RU78318U1 - Электрод сравнения - Google Patents

Abstract

Электрод сравнения относится к системе мониторинга коррозионных процессов на стальных подземных сооружениях для определения опасности коррозии стали. Электрод сравнения, содержит заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, снабженный электрическим проводом. Датчик потенциала закреплен снаружи корпуса и снабжен двумя электрическими проводами. Корпус снабжен расположенным снаружи временным анодом с электрическим проводом. Стержень выполнен хлорсеребряным и покрыт пористой керамической коронкой. Верхняя часть корпуса закрыта пробкой, а в дне корпуса выполнены сквозные капиллярные отверстия, заполненные электролитом, причем датчик потенциала расположен вблизи капиллярных отверстий. Датчик потенциала выполнен в виде выпукло-вогнутой пластины, причем выпуклой стороной датчик потенциала обращен в сторону капиллярных отверстий, а вогнутая и боковые стороны датчика потенциала покрыты изоляционным материалом. Электролит может представлять собой загущенный раствор KCl. Корпус и временный анод могут иметь цилиндрическую форму и могут быть расположены коаксиально. Датчик потенциала может быть сменным. Пробка может быть выполнена резьбовой. Датчик потенциала может располагаться на расстоянии 0 мм - 1 мм от капиллярных отверстий. Использование заявленного электрода сравнения увеличивает точность измерения потенциала стального сооружения, что позволяет контролировать эффективность электрохимической защиты.

Description

Полезная модель относится к системе мониторинга коррозионных процессов на стальных подземных сооружениях (например, на трубопроводах) для определения опасности коррозии стали и контроля эффективности электрохимической защиты в высокоомных грунтах.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является электрод сравнения длительного действия, содержащий заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, датчик потенциала, закрепленный снаружи корпуса, ионообменную мембрану, установленную над пористой диафрагмой, причем электролит выполнен двухслойным, при этом в качестве нижнего слоя, расположенного над ионообменной мембраной, выбран матричный электролит со структурой молекулярного сита, а датчик потенциала закреплен на выступающей из дна корпуса части пористой диафрагмы. Ионообменная мембрана, установленная над пористой диафрагмой, зажата по периметру между двух диэлектрических концентрических колец. Пористая диафрагма выполнена в виде цилиндра из пористой керамики, боковая сторона которого покрыта диэлектрическим слоем глазури. В датчике потенциала имеется отверстие, которым он фиксируется на выступающей части пористой диафрагмы (см. патент РФ №2307338, МПК G01N 17/02 от 31.01.2006).

Недостатками известного электрода сравнения длительного действия является то, что используемый серебряный стержень не обеспечивает стабильных и точных измерений величины потенциала подземного сооружения, так как показания потенциала стержня зависят от состава среды, в которую он помещен. Кроме того, в растворе CaCl₂, находящемся внутри электрода сравнения, возникает диффузионный потенциал, что приводит к изменению значений потенциала электрода сравнения. Перечисленные недостатки препятствуют получению технического результата по повышению точности измерений, надежности и увеличению срока службы.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель является создание универсального неполяризующегося электрода сравнения, обеспечивающего повышение точности измерений, надежности и увеличение срока службы. Устройство позволяет измерять потенциал подземных сооружений по методу Габера-Луггина в высокоомных грунтах с использованием хлорсеребряного электрода сравнения и измерять плотность натекающего тока на датчик потенциала.

Поставленная задача решается следующим образом.

