DE2160002A1 - Messverfahren fuer die elektrochemische potentialdifferenz "metallbauwerk - erde" und einrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Messverfahren fuer die elektrochemische potentialdifferenz "metallbauwerk - erde" und einrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

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DE2160002A1 DE19712160002 DE2160002A DE2160002A1 DE 2160002 A1 DE2160002 A1 DE 2160002A1 DE 19712160002 DE19712160002 DE 19712160002 DE 2160002 A DE2160002 A DE 2160002A DE 2160002 A1 DE2160002 A1 DE 2160002A1
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Description

  • MESSVERFAHREN FÜR DIE ELEKTROCHEMISCHE POTENTIALDIFFERENZ "METALLBAUWERK -ERDE" UND EINRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DIESS'S VERFAHRENS Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des elektrischen Korrosionsschutzes von Metallbauwerken durch das Uberlagern eines polarisierenden Stromes / Katodenschutz /, Insbesondere auf das Meßverfahren für die Potentialdifferenz zwischen dem Metallbauwerk und Erde, die durch elektrochemische Vorgänge bzw. durch vagabundierende Ströme hervorgerufen ist, mit/ohne Einbeziehung des Katodenschtzes.
  • Zur Zeit wird das direkte Meßverfahren zwecks praktischer Kontrolle des Zustandes des elektrischen Korrosionsschutzes von unterirdischen Metallbauwerken weitgehand angewendet.
  • Dieses Verfahren sieht den Anschluß eines hochohmigen Voltmeters an die zu kontrollierende Oberfläche des unt-erårdischen Metallbauwerkes und an ine nichtpolarisierende Vorgleichselektrode vor, die im Punkt der minimal möglichen Entfernung von der zu kontrollierenden Oberfläche kontaktgebend mit der Erde angeordnet ist.
  • Dieses Verfahren wird weitgehend für die Kontrolle des Zustandes des Schutzes von unterirdischen Metall bauwerken gegen Korrosion angewandt, die sowohl durch den Bodenelektrolyt (Grundwasser) als auch durch die Wirkung des Feldes von Vagabundströmen der elektrifizierten Gleichstrombahnen hervorgeruhen wird.
  • j>ieses bekannte Verfahren ist unter anderem im Buch von V.Ä. Pritula "Korrosionsschutz von unterirdischen Werksrohrleitungen" moskau, 1961, 5. 195) beschrieben.
  • Ein Nachteil des herkömmlichen Meßverfahrens der Potentialdifferenz "Metallbauwerk - Erde" besteht in dem Meßfehler, der infolge des SpannungsabSalles im Bodenabschnitt zwischen der Oberfläche des zu kontrollierenden Metallbauwerkes und der Kontakt stelle der Vergleichselektrode mit dem Boden (Medium) sowie infolge des Spannungsabralles in einer Schicht der Schutzisolation (falls diese vorhanden ist) auftritt.
  • Da man unter praktischen Bedingungen an realen Objekten aie Kontaktstelle der Vergleichselektrode nicht nah genug an der Metalloberfläche anordnen kann und d.r spezifische Bodenviiderstand, insbesondere der Widerstand des Isolationsüberzuges ziemlich groß ist, kann der Meßfehler große Werte erreichen.
  • 1.3. beträgt der Meßfehler bei den normalen Betrieb st0anden des Katodenschutzes entsprechenden Stromdichten nach den Ergebnissen der Untersuchungen des amerikanischen Forschers Parker, die an einer isolierten Rohrleitung durchgeführt wurden, von 30 bis 400 mV oder von 30 bis 60% von der angelegten Potentialdifferenz.'Meßfehler der Potentialdifferenz eines nichtisolierten Metalibauwerkes (Propanbehälters) betrug nach den Ergebnissen der von Prof. schwenk (Firma Mannesman, BRD) durchgeführten Messungen, "Werkstoff und Korrosion" 1962, H. 4, S. 212-213, 400 mV oder 50% von der angelegten Spannungsdifferenz die Untersuchungen wurden an bis auf das Potential 900 -1300 mV polarisierten Objekten durchgeführt.
  • Bei Vagabundströmen kann die Potentialdifferenz Metallbauwerk - Erde über dem Wert 3,5 V liegen, somit wird der Meßfehler noch größer.
