JP3148492B2 - 腐蝕速度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄パイプなどの腐蝕
速度を計測する腐蝕速度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビルやプラントの冷却システムにおい
て、冷却水を循環させるパイプとしては、鉄パイプを使
用することが多く、カルシウムなどの水アカ，藻の発
生，微生物の分泌物や泥などが詰まることにより冷却効
果が低下するほか、これらが原因で腐蝕が発生する。そ
して、この鉄パイプの腐蝕による寿命は、ビルやプラン
ト自身の寿命に大きく影響するため、鉄パイプの腐蝕の
進行性を知ることが重要である。

【０００３】そして、この腐蝕速度を測定する方法とし
ては、ＪＩＳ Ｋ０１００に次の３つの方法が規定され
ている。

【０００４】直流定電流法：これは試料極とこの試料極
に対して一定の間隔をおいて配置され、かつこれと対と
なって分極抵抗測定に用いられる対極との間に直流定電
圧装置より、図４（ａ）に示すような微小の直流の一定
電流を流し、図４（ｂ）に示すような電圧計の指示値の
変化を追跡し、電圧がほぼ定常になった時、その電圧を
読み、電流を切ることによりなされる。そして、通電直
前の電圧と電流切断直前の電圧との差を電流値で除して
分極抵抗を求める。

【０００５】交流定電流法：これは試料極と対極の間に
交流定電流装置から、図５（ａ）に示すような低周波交
流の微小の一定電流を流し、図５（ｂ）に示すような電
圧計および電流計の指示値の変化を追跡する。そして電
圧のピーク・ピーク値を電流のピーク・ピーク値で除し
て分極抵抗を求める。

【０００６】交流定電位法：これは試料極と対極の間に
交流定電位装置より、図６（ａ），（ｂ）に示すような
低周波数の微小電圧を印加し、電圧計および電流計の指
示値を追跡する。そして、電圧のピーク・ピーク値を電
流の最終のピーク・ピーク値で除して分極抵抗を求め
る。なお、交流では、直流を用いた場合に電極付近での
電気分解により腐蝕抵抗測定が次第にできなくなる欠点
を、回避できる。

【０００７】そして、上記各方法においては、図７に示
すように直流や交流の定電圧，定電流の電源１から試料
極２および対極３間に上記電流，電圧を印加し、電流計
４および電圧計５の表示を読み取って除算し、分極抵抗
を求めて腐蝕度を求める。

【０００８】また、上記のＪＩＳ Ｋ０１００で定めた
３方法の外に、より高精度で分極抵抗を求める方法とし
て、次の交流デイファレンシャルステップ定電流法およ
び交流デイファレンシャルステップ定電位法がある。こ
れは、上記の３方法の駆動信号レベルが１レベルであっ
たのに対して、多レベルで駆動し、測定結果に対して統
計的に信号処理を行い、測定精度を向上させるものであ
る。

【０００９】すなわち、交流デイファレンシャルステッ
プ定電流法では、試料極と対極の間にプログラマブル定
電流装置から図８（ａ）に示すような微小な多レベルの
電流を流し、電圧計および電流計の指示値を追跡する。
そして、図８（ａ），（ｂ）に示すように、各レベルで
の電圧のピーク・ピーク値とこれに対応する電流のピー
ク・ピーク値とから回帰直線を求め、これの勾配から分
極抵抗を決定する。

【００１０】また、ステップ交流定電圧法では、試料極
と対極の間にプログラマブル定電位装置から、図９
（ａ）に示すような微小な多レベルの電圧を印加し、電
圧計および電流計の指示値を追跡する。そして、図８
（ａ），（ｂ）に示すように、各レベルでの電圧のピー
ク・ピーク値とこれに対応する電流の最終のピーク・ピ
ーク値とから回帰直線を求め、これの勾配から分極抵抗
を決定する。

【００１１】上記の各方式においては、説明を簡単にす
るために２電極方式を用いた場合としたが、測定精度を
上げる場合は３電極方式を採用することが多い。特に、
この発明の対象とする方式である交流デイファレンシャ
ルステップ定電流法および交流デイファレンシャルステ
ップ定電位法においては、３電極方式を採用することが
ほとんどである。

