KR102509172B1 - Corrosion monitoring sensor using electrochemical noise and corrosion monitoring device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서 및 이를 이용한 부식 모니터링 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서는, 대상 구조물에 대한 전기화학반응에서 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 센싱부; 및 상기 센싱 결과를 이용하여 전압 및 전류 신호를 측정하기 위한 신호처리부;를 포함한다.The present invention relates to a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise and a corrosion monitoring device using the same. In the corrosion monitoring sensor using electrochemical noise according to an embodiment of the present invention, voltage and current are measured in an electrochemical reaction for a target structure. a sensing unit for sensing a change over time; and a signal processing unit for measuring voltage and current signals using the sensing result.
Description
본 발명은 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서 및 이를 이용한 부식 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상 구조물에 직접 접촉시켜 전압 및 전류 신호를 감지하여 전기화학잡음을 측정함으로써, 실시간으로 대상 구조물에 대한 잡음 저항 및 부식 속도를 도출하기 위한, 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서 및 이를 이용한 부식 모니터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise and a corrosion monitoring device using the same. It relates to a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise and a corrosion monitoring device using the same for deriving noise resistance and corrosion rate.
일반적으로, '바이오매스(biomass)'라 함은 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 생물체, 즉 바이오에너지의 에너지원을 의미하고, 바이오매스 연료는 바이오매스로부터 생산되는 기체, 액체, 고체 형태의 연료를 말하는데, 예를 들어, 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오제트연료 등이 있다.In general, 'biomass' refers to living organisms such as plants, animals, and microorganisms that can be used as chemical energy, that is, an energy source of bioenergy, and biomass fuel is a gas, liquid, It refers to fuels in solid form, such as bioethanol, biodiesel, and biojet fuel.
바이오매스 연료를 사용하는 보일러 노내에서는 기존 석탄 보일러 노내의 연소 특성과는 다른 연소 환경으로 인해 부식 문제가 심각하게 발생하고 있다.In a boiler furnace using biomass fuel, a serious corrosion problem occurs due to a combustion environment different from the combustion characteristics of a conventional coal boiler furnace.
즉, 이러한 바이오매스 연료는 화석 연료보다 저렴하지만, 낮은 연소율, 높은 수분함량, 다양한 화학 조성, 연소시 알칼리 염화물이 연소가스로 다량 배출될 뿐 아니라, 수퍼히터 튜브 등에 용착하여 열전도도를 낮추고 심각한 부식 문제를 발생시켜 유지 관리 비용을 크게 증가시킬 수 있다.In other words, these biomass fuels are cheaper than fossil fuels, but have a low combustion rate, high moisture content, various chemical compositions, and a large amount of alkali chlorides are discharged into the combustion gas during combustion. This can cause problems and significantly increase maintenance costs.
기존에 부식 감지 방식은 측정하고자 하는 구조물 또는 강재와 같은 재질의 탐촉자를 이용하여 부식에 대한 저항성을 측정하거나, 구조물 또는 강재가 놓인 환경인자를 측정하여 부식에 대한 저항성을 추정하는 간접적인 방식을 주로 이용하였다.Existing corrosion detection methods are mainly indirect methods of measuring resistance to corrosion using a transducer made of the same material as the structure or steel to be measured, or estimating resistance to corrosion by measuring environmental factors in which the structure or steel is placed. used
그런데, 이러한 방식은 구조물 또는 강재와 같은 재질의 탐촉자라 하더라도 노출된 환경에 따라 재료의 상태가 달라 정확한 내식성을 측정할 수 없으며, 실시간의 내식성을 측정하기 어려운 한계가 있다.However, in this method, even if the transducer is made of a material such as a structure or steel, the state of the material is different depending on the exposed environment, so it is impossible to accurately measure corrosion resistance, and there is a limit in that it is difficult to measure corrosion resistance in real time.
따라서, 기존의 부식 감지 방식은 실시간으로 부식 정보를 직접적인 방식으로 측정하여 그 결과를 제공할 수 있는 기술이 필요하다.Therefore, the existing corrosion detection method requires a technology capable of directly measuring corrosion information in real time and providing the result.
