JP2007292747A - 腐食量測定センサ - Google Patents

Abstract

【課題】鋼構造物の維持管理上、鋼材の腐食量予測が重要である。本発明は、従来法である暴露試験法や試験片の電気化学的腐食速度推定法の問題点を鑑み、試験片の加工、設置、回収調査の費用と労力を削減し、且つ、長期間の蓄積された腐食量の変化を測定することが可能な腐食量検出器、腐食量測定センサ、腐食量測定装置、及び腐食量測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被覆された面と外部に露出された面とからなり腐食の進行により電気抵抗値が増加する金属導電部材、及び、前記金属導電部材に接続されているリード線を有する腐食センサエレメントと、前記リード線に接続されて前記腐食センサエレメントの電気抵抗値を測定する電気抵抗測定回路とを備えた腐食量検出器を用いる。また、アクティベータから非接触で駆動電力を取り込むアンテナと、前記電気抵抗測定回路にて測定された抵抗値をアクティベータに送信するための通信回路を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、構造物の腐食劣化に対する耐久性を評価する技術に関するものであり、さらに詳しくは、構造物の腐食量を主に非接触で測定するための、検出器、測定センサ、測定装置、及び測定方法に関するものである。

これまで、様々な腐食量を予測する技術が考えられてきたが、基本的には腐食速度を測定するものであった。

たとえば、特許文献1には、交流インピーダンス法を用いた腐食速度の測定技術が記述されている。しかしながら、この方法では、瞬間的な腐食速度は得られても、長い期間蓄積された腐食量を得ることはできない。

特許文献2では複数個の導電細線の電気抵抗を測定する腐食速度測定用の電気抵抗センサを開示している。これも瞬時の腐食速度であり、かつ蓄積された全体の腐食量の変化が得られるわけでない。

特許文献3では、膜厚を変化させて形成した金属薄膜の色の変化により腐食性を評価する技術が開示されている。しかしながら、色の変化という定量化しにくい指標を用いており、簡便かつ精度よく腐食量を測定することは困難である。

特開2002-71616 特開2001-91299 特開2002-139416

本発明では、上記の従来技術の問題点を鑑み、瞬間的な腐食速度ではなく、蓄積された腐食量の変化を測定するための腐食量検出器、腐食量測定センサ、腐食量測定装置、及び腐食量測定方法を提供することを目的とする。
さらには、測定された結果を簡便に読み取るために、非接触で測定センサの情報を必要なときにとりだし、管理がしやすい測定センサとその測定装置、ならびに測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の特徴を有する。
（１） 電気的絶縁部材で被覆された面と外部に露出された面とを有し腐食の進行により電気抵抗値が増加する金属導電部材、及び、前記金属導電部材に接続されているリード線を有する腐食センサエレメントと、
前記リード線に接続されて前記腐食センサエレメントの電気抵抗値を測定する電気抵抗測定回路とを備えることを特徴とする腐食量検出器。

（２） 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材は、互いに、長さが同一で断面積が異なる円柱状又は角柱状であることを特徴とする（１）記載の腐食量検出器。

（３） 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材は、互いに断面積が異なる円柱状であり、前記複数配置された腐食センサエレメントの前記円柱状の金属導電性部材の半径のピッチΔrが式(１)で表されることを特徴とする（１）の腐食量検出器。

ここに、r_0i、r_0i+1：それぞれ細い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の初期（腐食前）の半径、ρ：前記金属導電部材の比抵抗、l_i、l_i+1：それぞれ、細い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の長さ、R_a、R_b:それぞれ測定回路が計測可能な電気抵抗の下限値および上限値

（４） 前記複数配置された腐食センサエレメントの最も細い金属導電部材の抵抗が、R_a以上R_b未満であることを特徴とする（３）に記載の腐食量検出器。

（５） 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記金属導電部材は、互いに外部に露出した面の面積が同一、且つ、当該露出面からの深さが異なるように配置されていることを特徴とする（１）記載の腐食量検出器。

（６） 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記金属導電部材は、互いに外部に露出した面からの深さが異なるように配置され、前記複数配置された腐食センサエレメントにおける前記金属性導電部材の露出面からの深さのピッチΔhが式(２)で表されることを特徴とする（５）記載の腐食量検出器。

ここに、h_0i、h_0i+1：それぞれ浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出した面を有する部分の金属導電部材の初期（腐食前）の深さ、ρ：前記金属導電部材の比抵抗、b_i、b_i+1：それぞれ、浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の幅、l_i、l_i+1：それぞれ、浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の長さ、R_a、R_b:それぞれ測定回路が計測可能な電気抵抗の下限値および上限値

