DE2252442A1

DE2252442A1 - Korrosions-ratemeter

Info

Publication number: DE2252442A1
Application number: DE2252442A
Authority: DE
Inventors: Homer Marvin Wilson
Original assignee: Petrolite Corp
Current assignee: Baker Petrolite LLC
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-05-17
Also published as: DE2252442B2; GB1383062A; IT966434B; DE2252442C3; CA961111A; US3717566A; JPS5220160B2; FR2155731A5; JPS4859894A

Description

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ÄU.I..Ü-

Petrolite Corporation, St. Louis, Missouri, V.St.A,

Korros ions-Ratemeter

Die vorliegende Erfindung betrifft das Messen und Prüfen von Korrosionsvorgängen, und sie betrifft insbesondere die Instrumente und die elektrochemischen Techniken, die beim Studium von Korrosionsvorgängen verwendet werden.

Es wird oft gewünscht, die Geschwindigkeiten oder Raten zu bestimmen, mit denen Metalle in einem korrodierenden Mittel, z.B.in einer korrodierenden Flüssigkeit, korrodieren. Z.B. werden Korrodierungsverhinderer zu wässrigen Flüssigkeiten hinzugegeben, um die Korrosion von diesen Flüssigkeiten ausgesetzten Metallen zu verringern. Es werden Instrumente zum Messen der Rate verwendet, mit der diese Metalle korrodieren, so dass die Wirksamkeit des Korrosionsverhinderers bestimmt werden kann. Das Messen der Korrosionsrate bei Metallen umfasst üblicherweise ein einer Sonde zugeordnetes Instrument, wobei die Sonde in das Korrodierungsmlttel eintauchende Elektroden trägt. Diese Instrumente

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werden gewöhnlich "Korrosions-Ratemeter" genannt. Die Elektroden in dem Korrodierungsmittel machen gewisse elektrochemische Änderungen durch, die in Beziehung stehen zur Korrosion der die Testelektrode bildenden Probe. Die Korrosionsrate kann mit den elektrochemischen Wirkungen auf die Testelektrode (Probe), die mit dem Korrodierungsmittel in Berührung steht, korreliert werden.

Die Korrosion metallischer Materialien durch ein Korrodierungsmittel bewirkt einen Verlust an elektrischer Energie durch elektrochemische Wirkung. Z.B. entwickeln zwei in ein Korrodierungsmittel eingetauchte metallische Elektroden eine Potentialdifferenz infolge des Halbzelleneffekts. Das Poterfcial an einer frei korrodierenden Testelektrode (keine externe Stromaufprägung) in einem dynamischen System, wo die Korrosionsprodukte entweder diffundierend oder lösend sind, erreicht im allgemeinen eine relativ stetige Potentialdifferenz zu einer Bezugselektrode. Diese Potentialdifferenz kann als "frei korrodierendes Potential" der Testelektrode bezeichnet werden, die die Halbzelle bildet und dem Korrodierungsmittel ausgesetzt ist. Eine Testelektrode, die einer Korrosion unterworfen ist, kann in einen nioht korrodierenden Zustand polarisiert werden, indem ein Gleichstrom von einer externen Quelle durch die Elektrode und das Korrodierungsmittel geschiokt wird. Die Qrösse der duroh den Strom induzierten Änderung im elektrischen Potential der Testelektrode in Bezug auf eine Bezugselektrode wird "Polarisationspotential" genannt. Das Polarisationspotential kann anodisch oder kathodisch aein in Abhängigkeit von der Flussriohtung des Stromes, der das Polarisationspotential erzeugt. Die Korrelation von Polarisationspotentialinkrementen zu Inkrementen des angelegten Stromes kann dazu verwendet werden, die Korrosionsrate der Testelektrode zu bestimmen.

Ein elektrochemlaohes Verfahren und eine Vorrichtung, speziell zur Messung von Korrosionsraten sind bekannt und umfassen ein Korroaions-Ratenaeter mit einer Sonde, die drei Elektroden aufweist, welche einem Korrodierungsmittel, z.B. einer korrodierenden

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Flüssigkeit, ausgesetzt werden können, eine einstellbare Stromquelle, ein Amperemeter und ein Voltmeter mit hoher Impedanz als primäre Komponenten. Die einstellbare Stromquelle schickt einen kleinen elektrischen Strom durch eine "Test"-Elektrode und eine dritte oder "Hilfs"-Elektrode. Gleichzeitig überwacht das Voltmeter das durch den Stromfluss zwischen der Testelektrode und einer Bezugselektrode erzeugte Polarisationspotential. Dieser Stromfluss polarisiert ein wenig die Oberfläche der Testelektrode und bewirkt infolgedessen eine Potentialverschiebung (Polarisationspotential) zwischen der Test- und der Bezugselektrode. Der für die Erzeugung eines gewissen gewünschten Polarisationspotentials (üblicherweise etwa 10 mV) benötigte Stromfluss (Ist direkt proportional der Korros ions rate der Testelektrode, die die Korrosion durchmacht. Üblicherweise wird die Polarisation im linearen Spannungsbereich der Korrosions raten-Umgebungsbedingungen gewählt, und es werden gute Ergebnisse mit einer Polarisation zwischen 5 und 20 mV, vorzugsweise 10 mV, erzielt.

Wenn die Korrosionsrate niedrig ist, wird ein sehr geringer Stromfluss die Testelektrode polarisieren. Wenn die Korrosionsrate hoch ist, dann ist ein grösserer Stromfluss erforderlich, um die Testelektrode zu polarisieren. Das Gewicht des Metallverlustes von der Testelektrode (durch elektrochemische Korrosion) ist direkt proportional dem Stromfluss nach dem Faradaysehen Gesetz. Durch Anwendung geeigneter Konstanten und Wahl der Oberflächengrösse der Testelektrode kann damit das Amperemeter direkt in den gewünschten Einheiten der Korrosionsrate geeicht werden, vorausgesetzt, dass die Grosse der der Korrosion ausgesetzten Oberfläche der Testelektrode auf den gewünschten Bereich eingestellt werden kann. Um Symmetrie der Sonde herzustellen und aus anderen Gründen sind die freiliegenden Oberflächen aller Elektroden üblicherweise identisch. Wenn demnach die Elektroden identisch aus dem gleichen Material hergestellt sind, wie z.B. aus Flusstinl 10-20, kann irgendeine der- Elektroden als Hilfs-, Test- und als Bezugselektrode bei den elektrochemischen Techniken zur Bestimmung der Korrosionsrate dienen.

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Bei Korrosions-Ratemetern der genannten Type, die auf diesem Fachgebiet bekannt ist, wird die Grosse des durch die dritte und durch die Testelektrode fliessenden Stromes, der ein gewisses Polarisationspotential erzeugt, gemessen, um die an der Test&ektrode auftretende Korrosionsrate zu bestimmen. Alle Potentialdifferenzen, wie das frei korrodierende Potential, die zwischen der Test- und der Bezugselektrode neben dem Polarisationspotential vorhanden sind, erzeugen fehlerhafte Ergebnisse bei der Bestimmung der Korrosionsrate. Offensichtlich können diese Instrumente höchst genaue Ergebnisse erzeugen, wenn eine Korrektur für die nicht polarisierenden Potentialdifferenzen zwischen diesen Elektroden vorgenommen wird, prinzipiell das frei korrodierende Potential, das zwischen diesen Elektroden vor und auch beim Anlegen des Polarisationsstromes bestehen kann. Zusätzlich müssen in diesen Instrumenten Korrekturen vorgenommen werden für das frei korrodierende und für andere Potentiale, ohne dabei die Impedanz zwischender Bezugsund der Testelektrode zu beeinflussen, die in das Korrodierungsmittel eintauchen. Andererseits erzeugt ein konstanter Polarisierungsstrom entsprechende Änderungen in dem zwischen diesen Elektroden zu entwickelnden Polarisationspotential.

