RU2759821C1 - Цифровой датчик потенциала корпуса корабля - Google Patents
Цифровой датчик потенциала корпуса корабля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759821C1 RU2759821C1 RU2020143693A RU2020143693A RU2759821C1 RU 2759821 C1 RU2759821 C1 RU 2759821C1 RU 2020143693 A RU2020143693 A RU 2020143693A RU 2020143693 A RU2020143693 A RU 2020143693A RU 2759821 C1 RU2759821 C1 RU 2759821C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- communication line
- galvanic isolation
- cathodic protection
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
- C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
- C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области катодной защиты металлических конструкций и может быть использовано в устройствах катодной защиты подводной части корпусов кораблей и других морских сооружений от коррозии. Цифровой датчик состоит из электрода сравнения, подключенного к буферному усилителю с гальванической развязкой, подключенного к источнику питания DC-DC с гальванической развязкой, и включает буферный каскад усиления и каскад усиления мощности с гальванической развязкой, выход которого подключен к входу аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), который подключен на вход детектора состояния линии связи, соединенный через линию связи с электронным ключом, выход которого выполнен с возможностью подключения к преобразователю системы катодной защиты, при этом к детектору состояния линии связи подключен вход импульсного зарядного устройства, выход которого параллельно подключен к АЦП, каскаду усиления мощности с гальванической развязкой и источнику питания DC-DC с гальванической развязкой, а выход источника питания и выход импульсного генератора подключены к электронному ключу. Техническим результатом является получение свободного от помех управляющего сигнала от датчика потенциала корпуса корабля на входе управляемого преобразователя системы катодной защиты, что позволяет повысить степень защиты от коррозии корпуса корабля за счет исключения интервалов времени, на которых происходит некорректная установка уровня защитного потенциала из-за воздействия помех. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области катодной защиты металлических конструкций и может использоваться в устройствах катодной защиты подводной части корпусов кораблей и других морских сооружений от коррозии.
Для защиты от коррозии и коррозийно-механических повреждений подводной части корпусов морских судов, нефтегазодобывающих платформ, других плавучих сооружений в настоящее время используются автоматические следящие системы электрохимической катодной защиты.
Известна система «Луга-1», (см. ежемесячный научно-технический журнал «Судостроение» №3 за 1973 г., стр. 16-18, статья с аналогичным названием, авторы Ю.Я. Кузьмин, Н.Н. Бибиков, В.Г. Зимин, Л.В. Пивоварова), в составе которой в качестве датчика потенциала корпуса корабля используют электроды сравнения, например, хлорсеребряные электроды (ХСЭ) сравнения ЭХСП-СС по ОСТ 5.9951, производитель и разработчик ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей». Система «Луга-1» состоит из анодов, управляемого преобразователя, питающего аноды током, и датчика потенциала корпуса корабля. Напряжение с выхода датчика потенциала подают на вход управляемого преобразователя, где его сравнивают с заданной величиной защитного потенциала, и по результатам сравнения устанавливаются токи анодов. Величина выходного напряжения электрода сравнения зависит от солености воды, состояния лакокрасочного покрытия корпуса и находится в пределах от 0,2 до 1,5 В, входное сопротивление измерительного прибора не менее 20 кОм/В (п. 1.2 ГОСТ 9.056-75 «Стальные корпуса кораблей и судов»), таким образом, мощность сигнала, передаваемого по электрической цепи «выход электрода сравнения - вход управляемого преобразователя» составляет малую величину, например, при напряжении на электроде сравнения Uc=0,2 В и входном сопротивлении электрода сравнения 20 кОм/В мощность составляет около одного микроватта. В соответствии с РД5.9143 связь электрода сравнения, установленного на корпусе корабля, с преобразователем производят по двухпроводной линии, выполненной из кабеля КНРЭ 1×1. Длина линии связи может достигать, в зависимости от водоизмещения корабля, нескольких десятков метров и более. Такое соединение маломощного источника сигнала ХСЭ с входом преобразователя приводит к тому, что управляющий сигнал системы катодной защиты представляет собой аддитивную смесь сигнала и помехи.