（７） 前記複数配置された腐食センサエレメントの最も浅い金属導電部材の抵抗が、R_a以上R_b未満であることを特徴とする（１）に記載の腐食量検出器

（８） 前記リード線が、前記金属導電部材の外部に露出している面からの深さが異なる位置に複数本接続されていることを特徴とする（１）記載の腐食量検出器。

（９） 前記金属導電部材が、腐食量の測定対象を構成する材料と同一材料であることを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項に記載の腐食量検出器。

（１０） （１）〜（９）のいずれか１項に記載の腐食量検出器に、前記電気抵抗値を送信用データに変換する通信回路と、前記送信用データを外部のアクティベータに非接触で送信するアンテナとを備えることを特徴とする腐食量測定センサ。

（１１）前記アンテナは、前記アクティベータから非接触で駆動電力を取り込む送受信アンテナであることを特徴とする（１０）に記載の腐食量測定センサ。

（１２） 前記腐食量測定センサの前記通信回路には、更に、前記腐食量測定センサ固有の識別コード、前記腐食センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかを記憶するメモリを有し、前記通信回路は、前記送信用データに加えて、前記識別コードを送信する機能を有することを特徴とする（１０）または（１１）に記載の腐食量測定センサ。

（１３） （１０）〜（１２）のいずれかに記載の腐食量測定センサを用いた腐食量測定装置であって、前記腐食量測定センサと、前記送信用データ、又は、前記送信用データ及び前記識別コードを、非接触で受信する機能を有するアクティベータとを備えることを特徴とする腐食量測定装置。

（１４） （１３）記載の腐食量測定装置を用いた腐食量の測定方法であって、前記腐食量測定センサを構造物に取り付け、前記送信用データ、又は、前記送信用データ及び前記識別コードを、非接触で受信して、構造物の腐食量を測定することを特徴とする腐食量測定方法。

（１５） 前記腐食量測定センサに前記アクティベータより駆動電力を非接触で送信することを特徴とする（１４）に記載の腐食量測定方法。

本発明を用いることにより、長期間蓄積された腐食量を測定することができる。更には、非接触でも構造物の腐食量を測定でき、補修や保全などの管理に役立てることができる。
また、本発明の腐食量測定装置と腐食量測定方法は、電源設備のない屋外環境や特殊環境においても簡便に、かつ非接触で腐食量を測定することが可能となる。
また、本発明の腐食量測定センサは、電池の交換や電源配置を行わないため、長期間、特別な管理をせずに測定を行うことができ、構造物の維持・管理を容易にするものである。

本発明の腐食量検出器は、電気的絶縁部材で被覆された面と外部に露出された面とからなり腐食の進行により電気抵抗値が増加する金属導電部材、及び、前記電気導電部材に接続されているリード線を有する腐食センサエレメントと、前記リード線に接続されて前記腐食センサエレメントの電気抵抗値を測定する電気抵抗測定回路とを備える。これにより腐食量を定量化できることを特徴とする。

図1にその構成を示す。１は腐食センサエレメントであり、２が電気抵抗を測定する電気抵抗測定回路で３ａが本発明の腐食量検出器である。腐食センサエレメント１は、電気的絶縁部材で被覆された面と外部に露出された面とからなり腐食進行により電気抵抗値が変化する金属導電部材を有する。この金属導電部材には腐食すると体積や形状が変化し、抵抗値が増加する金属を適宜加工して用いる。

そしてこの金属導電部材の抵抗値の増加割合を、リード線１９を介して電気抵抗測定回路２で測定することにより腐食量を定量化する。電気抵抗測定回路２は、電流計、及び電圧計を内臓しており、腐食センサエレメントの電気抵抗を測定する。また、電気抵抗測定回路２には、駆動用電力を得るため、一定の電圧を印加する電源（例えば電池）を内蔵する場合と、外部から駆動用電力を取り込む場合がある。

電源を内蔵する場合は、腐食量検出器３ａ単独で腐食量を検出できる。一方、外部から駆動用電力を取り込む場合は、電源装置一式が構造物と非接触でも構造物の腐食量を測定でき、補修や保全などの管理に役立てることができる。

次に、本発明の腐食量測定センサ３ｂについて説明する。以下は外部から駆動用電力を取り込むケースの例である。図２に示すように、腐食量測定センサ３ｂは、腐食センサエレメント１と電気抵抗測定回路2b（電源なし）からなる腐食量検出器３ａと、外部のアクティベータ６から駆動電力を非接触で取り込む送受信アンテナ４と、前記電気抵抗値を送信用データに変換し、送受信用アンテナ４を経由して前記外部のアクティベータ６に非接触で送信する通信回路５とを備え、腐食量を定量化できることを特徴とする。なお、本発明において、電気抵抗測定回路２の駆動用電力を得るために、腐食量測定センサ３ｂの電源（例えば電池）を内蔵する場合もあるが、かかる場合は、送受信アンテナ４の代わりに、送信専用のアンテナを用いることができる。