Korrosions-Ratemeter mit gesteuertem Stromfluss zur Erzeugung eines gewissen Polarisationspotentials zwischen Elektroden, können eine Handeinstellung aufweisen, um die frei korrodierende Potentialkomponente aus der Gesamtpotentialdifferenz zwischen der Test- und der Bezugselektrode zu entfernen. Als Ergebnis wird nur das Polarisationspotential ein Mass dafür sein, ob der gesteuerte Strom die genaue Grosse hat, um eine korrekte Messung der Korrosionsrate an der Testelektrode zu liefern. Es können jedoch ziemlich beachtliche Änderungen in der Grüsse des frei konodierenden Potentials und auch in der Impedanz zwisehen der Bezugs- und der Testprobenelektrode in einem kurzen Zeitraum während solcher Handeinstellung auftreten. Ü; nn kann die endgültige Genauigkeit der Messung der Korrosionsrate nAt diesen Instrumenten nicht bei sich schnell ändernden Umgebungen erhalten werden. Zusätzlich müssen Händeinstellungen bei jedem

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Elektrodensatz, der mit dem Instrument verwendet.wird, vorgenommen werden, und zwar in sehr kurzen Zeitabständen, damit sehr genaue Ergebnisse der Korrosionsmessung erzielt werden können.

Die erforderliche Korrektur des frei korrodierenden Potentials bei gesteuerten Korrosions-Ratemetern wird zu einer ernsten Behinderung, wenn Schaltelemente verwendet werden, damit ein einziges Korrosions-Ratemeter eine Anzahl in weitem Abstand voneinander angeordneter Sonden überwachen kann, wobei jede Sonde aus Test-, Bezugs- und dritter Elektrode besteht. Man betrachte z.B. das Problem, die Korrosion zu überwachen, die bei 10 Sonden in verschiedenen Wasserströmen in einer Raffinerie oder in einer chemischen Fabrik in einer Entfernung von etwa 1,6 km vom Korrosions-Ratemeter auftritt. Jede Sonde wird der Reihe nach mit dem Ratemeter verbunden. Jede überwachte Sonde erfordert jedoch eine Korrektur im Korrosions-Ratemeter, um das frei korrodierende Potential an der Testelektrode zu kompensieren. Dann wird die gewünschte genaue Messung durchgeführt durch Einstellung eines Stromflusses, bis eine Polarisation an den Elektroden auftritt. Die Durchführung der kathodischen und der anodischen Messung der Korrosionsrate an jeder Sonde ver-. doppelt sofort die Anzahl der ereforderlichen Operationsschritte mit dem von Hand eingestellten Instrument. Deshalb ist ein automatisches System erwünscht, das die erforderliche Korrektur für das frei korrodierende Potential vornimmt.

Das Korrosions-Ratemeter kann eine geeignete Schaltung verwenden, die automatisch ein gleiches, aber entgegengesetztes Potential liefert, um das frei korrodierende Poential aus der die Test- und die Bezugselektrode enthaltenden Schaltung zu entfernen. Das frei korrodierende Potential ist gewöhnlich kleiner als 100 mV und liegt häufig in der gleichen Grössenordnung wie das gewisse Polarisationspotential (im allgemeinen 10 mV), das durch den gesteuerten Strain zwischen diesen Elektroden aufzubauen ist. Demnach muss die Eingangspotential-Korrekturschaltung ein Poten-

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tial sehr geringer Grosse, das praktisch die gleiche Grosse wie das gewisse, zwischen diesen Elektroden aufzubauende Polarisationspotential hat, ermitteln unddann automatisch entfernen. Der Widerstand der die Sonden mit dem Ratemeter verbindenden Leiter erlangt Bedeutung bei Entfernungen von 300 m oder mehr. Der Widerstand dieser Leiter erzeugt ein IR/Potential in dem mit der Testelektrode verbundene Leiter, das mit dem frei korrodierenden Potential an den Elektroden summiert wird und durch die gleiche Korrekturschaltung entfernt werden sollte. Dieses durch den Widerstand hervorgerufene Potential ist jedoch eine Funktion des durch den Leiter zur Testelektrode fliessenden Polarisationsstromes. Infolgedessen verändert sich das durch den Widerstand hervorgerufene Potential mit der Grosse des Stromes. Deshalb können nicht korrigierbare Fehler in die Messung der Korrosionsrate gelangen, wenn hohe Stromgrössen auf den gleichen Leitern wie das frei korrodierende Potential geführt werden.

Ein Korrosions-Ratemeter mit automatischer Korrektur, das die gesteuerte Betriebsart verwendet, ist von grossem Vorteil. Es ist eine Schaltung für den "Null"-Betrieb erforderlich zur Kompensation des frei korrodierenden Potentials, das als Potentialdifferenz zwischen der Bezugs- und der Testelektrode in einem frei korrodierenden Zustand besteht, wenn kein externer Strom zwischen den Elektroden fliesst. Während des "Mess"-Betriebes dieses Korrosions-Ratemeters muss die Schaltung ein Bezugssignal liefern, das einen Strornfluss zwischen der dritten und der Testelektrode hervorruft. Dieser Strom muss von solcher Grosse sein, das ein gewisses Polarisationspotential (5-25 mV) zwischen der Test- und der Bezugselektrode zusätzlich zu dem frei korrodierenden Potential erzeugt wird. Ausserdem muss eine Auslesevorrichtung den Ausgangsstrom messen, der dieses Polafcisationspotential erzeugt, wobei diese Stromgrösse repräsentativ ist für die an der Testelektrode stattfindende Korrosion.

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Man kann sich verschiedene Schaltungen denken für ein Korrosions -Ratemeter mit automatischer Korrektur, das die oben genannten Punktionen in der richtigen Reihenfolge und mit der notwendigen Messgenauigkeit ausführen kann. In einer solchen Schaltung wird das Bezugssignal direkt auf den Eingang eines "fe^stärkers gegeben, der mit der Bezugs- und der Testelektrode verbunden ist, und das hat eine grosse Änderung der Eingangsimpedanz oder des Eingangswiderstandes zur Folge. Dadurch halt das Ausgangssignal dieses Verstärkers nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem gewissen Polarisations potential im "Mess"-Betrieb ein. Offensichtlich bewirken alle Widerstandsänderungen am Eingang des Verstärkers, dass der Verstärker ein Fehlersignal im Eingangskreis neben den gewünschten Komponenten empfängt, diedas frei korrodierende Potential und das gewisse Polarisationspotential darstellen. Jedoch ist eine Schaltung, bei der das Bezugssignal auf den Eingang des mit den Elektroden verbundenen Verstärkers gegeben wird, von grossem Vorteil, vorausgesetzt, dass die unerwünschten Impedanzänderungen in der Eingangsschaltung überwunden werden können.

Externe elektrische Störungen, die in einigen Anwendungsfällen auf die Bezugs- und die Testelektrode aufgeprägt wenden, bewirken bei einem Korrosions-Ratemeter mit automatischer Korrektur die Schwierigkeit, das frei korrodierende Potential und das gewisse Polarisationspotential im normalen Betrieb von- den elektrischen Störungen zu trennen. Deshalb können externe elektrische Störungen die endgültige Messgenauigkeit beeinflussen. Eine Schaltung mit hoher Verstärkung, die mit der Bezugs- und der Testelektrode verbunden ist, hat Schwierigkeiten bei der Unterscheidung zwischen den mV-Signalen und gewissen Arten von externen Störungen. Zusätzlich entstehen grosse Fehler durch externe elektrische Störungen in Schaltungen mit gemeinsamen Masseverbindungen zwischen der Schaltung des automatischen Kori'osions-Katemeters und den Rohrleitungen und/oder elektrischen Hilfesystemen.