Электрод сравнения содержит заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, снабженный электрическим проводом, датчик потенциала, снабженный двумя электрическими проводами и закрепленный снаружи со стороны дна корпуса, причем корпус снабжен расположенным снаружи временным анодом с электрическим проводом, стержень выполнен хлорсеребряным и покрыт пористой керамической коронкой, верхняя часть корпуса закрыта пробкой, в дне корпуса выполнены сквозные капиллярные отверстия, заполненные электролитом, датчик потенциала расположен вблизи капиллярных отверстий и выполнен в виде выпукло-вогнутой пластины, причем выпуклой стороной датчик потенциала обращен в сторону капиллярных отверстий, а вогнутая и боковые стороны датчика потенциала покрыты изоляционным материалом. В частном случае исполнения электролит представляет собой загущенный раствор КСl. В частном случае исполнения корпус и временный анод имеют цилиндрическую форму и расположены коаксиально. В частном случае исполнения датчик потенциала является сменным. В частном случае исполнения пробка выполнена резьбовой. В частном случае исполнения датчик потенциала расположен на расстоянии 0 мм - 1 мм от капиллярных отверстий.

Технический результат может быть достигнут с помощью настоящей полезной модели за счет создания электролитического контакта, обладающего малой площадью и малым расстоянием между капиллярным отверстием и наружной поверхностью предварительно катодно заполяризованного датчика потенциала,

что позволяет измерять потенциал подземного сооружения без омической составляющей (поляризационный потенциал). Технический результат достигается также изменением состава электролита в электроде сравнения: в раствор КСl добавлен агар-агар для загущения всего объема электролита и создания пористой среды с целью уменьшения осмотического переноса хлорид-ионов раствора в окружающую среду. На серебряный стержень электрохимическим способом нанесена нерастворимая соль AgCl для создания электрода второго рода, обратимого по аниону. Осыпание соли предотвращено закрепленной на стержне пористой керамикой или в виде заранее изготовленной коронки, одетой на серебро с AgCl или закрепленной термически, путем предварительного нанесения на серебро с AgCl порошка бентонита с водой. Роль электролитического ключа между хлорсеребряным стержнем и датчиком потенциала выполняют капиллярные отверстия, заполненные загущенным раствором КСl. Капиллярные отверстия выполняют роль диафрагмы малой площади, в результате чего также уменьшается осмотический перенос хлорид-ионов раствора в окружающую среду.

Заявляемый электрод сравнения поясняется чертежами. На фигуре 1 представлен чертеж электрода сравнения, а на фигуре 2 - схема подключения электрода сравнения при измерениях потенциала трубопровода в высокоомных грунтах.

Электрод сравнения, изображенный на чертеже (фиг.1), состоит из корпуса 1, датчика потенциала 2, резьбовой пробки 3, хлорсеребряного стержня 4, пористой керамической коронки 5, бокового отверстия 6, электролита 7, сквозных капиллярных отверстий 8, центрального отверстия 9 в дне корпуса, электрических проводов 10, отверстий в резьбовой пробке 11, электрического провода 12, сквозного отверстия 13 в резьбовой пробке и изоляционного материала 14. Корпус 1 снабжен расположенным снаружи временным анодом 15 с электрическим проводом 16. Символом «К» (катод) обозначена наружная поверхность датчика потенциала 2. Символом «А» (анод) обозначен временный анод 15.

На схеме (фиг.2) подключения электрода сравнения при измерениях потенциала трубопровода в высокоомных грунтах приняты следующие обозначения: А - вывод от временного анода 15; ДП1, ДП2 - выводы от датчика потенциала; ХСС - вывод от хлорсеребряного стержня; Тр - вывод от трубопровода; УПП - устройство предварительной поляризации датчика потенциала.