更に、前記の腐食量測定センサ３ｂは、通信回路５に、更に前記腐食センサエレメント１固有の識別コードを記憶するメモリを有し、前記通信回路５は、前記電気抵抗値に加えて、メモリに記憶した前記識別コードを送信する機能を有しても良い。

次ぎに、本発明の腐食量測定装置は、前記腐食量測定センサと、当該腐食量測定センサに駆動電力を非接触で送信し、かつ、前記電気抵抗値、又は前記電気抵抗値及び前記識別コードを、非接触で受信する機能を有するアクティベータを備えることを特徴とする。

図２を用いてその構成の一例を説明する。
送受信回路８を備えるアクティベータ６の送受信アンテナ７から送信された電磁波を、腐食量測定センサ３ｂ内の駆動電力取り込み送受信アンテナ４により受信して、電磁誘導によって起電力を得る。この電力を駆動電力として元に、電気抵抗測定回路２bにより、腐食センサエレメント１が有する電気抵抗値を測定する。測定された電気抵抗値は通信回路５により送信用データに変換され、送受信用アンテナ４を経由してアクティベータ６の送受信アンテナ７に送られる。

ここで、駆動電力取り込みアンテナ４と腐食量測定センサ３ｂ内の送受信アンテナ４は、図２においてでは、データの送信と駆動電力用電磁力の受信を兼ねるアンテナを使用した例を同一のものを併用示しているが、データ送信用アンテナと駆動電力用電磁力受信用アンテナを別々に別途設けることも可能である。また、送受信アンテナ４は、アクティベータ６から送られる駆動電力用の電磁波だけでなく、後述する識別番号等のデータも受信可能なアンテナとすることもできる。

アクティベータ６と腐食量測定センサ３ｂの電力の送受信や通信に用いる交流の周波数は特に限定するものではないが、電波法などの規定により、125kHz帯や、13.56MHz帯を目的によって使うことができる。

本発明に用いるアクティベータ６は、腐食量測定センサ３ｂに交流を送信して起電力を誘起し、腐食量測定センサ３ｂより送信されたデータを読み取ることのできる機能を有するものであれば、特に限定するものではない。たとえば、市販品としては、125kHz帯用の吉川アールエフシステム社製のRX2100などが利用でき、13.56MHz帯では同じく吉川アールエフシステム社製のRX-TP-RW-01などが適用できる。

なお、本発明における腐食量測定センサ３ｂは、一体となった形でも、また、腐食センサエレメント１と送受信アンテナ４、通信回路５、電気抵抗測定回路２bが分離してその間を電気的に接続したものでもどちらでも問題はない。

本発明の腐食量検出器に係る第１の実施形態では、腐食により電気抵抗値が変化する腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記金属導電部材は、側面の一部が外部に露出された円柱状又は角柱状で、互いに、長さが同一で断面積が異なり、且つ前記外部に露出された面における円柱側面又は角柱側面の長手方向の長さが同一に配置されている特徴を有する。その腐食センサエレメントの構成の一例を図３に示す。

図３では、金属導電部材１１として、棒状（円柱状）に加工した金属を用い、その両端に電気的絶縁材で被覆されたリード線１９を取り付け、電気的絶縁部材１０で金属導電部材１１の両端の面を覆って端部からの腐食の影響を防止した腐食センサエレメント１を示している。なお、各電気的絶縁部材１０毎に腐食センサエレメント１が構成されており、図３では、３つの腐食センサエレメント１を示している。

本例では、金属導電部材１１の外部に露出した面９は、円柱側面の中央部分であり、腐食環境に晒され、腐食して棒状の金属が表面から腐食し径が小さくなり電気抵抗値が増加することで腐食の進行を検出することができる。金属導電部材１１の両端部は、電気的絶縁部材１０の内部に挿入され、電気的絶縁部材１０で被覆された面にされている。

図３では、金属導電部材１１として、円柱状のものを示したが、形状としては、角柱状のものや渦巻状のもの塊状のものであっても、腐食の進行により抵抗値が変化するものであれば、問題はない。

金属導電部材１１は1個でも腐食により抵抗が変化すれば問題はないが、細い径のものだけであると腐食の進行によりすぐに断線してしまい、その後の測定が不可能になるため、図３に示したように複数個の金属導電部材１１を用いることが望ましい。