본 발명의 목적은 대상 구조물에 직접 접촉시켜 전압 및 전류 신호를 감지하여 전기화학잡음을 측정함으로써, 실시간으로 대상 구조물에 대한 잡음 저항 및 부식 속도를 도출하기 위한, 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서 및 이를 이용한 부식 모니터링 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise for deriving noise resistance and corrosion rate for a target structure in real time by measuring electrochemical noise by directly contacting the target structure and detecting voltage and current signals, and It is to provide a corrosion monitoring device using the same.
본 발명의 실시예에 따른 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서는, 대상 구조물에 대한 전기화학반응에서 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 센싱부; 및 상기 센싱 결과를 이용하여 전압 및 전류 신호를 측정하기 위한 신호처리부;를 포함할 수 있다.A corrosion monitoring sensor using electrochemical noise according to an embodiment of the present invention includes a sensing unit for sensing changes in voltage and current over time in an electrochemical reaction for a target structure; and a signal processing unit for measuring voltage and current signals using the sensing result.
상기 센싱부는, 전기화학반응을 위한 전해질 용액이 채워진 전해질 영역부; 상기 전해질 용액 내부에 삽입되어 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 전극; 및 상기 전해질 용액과 상기 대상 구조물 사이에 전해질 이온을 교환시키기 위한 멤브레인 부재;를 포함할 수 있다.The sensing part may include an electrolyte area part filled with an electrolyte solution for an electrochemical reaction; electrodes inserted into the electrolyte solution to sense changes in voltage and current over time; and a membrane member for exchanging electrolyte ions between the electrolyte solution and the target structure.
상기 전극은, 백금(pt), 카본막대(carbon rod), 포화 칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode, SCE), 은/염화은 전극(Ag-AgCl electrode) 중 어느 하나일 수 있다.The electrode may be any one of platinum (pt), carbon rod, saturated calomel electrode (SCE), and silver/silver chloride electrode (Ag-AgCl electrode).
상기 멤브레인 부재는, 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PolyVinylidene Fluoride-HexaFluoroPropyl, PVdF-HFP) 공중합체, 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyether sulfone), 폴리테트라-플루오로에틸렌(PolyTera FluoroEthylene, PTFE), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 셀룰로스 아세테이트(cellulose actate), 폴리아미드(polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 등으로 이루어진 군으로부터 일종 또는 이종이상 선택 사용되는 것일 수 있다.The membrane member is a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PolyVinylidene Fluoride-HexaFluoroPropyl, PVdF-HFP) copolymer, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyether sulfone, poly PolyTera FluoroEthylene (PTFE), polyethylene, polycarbonate, polypropylene, polyvinylalcohol, polyphenylene sulfide, cellulose actate ), polyamide (polyamide), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), etc. may be one or more selected from the group used.
실시예에 따르면, 상기 전해질 영역부의 하부면을 개방시켜 형성하고, 상기 멤브레인 부재에 의해 밀봉되는 프레임; 및 상기 멤브레인 부재를 상기 프레임에 고정시키기 위한 프레임 마개;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, a frame formed by opening a lower surface of the electrolyte area portion and sealed by the membrane member; and a frame stopper for fixing the membrane member to the frame.
상기 프레임은, 테프론, 에폭시 수지, 고무 재질 중 어느 하나일 수 있다.The frame may be any one of Teflon, epoxy resin, and rubber materials.
상기 센싱부와 상기 신호처리부는, 핀커넥터를 통해 전기적으로 서로 연결되는 것일 수 있다.The sensing unit and the signal processing unit may be electrically connected to each other through a pin connector.