Недостатком данной системы является искажение помехами сигнала с выхода электрода сравнения на входе преобразователя (после линии связи), что приводит к значительной погрешности регулирования тока анода, и, соответственно, к нарушению степени защиты от коррозии корпуса корабля следящей системой катодной защиты в периоды воздействия помех.
Известны другие системы катодной защиты судов и морских сооружений выполненные по аналогичному принципу, в которых применены различные преобразователи, например, тиристорные преобразователи АО «РИМР», г. Санкт-Петербург https://www.rimr.ru/catalog/morskoy-flot/katodnaya-zashchita/tiristornye-tsifrovye-preobrazovateli/), с использованием ХСЭ, подключенного через протяженную линию связи. Электрод сравнения служит датчиком потенциала для автоматического регулирования выходного тока катодной защиты. Недостатком данных систем является низкая степень защиты сигнала, передаваемого через линию связи с выхода электрода сравнения на вход преобразователя.
Также известны датчики для измерения потенциалов подземных сооружений, трубопроводов, например, устройство для измерения потенциалов подземного сооружения (см. патент РФ №2513666, опубликован 20.04.2014 г.), применение которого уменьшает погрешность измерения поляризационного потенциала подземного сооружения и упрощает процесс измерения суммарного потенциала. Недостатком этого датчика, а также других, используемых в качестве датчиков потенциалов подземных сооружений, является функциональная избыточность и, как следствие, сложность конструктивного исполнения для применения в системах катодной защиты судов и морских сооружений. Причина заключается в различии электрохимических процессов на границах «металл-грунт» и «металл-морская вода». В последнем случае исключается омическая составляющая потенциала, что упрощает структуру и конструкцию датчика. В системах защиты подземных сооружений и трубопроводов применяют медно-сульфатные электроды сравнения (МСЭ), которые имеют внешний вывод для подключения внешнего кабеля от датчика потенциала, и не используются при защите морских объектов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому устройству является известное устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций (см. патент РФ №2618968, опубликован 11.05.2017 г.), в котором электрод сравнения соединен с первым входом дифференциального операционного усилителя и корпусом корабля, а второй вход дифференциального операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения. Разность потенциалов электрода сравнения и источника эталонного напряжения является сигналом управления для преобразователя системы.
Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при передаче по проложенной на корабле протяженной линии связи маломощного сигнала управления током преобразователя в условиях воздействия помех со стороны радиоэлектронных и электрических систем в сложной электромагнитной обстановке и в условиях воздействия импульсных перенапряжений в сети.
Отсутствие статистических данных по уровням и спектральному составу помех не позволяет привести количественную оценку эффективности эксплуатируемых систем катодной зашиты. Кроме того, помехи носят специфический характер для каждого объекта. В то же время практика эксплуатации подтверждает проявление коррозии корпуса корабля при эксплуатации существующих систем катодной защиты.
Для получения «чистого» от помех управляющего сигнала катодной защиты необходимо иметь датчик потенциала с большой выходной мощностью и возможностью трансляции уровня потенциала по помехозащищенной линии, т.е. без уменьшения соотношения сигнал/помеха.
Техническим результатом изобретения является разработка устройства, обеспечивающего получение свободного от помех управляющего сигнала от датчика потенциала корпуса корабля на входе управляемого преобразователя катодной защиты, что позволяет повысить степень защиты от коррозии корпуса корабля за счет исключения интервалов времени, на которых происходит некорректная установка уровня защитного потенциала из-за воздействия помех.