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Die obigen Mängel führten zur Entwicklung des Korrosions-Ratemeters der vorliegenden Erfindung. Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein automatisches Korrosions-Ratemeter, welches (l) die Forderung nach einem automatischen Instrument für "NuIl"- und "Meß"-Betrieb erfüllt und (2) das zur Schaffung des gewissen Polarisationspotentials erforderliche Bezugssignal in der Eingangsspannungsschleifenschaltung des mit der Bezugs- und der Testelektrode verbundenen Verstärkers anlegt, ohne die endgültige Impedanz der Eingangsschaltung zu beeinflussen. Insbeson« dere korrigiert das vorliegende Korrosions-Ratemeter genau und automatisch das frei korrodierende Potential und liefert dann ein Bezugssignal, um die Eingangsschaltung eines Stromverstärkers für das gewisse Polarisationspotential zu eichen, welches zwischen der Bezugs- und der Testelektrode während der Bestimmungen der Korrosionsrate angelegt werden soll.

Zusätzlich hat das vorliegende Korrosions-Ratemeter eine Spannungsschleife sehr hoher Impedanz, die mit der Bezugs- und der Testelektrode verbunden ist, und die Spannungsschleife "schwimmt" bezüglich sämtlichen von elektrischen Hilfsschaltungen und Rohrsystemen bestimmten Massepotentialen. Die Schaltung des Ratemeters hat als einzigen Bezugspunkt lediglich die "Schaltungserde" der Stromversorgung.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Korrosions-Ratemeter zur Bestimmung der Koirosionsrate durch Polarisationsmessungen in einem Korrodierungsmittel geschaffen. Das Messgerät verwendet eine Bezugs- und eine Testproben- und eine dritte Elektrode, die mit dem Korrodierungsmittel in Berührung stehen. Eine Spannungssehleifenschaltung verbindet die Bezugs- mit der Testprobenelektrode, und eine Stromschleifenschaltung verbindet die Testproben- mit der dritten Elektrode. Eine Gleichstromquelle mit einem Eingangsdiffeenzverstärker hat positive und negative Eingänge, die mit gegenübe&iegenden Ecken einer vierarmigen Brücke verbunden sind, und wird von einer Gleichstromversorgung gespeist. Eine Ausgangsschaltung verbindet den Ausgang deü

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Differenzverstärkers im "Null"-Betrieb mit einer Signalkorrekturvorrichtung und im "Meß"-Betrieb in einer Stromschleifenschaltung mit der Testproben- und der dritten Elektrode. Die Brücke ist in den Impedanzen abgeglichen und hat einen ersten und einen zweiten Arm in der Spannungsschleifenschaltung, die mit ihrem Verbindungspunkt mit der Schaltungserde der Stromversorgung verbunden sind. Auch der dritte und der vierte Arm der Brücke liegen mit ihrem Verbindungspunkt an der Schaltungserde. Die Eingänge des Eingangsdifferenzierstärkers sind mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Arm bzw. dem dritten und dem vierten Arm der Brücke verbunden. Eine Signalkorrekturvorrichtung integriert und speichert im "Null"-Betrieb ein Korrektursignal, das ein bestimmtes Verhältiis zum frei korrodierenden Potential der Bezugs- und der Testprobenelektrode aufweist. Das Korrektursignal wird auf die Spannungsschleifenschaltung gegeben, um von den Eingängen des Differenzverstärkers eine Signalkomponente zu entfernen, die das ftei korrodierende Potential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode darstellt. Eine Quelle liefert ein Bezugssignal an einen Arm der Brücke, um eine Komponente im Ausgang des Differenzverstärkers während des "Meß"-Betriebes zu erzeugen, die ein gewisses, zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode herzustellendes Polarisationspotential darstellt. Das Bezugssignal erzeugt in der Stromschleifenschaltung im "Meß"-Betrieb ein Ausgangssignal für die Testproben- und die dritte Elektrode, um das gewisse Polarisationspotential zwischen der Bezugs« und der Testprobenelektrode zu erzeugen. Auslesevorrichtungen messen den Ausgangsstrom in der Stromschleifenschaltung, der das Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode erzeugt .

Die einzige Figur der beiliegenden Zeichnung zeigt eine perspektivische Ansicht eines darstellenden Rohrsystems mit einer Korrosions -Ratemeter-Sonde aus einer Anzahl metallischer Elektroden, die über Kabel mit einer Schalteinrichtung verbunden sind, mit der auch ein später zu beschreibender "Meßgerättester" verbunden

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ist. Die Schalteinrichtung ist mit einer Ausführungsform eines Korrosions-Ratemeters gemäss der Erfindung verbunden, die schematisch dargestellt wird.

In der Zeichnung wird eine Sonde 11 gezeigt, die in einem Rohrsystem 12 enthalten ist, das ein Korrodierungsmittel, wie eine wässrige Flüssigkeit, in Richtung des Pfeiles 13 befördert. Das Rohrsystem 12 umfasst ein Paar Rohre 14 und 16, die durch ein T-Stück 17 miteinander verbunden sind, in das die Sonde 11 eingeschraubt ist. Die Sonde 11 kann in irgendeiner geeigneten Form konstruiert sein. Wie dargestellt wird, hat die Sonde 11 einen metallischen Körper in Form eines Rohrstopfens 18, der elektrisch gegen den Körper isolierte Metallelektroden 21, 22 und 2j5 trägt. Die Elektroden sind durch Leiter (nicht gezeigt) in dem Stopfen 18 mit einem elektrischen Verbinder 19 verbunden. Ein Kabel 24 verbindet den Verbinder 19 der Sonde als Entfernungen überbrückende Verbindung mit oer im rechten Teil der Zeichnung gezeigten Schaltung des Korrosions-Ratemeters. Insbesondere enthält das Kabel 24 elektrische Leiter 26, 27, 28 und 29, die mit der Stellung 1 eines Mehrstellungs-Klemmenstreifens der Schalteinrichtung 31 verbunden sind. Die Elektroden 21, 22und 23 sind mit den Leitern 26, 27 bzw. 28 verbunden. Zusätzlich verbindet der Leiter 29 die Elektrode 21, um einen getrennten Strompfad zur Schaltungsklemme T¹ der Schaltung des Korrosions-Ratemeters zu schaffen.

Die Elektroden 21, 22 und 23 sind vorzugsweise im Aufbau identisch für die Zwecke der vorliegenden Elektrochemischen Technik. Für die vorliegende Beschreibung werden die Elektroden 21, 22 und als "Test"-, "Bezugs"- bzw. "Hilfs"- oder "dritte" Elektrode bezeichnet. Die Elektrode 21 für die genaue Bestimmung der Korrosionsrate eines bestimmten Stahls sollte aus diesem bestimmten Stahl hergestellt sein. Obwohl die Elektroden gewöhnlich metallisch sein werden, können sie aus irgendeiner Substanz hergestellt sein, die Ionen in die Lösung eines Korrodierungsmittels abgeben kann. Offensichtlich kann die Sonde 11 jede Anzahl von Elektroden

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tragen, die bei richtiger Schaltung und entsprechenden elektrischen Verbindungen die notwendigen Punktionen zur Durchführung der Messung der Korrosionsrate ausführen.