長期間の腐食測定には径の太い線状の金属導電部材１１だけでも可能であるが、太い線状のものだけでは、初期の腐食量が少ない期間においては、抵抗変化が小さいため誤差が大きくなる。そのために、順次破断するような金属導電部材１１を複数個用い、複数個の腐食センサエレメント１とすることが望ましい。それぞれの個数や断線までの時間の設定は、目的とする構造物の寿命やメンテナンスの頻度などを考慮の上適宜選定する。

図３では、複数配置されるそれぞれの腐食センサエレメント１における外部に露出された面９を有する部分の金属導電部材１１は、その形状が円柱状又は角柱状で、互いに、長さが同一で断面積が異なるように構成されている。電気的絶縁部材１０に埋め込まれた部分においては、金属導電部材１１は必ずしも円柱上又は角柱上である必要はなく、又、長さが同一でなくとも構わない。リード線１９の接続が容易、あるいは固定し易い等の必要性に応じて形状、長さ等を変化させることができる。但し、製作上、使用上は金属導電部材１１の長さを同一に揃えることが好ましい。

また、外部に露出している面９が接する腐食媒体としては、特に規定するものではなく、本センサにより測定したい環境で適宜選らばれる。たとえば、大気中が一般的であるが、海水中や河川などの淡水中、水道水や冷却水などの各種循環水中、また、腐食性のガス中でも使用可能である。

ここで、腐食センサエレメント１が、複数配置される際には、各腐食センサエレメント１の長さと断面積を適切に設定することで、腐食量を常に測定できるようにすることが好ましい。これらを適切に設定しないと、検出器の測定可能な抵抗値の範囲には上限及び下限があるため、径の小さい１本の腐食センサエレメント１が腐食により断線した後、次に径が大きい腐食センサエレメント１が腐食量を検知するまでに、検知不能な状態が生じてしまう可能性があるからである。

すなわち、腐食センサエレメント１が、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメント１における前記外部に露出された面９を有する部分の金属導電部材１１は、互いに断面積が異なる円柱状であれば、腐食速度センサエレメント１の断面形状および長さを、常にいずれかの腐食速度センサエレメント１の抵抗が必ず計測レンジ内に入るようにすると、常に抵抗を精度良く計測できる。例えば、計測装置の計測レンジが最大３２０Ωで、分解能が０．１Ω、そのときの確度±０．０３％ＦＳ（ＦＳ：測定レンジの値）とすると、Ra＝３２０×０．０３％≒０．１Ω、R_b＝３２０Ωとなる。環境に露出される円柱の長さｌ（＝ｌ₁=ｌ₂＝ｌ₃）＝４０ｍｍ、比抵抗ρ＝８．９×１０^-5Ω・ｍｍとすると、そのときのΔrを式（３）によって計算すると約０．１０mmとなる。

このとき、最も細い１本目の腐食センサエレメント１の半径を０．１mmとすると、抵抗が０．１１３Ωとなり、R_a以上R_b未満となるので、暴露開始直後から腐食量計測データを得ることが出来る。

次に、環境に露出される円柱状の腐食センサエレメント１の暴露前の半径のピッチΔrを０．１ｍｍピッチ（２本目０．２ｍｍ、３本目０．３ｍｍ）とすることで、１本目が３２０Ωを越えると２本目が０．１Ω以上となり、２本目が３２０Ωを越えると３本目が０．１Ω以上となるので常にいずれかの腐食センサエレメント１が計測レンジの下限値Ｒ_ａ（０．１Ω）から計測レンジの上限値Ｒ_ｂ(３２０Ω)の範囲に収めることが出来る。例えば、環境の腐食速度が、０．1ｍｍ/年とすると、図１２に示すようになり、暴露1年後に1本目の腐食センサエレメント１が計測レンジの最大値（R_b）を越えると2本目の腐食センサエレメント１の抵抗が計測レンジの最小値（R_a）以上となり、同様に、暴露2年後に2本目の腐食センサエレメント１が計測レンジの最大値（R_b）を越えると3本目の腐食センサエレメント１の抵抗が計測レンジの最小値（R_a）以上となるので暴露後3年間は常にその時点での腐食量すなわち腐食速度データを得ることが出来る。

また、この際上記の例のように、腐食センサエレメント１の最も細い金属導電部材の（腐食前の）抵抗が、R_a以上R_b未満にすれば、計測初期から全ての腐食センサエレメントがR_bを超えるまでの間の腐食速度データを得ることが出来る。

尚、環境に露出した面は、断面形状が円形に限らず楕円や四角形でも断面形状が相似であれば良く、上記半径の変わりに辺の長さなど代表長さでも同様の算定方法で断面寸法のピッチを決定することが出来る。さらに、露出した面の長さが異なっても測定可能であるが、測定精度を向上する点からは、図３の例のように露出面の長さも同一であることが好ましい。