【００１２】そこで、この３電極方式の場合の交流デイ
ファレンシャルステップ定電位法（この方式の方が多
い）について、以下に説明する。この場合の主構成要素
は、図１０に示す如く、ポテンショスタット９と、これ
に基準信号を供給するプログラマブル基準信号発生器１
０と、アナログ／ディジタル変換器１１，１２を介して
対極６および照合極７に接続されたマイクロコンピュー
タ１３とからなる。また、８は試料極である。

【００１３】次に動作について説明する。先ず、プログ
ラマブル基準信号発生器１０から図９に示すような電圧
波形に対応した電圧信号をポテンショスタット９に与え
る。このため、ポテンショスタット９は、照合極７の電
位を検出し、この電圧に応じた電位になるように対極６
に電流を流す。

【００１４】そして、この時の照合極７の電位のピーク
・ピーク値と、対極６の電流の最終のピーク・ピーク値
をアナログ／ディジタル変換器１１，１２により読み取
り、パソコンレベルのマイクロコンピュータ１３で統計
的信号処理を行い、分極抵抗を求める。

【００１５】なお、３電極方式による交流デイファレン
シャルステップ定電流法では、ポテンショスタット９に
替えてガルバノスタットを用いることになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の腐蝕速度計は以
上のように構成されているので、交流デイファレンシャ
ルステップ定電位法および交流デイファレンシャルステ
ップ定電流法のいずれにあっても、ポテンショスタット
９やガルバノスタット、プログラマブル基準信号発生器
１０，アナログ／ディジタル変換器１１，１２およびマ
イクロコンピュータ１３を構成要素とするため、全体と
してシステムが大掛りで高価になるほか、上記各方法に
応じてポテンショスタット９とガルバノスタットとを使
い分ける必要があり、取り扱いが面倒であるなどの問題
点があった。

【００１７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、交流定電位法および交流定
電流法による腐蝕計測を、マイクロコンピュータにおけ
るソフトウエア処理だけで実現できるとともに、小形で
安価な構成とすることができる腐蝕速度計を得ることを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる腐食速
度計は、腐食測定される管内を流れる流体に接触するよ
うに互いに所定の間隔をおいて配置される対極、照合極
及び基準電位を提供する試料極を有し、制御入力に応じ
て前記対極と前記試料極との間に交流電流を発生させる
手段と、前記試料極と前記照合極の電位を測定する手段
と、前記交流電流及び前記照合極の電位に基づいて前記
試料極と前記流体との間に生じる分極抵抗を演算する手
段とを備える腐食速度計であって、前記照合極の交流電
位が所定値となるように対極と試料極との間に前記交流
電流を発生させる手段に前記制御入力を与える第一の手
段と、前記対極と前記試料極との間の交流電流値が所定
値となるように前記交流電流を発生させる手段に前記制
御入力を与える第二の手段とを備え、上記第一の手段と
上記第二の手段とを切り換え可能としたものである。

【００１９】

【作用】この発明における腐蝕速度計は、分極抵抗の演
算をマイクロコンピュータに設定される交流定電位法お
よび交流定電流法のいずれかを選択して実施できるよう
にして、上記マイクロコンピュータの制御下で定電流回
路が対極に印加する電流値と、試料極および照合極の自
然電位差である腐蝕電位への上乗せ電圧とにより、分極
抵抗を演算し、腐蝕速度の違いを判定可能にする。

【００２０】

【実施例】以下に、この発明の一実施例を図について説
明する。図１において、２１はソフトウエアの切換えに
より交流デイファレンシャルステップ定電位法および交
流デイファレンシャルステップ定電流法による腐蝕演算
処理を実行するマイクロコンピュータである。２２，２
３はマイクロコンピュータ２１の制御出力をアナログ変
換する第１のディジタル／アナログ変換器および第２の
ディジタル／アナログ変換器である。

【００２１】また、２４は第２のディジタル／アナログ
変換器２３の出力により制御される定電流回路、６，
７，８は従来例について説明した対極，照合極および試
料極であり、このうち、対極６および照合極７は試料極
８としての鉄パイプなどの内部に互いに絶縁配置され、
この鉄パイプが腐蝕測定対象としての配管（図示しな
い）に設けたバイパス流路の途中に接続される。なお、
ここでは、対極６は照合極７に対して対となって分極抵
抗測定に用いられ、互いに一定の間隔をおいて、上記試
料極８のパイプ内に配置されるような構成をなす。