Die Schalteinrichtung j51 kann von jeder geeigneten Form sein. Vorzugsweise besteht sie aus einem Vielfachstellungs/Vielebenenschalter, der von einem Schalt relais oder einem anderen Betätigungselement betätigt wird, wie es durch die gestrichelte Linie 32 angedeutet wird. Die Sonde ist elektrisch in der Schalteinrichtung 31 mit einem Kontaktsatz in der Position 1 verbunden. Schleifer verbinden wahlweise die verschiedenen Kontaktpositionen mit externen Schaltungsklemmen, die mit ¹¹R", ¹¹T", "T¹" und "A" bezeichnet sind. Andere Sonden können mit einer oder"mehreren der verbleibenden KontaktPositionen 2, 3 oder 4 an der Schalteinrichtung 3I verbunden werden. Ein standardisierendes Gerät, üblicherweise als "Meßgerättester" bezeichnet, wird verbunden mit der Kontaktposition 2 der Schalteinrichtung Jl gezeigt. Der Meßgerättester ist ein Widerstandsnetzwerk, das die elektrische Funktion der Sonde darstellt, wenn die Korrosion an der Testelektrode 21 (aus Flußstahl) mit 0,254 mm pro Jahr stattfindet. Die Schalteinrichtung 3I kann durch irgendein geeignetes Gerät betätigt werden, ist jedoch vorzugsweise in die anderen Schaltfunktionen des Korrosions-Ratemeters durch eine Zeitgeber-Schaltersteuerung 33 integriert. Die Steuerung 33 kann von jeder geeigneten Form sein und z.B. aus einem von einer Uhr oder einem Zeitgeber angetriebenen Drehschalter bestehen, der gleichzeitig oder nacheinander eine Vielzahl von Schalterbetätigungsfunktionen ausführen kann, wie das Anziehen und Abfallen von Relais, oder das mechanische Schliessen und Öffnen von Schaltkontakten in der in der Zeichnung dargestellten Schaltung zum aufeinanderfolgenden Abtasten der Sonden und für automatische Null- und Meßoperationen der Schaltung. Offensichtlich können die von der Steuerung 33 gelieferten Schaltfunktionen leicht hinsichtlich der gewünschten Folge und der Folgendauer von einem Fachmann zusammengestellt werden.

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Nachfolgend wird besonders auf die mit der Schalteinrichtung verbundene Schaltung Bezug genommen. Das Korrosions-Ratemeter der vorliegenden Erfindung enthält die Elektroden 21, 22 und an der Sonde 11, die durch die Leiter 26 bis 29 angeschaltet sind. Die Leiter 26 bis 29 sind über die Schalteinrichtung 31 mit den Klemmen R, T und A sowie der Stromrückführung T* der Testelektrode 21 der Schaltung verbunden. Die Schaltung'enthält eine Eingangsstufe in Form einer Spannungsschleife hoher Impedanz zwischen der,Testelektrode 21 und der Bezugselektrode 22. Die Spannungsschleifenschaltung enthält einen ersten und einen zweiten Arm mit praktisch identischer Charakteristik in einer abgeglichenen elektrischen Impedanzbrücke. Der erste und der zweite Arm der Brücke kann Widerstände 36 und 37 enthalten, die mit den Klemmen R und T in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise enthalten der erste und der zweite Arm Spannungsfolgerverstärker 38 und 39i die mit den Widerständen 36 und 37 in Reihe geschaltet sind. Die Spannungsfolgerverstärker 38 und 39 bilden eine sehr hohe Impedanzisolation in der Spannungsschleifenschaltung gegenüber der Test- und der Bezugselektrode. Die Verstärker 38 und 39 haben vorzugsweise die Verstärkung Eins. Dadurch liefern die Verstärker eine ausgezeichnete Isolation der Elektroden 21 und 22 gegen alle Lasteinflüsse durch den Rest der Schaltung des vorliegenden Korrosions-Ratemeters.

Der Verstärker 38 ist mit.einer Gleichstromversorgung 41 verbunden, die eine geeignete Leistungsquelle sein kann und in der Form von zwei Batterien 42 und 43 dargestellt ist, die so zusammengeschaltet sind, dass eine Schaltungserde "CM" an der Klemme 44 und B+ und B- an den Klemmen 46 bzw. 47 entstehen. Der Verstärker 38 ist mit den gleichartig bezeichneten Klemmen mit der Stromversorgung 4l verbunden. Der Verstärker 38 hat einen positiven Eingang 48, der über einen Strombegrenzungswiderstand 49 mit der Klemme R verbunden ist, und einen negativen Eingang 51, der über einen Rückkopplungswiderstand 52 mit seinem Ausgang 53 verbunden ist. Der Ausgang liegt im ersten BrUckenarni in Reihe mit dem Widerstand 36. Das übliche Abstimm- und Abgleich-

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-Widerstandsnetzwerk kann beim Verstärker 38 vorgesehen sein, wurde hier jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen. In gleicher Weise hat der Verstärker 39 einen positiven Eingang

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56, der über den Strombegrenzungswiderstand 57 mit der Klemme T der Schaltung verbunden ist» Der negative Eingang 58 des Verstärkers 39 liegt über einen Rückkopplungswiderstand 59 am Ausgang 6l, der mit dem Widerstand 37 im zweiten Brückenarm in Bähe geschaltet ist.

Die Verstärker 38 und 39 verleihen der Spannungssche^fenschaltung, die mit euer Test- und der Bezugselektrode verbunden ist, eine sehr hohe Impedanz und liefern eine angemessene Spannungsverstärkung zur Verstärkung kleiner Spannungssignale. Die Verstärker sind signalmässig auf die Schaltungserde CM bezogen. Zusätzlich sind die positiven Eingänge 48 und56 der Verstärker 38 bzw. 39 durch Kapazitäten 62 und 63 zur Schaltungserde CM verbunden. Damit ist die Spannungsschleifenschaltung am Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Armes mit der Test- und ■ der Bezugselektrode mit der Schaltungserde für alle Nichtgleiohstrompotentiale durch die Kapazitäten 62 und 63 verbunden. Infolgedessen sind die Verstärker 38 und 39 als "schwimmend" in Bezug auf alle Nichtgleichstrompotentiale in dem Rohrsystem 12 aufgrund externer elektrischer Störungen, die entlang dem Kabel 24 erzeugt werden, zu betrachten. Man kann auch sagen, dass externe elektrische Signale von der Spannungsschleifenschaltung ferngehalten werden, indem der erste und der zweite Arm durch Kapazitäten 62 und 63 mit der Schaltungserde verbunden werden. Damit erhalten die Verstärker 38 und 39 keine elektrisehen Signale ausser dem frei korrodierenden Potential und "dem gewissen induzierten Polarisationspotential von der Bezugs- und der Testelektrode.

Die SpannungsSchleifenschaltung ist vollständig, wenn die Widerstände 36 und 37 mit den Eingängen eines Differenzverstärker^ 66 verbunden sind. Der negative Eingang 67 des Verstärkers 66 ist mit dem Widerstand 36 verbunden, wogegen der positive Eingang

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68 mit dem Widerstand yj verbunden ist. Diese Verbindungen werden an dem Verbindungspunkt des ersten unddes zweiten Armes mit dem dritten und dem vierten Arm der abgeglichenen Impedanzbrücke hergestellt, die Teil der Schaltung des vorliegenden Korrosions- -Ratemeters ist. Der dritte und der vierte Arm haben praktisch identische elektrische Charakteristiken. Insbesondere ist der Widerstand 36 mit dem Widerstand 71 im dritten Arm der Brücke verbunden, welcher an der Klemme 80 für die Schaltungserde CM der Quelle ²Il endet. Ein Trimmwiderstand 72 kann im dritten Arm für ein anfängliches Abgleichen der Brücke von Hand vorgesehen sein. Der Widerstand yj ist mit einem Widerstand 74 im vierten Arm der Brücke verbunden, welcher ebenfalls an der Klemme 80 für die Schaltungserde CM endet, und zwar über eine Vorrichtung, die das Oleichgewicht der Brücke relativ zur Schaltungserde sowohl im Null- als auch im Meßbetrieb aufrecht erhält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abgleichvorrichtung ein invertierender Verstärker 75, der auch ein Mittel zur Korrektur von Eingangspotentialsignalen in der Spannungsschleifenschaltung für das frei korrodierende Potential darstellt, das zwischen der Bezugs- und der Testelektrode während des Null- und des Meßbetriebes der Schaltung existiert.

Der Ausgang 69 des Verstärkers 66 liegt aber einen Ausgangestrom- -Begrenzungswiderstand 73 an einem einpoligen Umschalter 76. Die rechte Stellung des Schalters 76 in der Zeichnung bedeutet "Nullbetrieb" der Schaltung. Der Schalter verbindet den Ausgang 69 über einen Signalerzeugungswiderstand 77 mit einer Kapazität 78 im vierten Arm der Brücke. Der Widerstand 77 ist auch mit dem negativen Eingang 79 des Verstärkers 75 verbunden.