また、測定回路が計測可能な電気抵抗の上限値、下限値とは、市販の抵抗計測器、電流計、電圧計等を用いる場合は、その仕様によって定まる測定精度が保証された測定範囲の上限値、下限値のことであり、自作の計測機器を用いる場合には、所定の基準器によって測定精度が検定されることによって定まる測定範囲の上限値、下限値のことである。

このように断面形状のピッチを定めることで、計測期間中途切れなく常に当該時点までの腐食量を求めることが出来る利点がある。

第２の実施形態でも第１の実施形態に準じて、最も浅い腐食センサエレメントの抵抗を
計測レンジの下限値（R_a）以上、上限値（R_b）未満にすることで計測初期から腐食量を測定することが出来る。

さらに、式（４）により浅いほうからi番目およびi＋１番目の腐食センサエレメントの暴露面の深さピッチ（Δh）を決定することにより、暴露開始から最も深い腐食センサエレメントが断線するまでの間、常に腐食量を計測することが出来、ひいては腐食速度を計測することが出来る。

また、腐食センサエレメントの暴露面の幅（ｂ）を一定にした場合は、Δhは式(５)で算定すればよく、

さらに、腐食センサエレメントの暴露面の長さｌを一定にした場合は、Δhは式（6）で算定すればよい。

例えば、測定レンジが下限値（R_a）０．０１Ωから上限値（R_b）３２Ωの測定回路を用いて計測する場合を考える。最も浅い腐食センサエレメントの暴露面の幅を２．０mm、深さh₀₁を０．１mm、長さを４０mmとし、比抵抗ρが８．９×１０^-5Ω・cmの例を図１３に図示する。この腐食センサエレメントの暴露前の抵抗は０．０１８Ωとなり、測定レンジの下限値以上、上限値未満であるので、暴露開始直後から抵抗変化を計測することが出来る。

さらに図１３は、２本目、３本目の腐食センサエレメントの暴露面の幅と深さを１本目と同じとすると、式(４)（あるいは式（6））により算定される腐食センサエレメントの暴露面の深さのピッチの最大値は約０．１８mmである。そこで、深さのピッチをこれより小さい０．１mmとし、２本目、３本目の腐食センサエレメントの暴露面の深さをそれぞれ０．２mm、０．３mmとした例を示している。

このように、式(４)（あるいは式（6））により算定される腐食センサエレメントの暴露面の深さのピッチの最大値未満とすると、１本目の腐食センサエレメントの抵抗が計測レンジの上限値（R_b）を越える前に２本目の腐食センサエレメントの抵抗が計測レンジの下限値(R_a)以上となり、２本目の腐食センサエレメントの抵抗が計測レンジの上限値（R_b）を越える前に３本目の腐食センサエレメントの抵抗が計測レンジの下限値(R_a)以上となるため、常に腐食量を計測することが出来る。

腐食センサエレメントは、抵抗が大きいほどすなわち腐食減肉により薄くなるほど抵抗変化が大きいため、精度良く計測することが出来る。したがって、腐食センサエレメントの暴露面の深さのピッチを、上記の例のように式(４)から式（６）で算定される腐食センサエレメントの暴露面の深さのピッチ以下にすることで、計測期間中途切れなくかつ当該時点までの腐食量を得ることが出来、さらに、高精度に計測することも出来る。

JIS G 3101：SS400鋼の20mm長さ×20mm幅×2mm厚みの鋼片を表面より切削加工し、1mm幅で櫛状の１０列の鋼片に加工した。これをエポキシ樹脂中に埋め込み、斜め研磨して板厚を最小0.05mm、最大2mmとした。櫛型の根元の接続部分を共通の電気接続部としその他の部分を金属導電部材としてリード線を接続し、腐食センサエレメントを作製した。このイメージを図5（c）に示す。この図は、金属導電部材の外部に暴露された面から見た平面図である。

図5（c）に示したリード線１９に、電気抵抗測定回路を接続し、腐食量検出器を作製した。
この検出器と通信回路およびアンテナを接続して腐食量測定センサを作製した。
この腐食量測定センサをJIS―Z2371に既定される塩水噴霧試験機に設置し、1日1回、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ(RX2100)をアクティベータとして抵抗値を測定した。2１0日後に取り出し、センサエレメントの写真を撮影したものが図８であり、そのときまでの得られた結果を図９に示す。