실시예에 따르면, 상기 센싱부를 상부측에 설치하고, 상기 신호처리부를 하부측에 설치하는 케이스 본체, 상기 케이스 본체를 밀봉시키는 케이스 커버를 포함하는 센서 케이스;를 더 포함하되, 상기 센싱부의 외측면과 상기 케이스 본체의 내측면 사이에 오링이 삽입되는 것일 수 있다.According to the embodiment, the sensor case including a case body in which the sensing unit is installed on the upper side and the signal processing unit is installed in the lower side, and a case cover sealing the case body; further comprising, the outer surface of the sensing unit And an O-ring may be inserted between the inner surface of the case body.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 부식 모니터링 장치는, 대상 구조물에 대한 전기화학반응에서 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 센싱부와 상기 센싱 결과를 이용하여 전압 및 전류 신호를 측정하기 위한 신호처리부를 포함하는 부식 모니터링 센서; 상기 측정된 전압 및 전류 신호로부터 잡음 저항 및 부식 속도를 산출하기 위한 제어부; 및 상기 산출된 잡음 저항 및 부식 속도를 출력하기 위한 출력부;를 포함할 수 있다.In addition, the corrosion monitoring device according to an embodiment of the present invention measures voltage and current signals using a sensing unit for sensing changes over time in voltage and current in an electrochemical reaction for a target structure and the sensing result. Corrosion monitoring sensor including a signal processing unit for; a controller for calculating noise resistance and corrosion rate from the measured voltage and current signals; and an output unit for outputting the calculated noise resistance and corrosion rate.
상기 제어부는, 전위 표준편차와 전류 표준편차를 이용하여 잡음 저항을 계산하는 것일 수 있다.The control unit may calculate noise resistance using a potential standard deviation and a current standard deviation.
상기 제어부는, 상기 계산된 잡음 저항을 전기화학 타펠측정법에 적용하여 부식속도를 계산하는 것일 수 있다.The controller may calculate the corrosion rate by applying the calculated noise resistance to electrochemical Tafel measurement.
상기 제어부는, 상기 측정된 전압 및 전류 신호를 이용해 로컬리제이션 인덱스를 계산하여 부식 종류를 확인하는 것일 수 있다.The control unit may determine the type of corrosion by calculating a localization index using the measured voltage and current signals.
본 발명은 대상 구조물에 직접 접촉시켜 전압 및 전류 신호를 감지하여 전기화학잡음을 측정함으로써, 실시간으로 대상 구조물에 대한 잡음 저항 및 부식 속도를 도출할 수 있다.The present invention can derive noise resistance and corrosion rate of a target structure in real time by directly contacting the target structure and sensing voltage and current signals to measure electrochemical noise.
또한, 본 발명은 실시간으로 부식 정보를 직접적인 방식으로 측정하여 그 결과를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can measure corrosion information in a direct manner in real time and provide the result.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서를 나타낸 도면,
도 2는 상기 도 1의 센싱부를 나타낸 도면,
도 3은 상기 도 1의 신호처리부를 나타낸 도면,
도 4는 상기 도 3의 ZRA에서 측정된 전압 및 전류 신호를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부식 모니터링 센서를 이용한 부식 모니터링 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing the sensing unit of FIG. 1;
3 is a view showing the signal processing unit of FIG. 1;
4 is a diagram showing voltage and current signals measured in the ZRA of FIG. 3;
5 is a view showing a corrosion monitoring device using a corrosion monitoring sensor according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted in the following description and accompanying drawings. In addition, it should be noted that the same components are indicated by the same reference numerals throughout the drawings as much as possible.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriately defined as terms for describing their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size. The present invention is not limited by the relative sizes or spacings drawn in the accompanying drawings.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as "comprise" or "having" are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but that one or more other features, numbers, or steps are present. However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Also, the term "unit" used in the specification means a hardware component such as software, FPGA or ASIC, and "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Thus, as an example, “unit” can refer to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functionality provided within components and "parts" may be combined into fewer components and "parts" or further separated into additional components and "parts".
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서(이하 '부식 모니터링 센서'라 함)(1)는, 대상 구조물에 직접 접촉시켜 전압 및 전류 신호를 감지하여 전기화학잡음(electrochemical noise)을 측정한다.As shown in FIG. 1, a corrosion monitoring sensor (hereinafter referred to as a 'corrosion monitoring sensor') 1 using electrochemical noise according to an embodiment of the present invention detects voltage and current signals by directly contacting a target structure. to measure electrochemical noise.