  • Das Vorhandensein des im Sinne der Vergroßerung des Meßwertes wirkenden hießt-ehlers führt dazu, daß die tatsächlichen Potentialwerte unter den gemessenen Werten liegen. Zur Zeit bleibt dieser Fehler bei praktischen Messungen unbeseitigt. Das Nicht beachten dieses Meßfehlers führt zum ungenügenden Schutz der Metallbauwerke bei nichtsolierter Oberfläche oder zum über-Mäßigen Vergrößern der Anzahl der erforderlichen Katodeneinrichtungen bei der AusfUhrung -des Katodenschutzes von ausgezehnten isolierten Metallpauwerken (Rohrleitungen). Die Beseitigung des angegebenen methodischen Fehlers scheint bei dem angewendenten direkten Leßverfahren praktisch nicht möglich zu sein.
  • Das ist darauf zurückzuführen, daß man unter realen Bedingungen nicht nur die Vergleichselektrode, wie oben erläutert nicht näher an die Metalloberfläche bringen, sondern auch die elektrochemische Potentialdifferenz aus der gesamten Summe der Spannungsabfälle nicht heraussondern kann. Auf diese Weise stellt die Beseitigung des Meßfehlers ein technisches Problem dar. Zur Lösung dieses problems vourden Methoden der indirekten Messung vorgeschlagen, die auf der Trägheit von elektrochemischen Vorgängen beruhen.
  • Diese Verfahren zeichnen sich durch das Vorhandensein entweder eines Unterbrechers im Stromkreis der Polarisierstromquelle des Katodenschutzes oder eines Impulsgenerators als Polarisierstromquelle aus.
  • Zu diesen Verfahren gehören: - Pearsonsches Verfahren, das in der Zeitschrift "Corrosion" Nr. 10, 1954, 5. 206 und "Transactions Electrochemie Soc." Nr. 81 /1942/, S. 485 beschrieben ist; - Hollersches Verfahren, das in der Zeitschrift "Corrosion" Nr. 16, 1960, . 209 beschrieben ist, sowie das Verfahren nach dem Urherberschein Nr. 173316, KI. 21e, 35, UdSSR.
  • Die beschriebenen Einrichtung, indem sie sich in Linzelheiten unterscheiden, enthalten unbedingt einen Spannungsimpulsgenerator (oder Unterbrocher),eine Anodenelektrode (Erdung), eine Vergloichselektrode und eine als eine Wechselstrom-Meßbrücke mit einem Röhren~impulsspangsmesser als Indikator ausgeführte Meßschaltung.
  • Der Hauptnachteil der beschriebenen Vorfahren besteht in der Notwendigkeit der Anwendung einer speziellen Speisequelle, die den Gleichstrom in einen Impulsstrom genugender Frequenz umformt Die iw'tJondung von Unterbrechen oder eines Impulsstromgenorators beeinflußt den zu kontrollierenden Zustand des olekt;rischen Schutzes. Die Potentialmeßwerte werden sich von den Potentialwerten vor der Einführung des Impulsbetribs unterscheiden.
  • Die Anwendung von Generatoren und Unterbrechern, die mit einer genügender Frequenz arbeiten, ist durch große Polarisierstromwerte (bis 50 A) sowie durch das Vorhandensein von Reaktanzen im Stromkreis der Katodenschutzeinrichtung erschwert.
  • Es ist praktisch unmöglich, die Messung der Potentialdifferenz mit; Beseitigung des oben genannten Meßfehlers durchzufuhren, wenn die Polarisationsströme vagabundierende Bodenströme sind.
  • Die Verwirklichung von derartigen Messungen nach den erwähnten Verfahren ist schließlich mit der Anwendung der sperrigen zusätzlichen Apparatur großer Leistung (Generator bzw. Unterbrecher) verbunden, während das eigentliche Meßgerät raumsparend ist.
  • Außerdem erfordert die Anwendung der genannten Verfahren einen übermagigen Zeitaufwand und das Heranziehen von hochqualifiziertem Personal.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die Entwicklung eines Verfahrens der Beseitigung des methodischen Meßfehlers der Potentialdifferenz "Metallbauwerk- Ende" ohne Anwendung der Einrichtungen, welche den Betrieb der Polarisation auf irgendeine Weise veråndern.