Der Verstärker 66 enthält eine RUckkopplungsschaltung, die mit dem negativen Eingang 67 verbunden ist und hochfrequente Anteile von Stromsignalen im Ausgang 69 begrenzt. Die Rückkopplungsschaltung liegt über den Widerstand 7I am negativen Eingang 67 und kann eine Reihenschaltung aus der Kapazität 82 und dem Widerstand 83 sowie den gegeneinander geschalteten Dioden 84 und

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86, die von einer Kapazität 87 überbrückt werden, enthalten. Die Dioden fangen Spannungsspitzen hoher Amplitude ab, und die Kapazitäten 82 und 83 liefern eine Frequenzsteuerung, während durch den Widerstand 83 eine Spannungsbegrenzung vorgenommenwird. Der Verstärker 66 ist an den gekennzeichneten Klemmen mit der Spannungsquelle 41 verbunden. Das übliche Einstell- und Abgleich-Widerstandsnetzwerk für den Verstärker 66 kann vorgesehen werden, wurde hier jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen. Der Verstärker 66 kann von irgendeiner Type sein, gewöhnlich ist er jedoch ein Spannungs- oder Stromverstärker mit hoher Verstärkung oder ein Leistungsverstärker, Im allgemeinen hat der Verstärker 66 eine Verstärkung von etwa 20 000 für einen zufriedenstellenden Betrieb in dem vorliegenden Korrosions-Ratemeter. In der linken oder "Meßstellung" d.es Sehalters 76 verbindet dieser den Ausgang 69 des Verstärkers mit der Klemme 96, die eine Stromschleifenschaltung über den Leiter 97 zur Klemme A der Schaltung bildet. Dann liefert die Stromschleifenschaltung einen Stromfluss zwischen der dritten oder Hilfselektrode 23 und der Tcstelektrode 21.

Der Verstärker 75 ist mit seiner Klemme für die Schaltungserde mit der CM-Klemme 80 am Verbindungspunkt des dritten und des vierten Brückenarmes, die die Widerstände 71 und 7^ enthalten, verbunden. Zus%zlich ist der Verstärker 75 mit den Klemmen B+ und B- der Stromquelle kl verbunden. Der positive Eingang 81 des Verstärkers 75 liegt an der Schaltungserde CM an Klemme 80 und auch an einem Umschalter 88, der über einen Widerstand 89 mit dem Widerstand 7I verbunden ist. Ein Widerstand 91 liegt im Nebenschluss zum Widerstand 89 an der CM-Klemme 80. Der Schalter 88 wird in der Stellung für den "Nullbetrieb" der Schaltung gezeigt. Die Widerstände 89 und 91 liegen in der linken Position des Schalters 88, d.h. in der Meßstellung, an einer Bezugsspannungsquelle +V (Klemme 92). Die Widerstände und 91 sind hinsichtlich ihrer Grosse in Bezug auf die Charakteristiken des Verstärkers 75 so gewählt, dass, wenn der Schalter 88^smft der Bezugsspannungsquelle +V oder dem positiven Eingang 81 des Verstärkers 75 verbindet, keine Impedanzänderung des Ver-

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stärkers 75 im vierten Brückenarm relativ zur Verbindung mit der Schaltungserde entweder im Null- oder im Meßbetrieb der Schalt ung eintritt.

Der Verstärker 75 kann ein Differenzverstärker mit einer zusammengesetzten Verstärkung von etwa 50 000 sein. Im allgemeinen kann der Verstärker 75 von der gleichen Type wie die Verstärker 38 und 59 sein, doch ist er in invertierender Funktion geschaltet. Wie bei den anderen Verstärkern sind auch hier die üblichen Trimm- und Abgleichwiderstandsnetzwerke weggelassen, um die Beschreibung zu vereinfachen.

Die Stromschleifenschaltung von der Testelektrode 21 wird vervollständigt zur Schaltungserde CM durch den Leiter 29, der die Klemme T¹ der Schaltung mit der Stromauslesevorrichtung verbindet, die eine nicht störende Verbindung zur Schaltungserde CM darstellt. Die Auslesevorrichtung mißt den Ausgangsstrom in der Stromschleifenschaltung vom Verstärker 66, der das Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode hervorruft. Diese Messung geschieht, ohne dass IR-induzierte Potentialsignale in der Spannungsschleifenschaltung erzeugt werden. Die Klemme T¹ ist mit dem negativen Eingang eines invertierenden, Strom in Spannung umwandelnden Verstärkers 101 verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 101 gelangt auf einen Spannungsfolgerverstärker 102, der ein geeignetes Auslesegerät treibt, wie z.B. ein Aufzeichnungsgerät 103· Der Verstärker 101 liegt mit seinem positiven Eingang 104 an der Schaltungserde CM. Parallele, gegeneinander geschaltete Begrenzerdioden 106 und I08 verbinden den negativen Eingang mit der Schaltungserde CM, um die Eingangsspannungen des Verstärkers 101 zu begrenzen. '

Der Ausgang 109 des Verstärkers 101 ist über einen Rückkopplungskondensator 111 und einen parallel dazu liegenden veränderlichen Widerstand 112 mit der Klemme T¹ verbunden. Der veränderliche Widerstand 112 ist auf den gewünschten Auslesebereich für das Aufzeichnungsgerät 103 bezüglich der Korrosionsratemessung, die

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durch die Schaltung bewirkt wird, eingestellt. Z.B. liefert die Einstellung des Widerstandes 112 einen Ausschlag über den vollen Bereich des Aufzeichnungsgerätes, der 0,254 mm pro Jahr entspricht. Der Ausgang 109 liegt über einen Signalerzeugungswiderstand 113 und eine Reihenkapazität 114 an der Schaltungserde CM und auch am positiven Eingang 116 des Verstärkers 102. Der Ausgang 117 des Verstärkers 102 ist über einen Widerstand 118 in der Rückkopplungsschleife mit dem negativen Eingang 119 verbunden. Ein Strombegrenzungswiderstand 121 verbindet den Ausgang 117-mit einem Eingang des Aufzeiohnungsgerätes 103. Der zweite Eingang des Aufzeichnungsgerätes 103 liegt an Schaltungserde CM. Bei dieser Anordnung -liefert der Verstärker 101 die Rückführung der Stromschleifenschaltung zur Schaltungserde CM. Auch wird der Stromfluss durch das Korrodierungsmittel zwischen der Hilfselektrode . 23 und der Testelektrode 21 vom Verstärker 101 überwacht. Die Verstärker 101 und 102 sind Differenzverstärker für Strom bzw. Spannung, und sind an den entsprechenden Klemmen mit der Stromquelle 4l verbunden. Der Verstärker 101 sollte eine Verstärkung von etwa 20 000 bei relativ hohen Eingangs/Ausgangs- -Signaltrennungseigenschaften haben. Der Verstärker 102 kann von derselben Type wie der Verstärker 75 sein.

Die Elemente der beschriebenen Schaltung haben die folgenden Kennzeichen.. Die Schalter 76 und 88 werden auf Nullbetrieb gestellt, und die Sonde 11 wird von den Klemmen R, T, A und T¹ getrennt, um externe Potentialsignale von der Spannungsschleifenschaltung zu entfernen. Der Widerstand 72 wird auf minimale AusgangsStromänderung, am Verstärker 66 aufgrund eines gemeinsamen Spannungssignals an den Klemmen R und T, aber ohne merkbare Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen 67 und 68,eingestellt. Jetzt werdendie vier Arme der.Brücke für die Null-Eingangs potentialsignalzustände abgeglichen, da die Stromflüsse im ersten und im zweiten Arm sowie im zweiten und im dritten Arm gleich sind. Die Stromflüase in allen Brückenarmen brauchen Jedoch nicht identisch zu sein.