여기서, 전기화학잡음이라 함은 전기화학반응에서의 전류나 전압의 시간에 따른 변화를 의미하며, 전기화학반응 도중 발생하는 잡음 저항으로 분석될 수 있다. 그리고, 잡음 저항은 전극 주위에서의 전기화학반응에 관한 반응 속도(부식 속도)를 도출하기 위해 이용된다.Here, electrochemical noise refers to a change in current or voltage over time in an electrochemical reaction, and can be analyzed as noise resistance generated during an electrochemical reaction. And, the noise resistance is used to derive the reaction rate (corrosion rate) related to the electrochemical reaction around the electrode.
한편, 부식 모니터링 센서(1)는 핀커넥터(pin connector)(20)를 통해 전기적으로 상호 연결된 신호처리부(30)와 센싱부(100)가 센서 케이스(10) 내부에 설치된다. 여기서, 신호처리부(30)와 센싱부(100)는 핀커넥터(20)를 사이에 두고 서로 이격되어 적층되어 있다.Meanwhile, in the
그리고, 신호처리부(30)와 센싱부(100) 각각은 핀커넥터(20)를 통해 서로 연결되어 있기 때문에 유지 보수를 위한 분리 및 장착이 용이하다. 이때, 신호처리부(30)와 센싱부(100) 각각은 핀커넥터(20)와 리드선을 통해 연결된다. 선호처리부(30)는 외부 통신을 위한 통신선이 연결되어 있다.In addition, since each of the
한편, 센서 케이스(10)는 케이스 본체(11)와 케이스 커버(12)를 서로 분리 결합이 가능한 구조로 구성되어 있다. 케이스 본체(11)와 케이스 커버(12)는 제1 오링(o-ring)(12a)을 통해 밀봉되어 결합된다.Meanwhile, the
먼저, 신호처리부(30)는 케이스 본체(11)의 내측면에 내측 방향으로 연장된 걸이턱(11a)에 고정된다. 예를 들어, 신호처리부(30)는 걸이턱(11a)에 나사 결합을 통해 체결될 수 있다.First, the
다음, 센싱부(100)는 케이스 본체(11)의 하부에 조립되어 측정하려는 대상 구조물에 직접 접촉한다.Next, the
그런데, 센싱부(100)와 케이스 본체(11)는 서로 조립할 때 존재하는 틈새를 통해 외부 이물질이 침투될 수 있다. 이에 따라, 센싱부(100)의 외측면과 케이스 본체(11)의 내측면 사이에는, 외부로부터 이물질 침입을 방지하기 위한 제2 오링(40)이 삽입된다.However, external foreign substances may penetrate through gaps that exist when the
도 2는 상기 도 1의 센싱부를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view showing the sensing unit of FIG. 1 .
도 2에 도시된 바와 같이, 센싱부(100)는 부식 감지 모니터링을 위한 대상 구조물(S)에 대한 전기화학반응에서 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱한다.As shown in FIG. 2 , the
이러한 센싱부(100)는 전기화학반응을 위한 전해질이 채워진 하나 이상의 전해질 영역부(110), 전해질 영역부(110)를 형성하기 위한 프레임(130), 전해질 영역부(110)와 대상 구조물(S) 사이의 이온 교환을 위한 멤브레인 부재(140), 멤브레인 부재(140)를 프레임(130)에 고정시키기 위한 프레임 마개(150)를 포함한다. The
먼저, 전해질 영역부(110) 각각은 동일한 부피를 갖는 영역으로 전해질(예를 들어, K+, Na+, Ca2 +, Mg2 +, Cl- 등)이 포함된 용액 즉, 전해질 용액이 채워져 있다. 이때, 전해질은 부식 환경을 모사하는 경우라면 어느 것이라도 사용될 수 있다.First, each of the
또한, 전해질 영역부(110) 각각은 전해질 용액 내부에 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 감지하기 위한 하나의 전극(120)이 삽입되어 설치된다. In addition, each of the
여기서, 전극(120)은 전기적인 신호에 영향을 주지 않는 반응성이 낮은 재료[예를 들어, 백금(pt), 카본막대(carbon rod), 포화 칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode, SCE), 은/염화은 전극(Ag-AgCl electrode) 등]가 적합하다. 이러한 전극(120)은 일단이 전해질 영역부(110)의 용액 내부에 삽입되고, 타단에 핀커넥터(20)에 연결되는 리드선(121)이 연결된다. 이때, 리드선(121)은 전극(120) 타단에 나사 결합으로 연결된다.Here, the
다음, 프레임(130)은 전해질 영역부(110)에 채워진 전해질 용액과 반응하지 않도록 내화학성 및 방수성이 우수한 재질(예를 들어, 테프론, 에폭시 수지, 고무 등)로 선택되는 것이 바람직하다.Next, the
