RU152911U1

RU152911U1 - TWO CHAMBER COPPER-SULPHATE COMPARISON NON-POLARIZING ELECTRODE

Info

Publication number: RU152911U1
Application number: RU2014145060/02U
Authority: RU
Inventors: Владимир Геннадьевич Киселёв
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2015-06-20

Abstract

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся, содержащий токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, причем соотношение воды и этиленгликоля равно 2:1, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану, причем токонепроводящий корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде в соотношении 1:1 и установленной в его нижней части с возможностью сочленения камер посредством пластмассовой гайки, при этом в месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта, отличающийся тем, что бентонитовая камера разделена на две равные части пористой диафрагмой, выполненной с возможностью обеспечения электролитического контакта между двумя слоями бентонитовой глины, причем верхний слой содержит перенасыщенный раствор медного купороса, а нижний слой - перенасыщенный раствор хлорида калия или нитрата калия или нитрата аммония.The two-chamber copper-sulfate reference electrode is non-polarizable, containing a non-conductive case with an electrolytic chamber with a copper rod mounted in it with a signal conductor and a potential sensor mounted on the case, while the body of the electrolytic chamber is filled with electrolyte consisting of distilled water, copper sulfate and ethylene glycol, moreover the ratio of water to ethylene glycol is 2: 1, a ceramic porous diaphragm and an ion-exchange membrane, and the non-conductive housing is additionally equipped with a bentonite chamber filled with bentonite clay soaked in water in a ratio of 1: 1 and installed in its lower part with the possibility of articulating the chambers with a plastic nut, while a plastic stabilizing washer, an ion-exchange membrane, and a plastic washer with a ceramic pressed into it porous diaphragm, and in the lower part on the body of the bentonite chamber there is a plastic washer with a ceramic porous diaphragm pressed into it, which is made with a method for providing electrolytic contact, characterized in that the bentonite chamber is divided into two equal parts by a porous diaphragm configured to provide electrolytic contact between two layers of bentonite clay, the upper layer containing a supersaturated solution of copper sulfate, and the lower layer containing a supersaturated solution of potassium chloride or nitrate potassium or ammonium nitrate.

Description

Полезная модель относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности к двухкамерным электродам сравнения, используемым в технике измерения стационарных и поляризационных потенциалов, например, потенциалов трубопроводов в грунте.The utility model relates to the field of protection of underground metal structures from corrosion, in particular to two-chamber reference electrodes used in the technique of measuring stationary and polarization potentials, for example, pipeline potentials in soil.

Известен электрод сравнения неполяризующийся, содержащий токонепроводящий корпус с муфтой, заполненный электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля, расположенный в корпусе медный стержень, ионообменную мембрану, смонтированный на корпусе датчик потенциала, при этом датчик потенциала снабжен съемной насадкой, а на корпусе электрода смонтированы, по крайней мере, две ионообменные мембраны, причем дно муфты, монтируемой на корпусе, имеет перфорацию [RU патент №2122047] Недостатком данного электрода является недостаточно высокая надежность, обусловленная применением только ионообменных мембран, которые не исключают проникновение грунтовых вод в корпус электрода сравнения, что может приводить к изменению электродного потенциала и снижению точности измерений.A non-polarizable reference electrode is known, comprising a non-conductive housing with a sleeve, filled with an electrolyte from a saturated solution of copper sulfate in a mixture of water and ethylene glycol, a copper rod located in the housing, an ion-exchange membrane, a potential sensor mounted on the housing, and the potential sensor equipped with a removable nozzle, and on the housing at least two ion-exchange membranes are mounted on the electrode, and the bottom of the sleeve mounted on the housing has perforations [RU patent No. 2122047] The disadvantage of this electrode is I enough high reliability due to using only ion exchange membranes which do not preclude the penetration of ground water into the housing of the reference electrode, which may lead to a change in the electrode potential and reduce the measurement accuracy.