Корпус 1 электрода сравнения выполнен из диэлектрического материала. В верхней части корпуса устанавливают пробку 3 из диэлектрического материала, которая может быть выполнена резьбовой, на внутренней поверхности которой в центре укрепляют хлорсеребряный стержень 4, представляющий собой серебряный стержень с нанесенной на его поверхность солью AgCl, покрытый пористой керамической коронкой 5. В центре резьбовой пробки 3 выполнено сквозное отверстие 13, через которое от хлорсеребряного стержня 4 выведен электрический провод 12. Дно цилиндрического корпуса 1 снабжено выступом, на котором установлен датчик потенциала 2 выполненный в виде выпукло- вогнутой пластины из стали, имеющей радиус кривизны, равный радиусу кривизны трубопровода 17. Выпуклой стороной датчик потенциала 2 обращен в сторону капиллярных отверстий 8, а вогнутая и боковые стороны датчика потенциала 2 покрыты изоляционным материалом 14. Закрепление датчика потенциала на выступе может быть осуществлено с помощью резьбового соединения. Со стороны крепления датчика потенциала 2, в дне корпуса 1 выполнены сквозные капиллярные отверстия 8 диаметром 0,7 мм в количестве 8 штук, расположенные по периметру торцевой поверхности, и центральное отверстие 9 диаметром 5 мм. Электрические провода 10 от датчика потенциала 2 проходят через сквозное центральное отверстие 9, через внутреннюю полость корпуса, через отверстия 11 в резьбовой пробке 3 и выведены наружу. После сборки конструкции отверстия (13, 11, 9) заливают герметиком. На боковой стенке цилиндрического корпуса 1 расположено боковое отверстие 6, через которое во внутреннюю полость корпуса 1 заливают электролит 7, представляющий собой раствор КСl, загущенный агар-агаром и нагретый до температуры кипения.

После заливки накладывают муфту из термоусадочного материала ниже отверстия 6 ближе к датчику потенциала 2.

Надевают временный анод 15 до муфты из термоусадочного материала.

После охлаждения раствора отверстие 6 герметизируют и с наружной части накладывают муфту из термоусадочного материала, таким образом, чтобы временный анод 15 оказался между двумя муфтами.

Измерение поляризационного потенциала датчика потенциала проводят следующим образом. Электрод сравнения помещают непосредственно на поверхность изоляции трубопровода 17 изолированной частью датчика потенциала (имеющей радиус кривизны, равный радиусу кривизны трубопровода 17) с целью имитации дефекта изоляции трубопровода 17. Таким образом, датчик потенциала находится в тех же условиях, что и сам трубопровод 17. Датчик потенциала изготовлен из той же марки стали, с тем же радиусом кривизны, что и трубопровод 17 («стенка» трубы той же марки стали определенной площади).

Датчик потенциала 2 одним из двух имеющихся проводов 10, проложенных через сквозное центральное отверстие 9 в дне корпуса, через внутреннюю полость корпуса 1 и через отверстие 11 в резьбовой пробке 3, подключают к выводу ДП1. Второй провод 10, проложенный через сквозное центральное отверстие 9, через внутреннюю полость корпуса 1 и через отверстие 11 в резьбовой пробке 3 подключают к выводу ДП2. При измерении потенциала подземного сооружения между хлорсеребряным стержнем 4, покрытым пористой керамической коронкой 5, и датчиком потенциала 2 электролитический контакт осуществляется через электролит 7, залитый в корпус 1 через отверстие 6, капиллярные отверстия 8, и грунт, в который погружен датчик потенциала 2. В результате максимального приближения датчика потенциала 2 к капиллярным отверстиям 8 возникает электролитический контакт, обладающий малой площадью и малым расстоянием между хлорсеребряным стержнем и датчиком потенциала, что позволяет измерять потенциал подземного сооружения без омической составляющей. При этом датчик потенциала 2 не должен перекрывать

капиллярные отверстия 8, т.е. должен располагаться вблизи капиллярных отверстий (на расстоянии 0 мм - 1 мм).

Металлический анод для предварительной поляризации датчика потенциала располагается на наружной поверхности диэлектрического корпуса, имеет цилиндрическую форму и отдельный изолированный вывод А.

Электрод сравнения комплектуется устройством предварительной поляризации датчика потенциала (УПП), в состав которого входит источник постоянного тока, вмонтированный в отдельный корпус и трехпозиционный переключатель. В корпусе имеются три клеммы для подключения датчика потенциала, временного анода и трубопровода через трехпозиционный переключатель (см. фиг.2).