특히, 프레임(130)은 전해질 영역부(110)의 하부면을 개방하는 구조로 제작되고, 멤브레인 부재(140)에 의해 밀봉된다. In particular, the
여기서, 멤브레인 부재(140)는 전해질 용액 내의 전해질 이온이 이동할 수 있는 기공 크기(pore size)를 갖는 고분자 물질을 사용한다. 고분자 물질은 폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PolyVinylidene Fluoride-HexaFluoroPropyl, PVdF-HFP) 공중합체, 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyether sulfone), 폴리테트라-플루오로에틸렌(PolyTera FluoroEthylene, PTFE), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 셀룰로스 아세테이트(cellulose actate), 폴리아미드(polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 등으로 이루어진 군으로부터 일종 또는 이종이상 선택 사용된다.Here, the
이러한 멤브레인 부재(140)는 전해질 용액이 빠져나가지 않고, 전해질 이온이 대상 구조물(S)과 반응할 수 있는 기공 크기를 갖는다. 이때, 멤브레인 부재(140)가 대상 구조물(S)에 밀착하면, 전해질 이온은 대상 구조물(S)과 반응하여 전압 및 전류 신호가 발생한다. 전극(120)은 발생된 전압 및 전류 신호를 감지한다.The
그리고, 멤브레인 부재(140)는 전술한 바와 같이 프레임 마개(150)에 의해 고정된다. 프레임 마개(150)는 한 쌍으로 구성되어 볼트/너트 결합 구조(151)로 조립될 수 있다.Then, the
프레임 마개(150)는 멤브레인 부재(140)를 고정하는 역할을 수행하는 형태라면 어떠한 형태라도 가능하며, 프레임(130)과 동일 재질 또는 다른 재질이라도 상관없다. 프레임 마개(150)는 프레임(130)과 마찬가지로 내화학성이 우수한 재질이 바람직하다.The
도 3은 상기 도 1의 신호처리부를 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 도 3의 ZRA에서 측정된 전압 및 전류 신호를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the signal processing unit of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing voltage and current signals measured in the ZRA of FIG.
도 3을 참조하면, 신호처리부(30)는 센싱부(100)를 통해 감지된 전압 및 전류 신호를 디지털 신호로 변환하여 외부로 전달한다.Referring to FIG. 3 , the
신호처리부(30)는 ZRA(Zero Resistance Ameter) 센싱부(31), 증폭부(32), A/D 변환부(33), 필터부(34), 데이터 통신부(35)를 포함한다.The
ZRA 센싱부(31)는 전극(120)을 통해 감지된 전압 및 전류 신호를 측정하는 무저항 전류계일 수 있다.The
예를 들어, 도 1 및 도 2와 같이 전극(120)은 3개의 전극 즉, 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극이 순서대로 배치되는 경우에 대해 설명한다. 이 경우, ZRA 센싱부(31)는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전류 신호를 측정하거나, 제1 전극과 제3 전극 사이의 전압 신호를 측정한다. ZRA 센싱부(31)는 도 4와 같이 전압 및 전류 신호를 측정할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 1 and 2 , the case where three
증폭부(32)는 ZRA 센싱부(31)를 통해 측정된 전압 및 전류 신호를 증폭하고, A/D 변환부(33)는 증폭된 전기 신호를 디지털 신호로 변환한다. 필터부(34)는 변환된 디지털 신호를 필터링하고, 데이터 통신부(35)는 필터링된 디지털 신호를 외부[후술할 제어부(2)]에 전달한다.The
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부식 모니터링 센서를 이용한 부식 모니터링 장치를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a corrosion monitoring device using a corrosion monitoring sensor according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부식 모니터링 센서를 이용한 부식 모니터링 장치는, 부식 모니터링 센서(1), 제어부(2), 메모리(3), 출력부(4)를 포함한다.As shown in FIG. 5, a corrosion monitoring device using a corrosion monitoring sensor according to an embodiment of the present invention includes a
