenelektrode (6) gegen die mindestens eine Referenzelektrode (5) oder gegen die mindestens eine Arbeitselektrode (4) gemessen wird.
DE102015105410.8A 2015-04-09 2015-04-09 Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials Pending DE102015105410A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015105410.8A DE102015105410A1 (de) 2015-04-09 2015-04-09 Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015105410.8A DE102015105410A1 (de) 2015-04-09 2015-04-09 Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015105410A1 true DE102015105410A1 (de) 2016-10-13

Family

ID=56986350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015105410.8A Pending DE102015105410A1 (de) 2015-04-09 2015-04-09 Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015105410A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4231273A1 (de) * 1992-09-18 1994-03-24 Henkel Kgaa Badkontrolle Kupfer-haltiger Metallbehandlungsbäder
DE69122383T2 (de) * 1991-08-22 1997-02-27 Secr Defence Brit Anodische Strip-Voltamperemetrie
DE102004025343A1 (de) 2004-05-19 2005-12-08 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Anordnung zum Erfassen von Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Anlagen
DE19644651B4 (de) * 1995-10-27 2008-07-31 Radiometer Analytical S.A. Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Analyse durch Potentiometrie mit Stripping
DE102008056470B3 (de) * 2008-11-05 2010-04-22 Atotech Deutschland Gmbh Verfahren zum Untersuchen einer Metallschicht und Verfahren zur analytischen Kontrolle eines zum Abscheiden der Metallschicht dienenden Abscheideelektrolyten

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69122383T2 (de) * 1991-08-22 1997-02-27 Secr Defence Brit Anodische Strip-Voltamperemetrie
DE4231273A1 (de) * 1992-09-18 1994-03-24 Henkel Kgaa Badkontrolle Kupfer-haltiger Metallbehandlungsbäder
DE19644651B4 (de) * 1995-10-27 2008-07-31 Radiometer Analytical S.A. Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Analyse durch Potentiometrie mit Stripping
DE102004025343A1 (de) 2004-05-19 2005-12-08 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Anordnung zum Erfassen von Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Anlagen
DE102008056470B3 (de) * 2008-11-05 2010-04-22 Atotech Deutschland Gmbh Verfahren zum Untersuchen einer Metallschicht und Verfahren zur analytischen Kontrolle eines zum Abscheiden der Metallschicht dienenden Abscheideelektrolyten

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MONTEMOR, M.F. [et al]: Chloride-induced corrosion on reinforcing steel: from the fundamentals to the monitoring techniques. In: Cement & Concrete Composites 25 (2003), S. 491-502 *
MONTEMOR, M.F. [et al]: Chloride-induced corrosion on reinforcing steel: from the fundamentals to the monitoring techniques. In: Cement & Concrete Composites 25 (2003), S. 491–502

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60220035T2 (de) Sensor-array-vorrichtung sowie ein verfahren zur überwachung von elektrochemischer korrosion
DE102009026453A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Aussage über das Vorkommen von Inhaltsstoffen einer flüssigen Probe mit Sauerstoffbedarf
WO2017182497A1 (de) Verfahren und system zur bewertung einer elektrochemischen speichereinheit
EP1893951B1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät
EP2902774B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften wässriger Medien durch Impedanzspektroskopie
DE102013109105A1 (de) Messanordnung
DE102019120446A1 (de) Verfahren zur Korrektur von zwei Messwerten von jeweils verschiedener Analysenmessgeräte sowie Messstelle zum Ausführen des Verfahrens
EP2711702A1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines Alterungszustands eines Schmierstoffs
EP3271699B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum charakterisieren eines kühlmittels
DE102013104203A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Restbetriebsdauer eines Messaufnehmers
EP0161673B1 (de) Verfahren zur Kontrolle des Laufzeitzustandes eines membranbedeckten polarographischen Sensors
DE102011085841A1 (de) Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums, elektrochemischer Sensor und System
EP1943496B1 (de) Korrosionssensor
EP2350758B1 (de) Verfahren zur überwachung einer potentiometrischen messsonde
EP1936366B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer elektrochemischen Halbzelle
DE102015105410A1 (de) Vorrichtung zur Überwachung der Auflösung eines Probenmaterials
DE2241648A1 (de) Verfahren zur messung des schutzpotentials kathodisch geschuetzter objekte
DE102009054279A1 (de) Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen des Chlorit-Gehaltes einer wässrigen Lösung und ein Chlorit-Mess-System zum Durchführen des Verfahrens
WO2018077666A1 (de) Verfahren zur automatisierten in-line erkennung von abweichungen eines ist-zustands eines fluides von einem referenzzustand des fluides an hand statistischer methoden, insbesondere für die überwachung einer trinkwasserversorgung
EP1598446A2 (de) Verfahren und Anordnung zum Erfassen von Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Anlagen
DE3900942C2 (de) Mehrfachsensorik
DE10253595A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Referenzhalbzelle
AT516154B1 (de) Verfahren zum Bestimmen des Korrosionsrisikos von Anlagen
DE102014119079A1 (de) Bezugselektrode und elektrochemischer Sensor
EP2293052B1 (de) Wasseranalyse-Messanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: KOSLOWSKI, CHRISTINE, DIPL.-CHEM. DR. RER. NAT, DE

R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ENDRESS+HAUSER CONDUCTA GMBH+CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ENDRESS + HAUSER CONDUCTA GESELLSCHAFT FUER MESS- UND REGELTECHNIK MBH + CO. KG, 70839 GERLINGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KOSLOWSKI, CHRISTINE, DIPL.-CHEM. DR. RER. NAT, DE

R012 Request for examination validly filed