Указанный технический результат при использовании заявленного устройства достигается тем, что в известном датчике потенциала, содержащем электрод сравнения, выход которого через линию связи соединен с преобразователем, дополнительно введены и последовательно соединены следующие элементы: буферный усилитель с гальванической развязкой, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), детектор состояния линии связи, выход которого через линию связи соединен с электронным ключом, выход которого подключен к преобразователю, а второй выход детектора состояния линии связи соединен с входом импульсного зарядного устройства, выход которого соединен параллельно с АЦП, каскадом усиления мощности с гальванической развязкой и источником питания DC-DC с гальванической развязкой, выход которого соединен с буферным усилителем с гальванической развязкой, а к электронному ключу подключены источник питания и импульсный генератор.
Заявленное устройство поясняется чертежом, представленным на фиг. 1, на котором показана структурная схема цифрового датчика потенциала.
Заявленное устройство, показанное на фиг. 1, состоит из электрода сравнения (1), подключенного к буферному усилителю с гальванической развязкой (3), который подключен источнику питания с гальванической развязкой DC-DC (2), и включает в себя буферный каскад усиления (3.1) и каскад усиления мощности с гальванической развязкой (3.2), выход которого подключен к входу АЦП (4), который подключен на вход детектора состояния линии связи (6), который через линию связи (7) соединен с электронным ключом (9), выход которого подключен к преобразователю, вход импульсного зарядного устройства (5) подключен к детектору состояния линии связи (6), а выход импульсного зарядного устройства (5) параллельно подключен к АЦП (4), каскаду усилителя мощности с гальванической развязкой (3.2) и источнику питания с гальванической развязкой DC-DC (2), выход источника питания (8) и выход импульсного генератора (10) подключены к электронному ключу (9).
Входящие в структурную схему цифрового датчика потенциала на фиг. 1 элементы имеют следующее назначение.
Электрод сравнения (1) является источником электрохимического потенциала на границе «металл-морская вода».
Источник питания с гальванической развязкой DC-DC (2) предназначен для питания буферного каскада усиления (3.1) и является типовым элементом, источник питания гальванически развязан от сети электропитания корабля.
Буферный усилитель с гальванической развязкой (3) включает в себя:
- буферный каскад усиления (3.1) без гальванической развязки с коэффициентом усиления по напряжению равным 1 и входным сопротивлением не менее 20 кОм/В согласно требованиям п. 1.2 ГОСТ 9.056-75 «Стальные корпуса кораблей и судов», запитанный от источника питания с гальванической развязкой DC-DC (2);
- каскад усилителя мощности с гальванической развязкой (3.2) с коэффициентом усиления по мощности более 100, запитанный от импульсного источника питания (5).
АЦП (4) - аналогово-цифровой преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового сигнала в цифровой вид, является типовым элементом.
Импульсное зарядное устройство (5) состоит из аккумулятора электрической энергии достаточной емкости, величина которого определяется в зависимости от временных параметров импульсного режима работы датчика «заряд» (заряд импульсного зарядного устройства (5) от источника питания (8)) - «передача информации» (передача информации от АЦП (4) к регулятору тока преобразователя).
Детектор состояния линии связи (6) переводит линию связи (7) из состояния «заряд» в состояние «передача информации» при пропадании в линии связи напряжения питания, обратный переход происходит при появлении питания. Детектор выполнен на типовом коммутационном элементе, например на интегральном коммутаторе CPC1035V. Пороговые значения напряжений устанавливают с защитным интервалом.
Линия связи (7) предназначена для соединения детектора состояния линии связи (6) с электронным ключом (9), представляет собой экранированную витую пару. Экран пары по всей длине линии изолирован от корпуса и соединен с корпусом в одной точке - в месте подключения линии к электроду сравнения.
Источник питания (8) предназначен для заряда импульсного зарядного устройства (5) при работе датчика в режиме «заряд». Номинальные значения выходного тока и напряжения определяются режимом работы импульсного зарядного устройства (5).
Электронный ключ (9) выполнен по схеме «один вход - два выхода», управляющий вход которого подключен к импульсному генератору (10), выполнен на типовом коммутационном элементе, например, электронном реле.