전술한 바와 같이, 부식 모니터링 센서(1)는 대상 구조물(S)의 부식 감지 모니터링을 통해 전압 및 전류 신호를 측정한다.As described above, the
제어부(2)는 측정된 전압 및 전류 신호로부터 잡음 저항 및 부식 속도를 실시간으로 산출하여 출력부(4)를 통해 그 결과를 출력한다. The
여기서, 제어부(2)는 적어도 하나 이상의 프로세서로서 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 실행하고, 메모리(3)는 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하며, 출력부(4)는 컴퓨터 판독 가능한 명령들의 실행 결과를 출력한다. 제어부(2), 메모리(3) 및 출력부(4)는 컴퓨터, 노트북, 스마트폰 등에 포함된 구성일 수 있다. Here, the
구체적으로, 잡음 저항(noise resistance)(Rn)은 전위 표준편차(σV)와 전류 표준편차(σI)를 이용하여 하기 수학식 1과 같이 계산된다.Specifically, noise resistance (Rn) is calculated as in
잡음 저항(Rn)은 분극 저항(Rp)과 동일시할 수 있다. 일반적인 전기화학 타펠측정법에 의해 부식속도는 하기 수학식 2와 같이 분극 저항(Rp)이 이용된다.Noise resistance Rn can be equated with polarization resistance Rp. The polarization resistance (Rp) is used as the corrosion rate by the general electrochemical Tafel measurement method as shown in
여기서, βox,M는 양극타펠상수이고, βred,C는 음극타펠상수이다.Here, β ox,M is the positive Tafel constant and β red,C is the negative Tafel constant.
이에, 부식 속도(mm/year)는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the corrosion rate (mm/year) can be expressed as in
여기서, E.W.(Equivalent Weight)는 ∑fiMi/ni으로 나타낼 수 있고, fi는 원자분률, Mi는 원자량, ni는 원자가이다.Here, EW (Equivalent Weight) can be expressed as ∑f i M i / ni , where f i is the atomic fraction, M i is the atomic weight, and n i is the valence.
또한, 제어부(2)는 측정된 전압 및 전류 신호를 이용하여 부식 종류를 확인기 위한 이미 알려진 로컬리제이션 인덱스(localization index)를 계산한다. 이를 통해, 제어부(2)는 균일 부식 또는 국부 부식의 종류를 파악할 수 있다. 균일 부식의 경우에는 로컬리제이션 인덱스값은 10-3이 되고, 국부 부식의 경우에는 더 큰 값을 나타낸다.In addition, the
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Methods according to some embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or those known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and magnetic-optical media such as floptical disks. Included are hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.Although the foregoing description has been focused on the novel features of the present invention as applied to various embodiments, one skilled in the art will be able to understand the above-described apparatus and method without departing from the scope of the present invention. It will be appreciated that various deletions, substitutions, and changes in the form and detail of are possible. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description. All modifications that come within the scope of equivalence of the claims are embraced by the scope of the present invention.