Известен двухкамерный неполяризующийся медно сульфатный электрод сравнения, состоящий из двух камер и стального датчика потенциала. Внешняя камера представляет собой емкость, выполненную из диэлектрического материала, которая заполнена электролитом и в которой установлена внутренняя камера, а в торце закреплена ионообменная мембрана. Внутренняя камера представляет собой емкость, выполненную из диэлектрического материала, которая заполнена гелеобразным электролитом, отделенным от внешнего электролита капиллярным стержнем. Внутри камеры находится медный электрод, к которому подключен контактный провод. Составы электролитов (насыщенный водный раствор медного купороса и этиленгликоль) внутренней и внешней камеры практически одинаковы. Разница состоит лишь в том, что во внутренней камере раствор загущен с использованием желатина для уменьшения скорости его истекания [Монтажные и специальные работы в строительстве. №3, 1998, стр. 23-24]. Недостатком данного электрода является большой вес прибора, величина которого достигает полутора килограммов и технологические трудности, связанные с получением однородных характеристик ионообменных мембран, используемых в его конструкции, что затрудняет его монтаж и препятствует получению стабильных результатов измерений.Known two-chamber non-polarizable copper-sulfate reference electrode, consisting of two chambers and a steel potential sensor. The outer chamber is a container made of a dielectric material, which is filled with electrolyte and in which the inner chamber is installed, and an ion-exchange membrane is fixed at the end. The inner chamber is a container made of a dielectric material, which is filled with a gel-like electrolyte separated from the external electrolyte by a capillary rod. Inside the chamber is a copper electrode to which a contact wire is connected. The electrolyte compositions (saturated aqueous solution of copper sulfate and ethylene glycol) of the inner and outer chambers are almost identical. The only difference is that in the inner chamber the solution is thickened using gelatin to reduce its flow rate [Installation and special work in construction. No. 3, 1998, pp. 23-24]. The disadvantage of this electrode is the large weight of the device, the value of which reaches one and a half kilograms and technological difficulties associated with obtaining uniform characteristics of the ion-exchange membranes used in its design, which complicates its installation and prevents the obtaining of stable measurement results.

Известен двухкамерный неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения, выбранный за прототип [RU патент №2339740]. Он содержит токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, причем соотношение воды и этиленгликоля равно 2:1, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану. Кроме того, токонепроводящий корпус данного электрода дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде в соотношении 1:1 и установленной в его нижней части с возможностью сочленения камер посредством пластмассовой гайки, при этом в месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта.Known two-chamber non-polarizable copper-sulfate reference electrode selected for the prototype [RU patent No. 2339740]. It contains a non-conductive housing with an electrolytic chamber with a copper rod mounted in it with a signal conductor and a potential sensor mounted on the housing, while the housing of the electrolytic chamber is filled with an electrolyte consisting of distilled water, copper sulfate and ethylene glycol, and the ratio of water to ethylene glycol is 2: 1, a ceramic porous diaphragm and an ion-exchange membrane. In addition, the non-conductive housing of this electrode is additionally equipped with a bentonite chamber filled with bentonite clay soaked in water in a 1: 1 ratio and installed in its lower part with the possibility of articulating the chambers using a plastic nut, while a plastic stabilizing washer, ion-exchange, is installed at the junction of the chambers a membrane and a plastic washer with a ceramic porous diaphragm pressed into it, and a plastic washer is installed on the bottom of the bentonite chamber Owl in it the porous ceramic diaphragm which is arranged to provide electrical contact.

Недостатком данного изобретения является низкая точность измерений электрохимических потенциалов подземных металлических сооружений, обусловленная наличием мембранного и диффузионного потенциалов в электроде сравнения.The disadvantage of this invention is the low accuracy of the measurements of the electrochemical potentials of underground metal structures, due to the presence of membrane and diffusion potentials in the reference electrode.

Задачей полезной модели является повышение точности измерений электрохимических потенциалов подземных металлических сооружений путем снижения величин мембранного и диффузионного потенциалов в электроде сравнения при контакте его с грунтом.The objective of the utility model is to increase the accuracy of measurements of the electrochemical potentials of underground metal structures by reducing the values of the membrane and diffusion potentials in the reference electrode in contact with the ground.