  • Das weitere Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine dieses Verfahren verwirklichende Einrichtung zu schaffen, die die maximale Automatisierung der Meßvorgänge gewährleistet Der Erfindung ist die Verwirklichung eines solchen Mcßverfahrens der elektrochemischen Potentialdrferenz "Metallbauwerk - Erdet zugrunde gelegt, welches die Beseitigung des durch den Spannungsabfall im Bodenelektrolyt bedingten seßfehlers dank der Ausnutzung der Form der Polarisierstromkurve gewärleistet Diese Aufgabe wird im vorgeschlagenen Meßverfahren der elektrochemischen Potentialdifferanz zwischen dem Metallbauwerk und Erde beim Vorhandensein von vagabundierenden Strömen dadurch gelost, daß man die Spannung zwischen der zu kontrollierenden Oberfläche und einer in minimaler Entfernung angeordneten Vergleichselektrode mißt. Außerdem mißt und dann erhöht man die Spannung zwischen dieser Hauptvergleichselektrode und einer zusätzlichen Vergleichselektrode, die in demselben Feld angoerdnet ist. Danach werden die zwischen der zu kontrollierenden Oberfläche und der Vergleichselektrode auftretende Spannung und zwischen die der haupt- und Zusatzelektrode abgenommene und um einen Maßstab vergrößerte Spannung gegensinnig einem Voltmeter zugeführt. Dieser Vergrößerungfaktor (Maßstab) wird durch das Vergleichen <ier Geschwindigkeit der Spannungs*anderung zwischen den zwei Vergleichselektroden und der Geschwindigkeit der Spannungsänderung zwischen der Hauptvergleichselektrode und der Oberfläche des Bauwerkes gleichzeitig ermittelt.
  • Es ist zweckmäßig, die nach dem vorliegenden Verahren ausgeführte Einrichtung mit einem Verstärker, einem Abschwächer mit einem Belastungswiderstand und einem Voltmeter bestehenden Korrekturblock auszustatten, in dem nach der Erfindung zwei aus einem Differenzierverstärker, einem mehrstufigen Spannungsdiskriminator und einem anzeigenden Impulszähler ausgeführten Vergleichseinheiten angewendet sind, wobei der Eingang des Verstarkers des Korrekturblocks und einer der Vergleichseinheiten parallelgeschaltet und an die Klemmen der Haupt-und der Zusatzvergleichselektrode angeschlossen sind, während der Eingang der zweiten Vergleichseinneit an die Klemme wor zu kontrollierenden Oberfläche und die Klemme der Hauptvergleichselektrode angeschlossen ist, über den Belasungswiderstand des Korrekturblocks und den Indikator an der Klemme der zu kontrollierenden Oberfläche liegt.
  • Es ist ebenfalls zweckmäßig, den Disckriminator der Vergleichseinheit mit Tunneldioden aufzubauen und dessen Ausgang mit dem Impulszähler zu verbinden.
  • Durch die Beseitigung des Meßfehlers ermöglicht die Erfindung einen wirtuchaftlichen Nutzeffekt durch die Verlangerung der Lebensdauer von blanken Metallbauwerken und der Verkürzung des Bauaufwandes fur die Einrichtungen des eloktischen Schutzes von mit einem nichtmetallischen Uberzug isolierten Hauptrohrleitungen durch die richtige Ermittlung der Parameter des elektrischen Schutzes.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigelegten Zeichnung näher erläutert.
  • Bs ist ebenfalls zu berucksichtigen, daß auch andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Br£indung, außer den oben angeführten, nachfolgend bei der Erläuterung des Ausführungsbei spieles nach dem vorgeschlagenen Verfahren deutlicher werden.
  • Das Meßverfahren der Potentialdifi'erenz besteht darin, daß man an das Voltmeter zwei gegeneinandergeschaltete Spannungen legt. Die erste Spannung ist die Spannung zwischen der Metalloberfla"che des Bauwerkes und der ersten Vergleichselektrode, die in unmittelbarer Nähe der Oberfläche im Boden angeordnet ist.