図8の金属導電材２５の電気抵抗値の変化が図９の２８であり、以下図８の金属導電材２６が図９の２９、図８の金属導電材２７が図９の３０に対応する。試験の初期には全ての導電材の抵抗値が1Ω以下であり100日程度から図８の金属導電材25の抵抗値が図９の２８に示すように増加してきた。そして130日で完全に絶縁状態となった。図８の金属導電材26はそれ以降も低い抵抗値を示したが図９の２９に示すように150日位から抵抗値の増加が見られ170日で絶縁状態になった。図８の電気導電部材２７は図９の３０に示すように230日で絶縁状態になった。この結果が示すように電気抵抗値が増加するまでの時間は金属導電材の厚みの順位なっておりこれらの腐食量が抵抗値の変化として精度良く測定されているのがわかる。

（実施例２）
純亜鉛(99%以上)製の直径φ0.2ｍｍ、直径φ0.5ｍｍ径、直径φ0.8ｍｍ径、直径φ1.0
ｍｍの線材をそれぞれ50ｍｍの長さに切断し、両端に被覆したCu製のリード線を取り付け、塩ビ製の枠に図３に示した形状に埋め込み、腐食センサエレメントを構成した。これを測定回路と通信回路およびアンテナをつないで作製した回路に接続し、腐食量測定センサを作製した。この腐食量測定センサをJIS―Z2371に既定される塩水噴霧試験機に設置し、
1日1回、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ(RX2100)をアクティベータとして抵抗値を測定した。

表1の１から４に腐食センサエレメントの線材の直径と抵抗値が1kΩを超えたときまでの日数を示した。φ0.2mmで6日であるのに対し、φ0.5mmでは12日、φ0.8mmでは72日と線径の増加に伴い時間が長くなっており、腐食量の順序が1kΩを超えるまでの日数で確認できることが分かる。また、φ1.0mmの線径の金属導電材は90日を越えても1kΩに達していないので、試験はこの時点で終了させた。以上のように腐食量変化が抵抗値で時間変化として精度良く測定できていることが分かる。

（実施例３）
JIS G 3101：SS400鋼の鋼片を直径φ20mmで厚みを0.15ｍｍ、0.3ｍｍ、0.5ｍｍ、1.0ｍｍに加工してその直径にあたる部位に被覆したCu製のリード線を取り付け、常温硬化型エポキシ系樹脂に図４に示した形状に埋め込み、腐食センサエレメントを構成した。これを測定回路と通信回路および送受信アンテナをつないで作製した回路に接続し、腐食量測定センサを作製した。この腐食量測定センサをJIS―Z2371に既定される塩水噴霧試験機に設置し、1日1回、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ（RX2100）をアクティベータとして抵抗値を測定した。

表1の５から8にセンサエレメントの鋼片の板厚と抵抗値が1kΩを超えたときの日数を示した。0.15mmで21日なのに対し、0.3mmでは40日、0.5mmでは65日と板厚の増加に伴い時間が長くなっており、腐食量の順序が1kΩを超えるまでの日数で確認できることが分かる。
また、1.0mmの板厚の金属導電材は90日を越えても1kΩに達していないので、試験はこの時点で終了させた。以上のように腐食量変化が抵抗値で時間変化として精度良く測定できていることが分かる。

（実施例４）
JIS G 3101：SS400鋼の50mm長さ×２mm幅×2mm厚みの鋼片を表面より切削加工し、厚
を0.05mm、0.1mm、0.15mm、と0.05mmづつ厚みを変化させた短冊状の鋼片を10個作製した
。この鋼片の両端に銅のより線を半田づけし、その後、常温硬化型のエポキシ樹脂中に図
５（a）及び図５（b）に示すような形態で埋め込み、腐食センサエレメントを構成した。これを測定回路と通信回路および送受信アンテナをつないで作製した回路に接続し、腐食量測定センサを作製した。この腐食量センサをJIS―Z2371に既定される塩水噴霧試験機に設置し、1日1回、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ(RX2100)をアクティベータとして抵抗値を測定した。

表1の９から１７に腐食センサエレメントの鋼片の板厚と抵抗値が1kΩを超えたときの日数を示した。0.05mmで7日なのに対し、0.1mmでは15日、0.15mmでは20日、0.2mmでは29日、0.25mmでは40日、0.3mmでは47日、0.35mmでは60日、0.4mmでは70日と板厚の増加の順に時間が長くなっており、腐食量が1kΩを超えるまでの日数で確認できることが分かる。
また、0.45mm以上の板厚の金属導電材では90日を越えても1kΩに達していないので、試験はこの時点で終了させた。以上のように腐食量変化が抵抗値で時間変化として精度良く測定できていることが分かる。