Для решения поставленной задачи предложен двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся. Он содержит токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, причем соотношение воды и этиленгликоля равно 2:1, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану. Токонепроводящий корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде в соотношении 1:1. Бентонитовая камера разделена на две равные части пористой диафрагмой, выполненной с возможностью обеспечения электролитического контакта между двумя слоями бентонитовой глины, причем, в верхнюю часть камеры добавлен медный купорос до образования его перенасыщенного раствора, а в нижнюю ее часть добавлен хлорид калия или нитрат калия или нитрат аммония или другая соль, которая может быть использована при изготовлении солевых мостиков, до образования их перенасыщенного раствора. Бентонитовая камера установлена в нижней части корпуса с возможностью сочленения камер посредством пластмассовой гайки. В месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта.To solve this problem, a two-chamber non-polarizing copper-sulfate reference electrode is proposed. It contains a non-conductive housing with an electrolytic chamber with a copper rod mounted in it with a signal conductor and a potential sensor mounted on the housing, while the housing of the electrolytic chamber is filled with an electrolyte consisting of distilled water, copper sulfate and ethylene glycol, and the ratio of water to ethylene glycol is 2: 1, a ceramic porous diaphragm and an ion-exchange membrane. The non-conductive housing is additionally equipped with a bentonite chamber filled with bentonite clay soaked in water in a ratio of 1: 1. The bentonite chamber is divided into two equal parts by a porous diaphragm configured to provide electrolytic contact between two layers of bentonite clay, moreover, copper sulfate is added to the upper part of the chamber until its supersaturated solution is formed, and potassium chloride or potassium nitrate or nitrate is added to its lower part ammonium or another salt that can be used in the manufacture of salt bridges, before the formation of their supersaturated solution. A bentonite chamber is installed in the lower part of the housing with the possibility of jointing the chambers by means of a plastic nut. A plastic stabilizing washer, an ion-exchange membrane and a plastic washer with a ceramic porous diaphragm pressed into it are installed at the junction of the chambers, and a plastic washer with a ceramic porous diaphragm pressed into it, which is configured to provide electrolytic contact, is installed on the bottom of the bentonite chamber body.

Наличие перенасыщенного раствора медного купороса в верхнем слое бентонита, контактирующего с ионообменной мембранной, практически устраняет мембранный и диффузионный потенциалы, возникающие при разности концентраций электролита в верхней и нижней камерах двухкамерного медно-сульфатного электрода сравнения, так как в этом случае активности ионов в обеих камерах, в слоях, прилегающих к мембране, становятся практически одинаковыми в силу того, что в верхней камере медно-сульфатного электрода сравнения, также находится перенасыщенный раствор медного купороса. Кроме того, наличие перенасыщенного раствора медного купороса гарантирует постоянство концентрации данного реагента в растворе, за счет его растворения при наличии убыли его за счет диффузии или миграции. В тоже время, добавление в нижнюю часть бентонитовой камеры хлорида калия или нитрата калия или нитрата аммония или другой соли, ионы которого обладают близкими значениями ионной подвижности и выполняют функцию солевого мостика до состояния образования перенасыщенного раствора практически устраняет диффузионный потенциал, возникающий при диффузии медного купороса в грунт, используемой при изготовлении солевых мостиков, до образования их перенасыщенного раствора, практически устраняют диффузионный потенциал, возникающий при диффузии медного купороса в грунт.The presence of a supersaturated solution of copper sulfate in the upper bentonite layer in contact with the ion-exchange membrane practically eliminates the membrane and diffusion potentials arising from the difference in electrolyte concentrations in the upper and lower chambers of the two-chamber copper-sulfate reference electrode, since in this case the ion activity in both chambers in the layers adjacent to the membrane become almost the same due to the fact that in the upper chamber of the copper-sulfate reference electrode there is also a supersaturated astvor copper sulfate. In addition, the presence of a supersaturated solution of copper sulfate ensures a constant concentration of this reagent in the solution, due to its dissolution in the presence of its decrease due to diffusion or migration. At the same time, the addition of potassium chloride or potassium nitrate or ammonium nitrate or another salt to the lower part of the bentonite chamber, whose ions have close ion mobility and perform the function of a salt bridge to the state of formation of a supersaturated solution, practically eliminates the diffusion potential arising from the diffusion of copper sulfate in the soil used in the manufacture of salt bridges, before the formation of their supersaturated solution, practically eliminate the diffusion potential arising from diffusion and copper sulfate into the soil.

