JP6893168B2 - 腐食環境モニタリング装置及び腐食診断装置 - Google Patents
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Description
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下側の実施の形態の説明により明らかにされる。
なお、演算装置40は、後述する図7に示す計測回路41と、その他の回路(第1換算回路42、微分回路43、第2換算回路44)とに分けて配置してもよい。例えば、下水道管渠50内に腐食センサ1と計測回路41のみを設置する。その他の回路は、出力装置45と共に監視センタに設置する。この構成では、計測回路41を駆動すればよいため、光ファイバから給電される電力の消費を抑えることができる。
始めに、第1の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図2は、腐食センサ1の構成例を示す説明図である。図2(a)は腐食センサ1の上面図である。図2(b)は、図2(a)のA−A線に沿って視認した腐食センサ1の側面図である。図2(c)と図2(d)は、図2(a)のB−B線に沿って視認した腐食センサ1の正面図である。
また、第一の金属薄膜2Bの膜厚は、第一の金属薄膜2Bの体積と、第二の金属薄膜の体積とが、整数倍になるように設けられる。このため、最も膜厚の厚い第一の金属薄膜2Bの体積は、第二の金属薄膜3、3A、3Bの体積の概ね2倍である。このように第一の金属薄膜2A、2Bは、他の寸法は同一であっても、膜厚又は体積が整数倍で異なる構成が好ましい。このため、第一の金属薄膜2A、2Bの形状は異なってもよい。
図4(a)に示すように、初期状態において、第二の金属薄膜3Aのセンシング金属薄膜31の電気抵抗をRAgとし、下地金属薄膜32の電気抵抗をRCrとする。このとき、第二の金属薄膜3Aの等価回路は、センシング金属薄膜31の電気抵抗と、下地金属薄膜32の電気抵抗とを並列接続した回路となる。このため、第二の金属薄膜3Aの電気抵抗Rは、R=RAg×RCr/(RAg+RCr)で表される。
図5(a)は、腐食センサ1のセンサユニット10における第一の金属薄膜の厚さが0、すなわち第一の金属薄膜がない場合の、第二の金属薄膜3の電気抵抗の経時的変化の例を示す。センサユニット10には、第一の金属薄膜がないため、第二の金属薄膜3の電気抵抗は、腐食センサ1を環境に暴露した初期から変化している。そして、第二の金属薄膜3は時刻T1で全て腐食するため、時刻T1以降、第二の金属薄膜3の電気抵抗は上昇しない。このように電気抵抗が変化しなくなる値を飽和値と呼ぶ。そして、電気抵抗が飽和値になる直前、例えば、時刻T1’は、電気抵抗が、例えば飽和値の90%に達した時点の時刻である。
すなわち時刻0〜T1までは図5(a)に示す第一の金属薄膜の厚さが0の場合の電気抵抗、時刻T1’〜T2までは図5(b)に示す第一の金属薄膜2Aが厚さt1である場合の電気抵抗、時刻T2’〜T3までは図5(c)に示す第一の金属薄膜2Bが厚さt2である場合の電気抵抗を重ね合わせた結果である。なお、時刻T1’において、厚さがt1である第一の金属薄膜2Aを用いて測定された電気抵抗が、第一の金属薄膜がない場合に測定された電気抵抗と同じになるようにオフセットを加える。同様に、時刻T2’において、厚さがt2である第一の金属薄膜2Bを用いて測定された電気抵抗が、厚さがt1である第一の金属薄膜2Aを用いて測定された電気抵抗と同じになるようにオフセットを加える。
図7は、腐食センサ1の第二の金属薄膜3、3A、3Bの電気抵抗を測定して、所定の処理を行う演算装置40の内部構成例を示す機能ブロック図である。
図8は、演算装置40が備える各回路から求められる演算結果を示したグラフである。
本実施の形態に係る腐食診断装置70は、図7に示した腐食環境モニタリング装置60が備える腐食センサ1、演算装置40及び出力装置45に対して、さらに下水道管渠50内のコンクリートの劣化深度を診断する診断回路46を追加した構成としている。
次に、第2の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図10は、腐食センサ1Aの構成例を示す説明図である。図10(a)は腐食センサ1Aの上面図である。図10(b)は、図10(a)のA−A線に沿って視認した腐食センサ1Aの側面図である。図10(c)と図10(d)は、図10(a)のB−B線に沿って視認した腐食センサ1Aの正面図である。
次に、第3の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図11は、腐食センサ1Bの構成例を示す説明図である。図11(a)は腐食センサ1Bの上面図である。図11(b)は、図11(a)のA−A線に沿って視認した腐食センサ1Bの側面図である。図11(c)と図11(d)は、図11(a)のB−B線に沿って視認した腐食センサ1Bの正面図である。
次に、第4の実施の形態に係る腐食センサについて説明する。
図12は、腐食センサ1Cの構成例を示す説明図である。図12(a)は腐食センサ1Cの上面図である。図12(b)は、図12(a)のA−A線に沿って視認した腐食センサ1Cの側面図である。
次に、第5の実施の形態に係る腐食センサについて、図13と図14を参照して説明する。
図13は、第5の実施の形態に係る腐食センサ1Dの構成例を示す説明図である。
図14(c)は、腐食センサ1Dにおいて第一の金属薄膜2Bが厚さt2である場合の、第二の金属薄膜3Bの電気抵抗の経時的変化の例を示す。時刻T2’で第一の金属薄膜2Bが全て腐食するように、第一の金属薄膜2Bの厚さt2が設定されている。