Порядок измерения поляризационного потенциала в высокоомных грунтах:

- электрод сравнения помещают в грунт и обеспечивают надежный контакт датчика потенциала и временного анода с грунтом;

- между ДП1 и ХСС подключают вольтметр;

- временный анод, датчик потенциала и трубу подключают к соответствующим клеммам УПП;

- переключают переключатель в положение «а»;

- задают поляризацию до - 1,5 В в течение 5 мин;

- контролируют поляризацию по вольтметру;

- по истечении 5 минут переключатель переключают в положение «б»;

- измеряют поляризационный потенциал. Показания считают установившимися, если показания вольтметра не меняются во втором знаке после запятой в течение 10 секунд.

Стабильность и точность измерения поляризационного потенциала достигается тем, что на поверхность серебряного стержня 4 электрохимическим способом нанесена нерастворимая соль AgCl. Осыпание соли предотвращается закреплением на хлорсеребряном стержне пористой керамической коронки 5. Увеличение срока службы электрода сравнения достигается за счет загущения

раствора 7 агар-агаром и заполнения им капиллярных отверстий 8, а также за счет предотвращения осыпания нерастворимой соли AgCl со стержня 4 покрытием его пористой керамической коронкой 5.

Электрод сравнения позволяет осуществлять измерение поляризационного потенциала трубопровода в высокоомных грунтах с использованием высокоомного вольтметра.

По величине измеренного поляризационного потенциала датчика потенциала судят о защищенности подземного сооружения от коррозии.

Адекватность и воспроизводимость результатов измерений потенциала обеспечивается в результате:

- максимального приближения капиллярных отверстий к датчику потенциала;

- соответствия электролитов применяемого электрода сравнения и окружающей среды по хлорид-ионам;

- уменьшения осмотического переноса хлорид-ионов раствора в окружающую среду;

- применения коронки, предотвращающей осыпание соли AgCl с поверхности хлорсеребряного стержня;

- полной идентичности физико-химических параметров датчика потенциала и трубопровода;

- повышения механической прочности по сравнению с керамическими электродами;

- возможности замены датчика потенциала в случае его сильного коррозионного разрушения;

- того, что для проведения измерений не требуется отключений датчика потенциала от подземного сооружения.

Настоящий электрод сравнения обладает следующими преимуществами:

- относительная простота конструкции, неприхотливость в обращении, возможность длительного и многократного использования;

- электрод работоспособен при отрицательных температурах, с неоднократным замораживанием и размораживанием без изменения основных его характеристик;

- электрод не имеет временных ограничений по хранению.

Электрод сравнения может применяться в качестве переносного и стационарного.

Claims (6)

1. Электрод сравнения, содержащий заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, снабженный электрическим проводом, датчик потенциала, снабженный двумя электрическими проводами и закрепленный снаружи со стороны дна корпуса, отличающийся тем, что корпус снабжен расположенным снаружи временным анодом с электрическим проводом, стержень выполнен хлорсеребряным и покрыт пористой керамической коронкой, причем верхняя часть корпуса закрыта пробкой, в дне корпуса выполнены сквозные капиллярные отверстия, заполненные электролитом, датчик потенциала расположен вблизи капиллярных отверстий и выполнен в виде выпукло- вогнутой пластины, причем выпуклой стороной датчик потенциала обращен в сторону капиллярных отверстий, а вогнутая и боковые стороны датчика потенциала покрыты изоляционным материалом.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что электролит представляет собой загущенный раствор KCl.

3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что корпус и временный анод имеют цилиндрическую форму и расположены коаксиально.

4. Электрод по п.1, отличающийся тем, что датчик потенциала является сменным.

5. Электрод по п.1, отличающийся тем, что пробка выполнена резьбовой.

6. Электрод по п.1, отличающийся тем, что датчик потенциала расположен на расстоянии 0-1 мм от капиллярных отверстий.