JP2008175662A - 腐食センサおよびセンサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 専用設備を使用せず、また構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造でき、構造が単純で履歴情報の取得も可能な腐食センサおよびセンサシステムを提供する。
【解決手段】 この腐食センサ１は、成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なっていて電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極２，３を有する。これら２種類の金属電極２，３の一部は互いに直接に接触させ、その他の部分には２種類の金属電極２，３の間に絶縁材料４を介在させる。これら２種類の金属電極２，３および絶縁材料４は互いに固定手段５，６で固定し、前記２種類の金属電極２，３の直接に接触する部分を、検出対象となる水分を触れさせる検出部９とする。この検出部９に水分が付着することで生じる接触腐食により、上記２種類の金属電極２，３間の抵抗値が変化し、または断線する。この抵抗値の変化、または断線を検出することで、腐食の検出を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、風力発電所などの設備内機器の設置場所の環境モニタ、輸送機器などの周囲環境のモニタ、鉄道・船舶などに搭載される輸送用コンテナや車両用台車の設置場所の環境モニタなどに利用される腐食センサ、およびその腐食センサを用いたセンサシステムに関する。

この種の腐食センサの従来例として、例えば、検出部の一部、または全部と所定の隙間をもって対向した隙間形成部材を設けることにより、前記検出部と隙間形成部材との間にセンサ外部と通じた腐食環境の擬似空間を形成したもの（特許文献１）がある。また、少なくとも一部が金属材料で構成される移動体に、成分あるいは組成が異なる２種以上の金属電極を絶縁体を介して配置し、電極間の電流、または電位差を計測するようにしたもの（特許文献２）などが知られている。
特開２００５−１３４１６１号公報 特開２００５−１３４１６２号公報

しかし、上記した構成の腐食環境センサを含めて、従来の腐食環境センサでは、以下に挙げる問題点を有する。
・ 印刷技術や科学的堆積技術により製造されるものが多く、製造に専用設備が必要である。
・ イオン化傾向の低い金や銀などの貴金属を構成部材として用いることが多く、コスト高となる。
・ 形状が複雑で、パターニングが必要となり、製造が容易でない。
・ 構造が複雑で、腐食情報の履歴を取得する機能を持ったものはほとんどない。

この発明の目的は、専用設備を使用せず、また構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造でき、履歴情報の取得も可能な腐食センサおよびセンサシステムを提供することである。

この発明の腐食センサは、成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なっていて電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら２種類の金属電極の一部が互いに直接に接触し、その他の部分には２種類の金属電極の間に絶縁材料が介在し、これら２種類の金属電極および絶縁材料が互いに固定手段で固定され、前記２種類の金属電極の直接に接触する部分が、検出対象となる水分を触れさせる検出部となり、上記検出部に水分が付着することで生じる接触腐食により上記２種類の金属電極間の抵抗値が変化し、または断線することを検出するものとしたことを特徴とする。
この構成によると、電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら２種類の金属電極の一部が互いに直接に接触し、その他の部分には絶縁材料が介在し、前記２種類の金属電極の直接に接触する部分が、検出対象となる水分を触れさせる検出部となるものであるため、印刷技術や化学的堆積技術用の専用設備を使用せず、また構成部材としてイオン化傾向が低い金や銀などの貴金属を用いることなく、簡易かつ安価に腐食センサを製造できる。また、形状が単純でパターニングが不要であり、かつ構造も単純であるため、この点からも腐食センサを簡易かつ安価に製造できる。

この発明において、前記固定手段で互いに固定された２種類の金属電極および絶縁材料の組である金属電極組を複数組有し、これら複数組の金属電極組は、互いに金属電極の厚さ、または断面積が異なるものとしても良い。
この構成の場合、複数組の金属電極組を、互いに金属電極の厚さ、または断面積が異なるものとしたため、これら複数組の金属電極組の間で、腐食により断線するまでの時間が異なるので、この時間を測定することにより腐食の程度を判定することができる。

この発明において、上記２種類の金属電極の内、少なくとも１種類は腐食センサを配置する機械、この機械を構成する部品、この腐食センサと同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属としても良い。
この構成の場合、周囲環境を構成するいずれかの金属と同じ種類の金属電極を用いたため、腐食センサの周囲環境を正しく反映した検出結果を得ることができる。

この発明の腐食センサシステムは、この発明の上記いずれかの構成の腐食センサと、こ
の腐食センサの測定出力を抵抗値などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを設けたものである。
この構成によると、腐食センサが設置されている場所の環境状態を、高精度で信頼性高く検出できる。