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Der Verstärker 75 hält den abgeglichenen Zustand der Brücke aufrecht, wenn die Potentialsignale an die Eingänge des Verstärkers 66 angelegt werden. Jede Ausgangsspannung vom Verstärker 66 wird in ein Stromsignal im Widerstand 77 umgewandelt und erscheint am Eingang 79 des Verstärkers 75. Da der Eingang 81 des Verstärkers 75 auf Schaltungserde CM liegt, treibt das Stromsignal diesen Verstärker, bis ein Spannungssignal in der Kapazität 78 gespeichert ist. Das in der Kapazität 78 gespeicherte Signal hat durch die Wahl der Bauelementwerte eine vorbestimmte und konstante Beziehung zu dem zwischen den Eingängen des Verstärkers 66 angelegten Potentiale Dadurch bringt der Verstärker 75 die Brücke in den abgeglichenen Zustand, gleichgültig welches Potential zwischen den Eingängen angelegt wird, indem ein diskreter Stromfluss von seinem Ausgang durch die Widerstände 37 und 7^ erzeugt wird, bis Nullpotential an den Eingängen des Verstärkers 66 liegt. Das auf die Eingänge des Verstärkers 66 gegebene Anfangspotential ist das frei korrodierende Potential an den Elektroden 21 und 22, wenn die Sonde mit der SpannungsSchleifenschaltung verbunden ist. Während des Meßbetriebes, in dem sich die Schalter 76 und 88 in dar linken Stellung befinden, hält die Kapazität 78 das Spannungssignal, das den Brückenabgleich bewirkt hat hinsichtlich des frei korrodierenden Potentials, das in der Spannungsschleifenschaltung vorhanden war.

Eine Bezugsspannung +V wird an den dritten Brückenarm angelegt und bewirkt einen bestimmten Stromfluss in den Widerständen und 71 des ersten und des dritten Armes der Brücke. Dieser Stromfluss erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen den Eingängen des Verstärkers 66. Diese Potentialdifferenz ist die Spannung, die dem gewissen Polarisationspotential (z.B. 10 mV) entspricht, das zwischen der Bezugselektrode 22 und der Testelektrode 21 geschaffen werden muss. Als Ergebnis erzeugt der Verstärker einen Ausgangsstrom in der Stromschleifenschaltung zwischen der Teatelektrode und der dritten Elektrode 23, wobei die Stromgrösse die genaue Grosse des gewissen Polarisationspotentials erzeugt. Die durch die Bezugsspannung erzeugte Poetentialdifferenz

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an den Eingängen des Verstärkers 66 ist jedoch von positiver Polarität gegenüber dem gewissen Polarisationspotential. Damit wird der Ausgangsstrom des Verstärkers 66 genau so gesteuert, dass er die Potentialdifferenz Null an den Eingängen des Verstärkers 66 wiederherstellt. Da der Verstärker 75 das in der Kapazität 78 gespeicherte Signal im Meßbetrieb aufrechterhält, haben der dritte und der vie^e Arm der Brücke die gleichen Abschlussimpedanzen gegenüber der Schaltungserde CM während des Null- und des Meßbetriebes.

Diese Schaltung wird auf folgende Weise geeicht, wobei sich die Schalter 76 und 88 in der rechten Stellung für den Nullbetrieb befinden. Die Klemmen R, T, A und T¹ werden zeitweilig von der Verbindung mit der Sonde 11 gelöst. Der Widerstand 72, wird so eingestellt, dass er eine minimale AusgangsStromänderung vom Verstärker 66 bei einem bestimmten Signal an beiden Klemmen R und T erzeugt. Jetzt werden die Klemmen R, T, A und T¹ an die zweite Position der Schalteinrichtung 31 für eine Verbindung mit dem 0,254 mm/Jahr-Tester angeschlossen. Zu dieser Zeit erzeugt der Verstärker 75 einen Ausgangsstrom zum Abgleich der Brücke in Bezug auf die Schaltungserde CM mit den Eingangssigna« len vom Tester im Nullbetrieb. Die Schalter 76 und 88 werden in die linke Stellung für den Meßbetrieb umgeschaltet. Der Ausgang 69 des Verstärkers 66 liefert öin Stromsignal durch die Klemme A an den Tester. Das Stromsignal vom Verstärker 66 erzeugt in einer Auslesevorrichtung an der Klemme T¹ ein Stromsignal, das eine Korrosionsrate von 0,25^ mm/Jahr"darstellt. Jetzt wird der Widerstand 112 so eingestellt, dass das Aufzeichnungsgerät 103 oder eine andere Auslesevorrichtung auf eine Skalenablesung von 0,25^ n::;:/Jahr geeicht ist. Die Schaltung ist jetzt geeicht für die Messung der an der Testelektrode 21 der Sonde 11 auftretenden Korrosion.

Die Schalteinrichtung 3I v.ird in die erste Position eingestellt, um die Klemmen R, T, A und T¹ mitder Sonde 11 zu verbinden. Die Schalter 76 und 88 werden wieder in die rechte Stellung für den Nullbetrieb zurückgeschaltet. Die Potentialdifferenz zwischen

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der Test- und der Bezugselektrode erscheint als das frei korrodierende Potential an den Klemmen R und T. Dieses Potentialsignal wird über die Spannungsschleifenschaltung an die Eingänge des Verstärkers 66 angelegt. Der Verstärker 66 liefert ein Spannungssignal am Ausgang 69, welches über den Signalerzeugungswiderstand 77 läuft und als ein Stromsignal am Eingang 79 des Verstärkers 75 erscheint. Als Ergebnis wird ein Korrektursignal in der Kapazität 78 gespeichert, das das frei korrodierende Potential darstellt. Das Korrektursignal im Verstärker 75 erzeugt eine Nullpotentialdifferenz zwischen den Eingängen 9fe> und 8l. Damit wird der Eingang 79 im Potential auf die Schaltungserde CM reduziert durch die Wirkung des Verstärkers 75· Insbesondere liefert das an den Verstärker 75 im vierten Brüokenarin angelegte Korr<:: kti;psignal einen diskreten Stromfluss durch die Widerstände 37 und 74. Dieser dlskiete Stromfluss verschiebt das Potential des positiven Eingangs 68 relativ zum negativen Eingang 67 des Verstärkers 66. Infolgedessen bringt das Korrektursignal die Eingänge 67 und 68 des Verstärkers 66 auf Nullpotentialdifferenz. Wenn das frei korrodierende Potential der Bezugs- und der Testelektrode von den Eingängen des Verstärkers 66 abgenommen wird, sinkt der Strom des Ausganges 69 praktisch auf Null. Der Verstärker 75 hält jedoch weiter das in der Kapazität 78 gespeicherte Korrektursignal während der nachfolgenden Perioden von Null- und Meßbetrieb der Schaltung. Der Verstärker 75 dient sowohl zum Aufintegrieren als auch zum Halten des Korrektursignals in der Kapazität 78. Jeder Stromfluss aus der Kapazität 78 wird sopfort durch einen genau gleichen Stromfluss vom Verstärker 75 ersetzt. Das Steuersignal in der Kapazität 78 bleibt in dem vorbestimmten Verhältnis zum frei korrodierenden Potential zwischen der Test- und eier Bezugselektrode. Das Ausgangssignal vom Verstärker 66 ist damit automatisch entsprechend dem frei korrodierenden Potential zwischen der Test- undder Bezugselektrode durch die Wirkung des Verstärkers 75 korrigiert.

Die Schalter 76 und $8 werden für den Meßbetrieb in die linke Stellung bewegt. Der Ausgang 69 des Verstärkers 66 ist jetzt in die Strornschleifenschaltung an eier Ke^.mme 96 eingeschaltet.