1 ; 부식 모니터링 센서 2 ; 제어부
3 ; 메모리 4 ; 출력부
10 ; 센서 케이스 11 ; 케이스 본체
12 ; 케이스 커버 12a : 제1 오링
20 ; 핀커넥터 30 ; 신호처리부
31 ; ZRA 센싱부 32 ; 증폭부
33 ; A/D 변환부 34 ; 필터부
35 ; 데이터 통신부 40 ; 제2 오링
100 ; 센싱부 110 ; 전해질 영역부
120 ; 전극 121 ; 리드선
130 ; 프레임 140 ; 멤브레인 부재
150 ; 프레임 마개 S ; 대상 구조물One ;
3 ;
10;
12;
20;
31;
33; A/
35;
100; sensing
120;
130;
150; frame stopper S ; target structure
Claims (16)
상기 센싱 결과를 이용하여 전압 및 전류 신호를 측정하기 위한 신호처리부;
를 포함하며
상기 센싱부는,
전기화학반응을 위한 전해질 용액이 채워진 전해질 영역부;
상기 전해질 용액 내부에 삽입되어 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 전극; 및
상기 전해질 용액과 상기 대상 구조물 사이에 전해질 이온을 교환시키기 위한 멤브레인 부재;
를 포함하고
상기 전해질 영역부의 하부면을 개방시켜 형성하고, 상기 멤브레인 부재에 의해 밀봉되는 프레임; 및
상기 멤브레인 부재를 상기 프레임에 고정시키기 위한 프레임 마개;
를 더 포함하며
상기 멤브레인 부재는 상기 전해질 용액이 빠져나가지 않고, 상기 전해질 이온만이 상기 대상 구조물과 반응할 수 있는 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
a sensing unit for sensing changes over time in voltage and current in an electrochemical reaction for a target structure; and
a signal processor for measuring voltage and current signals using the sensing result;
contains
The sensing unit,
an electrolyte area filled with an electrolyte solution for an electrochemical reaction;
electrodes inserted into the electrolyte solution to sense changes in voltage and current over time; and
a membrane member for exchanging electrolyte ions between the electrolyte solution and the target structure;
and
a frame formed by opening a lower surface of the electrolyte region and sealed by the membrane member; and
a frame stopper for fixing the membrane member to the frame;
contains more
The membrane member is a corrosion monitoring sensor using electrochemical noise, characterized in that the electrolyte solution does not escape and has a pore size that allows only the electrolyte ions to react with the target structure.
상기 전극은,
백금(pt), 카본막대(carbon rod), 포화 칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode, SCE), 은/염화은 전극(Ag-AgCl electrode) 중 어느 하나인 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
According to claim 1,
the electrode,
Corrosion monitoring sensor using electrochemical noise, which is any one of platinum (pt), carbon rod, saturated calomel electrode (SCE), and silver/silver chloride electrode (Ag-AgCl electrode).
상기 멤브레인 부재는,
폴리불화비닐리덴-헥사플루오르프로필렌(PolyVinylidene Fluoride-HexaFluoroPropyl, PVdF-HFP) 공중합체, 폴리불화비닐리덴(polyvinylidene fluoride), 폴리설폰(polysulfone), 폴리에테르설폰(polyether sulfone), 폴리테트라-플루오로에틸렌(PolyTera FluoroEthylene, PTFE), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 셀룰로스 아세테이트(cellulose actate), 폴리아미드(polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 등으로 이루어진 군으로부터 일종 또는 이종이상 선택 사용되는 것인 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
According to claim 1,
The membrane member,
Polyvinylidene Fluoride-HexaFluoroPropyl (PVdF-HFP) copolymer, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyether sulfone, polytetra-fluoroethylene (PolyTera FluoroEthylene, PTFE), polyethylene, polycarbonate, polypropylene, polyvinylalcohol, polyphenylene sulfide, cellulose actate, polyamide ( A corrosion monitoring sensor using electrochemical noise that is selected from the group consisting of polyamide) and polyacrylonitrile.
상기 프레임은,
테프론, 에폭시 수지, 고무 재질 중 어느 하나인 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
According to claim 1,
the frame,
Corrosion monitoring sensor using electrochemical noise, which is any one of Teflon, epoxy resin, and rubber materials.
상기 센싱부와 상기 신호처리부는,
핀커넥터를 통해 전기적으로 서로 연결되는 것인 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
According to claim 1,
The sensing unit and the signal processing unit,
A corrosion monitoring sensor using electrochemical noise that is electrically connected to each other through a pin connector.
상기 센싱부를 상부측에 설치하고, 상기 신호처리부를 하부측에 설치하는 케이스 본체, 상기 케이스 본체를 밀봉시키는 케이스 커버를 포함하는 센서 케이스;를 더 포함하되,
상기 센싱부의 외측면과 상기 케이스 본체의 내측면 사이에 오링이 삽입되는 것인 전기화학잡음을 이용한 부식 모니터링 센서.