  • Die andere Spannung ist die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Vergleichselektrode, die in einer Entfernung von der ersten Elektrode angeordnet ist. Die letztere Spannung wird verstärkt, und man führt die beiden Spannungen dem in Elgensinn Indikator zu, vjobei der Verstärkungsfaktor durch Vergleichen der Anderungsgeschwindigkeit der Spannung zwischen den Elektroden und der An'derungsgoschwindigkeit der Spannung zwischen der Vergleichselektrode und dem Bauwerk gleichzeitig ermittelt wird, was das Eliminieren des durch den Bodenwiderstand und den Widerstand des Isolationsüberzuges bedingten Meßfehlers ermöglicht.
  • Die das Verfahren nach der Erfindung realisierende Einrichtung besteht aus einer Korrektureinheit 1, die mit einem Verstärker 2, Abschwächer 3 mit einem Belastungswiderstand 4 und einem Voltmeter 5 aufgebaut ist. Jede von zwei Vergleichseinheiten 6 und 7 besteht aus einem Differenzierverstarker 8, einem mohrstufigen Spannungsdiskriminator 9 und einem anzeigenden Inpulszäher 10.
  • Der Ausgang des Verstärkers 2 der Korrktureinheit 1 ist mit dem Abschwåcher 3 belastet, an dessen Ausgang der Belastung widerstand 4 liegt.
  • Der Ausgang des Differenzierverstärkers 8 oder Vergleichseinheit 6 bzw. 7 ist mit dom Eingang des mit Tunneldioden Destücken mehrstufigen Spannungsdiskriminators 9 gekoppelt, dessen Ausgang an den Impulszähler 10 geschaltet ist.
  • Der Eingang der Verstärkers 2 der Korrektureinheit 1 ist; parallel zu dem Eingang des verstärkers 8 oder Vergleichseinheit 7 geschaltet, und beide sind an die Klemme 11 Hauptvergleichselektrode 12 und die Klemme 13 der zusätzlichen vergleichselektrode 14 ausgeschlossen.
  • Der Eingang der zweiten Vergleichseinheit 6 ist an die Klemme 15 der zu konürollierenden Oberflache 16 und die Klemme 11 der Hauptvergleichselektrode 12 angeschlossen.
  • sie Klemme 11 ist uber den Belastungswiderstand 4 und das Voltmeter 5 mit der Klemme 15 der zu kontrollierenden Oberfläche 16 verbunden.
  • solange zwischen dem Bauwerk 16 und der Polarisierstromquelle (nicht dargestellt) kein Strom fließt, wird das Voltmeter 5 nurl die elektrochemische Potentialdifferenz "Bauwerk - Erde" anzeigen, weil der Spannungsabfall am Abschwächer 3 infolge des hochohmigen Einganges des Gerätes 5 vernachlässigbar klein ist.
  • Beim Auftreten des Polarisierstromes zwischen den Elektroden 12 und 14 entsteht eine Spannungsdifferenz, die vom Verstärker 2 verstärkt wird und über den Abschwächer 3 und den Belastungswiderstand 4 in Gegenphase auf die vom Voltmeter 5 gemessene Polarisations - EMK einwirkt, indem sie ihre Größe proportional zum Spannungsbfall zwischen den Elektroden 12 und 14 vermindert.
  • Auf diese Weise wird der gemessene Wert der Spannungsdifferenz laufend korrigiert. Zur Ermittlung des Proportionaltätsfaktors zwischen der eingeführten Korrektur und dem gemessenen Spannuntsabrall zwischen den Elektroden 12 und 14 werden die Vergleichseinheiten 6 und 7 angewendet. dabei gelangt ein Teil der elel;-trischen Energie von der Elektrode 12 und dem Bauwerk 16 an aon Eingang des Verstärkers 8 der Einheit 7 und von den Elektroden 12 und 14 an den Eingang des gleichartigen Verstärkers der Einheit 6. Diese Verstärker 8 so ausgeführt, daß sie nur auf die Geschwindigkeit der Änderung ihrer Eingangssignale anaprechen. Dabei tritt an ihrem Ausgang eine zu der Ableitung der Eingangssignaländerung proportionale Spannung auf.
  • Das Durchfließen von Vagabundströmen wird immer von scharfen Impulsen begleitet, und der Katodenschutzvorgang wird von Apparaten ausgeführt, deren Ausgangsstrom perioisch pulsiert.