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Gleichzeitig liefert ein Bezugssignal +y_r ein BezugsStromsignal in den Widerständen J>6_S ¹Jl, 89, 7² und 91,, um das Potential am Eingang 67 zu ändern. Jetzt ist der Ausgangsstrom vom Verstärker 66 so gesteuert, dass ein bestimmtes Polarisationspotential erzeugt wird, das zwischen der Test- und der Bezugselektrode zu schaffen ist. Z.B. kann das gewisse Polarisationspotential zwischen der Test- und der Bezugselektrode 10 mV betragen. Das Bezugsstromsignal wird über die Widerstände angelegt, um eine 10 mV darstellende Potentialänderung am negativen Eingang 67 des Ausgangsverstärkers 66 zu bewirken. Dadurch bewirkt der vom Verstärker 66 in der Stromschleifenschaltung zwischen der Test- und der Hilfselektrode erzeugte Stromfluss den Aufbau eines Polarisationspotentials von 10 mV zwischen der Test- und der Bezugselektrode. Dieses Polarisationspotential in der Spannungsschleifenschaltung erscheint am Eingang 68 des Verstärkers 66. Der dadurch erzeugte endgültige Stromfluss in der Stromschleife gleicht die Brücke wieder relativ zur Schaltungserde CM ab. Insbesondere kann der Verstärker 66 nur die Menge an Stromfluss liefern, die erforderlich ist, um die Potentiale an den Eingängen 67 und 68 gleich zu machen. Zu dieser Zeit erreicht dieser Stromfluss einen stetigen Endwert, um ein gewisses Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testelektrode aufrecht zu erhalten. Es ist festzuhalten, dass das korrigierende Signal von der Kapazität 78 in der Brücke alle Potentialkomponenten von den Eingängen des Verstärkers 66 entfernt, die das frei korrodierende Potential darstellen.

Das Bezugssignal +V_r, das das BezugsStromsignal erzeugt, kann von irgendeiner geeigneten Quelle erhalten werden. Z.B. kann das Bezugssignal +V_r von einem mit der Gleichstromversorgung 41 verbundenen·Widerstandsnetzwerk abgenommen werden. Die positive oder negative Polarität der Bezugsspannung V_r bestimmt die Richtungsänderung im vom Verstärker 66 erzeugten Stromfluss. Damit bestimmt die Polarität des Bezugssignals V_r, ob die durch Stromfluss zwischen der Bezugs- und der Testelektrode hergestellte Polarisation für die Zwecke der Korrosionsmessung als anodisch oder als kathodisch zu betrachten ist.

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- 22 - ρ 751

Während des Meßbetriebes der Schaltung liegt der Widerstand 91 in Reihe in dem den Widerstand Jl enthaltenden Brückenarm. Dieser Widerstand wird dazu verwendet, jede leichte Änderung der Impedanz im Verstärker 75 beim Abschalten des Widerstandes 77 vom Ausgang 69 durch Umlegen des Schalters 76 in die linke Stellung zu kompensieren. Damit wird die vierarmige Brücke der vorliegenden Schaltung im genauen Impedanzgleichgewicht während der Bewegungen der Schalter 76 und 88gehalten. Dadurch hält der Verstärker 75 den genauen Abgleich der Brückenarme sowohl während des Null- als auch während des Meßbetriebes der Schaltung.

Es ist ersichtlich, dass die beschriebene Schaltung eine vierarmige, abgeglichene Impedanzbrücke in dervorliegenden Ausführungsform des Korrosions-Ratemeters bildet. Insbesondere wird diese Brücke automatisch in Bezug auf die Schaltungserde der Gleichstromquelle 41 sowohl im Null- als auch im Meßbetrieb der Schaltung abgeglichen. Die Schaltung wird nicht durch externe elektrische Signale beeinflusst, die auf die Klemmen R, T, A und T¹ gelangen, und sie reagiert nur auf das frei korrodierende Potential und das reduzierte gewisse Polarisationspotential, wobei diese Potentiale zwischen der Bezugs- und der Testelektrode vorliegen. Damit können externe Störungen nicht die endgültige Korrosionsratenmessung durch die Schaltung beeinflussen. Zusätzlich verhindert die extrem hohe Impedanz der Spannungsschleifenschaltung einschliesslich der Verstärker 38 und 39 im Betrieb der Schaltung alle Lastwirkungen auf die Bezugs- und die Testelekfcrode, die die Genauigkeit der vorgenommenen Korrosionsratenmessung verringern würden. Die Beibehaltung des Brückenabgleichs stellt sicher, dass die vorliegende Schaltung eine hohe Gleichtaktunterdrückung gegenüber externen elektrischen Störungen aufweist. Damit kann das vorliegende Korrosions -Ratemeter sehr brauchbar in Raffinerien und chemischen Fabrikanlagen eingesetzt werden, wo elektrische Hochstromschaltungen elektrische Störungen mit hohem Pegel erzeugen.

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Vom Fachmann können an der Schaltung des Korrosions-Ratemeters der vorliegenden Erfindungen verschiedene Änderungen vorgenommen werden, die jedoch alle in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, sofern sie nicht von der Grundidee der vorliegenden Erfindung abweichen. Die beiliegenden Ansprüche definieren die vorliegende Erfindung, und dievorliegende Beschreibung ist als darstellend zu betrachten.

- Patentansprüche -

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Claims

2252U2

- 24 - ρ 751

Patent an Sprüche

Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsrate mit Hilfe von Polarisationsmessungen in einem Korrodierungsmittel, gekennzeichnet durch

eine Anzahl Elektroden, die mit einem Korrodierungsrnittel in Berührung gebracht werden können, wobei es sich um eine Bezugselektrode, eine Testprobenelektrode und eine dritte Elektrode handelt,

eine Spannungsschleifenschaltung, die die Bezugs- und die Testprobenelektrode verbindet,

eine Stromschleifenschaltung, die die Testprobenelektrode mit der dritten Elektrode verbindet,

eine Gleichstromquelle mit einem Differenzverstärker, der mit einer Gleichstromversorgung verbunden ist, und einen ersten und einen zvjeiten Eingang aufweist, die mit gegenüberliegenden Ecken einer elektrischen, in der Impedan:: abgewichenen, vlerarmigen Brücke verbunden sind, wobei eine Ausgangsschaltung des Di i'ferenzverstärkers im "Nullbetrieb" mil; ■. iner Signalkorrnkturvorrichtung verbunden ict und iin "Meßbetrieb" in die otromschleil'enschaltung mit der Testprobene 1< Μ-.r''Ci« und der dritten Elektrode eingeiichaJ let

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SAD Offl(2|_NAL

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ist, wobei die Brücke einen ersten und einen zweiten Arm in der Spannungsschleifenschaltung hat und ihr Verbindungspunkt mit der Schaltungserde der Gleichstromversorgung verbunden ist, und der dritte und der vierte Arm an ihrem Verbindungspunkt mit der Schaltungserde der Gewächstromversorgung verbunden sind, und wobei die Eingänge des Differenzverstärkers mit den Verbindungspunkten zwisahen dem ersten und dem zweiten bzw. zwischen dem dritten und dem vierten Arm der Brücke verbunden sind, wobei die Signalkorrekturvorrichtung im "Nullbetrieb" ein korrigierendes Signal integriert und speichert, welches ein vorbestimmtes Verhältnis zum frei korrodierenden Potential der Bezugs- und der Testprobenelektroden aufweist, und das korrigierende Signal im "Meiäbetrieb" an die Spannungsschleifenschaltung anlegt, um von den Eingängen des Differenzverstärkers eine Signalkomponate zu entfernen, die das f^ei korrodierende Potential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode darstellt,

eine Quelle eines Bezugsstromsignals, das an einen Arm der Brücke angelegt wird, um eine Komponente in der Ausgangsschaltung des Differenzverstärkers während des "Meßbetriebes" zu erzeugen, die ein gewisses Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode darstellt, wobei das Bezugsstromsignal in der Stromschleifenschaltung im "Meßbetrieb" einen Ausgangsstrom an "die Testprobenelektrode und die dritte Elektrode leitet, um das gewisse Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode zu erzeugen,

und durch eine Auslesevorrichtung zum Messen des Ausgangsijtromes in der Stromschleifenschaltung, der das gewisse Polarisatiorispotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode erzeugt.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn±, dass der erste und der zweite Arm der Brücke in der Spannungsschleifenschaltung Spannungsfolgerverstärker mit hoher Impedanz enthaLteru

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J5. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsfolgerverstärker mit hoher Impedanz mit den Eingängen mit der Bezugs- und der Testprobenelektrode verbunden sind,wobei die Eingänge der Spannungsi'olgerverstärker eine abgeglichene Verbindung zur Schaltungserde liefern, wodurch alle externen elektrischen Signale, die nicht dem frei korrodierenden Potential zugeordnet sind, in gleicher Grosse an den Eingängen der 3pannung3folgerverr>tärker erscheinen, um eine Nullpotentialdifferenz an den Eingängen des Spannungs- -Differenzverstärkers zu erzeugen,

4. Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder j5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkorrekturvorrichtung das Korrektursignal in einem Arm der Spannungschleifenschaltung zur Verfügung stellt, um eine Nulleingangsspannung zwischen den Eingängen des Differenzverstärkers zu erzeugen, damit der Ausgangsstrom während des "Meßbetriebes" frei ist von allen Komponenten, die das frei korrodierende Potential darstellen.

5. Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkorrekturvorrichtung einen Signalkorrekturverstärker aufweist, dessen Ausgangsschaltung mit einem der Arme in der Spannungsschle Li'enschaltung verbunden ist und dessen Eingangsschaltung v/ahlweise verbunden ist mit der Ausgangsschaltung des Differenzverstärkers im "Nullbetrieb", wobei eine Rückkopplungsschaltung zwischen der Eingangsund der Ausgangsschaltung des Signalkorrekturverstärkers liegt, die eine Kapazität zum Speichern des Korrektursignals aufweist, das ein bestimmtes Verhältnis zu dem an den Differenzverstärker angelegton freien korrodierenden Potential besitzt, und wobei das Kurrektursignal in der Spannungsschleifenschaltung eine ilulleingangsspannung zwischen den Eingängen des Differenzverstärkers erzeugt, so dass dessen Ausgangsstrom im "Meßbetrieb" frei ist von allen Komponenten, die das frei korrodierende Potential darstellen.

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6. Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkorrekturvorrichtung einen Signalkorrekturverstärker besitzt., der zwei Eingänge aufweist und dessen Ausgangsschaltung über einen der Arme mit der Brücke verbunden ist und eine Eingangsschaltung wahlweise mit der Ausgangsschaltung des Differenzverstärkers im "Nullbetrieb" verbunden ist und eine Kapazität zum Speichern des Korrektursignals mit einem bestimmten Verhältnis zum frei korrodierenden Potential, das an den Differenzverstärker angelegt ist, vorgesehen ist, wobei die Kapazität.in einer Rückkopplungsschaltung liegt und den einen Eingang des Signalkorrekturverstärkers mit seiner Ausgangsschaltung verbindet, ein anderer Eingang des Signalkorrekturverstärkers mit einem anderen Arm der Brücke verbunden ist und der Signalkarekturverstärker eine Verbindung niedriger Impedanz des einen der Brückenarme mit der Schaltungserde darstellt, womit die Brücke durch das Korrektursignal in der Spannungsschleife abgeglichen ist und der Ausgangsstrom des Differenzverstärkers während des "Meßbetriebes" frei ist von allen Komponenten, die das frei korrodierende Potential darstellen.

7. Meßgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkorrekturvorrichtung einen Signalkorrekturverstärker aufweist, dessen Ausgangsschaltung mit einem Brückenarm verbunden ist und dessen eine Eingangsschaltung von dem Verstärker ein Stromsignal empfängt, wobeidie Ausgangs sen altung des Signalkorrekturverstärkers eine Rückkopplungsschaltung besitzt, die eine Kapazität zum Speichern des Korrekturaignals aufweis-t, das ein vorbestimmtes Verhältnis zu dem an den Verstärker angelegten frei korrodierenden Potential aufweist, wodurch der Signalkorrekturverstärker bei vorn Auspang des Verstärkers getrennter Eingangs schaltung für eine beträchtliche Periode day Korrektursignal an die Brücke liefert, um von der Eingangütehaltung des Verstärkern eine Eingangüsignalkoinponente zu entfernen, die dat; frei korrodierend!- Potential zwischen der Bezugs- und der Teßt-

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probenelektrode darstellt, während der Verstärker einen Strom in die Stromschleifenschaltung schickt, um das gewisse Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode zu erzeugen.

8. Meßgerät nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalkorrekturverstärker auch die Abgleichvorrichtung bildet, indem zwei Eingänge in der Eingangsschaltung wahlweise mit der Ausgangsschaltung der VeAärkervorrichtung im "Nullbetrieb" verbunden werden, wobei die Kapazität in der Rückkopplungsschaltung den einen Eingang des Signaliorrekturverstärkers mit dessen Ausgang verbindet, und der andere Eingang des Singalkorrekturverstärkers mit einem Brückenarmpaar verbunden ist, und der Signalkarekturverstärker eine Verbindung niedriger Impedanz zwischen dem Brückenarmpaar bildet, wodurch die Brücke abgeglichen wird, wenn das Korrektur- und das Bezugssignal an die Brücke angelegt werden.

9. Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsrate mit Hilfe von Polarisationsmessungen in einem Korrodierungsmittel, gekennzeichnet durch eine Anzahl Elektroden, die mit einem Korrodierungsmittel in Berührung gebracht werden können, wobei es sich um eine Bezugselektrode, eine Testprobenelektrode und eine dritte Elektrode handelt, eine Spannungsschleifenschaltung, die die Bezugs- mit der Testprobenelektrode verbindet, und eine Stromschleifenschaltung, die die Testprobenelektrode mit der dritten Elektrode verbindet, eine vierarmige, in der Impedanz abgeglichene, elektrische Brücke, die mit den Verbindungspunkten am ersten und am zweiten Arm in der Spannungsschleii'enschaltung liegt, und mit dem dritten und dem vierten Arm an der Schaltungserde einer Gleichstromversorgung liegt, umd eine Gleichstromquelle mit einem Veuäbärker, der mit der Gleichstromversorgung und in einer Stromschleifenschaltung zur Bezugs- und zur Testprobenschaltungelektrode verbunden ist, wobei eine Eingangssehaltung des Verstärkers zwischen den Verbindung; -

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punkten des ersten mit dem dritten und des zweiten mit dem vierten Arm der Brücke liegt, und wobei der Verstärker mit einer Ausgangssohaltung in der Stromschleifenschaltung zu der Bezugs- und der Teßbprabensohaltung liegt, wobei die Signalkorrekturvorrichtung ein Korrektursignal an die Brücke liefert, um von der Eingangsschaltung des Verstärkers eine EingangsSignalkomponente zu entfernen, die das frei korrodierende Potential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode darstellt, durch eine Quelle, die ein Bezugsstromsignal an die Brücke liefert, um einen Ausgangsstrom von dem Verstärker in der Stromschleifenschaltung zu der Testprobenelektrode und der dritten Elektrode zu erzeugen, damit ein gewisses Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelektrode geschaffen wird, durch eine Abgleichvorrichtung in der Brücke zur Impedanzeinstellung in einem Brückenarm, um den ersten und den·zweiten bzw, den dritten und den vierten BrUdkenarm bei praktisch identisohen elektrischen Kennzeichen zu halten, wenn die Signalkorrekturvorrichtung das frei korrodierende Potential von der Eingangsschaltung des Verstärkers entfernt und wenn die Quelle das Bezugssignal an die Brücke liefert, um einen Ausgangsstrom in der Stromsohleifensohaltung von dem Verstärker hervorzurufen, damit das gewisse Polarisationspotential zwisohen der Bezugs- und der Testprobenelektrode geschaffen wird, und durch eine Auslesevorrichtung zum Messen des Ausgangsstromes in der Stromschleifenschaltung, der das gewisse Polarisationspotential zwischen der Bezugs- und der Testprobenelekferade erzeugt.

Heipa./J3^r·

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