なお、腐食センサが検知可能な腐食性物質は、硫化水素だけに限らない。そして、上述した各実施の形態に係る腐食センサは、下水道だけでなく、地熱、火山地帯、製紙工場、製油工場、製糖工場等に発生する腐食性ガスを検知するために用いてもよい。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (6)
- 並列に配置される複数のセンサユニットを有する腐食センサと、演算装置と、を備え、
複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットは、
第一の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第一の通路構造と、
前記第一の通路構造の通路内に設けられ、前記第一の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
複数の前記センサユニットのうち、他の前記センサユニットは、
第二の開口部から侵入する前記腐食性物質の量を制限する第二の通路構造と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部の近傍に取付けられ、前記第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
一の前記センサユニットに設けられる前記第二の金属薄膜は、他の前記センサユニットに前記第二の金属薄膜が設けられる位置と同じだけ前記第一の開口部から離れた位置に設けられ、
前記演算装置は、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端と、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端とに形成される引出電極に接続され、前記第一及び第二の開口部から前記第一及び第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質による前記第二の金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する前記第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、前記腐食センサが設置される腐食環境における前記腐食性物質の濃度を算出する
腐食環境モニタリング装置。 - 前記演算装置は、
前記第二の金属薄膜から引き出された前記引出電極に接続され、前記第二の金属薄膜の抵抗変化を計測する計測回路と、
前記第二の金属薄膜の抵抗変化を、前記第二の金属薄膜の腐食厚さに換算する第1換算回路と、
前記腐食厚さの時間変化に基づいて、前記第二の金属薄膜が腐食する腐食速度を算出する微分回路と、
前記腐食速度を前記腐食環境における前記腐食性物質の濃度に換算する第2換算回路と、を有する
請求項1に記載の腐食環境モニタリング装置。 - 前記第1換算回路は、前記腐食センサが有する複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜を前記計測回路が計測して得た電気抵抗が、飽和値に近づいたタイミングで、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜を計測するように切替える
請求項2に記載の腐食環境モニタリング装置。 - 複数個の前記第二の金属薄膜から引き出された各々の前記引出電極が直列に接続される
請求項3に記載の腐食環境モニタリング装置。 - 前記第一の金属薄膜の膜厚は、前記第一の金属薄膜の体積と、前記第二の金属薄膜の体積とが略同一又は整数倍になるように設けられる
請求項1〜4のいずれか一項に記載の腐食環境モニタリング装置。 - 並列に配置される複数のセンサユニットを有する腐食センサと、演算装置と、診断回路と、を備え、
複数の前記センサユニットのうち、一の前記センサユニットは、
第一の開口部から侵入する腐食性物質の量を制限する第一の通路構造と、
前記第一の通路構造の通路内に設けられ、前記第一の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
複数の前記センサユニットのうち、他の前記センサユニットは、
第二の開口部から侵入する前記腐食性物質の量を制限する第二の通路構造と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部の近傍に取付けられ、前記第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質により腐食する第一の金属薄膜と、
前記第二の通路構造の通路内であって、前記第二の開口部から第一の金属薄膜より離れた位置に設けられ、前記腐食性物質により腐食する第二の金属薄膜と、を有し、
一の前記センサユニットに設けられる前記第二の金属薄膜は、他の前記センサユニットに前記第二の金属薄膜が設けられる位置と同じだけ前記第一の開口部から離れた位置に設けられ、
前記演算装置は、一の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端と、他の前記センサユニットが有する前記第二の金属薄膜の両端とに形成される引出電極に接続され、前記第一及び第二の開口部から前記第一及び第二の通路構造に侵入する前記腐食性物質による前記第二の金属薄膜の腐食領域の拡大に応じて変化する前記第二の金属薄膜の電気抵抗を測定することで、前記腐食センサが設置される腐食環境における前記腐食性物質の濃度を算出し、
前記診断回路は、前記演算装置により算出された前記腐食性物質の濃度に基づいて、前記腐食センサが設置される環境にある構造物の劣化深度を求める
腐食診断装置。
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