  • Es ist- offen sichtlich, daß bei einer sprungartigen Änderung des Polarisierstromes die Änderung des Spannungsabfalls zwischen den Elktroden 12 und 14 und die ohmischen Anteils der gesamten Potentialdifferenz Bauwerk-Erde zueinander proportional sind, weil sich die Polarisationskomponente nicht so schnell ändern kann, und ihre An'derungsgeschwindigkeit gleich Null sein wird.
  • Diese an den Ausgängen der Verstärker 8 in Spannung impulse umgeformten Änderungsgeschwindigkeiten der Potentialdifferenz gelangen an die Diskriminatoren 9, von denen jeder den Ho'chstwert des Impulses behält. Diese werte werden dairn fixiert und mittels der Impulszähler 10 angezeigt.
  • Die erhaltenen Werte werden zur Ermittlung von Proportionalitätsfaktoren# herangezogen, die sich aus der Division der Impulszahl des einen Zählers 10 durch die Impulszahl am Ausgang des anderen Zählers 10 ergibt Der Abschwächer wird auf den erhalteten Proportionalitätsfaktor abgestimmt, welcher für eine gegebene Anordung der Elektroden 12 und 14 gegenüber dem Bauwerk 16 l.cnst-ant bleibt.

Claims (3)

PATANTANSPRÜCHE
1. Meßverfahren für die elektrochemische Poentialdifferenz einesMetallbauwerkes gegen Erde beim Vorhandensein von vagabundierenden Strömen durch direkte Messung der Spannung zwischen der zu kontrollierenden Oberfläche und einer an einer von dieser minimal cntfornten Stelle angeordneten Hauptvergleichselektrode sowie der Spannung zwischen der angegebenen Elektrode und einer zusätzlichen Vergleichselektrode, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß die zwischen den beiden Blektroden gemessene Spannung um einen Faktor verstärkt wird, und diese zwei Spannungen gegensinnig einem Indikator zugeführt werden, wobei der Verstarkungsfaktor (maßstab) durch das Vergleichen aer Geschwindigkeit der Änderung der Spannung zwischen den Elektroden mit der Geschwindigkeit der Änderung der Spannung zwischen der Vergleichselektrodo und dem Bauwerk im gleichen Zeitpunkt ermittelt wird.
2. Einrichtung zur Messung der elektrochemischen Potentialdifferenz eines Metallbauwerkes gegen Erde nach dem Meßverfahren nach Anspruch 1, dio eine aus einem Verstärker und einem Abschwacher mit einem Belastungswiderstand sowie einem Voltmeter bestehende Korrektureinheit enthalt, g e k e n n z e i c h n e t , durch zwei aus einem Difforentialverstärker (8), einem mehrstufigen Spannungdiskrimina-or (9) und einem anzeigenden Impulszähler (10) ausgeftihrte Vergleichseinheiten (6, 7), wobei der Eingang des Vcrstärkers (2) der Korrektureinheit (1) und der Eingang einer der Vergleichseinheiten (7) parallelgeschaltet und an die Klemmen (11 und 13) der Haupt- (12) und der Zusatzvergleichelektrode (14) angeschlossen sinkt während der Eingang der zweiten Vergleichseinheit (6) an die Klemme (15) der zu kontrollierenden Oberfläche des Bauwerkes (16) und die Klemme (11) der Hauptvergleichselektrode (12) angeschlossen ist, die über den Belastungswiderstand (4) der Korrektureinheit (1) und das Voltmeter (5) an der Klemme (15) der zu kontrollierenden Oberfläche des Bauwerks (16) liegt
3. Einrichtung zur Messung der elektromaschinen Potentialdifferenz eines Metallbauwerkes gegen Erde nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Diskriminator der Vergloichseinheit mit Tunneldioden aufgebaut und sein Ausgang mit einem Impulszähler verbunden ist.
L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2612498A1 (de) * 1975-04-28 1976-11-18 Chemoprojekt Projektova Inzeny Verfahren und vorrichtung zum messen des polarisationspotentials von in einem elektrolyt im stromfeld angeordneten metall-gegenstaenden

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2612498A1 (de) * 1975-04-28 1976-11-18 Chemoprojekt Projektova Inzeny Verfahren und vorrichtung zum messen des polarisationspotentials von in einem elektrolyt im stromfeld angeordneten metall-gegenstaenden

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