（実施例５）
JIS G 3101：SS400鋼の60mm長さ×5mm幅×3.5mm厚みの鋼片の両端に0.3mmピッチで長さ10mmの切り込みを切削加工により形成させた。この櫛状の突起両端に銅のより線を半田づけし、その後、常温硬化型のエポキシ樹脂中に図６（a）に示すような形態で埋め込み、腐食センサエレメントを構成した。これを測定回路と通信回路および送受信アンテナをつないで作製した回路に接続し、腐食量測定センサを作製した。この腐食量測定センサをJIS―Z2371に既定される塩水噴霧試験機に設置し、1日1回、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ(RX2100)をアクティベータとして抵抗値を測定した。

表1の１８から２０に腐食センサエレメントの鋼片の板厚と抵抗値が1kΩを超えたときの日数を示した。0.3mmで35日なのに対し、0.6mmでは82日と板厚の増加に伴って時間が長くなっており、腐食量が1kΩを超えるまでの日数で確認できることが分かる。また、0.9mm以上の板厚の金属導電材では90日を越えても1kΩに達していないので、試験はこの時点で終了させた。以上のように腐食量変化が抵抗値で時間変化として精度良く測定できていることが分かる。

このように、それぞれにおいて、本腐食量センサが精度良く腐食量を測定できることを示している。
（実施例６）
長さ4m、高さ2.5m、幅1mの橋梁のモデル試験体を製作して、屋外に設置した。この試験体の4箇所に、実施例4で示した腐食センサエレメントを設置し、これらを塩ビ被覆した銅線で、測定回路と通信回路および送受信アンテナをつないで作製した回路に接続し、腐食量測定センサを作製した。4個の腐食センサエレメントにはそれぞれ異なる8桁の16進数の識別番号を付け、吉川アールエフシステム社製のハンディリーダライタ(RX2100)と測定用のＰＣをバッテリーで駆動するように改造したアクティベータを作製し、これにより月1回抵抗値を測定した。

4つの腐食センサエレメントの内、雨ざらしにある位置のセンサエレメントと軒天のセンサエレメントの1番目の抵抗値が6ヵ月後に1kΩの超える値となった。その他のセンサエレメントは1年間の測定で変化がなかった。

本発明は、腐食劣化を、省電力及び低コストで検出する際に有用である。

腐食量検出器の構成例図である。 腐食量測定センサ、及び腐食量測定装置の構成例図である。 第１の実施形態に係る腐食センサエレメントの構成例図である。 （ａ）第２の実施形態に係る腐食センサエレメントの正面図である。（ｂ）第２の実施形態に係る腐食センサエレメントの断面図である。 （ａ）第２の実施形態に係る腐食センサエレメントの断面図である。（ｂ）第２の実施形態に係る腐食センサエレメントの正面図である。（ｃ）腐食センサエレメントの構成例である。 （ａ）第３の実施形態に係る腐食センサエレメントの断面図である。（ｂ）第３の実施形態に係る腐食センサエレメントの腐食後の断面図である。 複数の腐食量検出器を持つ腐食量測定センサの説明図である。 腐食して一部切断した腐食センサエレメントの写真である。 腐食センサエレメントの電気抵抗の変化を示すグラフである。 （ａ）は図５（a）の構成の腐食センサエレメントを用いた電気抵抗値の測定値から腐食量を算出した実験と、腐食センサエレメントと同じ材料からなる試験材４枚を腐食促進試験にかけ、腐食量を測定した実験との結果を示すグラフである。（ｂ）は図10（a）の実験結果をもとに腐食量測定センサから求めた腐食量と試験材から求めた腐食量との関係を示すグラフである。 本発明に係る腐食量測定方法の説明図である。 （ａ）第１の実施形態に係る腐食センサエレメントの抵抗変化を示す図である。（ｂ）は（ａ）の腐食センサエレメントの抵抗が小さい部分の拡大図である。 （ａ）第２の実施形態に係る腐食センサエレメントの抵抗変化を示す図である。（ｂ）は（ａ）の腐食センサエレメントの抵抗が小さい部分の拡大図である。

符号の説明

１ 腐食センサエレメント
２ 電気抵抗測定回路
2b 電気抵抗測定回路（電源なし）
3a 腐食量検出器
3b 腐食量測定センサ
４ 送受信アンテナ
５ 通信回路
６ アクティベータ
７ 送受信アンテナ
８ 送受信回路
９ 外部に露出した面
１０ 電気的絶縁部材
１１ 金属導電部材
１２ 金属導電部材
１３ 金属導電部材
１４ 金属導電部材
１５ 金属導電部材
１６ 電気的絶縁材
１７ 金属導電部材
１８ 表面からの深さ
１９ リード線
２０ 金属導電部材の長さ
２１ 腐食してさびが詰まった部位
２２ 腐食センサエレメント
２３ マルチプレクサ
２４ 腐食して断線した部位
２５ 金属導電材
２６ 金属導電材
２７ 金属導電材
２８ 金属導電材２５の電気抵抗結果
２９ 金属導電材２６の電気抵抗結果
３０ 金属導電材２７の電気抵抗結果
３１ アクティベータ
３２ 腐食量測定センサ