この発明の腐食センサシシテムにおいて、上記腐食センサの測定出力、またはこの測定
出力を抵抗値などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けても良い。
この構成の場合、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食センサでモニタし、記憶手段で腐食情報の履歴を記録することができる。

この発明の他の腐食センサシステムは、この発明の上記いずれかの構成の腐食センサと、
この腐食センサの測定出力、またはこの測定出力を抵抗値などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けたものである。
この構成によると、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食センサでモニタし、記憶手段で腐食情報の履歴を記録することができる。

これらの発明の腐食センサシステムにおいて、上記腐食センサの測定出力、またはこの測定出力から得られた腐食に関連する情報を、有線、または無線により、この腐食センサシステムとは別の装置と送受信する送受信手段を設けても良い。この構成の場合、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食センサでモニタし、さらに、送受信手段の送受信で得られる他の検出装置（温度，湿度）や表示装置からの情報を加味して、このセンサシステムが設置されている場所の環境状態を判定することにより、高精度で信頼性の高い腐食環境検出を行うことができる。

この発明の腐食センサは、成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なっていて電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら２種類の金属電極の一部が互いに直接に接触し、その他の部分には２種類の金属電極の間に絶縁材料が介在し、これら２種類の金属電極および絶縁材料が互いに固定手段で固定され、前記２種類の金属電極の直接に接触する部分が、検出対象となる水分を触れさせる検出部となり、上記検出部に水分が付着することで生じる接触腐食により上記２種類の金属電極間の抵抗値が変化し、または断線することを検出するものとしたため、専用設備を使用せず、構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造できる。
この発明の腐食センサシシテムは、この発明の腐食センサと、この腐食センサの測定出
力を抵抗値などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを設けたため、腐食センサが設置されている場所の環境状態を、高精度で信頼性高く検出できる。 この発明の他の腐食センサシステムは、腐食センサと、この腐食センサの測定出力、ま
たはこの測定出力を抵抗値などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けたため、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を上記腐食センサでモニタし、記憶手段で腐食情報の履歴を記録することができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１はこの実施形態の腐食センサの概略構成図を示し、図２はその断面図を示す。この腐食センサ１は、成分、組成等の種類が互いに異なっていて、電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極２，３を有する。ここでは前記２種類の金属電極２，３としてイオン化傾向の異なる金属が用いられており、例えば第１の種類の金属電極２に比べて第２の金属電極３の方がイオン化傾向の大きい非金属であるとする。なお、ここで言う種類が互いに異なる金属電極２，３とは、同種の金属であっても表面処理状態や不純物添加などにより特性が異なるものも含まれる。

前記２種類の金属電極２，３のうち、第１の種類となる金属電極２は１枚の板状とされ、その上面の一部が他部より低い段差面２ａとされている。この金属電極２の前記段差面２ａには、板状の絶縁材料４がその上面を金属電極２の他部の上面に揃えて配置される。前記２種類の金属電極２，３のうち、第２の種類となる金属電極３は互いに厚さ、または断面積が異なる複数本の短冊状とされている。これら複数本の金属電極３は、前記第１の種類の金属電極２の上面から前記絶縁材料４の上面に跨がるように互いに平行に並べて配置され、それらの一端がボルトなどの固定手段５で絶縁材料４にそれぞれ固定され、それらの他端が同じくボルトなどの別の固定手段６で第１の種類となる金属電極２にそれぞれ固定される。これにより、第２の種類となる各金属電極３の一部は第１の種類となる金属電極２に直接接触し、第２の種類となる各金属電極３の他の部分と第１の種類となる金属電極２との間には絶縁材料４が介在する構造となる。第２の種類となる各金属電極３の一端を固定する各固定手段５からは、これら固定手段５を端子として個別にリード線７が引き出される。また、前記各金属電極３の他端を固定する各固定手段６からは、これら固定手段６を端子として相互に接続した共通のリード線８が引き出される。なお、ボルトなどの固定手段５，６による固定箇所の隙間や、前記リード線７，８には、防水性を有するシール部材などを配置するのが好ましい。これにより、固定箇所が水分の浸入により腐食反応を起こすのを防止することができる。

このように構成された腐食センサ１では、前記固定手段５，６で互いに固定された第１の種類の金属電極２と、１本の第２の種類の金属電極３と、絶縁材料４とが１組となる複数組（ここでは５組）の金属電極組１Ａ〜１Ｅを有することになる。この腐食センサ１において、前記２種類の金属電極２，３が直接接触する部分は、検出対象となる水分を触れさせる検出部９となる。この検出部９に水分が付着することで２種類の金属電極２，３間に生じる接触腐食（２種類の金属電極２，３のうち、イオン化傾向の大きい金属電極３の断面積が減少する）により、固定手段５，６間の抵抗値が変化する。また、金属電極２，３の腐食を促進する物質、例えば塩分が存在する環境では、激しい接触腐食により金属電極３が断線する。この腐食センサ１は、前記抵抗値の変化、または断線を検出することで、腐食の検出を行うものである。