Кроме того наличие твердой фазы данного реагента гарантирует постоянство его концентрации в растворе за счет его растворения при наличии убыли его за счет диффузии или миграции.In addition, the presence of the solid phase of this reagent guarantees the constancy of its concentration in the solution due to its dissolution in the presence of its decrease due to diffusion or migration.

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся содержит токонепроводящий корпус с электролитической камерой 1 с вмонтированным в него медным стержнем 2, к которому присоединен сигнальный проводник 3. Корпус электролитической камеры 1 заполнен электролитом 4. На корпусе электролитической камеры 1 укреплен датчик потенциала 5 с присоединенным к нему сигнальным проводником 6, при этом токонепроводящий корпус снабжен бентонитовой камерой 7, заполненной двумя равными по толщине слоями бентонитовой глины. Верхний слой бентонитовой глины 8 содержит перенасыщенный раствор медного купороса, а нижний слой 9 перенасыщенный раствор хлорида калия. Слои отделены друг от друга пористой диафрагмой 10, выполненной с возможностью обеспечения электролитического контакта, между этими слоями. В месте сочленения камер 1 и 7 установлены: пластмассовая стабилизирующая шайба 11, ионообменная мембрана 12 и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой 13. Герметизацию электролитической камеры 1 обеспечивает резиновая прокладка 14. Сочленение камер 1 и 7 производится посредством пластмассовой гайки 15. Пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой 16, которая обеспечивает электролитический контакт электрода с грунтом, фиксируется в нижней части на корпусе бентонитовой камеры 7 пластмассовой гайкой 17. (Фиг. 1) Аналогично были сформированы двухкамерные медно-сульфатные электроды сравнения неполяризующиеся с бентонитовой камерой в которой верхний слой бентонитовой глины 8 содержит перенасыщенный раствор медного купороса, а нижний слой 9 перенасыщенный раствор нитрата калия и соответственно нитрата аммония. Слои отделены друг от друга пористой диафрагмой 10, выполненной с возможностью обеспечения электролитического контакта, между этими слоями.The non-polarizable two-cell copper-sulfate reference electrode contains a non-conductive case with an electrolytic chamber 1 with a copper rod 2 mounted to it, to which a signal conductor 3 is connected. The body of the electrolytic chamber 1 is filled with electrolyte 4. A potential sensor 5 is attached to the body of the electrolytic chamber 1 with its attached a signal conductor 6, while the non-conductive housing is equipped with a bentonite chamber 7 filled with two layers of bentonite clay of equal thickness. The upper layer of bentonite clay 8 contains a supersaturated solution of copper sulfate, and the lower layer 9 contains a supersaturated solution of potassium chloride. The layers are separated from each other by a porous diaphragm 10 configured to provide electrolytic contact between these layers. At the junction of chambers 1 and 7, a plastic stabilizing washer 11, an ion-exchange membrane 12, and a plastic washer with a porous ceramic diaphragm pressed into it 13 are installed. A rubber gasket 14 provides sealing of the electrolytic chamber 1. The chambers 1 and 7 are joined by means of a plastic nut 15. Plastic a washer with a porous ceramic diaphragm 16 pressed into it, which provides electrolytic contact of the electrode with soil, is fixed in the lower part on the case of the bentonite chamber 7 p astmassovoy nut 17 (FIG. 1) were similarly formed dual chamber copper sulphate reference electrodes nonpolarizable bentonite camera in which the upper layer comprises bentonite clay 8 supersaturated solution of copper sulfate, and the lower layer 9 supersaturated solution of potassium nitrate and ammonium nitrate, respectively. The layers are separated from each other by a porous diaphragm 10 configured to provide electrolytic contact between these layers.

Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения длительного действия устанавливают в грунт в непосредственной близости от подземного сооружения, в частности, трубопровода, соединенного с проводником, выходящим на поверхность земли. Для измерения разности потенциалов между проводником, соединенным с подземным сооружением, и сигнальным проводником 3, соединенным с медным стержнем 2 электрода, подключают вольтметр постоянного тока, имеющий входное сопротивление не менее 20 кОм/В на пределе измерения 0-3 В или близком к указанному пределе измерения, причем положительную клемму присоединяют к проводнику от подземного сооружения, отрицательную клемму вольтметра присоединяют к сигнальному проводнику 3. Измерения поляризационного потенциала выполняют с помощью приборов, содержащих прерыватель тока, например 43313.1, ОРИОН - ИП01, при этом клемма «С» прибора присоединяется к проводнику от подземного сооружения, клемма «ИЭ» присоединяется к проводнику 3, соединенного с медным стержнем 2 электрода, а клемма «ВЭ» - к сигнальному проводнику 6, соединенному с датчиком потенциала 5.A non-polarizing copper-sulfate reference electrode of long duration is installed in the soil in the immediate vicinity of an underground structure, in particular, a pipeline connected to a conductor that goes to the surface of the earth. To measure the potential difference between the conductor connected to the underground structure and the signal conductor 3 connected to the copper rod 2 of the electrode, a DC voltmeter having an input resistance of at least 20 kOhm / V at a measurement limit of 0-3 V or close to the specified limit is connected measurements, and the positive terminal is connected to the conductor from the underground structure, the negative terminal of the voltmeter is connected to the signal conductor 3. Measurement of the polarization potential is performed using instruments, with containing a current breaker, for example 43313.1, ORION - IP01, while the terminal “C” of the device is connected to the conductor from the underground structure, the terminal “IE” is connected to the conductor 3 connected to the copper rod 2 of the electrode, and the terminal “VE” is connected to the signal conductor 6 connected to a potential sensor 5.

Использование предлагаемого электрода позволяет повысить точность измерений электрохимических потенциалов подземных металлических сооружений, более точно оценивать величину, как стационарных, так и поляризационных потенциалов подземных металлических сооружений, что способствует повышению эффективности их защиты от коррозии и снижению затрат на реализацию мероприятий по их катодной защите.Using the proposed electrode allows to increase the accuracy of measurements of the electrochemical potentials of underground metal structures, to more accurately estimate the value of both stationary and polarization potentials of underground metal structures, which helps to increase the efficiency of their protection against corrosion and reduce the cost of implementing measures for their cathodic protection.

Claims

The two-chamber copper-sulfate reference electrode is non-polarizable, containing a non-conductive case with an electrolytic chamber with a copper rod mounted in it with a signal conductor and a potential sensor mounted on the case, while the body of the electrolytic chamber is filled with electrolyte consisting of distilled water, copper sulfate and ethylene glycol, moreover the ratio of water to ethylene glycol is 2: 1, a ceramic porous diaphragm and an ion-exchange membrane, and the non-conductive housing is additionally equipped with a bentonite chamber filled with bentonite clay soaked in water in a ratio of 1: 1 and installed in its lower part with the possibility of articulating the chambers with a plastic nut, while a plastic stabilizing washer, an ion-exchange membrane, and a plastic washer with a ceramic pressed into it porous diaphragm, and in the lower part on the body of the bentonite chamber there is a plastic washer with a ceramic porous diaphragm pressed into it, which is made with a method for providing electrolytic contact, characterized in that the bentonite chamber is divided into two equal parts by a porous diaphragm configured to provide electrolytic contact between two layers of bentonite clay, the upper layer containing a supersaturated solution of copper sulfate, and the lower layer containing a supersaturated solution of potassium chloride or nitrate potassium or ammonium nitrate.