【００２２】さらに、２５は上記照合極７の出力信号と
第１のディジタル／アナログ変換器２２の出力信号とを
比較するコンパレータであり、このコンパレータ２５の
出力はマイクロコンピュータ２１に取り込まれるように
接続されている。

【００２３】図２は上記定電流回路２４を詳細に示す回
路図であり、図において、３１，３２は第１のオペアン
プおよび第２のオペアンプであり、第１のオペアンプ３
１の負入力端子は抵抗Ｒ１を介してバイアス電源３３に
接続され、この負端子および出力端子間には増幅率設定
用の抵抗Ｒ２が接続されている。なお、この第１のオペ
アンプ３１の出力端子は抵抗Ｒ５を介して負荷としての
対極６に接続されている。

【００２４】一方、第２のオペアンプ３２は直列抵抗Ｒ
３，Ｒ４を介して上記の第２のディジタル／アナログ変
換器２３の出力端子に配置されており、これらの抵抗Ｒ
３，Ｒ４の接続点が上記第１のオペアンプ３１の正入力
端子に接続されている。また、第２のオペアンプ３２の
負入力端子と出力端子とは短絡接続され、さらに正入力
端子は対極６に接続されている。

【００２５】次に、この発明を交流定電位法に適用した
場合の動作について説明する。まず、マイクロコンピュ
ータ２１は現在の腐蝕電位、すなわち試料極８および照
合極７間の自然電位差に、第１のディジタル／アナログ
変換器２２の出力を追従させる。

【００２６】すなわち、コンパレータ２５は照合極７と
第１のディジタル／アナログ変換器２２の出力とを比較
して、マイクロコンピュータ２１がそのコンパレータ２
５の出力を監視しながら第１のディジタル／アナログ変
換器２２をこれの出力が腐蝕電位と等しくなるように、
所定の電位相当の入力電位を上乗せするように制御して
いく。つまり、コンパレータ２５の出力が零になるよう
に上記出力を追従させていく。

【００２７】一方、定電流回路２４は第２のディジタル
／アナログ変換器２３を介してマイクロコンピュータ２
１の制御出力を受けて、所定値の電流を対極６に入力し
ている。

【００２８】このとき、マイクロコンピュータ２１は照
合極７の電位が上記上乗せした第１のディジタル／アナ
ログ変換器２２の出力電位に等しくなるように、第２の
ディジタル／アナログ変換器２３を通して定電流回路２
４をコントロールしており、そのコントロール量に応じ
た電流を上記のように対極６に供給している。

【００２９】そして、マイクロコンピュータ２１はその
電流値を照合極７を介して第２のディジタル／アナログ
変換器２３への設定値として読み込み、さらに、その電
流値と上記腐蝕電位に上乗せした電圧とにより、分極抵
抗を演算することになる。

【００３０】図３はこのようにして得られた電流の分極
曲線であり、これらについて、各ステップ法で段階的に
印加した電圧値Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕについて、最小２乗法で
直線Ｌを引くことにより、その勾配から分極抵抗を求め
ることができる。ここで、電圧軸と上記直線Ｌの交点が
腐蝕電位となる。

【００３１】また、上記定電流回路２４ではバイアス電
源３３からバイアス電圧を受けて、第１のオペアンプ３
１は抵抗Ｒ２の大きさに応じた増幅率で、第２のディジ
タル／アナログ変換器２３から抵抗Ｒ３を介して得られ
る信号を増幅し、これを対極６に電流供給する。また、
各電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ の値を適当に選べば双方向に電流を流
すことができる。

【００３２】ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ４がすべて等しい大
きさとすると、対極６に流れる電流Ｉは、Ｉ＝（Ｖ₁ −
Ｖ₂ ）／Ｒ５で定まる。なお、このときＶ₁ は第２のデ
ィジタル／アナログ変換器２３の出力電圧、Ｖ₂ は上記
のバイアス電源３３の電圧とする。

【００３３】次に、この発明を交流定電流法に適用した
場合の動作について説明する。まず、マイクロコンピュ
ータ２１は交流定電位法の場合と同じく、現在の腐蝕電
位に第１のディジタル／アナログ変換器２２を追従さ
せ、続いて、第２のディジタル／アナログ変換器２３を
介して定電流回路２４を制御して、所定の電流を対極６
へ供給する。