この腐食センサ１によると、印刷技術や化学的堆積技術用の専用設備を使用せず、また構成部材としてイオン化傾向が低い金や銀などの貴金属を用いることなく、簡易かつ安価に腐食センサを製造できる。また、形状が単純でパターニングが不要であり、かつ構造も単純であるため、この点からも腐食センサを簡易かつ安価に製造できる。

この腐食センサ１を例えば任意の機械に配置して、機械の周囲の腐食環境をモニタする場合、前記２種類の金属電極２，３のうち、少なくとも１種類の金属電極には、前記機械、この機械を構成する部品、この腐食センサ１と同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属を用いるのが望ましい。
この場合、周囲環境を構成するいずれかの金属と同じ種類の金属電極２，３を用いたため、腐食センサ１の周囲環境を正しく反映した検出結果を得ることができる。

図３は、前記腐食センサ１と複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ５を組み合わせて構成した断線検出回路１１と、この断線検出回路１１の出力に基づき腐食センサ１における金属電極３の断線を判定する断線判定回路１２とを接続して、センサシステムを構成した例を示している。断線検出回路１１は、一端を直流電圧電源Ｖccに接続した前記各抵抗Ｒ１〜Ｒ５を、腐食センサ１における各金属電極組１Ａ〜１Ｅに対して個別に直列接続して構成される。具体的には、各金属電極組１Ａ〜１Ｅのリード線７が対応する前記各抵抗Ｒ１〜Ｒ５の他端に接続され、各金属電極組１Ａ〜１Ｅに共通のリード線８が接地される。

図４には、前記断線検出回路１１における１組の金属電極組と、これに対応する抵抗とでなる直列回路を示す。同図では、金属電極組の抵抗値をＲmetal 、対応する抵抗の抵抗値をＲとしている。この直列回路において、直流電圧電源の電圧をＶccとすると、金属電極組に加わる電圧（リード線７，８間の電圧）Ｖmetal は、
Ｖmetal ＝（Ｒmetal ／（Ｒ＋Ｒmetal ））×Ｖcc ……（１）
となる。そこで、この金属電極組における検出部９（図２）に接触腐食が生じると、その金属電極組の抵抗値Ｒmetal が増大するため、金属電極組に加わる電圧Ｖmetal は増大する。これら各金属電極組ごとの出力電圧Ｖmetal は前記断線判定回路１２に入力され、これらの電圧Ｖmetal の変動から断線判定回路１２は断線の判定を行う。すなわち、前記断
線判定手段１２は、腐食センサ１の測定出力を抵抗値などの物理量に換算し、その換算し
た値を単独、または累積させて設定値と比較することで、前記腐食センサ１が設置された環境の劣悪さを検出する判定手段となるものである。

図５は、前記断線判定回路１２における断線判定処理の一例を示す。同図において、各
グラフ２２，２３，２４は、腐食センサ１における金属電極組１Ａ，１Ｂ，１Ｃに加わる電圧Ｖmetal の経時変化をそれぞれ示し、縦軸は電圧の対数値を横軸は経過時間をそれぞれ示す。また、金属電極組１Ａにおける金属電極３（イオン化傾向の大きい金属電極）の板厚ｔ１、金属電極組１Ｂにおける金属電極３の板厚ｔ２、金属電極組１Ｃにおける金属電極３の板厚３の間には、次の大小関係
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３ ……（２）
があるものとする。それゆえ、前記各金属電極組１Ａ〜１Ｃの電圧Ｖmetal の変化は互い
に異なり、同図のように金属電極３の板厚の厚い金属電極組のものが時間軸の右側（時間経過側）にずれる。そこで、断線判定回路１２では、これら各金属電極組１Ａ〜１Ｃの電圧Ｖmetal を所定の電圧しきい値Ｖthと比較し、各金属電極組１Ａ〜１Ｃの電圧Ｖmetal が前記電圧しきい値Ｖthを越える時間を断線するまでの時間として求める。同図から明らかなように、金属電極３の板厚の違いから断線するまでの時間は異なるので、この時間の測定により断線判定回路１２は腐食の程度を判定することができる。この場合、断線判定回路１２は、腐食センサ１が設置された環境の劣悪さを検出する判定手段として機能することになる。