Claims (15)

1. 電気的絶縁部材で被覆された面と外部に露出された面とを有し腐食の進行により電気抵抗値が増加する金属導電部材、及び、前記金属導電部材に接続されているリード線を有する腐食センサエレメントと、
   前記リード線に接続されて前記腐食センサエレメントの電気抵抗値を測定する電気抵抗測定回路とを備えることを特徴とする腐食量検出器。
2. 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材は、互いに、長さが同一で断面積が異なる円柱状又は角柱状であることを特徴とする請求項１記載の腐食量検出器。
3. 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材は、互いに断面積が異なる円柱状であり、
   前記複数配置された腐食センサエレメントの前記円柱状の金属導電性部材の半径のピッチΔrが式（１）で表されることを特徴とする請求項１記載の腐食量検出器。
   

   

   ここで、r_0i、r_0i+1：それぞれ細い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の初期（腐食前）の半径、ρ：前記金属導電部材の比抵抗、l_i、l_i+1：それぞれ、細い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の長さ、R_a、R_b:それぞれ測定回路が計測可能な電気抵抗の下限値および上限値。
4. 前記複数配置された腐食センサエレメントの最も細い金属導電部材の抵抗が、R_a以上R_b未満であることを特徴とする請求項３に記載の腐食量検出器。
5. 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記金属導電部材は、互いに外部に露出した面の面積が同一、且つ、当該露出面からの深さが異なるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の腐食量検出器。
6. 前記腐食センサエレメントが、複数配置されると共に、それぞれの腐食センサエレメントにおける前記金属導電部材は、互いに外部に露出した面からの深さが異なるように配置され、
   前記複数配置された腐食センサエレメントにおける前記金属性導電部材の露出面からの深さのピッチΔhが式（２）で表されることを特徴とする請求項１記載の腐食量検出器。
   

   

   ここで、h_0i、h_0i+1：それぞれ浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出した面を有する部分の金属導電部材の初期（腐食前）の深さ、ρ：前記金属導電部材の比抵抗、b_i、b_i+1：それぞれ、浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の幅、l_i、l_i+1：それぞれ、浅い方から順番に番号をつけた際にi番目、i+1番目の腐食センサエレメントの前記外部に露出された面を有する部分の金属導電部材の長さ、R_a、R_b:それぞれ測定回路が計測可能な電気抵抗の下限値および上限値
7. 前記複数配置された腐食センサエレメントの最も浅い金属導電部材の抵抗が、R_a以上R_b未満であることを特徴とする請求項６記載の腐食量検出器
8. 前記リード線が、前記金属導電部材の外部に露出している面からの深さが異なる位置に複数本接続されていることを特徴とする請求項１記載の腐食量検出器。
9. 前記金属導電部材が、腐食量の測定対象を構成する材料と同一材料であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の腐食量検出器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の腐食量検出器と、前記電気抵抗値を送信用データに変換する通信回路と、前記送信用データを外部のアクティベータに非接触で送信するアンテナとを備えることを特徴とする腐食量測定センサ。
11. 前記アンテナは、前記アクティベータから非接触で駆動電力を取り込む送受信アンテナであることを特徴とする請求項１０に記載の腐食量測定センサ。
12. 前記腐食量測定センサの前記通信回路には、更に、前記腐食量測定センサ固有の識別コード、前記腐食センサエレメント固有の識別コードの少なくともいずれかを記憶するメモリを有し、前記通信回路は、前記送信用データに加えて、前記識別コードを送信する機能を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の腐食量測定センサ。
13. 請求項１０〜１２のいずれかに記載の腐食量測定センサを用いた腐食量測定装置であって、前記腐食量測定センサと、前記送信用データ、又は、前記送信用データ及び前記識別コードを、非接触で受信する機能を有するアクティベータとを備えることを特徴とする腐食量測定装置。
14. 請求項１３記載の腐食量測定装置を用いた腐食量の測定方法であって、前記腐食量測定センサを構造物に取り付け、前記送信用データ、又は、前記送信用データ及び前記識別コードを、非接触で受信して、構造物の腐食量を測定することを特徴とする腐食量測定方法。
15. 前記腐食量測定センサに前記アクティベータより駆動電力を非接触で送信することを特徴とする請求項１４に記載の腐食量測定方法。

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