According to claim 1,
A sensor case including a case body in which the sensing unit is installed on the upper side and the signal processing unit is installed in the lower side, and a case cover sealing the case body; further comprising,
Corrosion monitoring sensor using electrochemical noise in which an O-ring is inserted between the outer surface of the sensing unit and the inner surface of the case body.
상기 측정된 전압 및 전류 신호로부터 잡음 저항 및 부식 속도를 산출하기 위한 제어부; 및
상기 산출된 잡음 저항 및 부식 속도를 출력하기 위한 출력부;
를 포함하며
상기 센싱부는,
전기화학반응을 위한 전해질 용액이 채워진 전해질 영역부;
상기 전해질 용액 내부에 삽입되어 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 센싱하기 위한 전극; 및
상기 전해질 용액과 상기 대상 구조물 사이에 전해질 이온을 교환시키기 위한 멤브레인 부재;
를 포함하고
상기 전해질 영역부의 하부면을 개방시켜 형성하고, 상기 멤브레인 부재에 의해 밀봉되는 프레임; 및
상기 멤브레인 부재를 상기 프레임에 고정시키기 위한 프레임 마개;
를 더 포함하며
상기 멤브레인 부재는 상기 전해질 용액이 빠져나가지 않고, 상기 전해질 이온만이 상기 대상 구조물과 반응할 수 있는 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 부식 모니터링 장치.
A corrosion monitoring sensor including a sensing unit for sensing changes over time in voltage and current in an electrochemical reaction for a target structure and a signal processing unit for measuring voltage and current signals using the sensing result;
a controller for calculating noise resistance and corrosion rate from the measured voltage and current signals; and
an output unit for outputting the calculated noise resistance and corrosion rate;
contains
The sensing unit,
an electrolyte area filled with an electrolyte solution for an electrochemical reaction;
electrodes inserted into the electrolyte solution to sense changes in voltage and current over time; and
a membrane member for exchanging electrolyte ions between the electrolyte solution and the target structure;
and
a frame formed by opening a lower surface of the electrolyte region and sealed by the membrane member; and
a frame stopper for fixing the membrane member to the frame;
contains more
The corrosion monitoring device, characterized in that the membrane member has a pore size that allows only the electrolyte ions to react with the target structure without allowing the electrolyte solution to escape.
상기 제어부는,
전위 표준편차와 전류 표준편차를 이용하여 잡음 저항을 계산하는 것인 부식 모니터링 장치.
According to claim 9,
The control unit,
A corrosion monitoring device wherein noise resistance is calculated using potential standard deviation and current standard deviation.
상기 제어부는,
상기 계산된 잡음 저항을 전기화학 타펠측정법에 적용하여 부식속도를 계산하는 것인 부식 모니터링 장치.
According to claim 10,
The control unit,
Corrosion monitoring device to calculate the corrosion rate by applying the calculated noise resistance to the electrochemical Tafel measurement method.
상기 제어부는,
상기 측정된 전압 및 전류 신호를 이용해 로컬리제이션 인덱스를 계산하여 부식 종류를 확인하는 것인 부식 모니터링 장치.
According to claim 9,
The control unit,
Corrosion monitoring device to determine the type of corrosion by calculating the localization index using the measured voltage and current signals.
상기 센싱부와 상기 신호처리부는,
핀커넥터를 통해 전기적으로 서로 연결되는 것인 부식 모니터링 장치.
According to claim 9,
The sensing unit and the signal processing unit,
Corrosion monitoring devices electrically connected to each other via pin connectors.
상기 부식 모니터링 센서는,
상기 센싱부를 상부측에 설치하고, 상기 신호처리부를 하부측에 설치하는 케이스 본체, 상기 케이스 본체를 밀봉시키는 케이스 커버를 포함하는 센서 케이스;를 포함하되,
상기 센싱부의 외측면과 상기 케이스 본체의 내측면 사이에 오링이 삽입되는 것인 부식 모니터링 장치.
According to claim 9,
The corrosion monitoring sensor,
A sensor case including a case body in which the sensing unit is installed on an upper side and the signal processing unit is installed in a lower side, and a case cover sealing the case body;
Corrosion monitoring device wherein an O-ring is inserted between the outer surface of the sensing unit and the inner surface of the case body.
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