Импульсный генератор (10) задает такты временного цикла работы датчика «заряд» - «передача информации», выполнен по типовой триггерной схеме.
Заявленное устройство работает следующим образом:
Сигнал с выхода электрода сравнения (1) поступает на вход буферного каскада усиления (3.1), который подключен к источнику питания DC-DC с гальванической развязкой (2) и далее на каскад усиления мощности с гальванической развязкой (3.2), выход которого подключен к входу АЦП (4). Таким образом, усиленное и гальванически развязанное от корпуса корабля напряжение, соответствующие электрохимическому потенциалу, преобразуется в цифровой вид. Далее эта цифровая информация о потенциале корпуса корабля через детектор состояния линии связи (6) по линии связи (7) поступает на вход электронного ключа (9), выход которого является выходом датчика.
Так как на ходу и на стоянке корабля электрохимический потенциал корпуса корабля изменяется медленно, снятие информации с выхода АЦП производят периодически, например один раз в минуту с интегрированием на интервале до 1 сек. и более, что не снижает эффективность системы катодной защиты. Это позволяет ввести импульсный режим работы датчика, а также исключить влияние помех в паузах временного цикла, путем их интегрирования в преобразователе.
В паузах между считываниями информации подключают зарядное устройство (5) к источнику питания (8) через электронный ключ (9), линию связи (7), детектор состояния линии связи (6) и производят накопление энергии для питания датчика на интервалах считывания.
Временной цикл работы датчика задают импульсным генератором (10), выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа (9). Управление также может осуществляться по программе от преобразователя системы.
В последнем случае выход линии связи соединяют непосредственно с преобразователем, формирующим временной цикл работы датчика и подачу питания импульсного зарядного устройства.
При высокой скважности выборок информации порядка 50 и более и малых энергетических затратах на одну информационную выборку, порядка доли джоуля, датчик выполняют в герметичном исполнении (например, заливают силиконом), что обеспечивает возможность его размещения в малодоступном месте и без ремонта и техобслуживания. Незначительные энергетические затраты обеспечивают высокую надежность и долговечность работы.
Конструктивно элементы датчика объединяют с электродом сравнения и подключают к линии связи, а источник питания (8), электронный ключ (9) и импульсный генератор (10) объединяют в отдельный конструктив.
Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков в заявленном устройстве информация в цифровом виде о потенциале корпуса корабля, измеренном в точке размещения электрода сравнения, поступает на вход преобразователя катодной защиты практически без влияния растекания токов по корпусу и влияния помех на результат измерения при гальванической развязке цепи, что обеспечивает повышение степени защиты от коррозии корпуса корабля за счет исключения интервалов времени, на которых происходит некорректная установка уровня защитного потенциала из-за воздействия помех, т.е. достигается сформулированный технический результат при использовании заявленного устройства.