【００３４】そして、このときの照合極７の電位変化に
第２のディジタル／アナログ変換器２３を追従させる。
すなわち、マイクロコンピュータ２１がコンパレータ２
５の出力を監視しながら、第１のディジタル／アナログ
変換器２２の出力が照合極７の電位と等しくなるよう
に、第１のディジタル／アナログ変換器２２への入力設
定をコントロールする。

【００３５】このとき、マイクロコンピュータ２１はこ
の照合極７の電位変化分を上記追従していた腐蝕電位と
の差として読み込み、上記対極６に印加した所定の電流
値とこれに対応して変化した上記照合極７の電位変化分
により、分極抵抗を演算する。つまり、最小２乗法で電
流の分極曲線に直線を引き、その傾きを求める。

【００３６】なお、上記分極抵抗によれば、鉄パイプと
水との境界領域で、化学的電池効果によって生じた仮想
的な電池の内部抵抗の大きさを計ることで、上記鉄パイ
プの腐蝕の進行性の度合を求めることができる。

【００３７】かくして、マイクロコンピュータ２１にお
けるソフトウエアの切換えによって、交流定電位法およ
び交流定電流法による分極抵抗測定および腐蝕測定を、
高価なアナログ／ディジタル変換器を使用することな
く、小形かつ安価に実施できることになる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、照合
極の電位が、第１のディジタル／アナログ変換器の出力
に上乗せした電位に等しくなるように対極に電流を流す
定電流回路をコントロールし、マイクロコンピュータ
に、上記対極に流れる電流および腐蝕電位に上乗せした
電圧により、または上記第１のディジタル／アナログ変
換器をこれの出力が照合極の電位と等しくなるようにコ
ントロールして、上記対極に印加した電流および上記照
合極に得られる電位変化分により、それぞれ分極抵抗を
演算させるように構成したので、ソフトウエアの切り換
えのみで、しかも簡単，小形な回路構成にて、鉄パイプ
などの腐蝕速度を安価かつ確実に測定できるものが得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による腐蝕速度計を示すブ
ロック図である。

【図２】図１における定電流回路の詳細を示す回路図で
ある。

【図３】この発明により分極抵抗を求めるのに用いられ
る分極曲線図である。

【図４】従来の直流定電流法による電極入力用の電圧お
よび電流を示すタイミングチャートである。

【図５】従来の交流定電流法による電極入力用の電圧お
よび電流を示すタイミングチャートである。

【図６】従来の交流定電位法による電極入力用の電圧お
よび電流を示すタイミングチャートである。

【図７】図４〜図６の各方法の実施に用いる腐蝕速度計
を示す接続図である。

【図８】従来のステップ交流定電位法による電極入力用
の電圧および電流を示すタイミングチャートである。

【図９】従来のステップ交流定電位法による電極入力用
の電圧および電流を示すタイミングチャートである。

【図１０】従来の３電極方式による多レベル交流定電流
法の実施に用いられる腐蝕速度計を示す接続図である。

【符号の説明】

６ 対極 ７ 照合極 ８ 試料極 ２１ マイクロコンピュータ ２２ 第１のディジタル／アナログ変換器 ２３ 第２のディジタル／アナログ変換器 ２４ 定電流回路 ２５ コンパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/26 351 G01N 17/02 G01N 27/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 腐食測定される管内を流れる流体に接触
   するように互いに所定の間隔をおいて配置される対極、
   照合極及び基準電位を提供する試料極を有し、制御入力
   に応じて前記対極と前記試料極との間に交流電流を発生
   させる手段と、 前記試料極と前記照合極の電位を測定する手段と、 前記交流電流及び前記照合極の電位に基づいて前記試料
   極と前記流体との間に生じる分極抵抗を演算する手段と
   を備える腐食速度計であって、 前記照合極の交流電位が所定値となるように対極と試料
   極との間に前記交流電流を発生させる手段に前記制御入
   力を与える第一の手段と、 前記対極と前記試料極との間の交流電流値が所定値とな
   るように前記交流電流を発生させる手段に前記制御入力
   を与える第二の手段とを備え、 上記第一の手段と上記第二の手段とを切り換え可能な 腐
   食速度計。