図６は、前記断線判定回路１２の具体的な構成例を示す。この断線判定回路１２は、演算装置１３、記憶装置１４、送受信回路１５，電源回路１６を備え、断線検出回路１１で得られた情報は送受信装置１７により監視システムなどへ送信される。断線検出回路１１の出力（電圧Ｖmetal ）は、演算装置１３により例えば図５のような判断処理が行われる。また、その処理結果は記憶装置１４で保存される。なお、電源回路１６は、断線判定回路１２の外部に設けても良いし、内部にバッテリなどの電源を設けても良い。
このように、センサシステムを構成した場合、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食センサ１でモニタし、前記断線判定回路１２で腐食情報の履歴を記録することができる。さらに、送受信装置１７の送受信で得られる他の検出装置（温度，湿度）や、図示しない表示装置からの情報を加味して、このセンサシステムが設置されている場所の環境状態を判定することにより、高精度で信頼性の高い腐食環境検出を行うことができる。

図７は、前記センサシステムと外部との間でのデータ転送構成の一例を示す。このデータ転送構成例は無線で送受信する例であり、断線判定回路１２で扱われたデータは送受信装置１７から例えば電波１８により送受信端末１９に送信され、また電波１８により送信された送受信端末１９のデータが送受信装置１７で受信される。
図８は、前記センサシステムと外部との間でのデータ転送構成の他の例を示す。このデータ転送構成例は有線で送受信する例であり、断線判定回路１２で扱われたデータは有線２０および通信網２１を経て送受信端末１９に送信され、また送受信端末１９より送信されたデータが有線２０および通信網２１を経て送受信装置１７で受信される。

図７や図８のようなデータ転送構成で前記センサシステムと送受信端末１９とを接続することにより、風力発電所などの設備内機器の設置場所に対する環境検出モニタ、輸送機器などの周囲環境モニタ、鉄道・船舶などの輸送用コンテナや輸送車両用荷台などの設置場所に対する環境モニタなどのように、遠隔地に設定された測定対象や移動手段を備えている測定対象に対しても、容易にデータ収集が可能となる。
また、内部電源（例えばバッテリ）や無線送受信装置（例えば無線タグ装置）を備えることにより、風力発電所などの設備内機器のように、有線での接続が困難な移動部を備えている製品や部品に対しても、データ収集が可能となる。

この発明の一実施形態に係る腐食センサの斜視図である。 同腐食センサの断面図である。 同腐食環境センサを用いたセンサシステムの概略構成図である。 同センサシステムにおける断線検出回路の簡略図である。 同センサシステムにおける断線判定回路による判定処理の一例の説明図である。 同センサシステムにおける断線判定回路の一例の構成図である。 同センサシステムと外部との間でのデータ転送の一例の構成図である。 同センサシステムと外部との間でのデータ転送の他の例の構成図である。

符号の説明

１…腐食センサ
１Ａ〜１Ｅ…金属電極組
２…第１の種類の金属電極
３…第２の種類の金属電極
４…絶縁材料
５，６…固定手段
９…検出部
１２…断線判定回路（判定手段）
１４…記憶装置
１７…送受信装置

Claims (7)

1. 成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なっていて電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら２種類の金属電極の一部が互いに直接に接触し、その他の部分には２種類の金属電極の間に絶縁材料が介在し、これら２種類の金属電極および絶縁材料が互いに固定手段で固定され、前記２種類の金属電極の直接に接触する部分が、検出対象となる水分を触れさせる検出部となり、上記検出部に水分が付着することで生じる接触腐食により上記２種類の金属電極間の抵抗値が変化し、または断線することを検出するものとしたことを特徴とする腐食センサ。
2. 請求項１において、前記固定手段で互いに固定された２種類の金属電極および絶縁材料の組である金属電極組を複数組有し、これら複数組の金属電極組は、互いに金属電極の厚さ、または断面積が異なるものとした腐食センサ。
3. 請求項１または請求項２において、上記２種類の金属電極の内、少なくとも１種類は腐食センサを配置する機械、この機械を構成する部品、この腐食センサと同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属とした腐食センサ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の腐食センサと、この腐食センサの測定
   出力を抵抗値などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを備えた腐食センサシステム。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の腐食センサと、この腐食センサの測定
   出力、またはこの測定出力を抵抗値などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けた腐食センサシステム。
6. 請求項４において、上記腐食センサの測定出力、またはこの測定出力を抵抗値などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けた腐食センサシステム。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項において、上記腐食センサの測定出力、またはこの測定出力から得られた腐食に関連する情報を、有線または無線により、この腐食センサシステムとは別の装置と送受信する送受信手段を設けた腐食センサシステム。

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