Claims (1)
- Цифровой датчик потенциала корпуса корабля, характеризующийся тем, что он состоит из электрода сравнения, подключенного к буферному усилителю с гальванической развязкой, который подключен источнику питания DC-DC с гальванической развязкой, и включает буферный каскад усиления и каскад усиления мощности с гальванической развязкой, выход которого подключен к входу аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), который подключен на вход детектора состояния линии связи, соединенный через линию связи с электронным ключом, выход которого выполнен с возможностью подключения к преобразователю системы катодной защиты, при этом к детектору состояния линии связи подключен вход импульсного зарядного устройства, выход которого параллельно подключен к АЦП, каскаду усиления мощности с гальванической развязкой и источнику питания DC-DC с гальванической развязкой, а выход источника питания и выход импульсного генератора подключены к электронному ключу.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143693A RU2759821C1 (ru) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | Цифровой датчик потенциала корпуса корабля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143693A RU2759821C1 (ru) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | Цифровой датчик потенциала корпуса корабля |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019136456 Substitution | 2019-11-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759821C1 true RU2759821C1 (ru) | 2021-11-18 |
Family
ID=78607471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020143693A RU2759821C1 (ru) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | Цифровой датчик потенциала корпуса корабля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759821C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010067724A (ko) * | 2001-03-13 | 2001-07-13 | 송용일 | 지하매설 배관의 전위 측정장치 |
RU2513666C2 (ru) * | 2012-05-28 | 2014-04-20 | Анатолий Александрович Анашкин | Устройство для измерения потенциалов подземного сооружения |
KR20160026370A (ko) * | 2014-09-01 | 2016-03-09 | (주) 소프트랩 | 저전력 기반의 고속 이동식 지하 매설배관 방식전위 측정 시스템 |
RU2618968C1 (ru) * | 2015-10-13 | 2017-05-11 | Александр Петрович Молодцов | Устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций |
-
2020
- 2020-12-28 RU RU2020143693A patent/RU2759821C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010067724A (ko) * | 2001-03-13 | 2001-07-13 | 송용일 | 지하매설 배관의 전위 측정장치 |
RU2513666C2 (ru) * | 2012-05-28 | 2014-04-20 | Анатолий Александрович Анашкин | Устройство для измерения потенциалов подземного сооружения |
KR20160026370A (ko) * | 2014-09-01 | 2016-03-09 | (주) 소프트랩 | 저전력 기반의 고속 이동식 지하 매설배관 방식전위 측정 시스템 |
RU2618968C1 (ru) * | 2015-10-13 | 2017-05-11 | Александр Петрович Молодцов | Устройство для питания и автоматического регулирования выходного тока системы катодной защиты от коррозии металлоконструкций |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101517420B (zh) | 用于腐蚀测量的现场设备 | |
CN111910188A (zh) | 埋地钢质管道阴极保护的全智能测试装置以及测试桩 | |
KR101680798B1 (ko) | 극한지 파이프라인의 부식을 실시간 모니터링하는 외부전원방식 시스템 및 그 방법 | |
CN100585010C (zh) | 一种海洋平台牺牲阳极发出电流的监测装置 | |
CN111206252A (zh) | 基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统及其监测方法 | |
RU2759821C1 (ru) | Цифровой датчик потенциала корпуса корабля | |
EP0986762B1 (en) | Method of monitoring battery health | |
US5144247A (en) | Method and apparatus for reducing IR error in cathodic protection measurements | |
CN114487574A (zh) | 电位测量设备和方法 | |
RU2421737C1 (ru) | Способ измерения потенциала подземного сооружения и устройство для его осуществления | |
US11015581B2 (en) | Coating monitoring system of wind turbines and operating method thereof | |
GB2124382A (en) | Determining the level of protection provided by a submarine cathodic protection system | |
CN109371402A (zh) | 一种可调节的外加电源阴极保护系统 | |
KR100741042B1 (ko) | 전기전도도 측정 센서 및 장치 | |
RU2783858C1 (ru) | Установка для контроля катодной защиты | |
CN118256922B (zh) | 一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法 | |
CN203187758U (zh) | 一种阴极保护监测仪 | |
RU2229704C1 (ru) | Устройство для измерения потенциалов подземных трубопроводов | |
Meagher et al. | A low-noise conductivity microstructure instrument | |
CN108203833A (zh) | 一种钢筋混凝土监测装置 | |
RU2069861C1 (ru) | Способ измерения поляризационного потенциала токопроводящего сооружения | |
US4152228A (en) | Method for reducing electrolytic interference with metal structures | |
Moore et al. | Use of voltammetry to monitor O2 using Au/Hg electrodes and to control physical sensors on an unattended observatory in the Delaware Bay | |
CN116989652B (zh) | 可作为参比电极使用的位移传感器及其使用方法 | |
CN118256922A (zh) | 一种腐蚀监测用参比电极及其使用方法 |