УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 1996 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для оценки состояния защиты от электрохимической коррозии металлических подземных сооружений, например трубопроводов, резервуаров и т.п.

Известно устройство для измерения электрохимического потенциала подземных сооружений [1] содержащее регистрирующий прибор, стационарный неполяризующийся электрод сравнения и вспомогательный электрод, установленный в тех же условиях, что и исследуемое сооружение, и соединенный с сооружением через быстродействующий ключ. Измерения производятся в момент размыкания ключом цепи вспомогательный электрод сооружение без выключения устройств электрозащиты.

Основным недостатком этого устройства является низкая точность измерений. Это обусловлено, во-первых, тем, что в известном устройстве один электрод (вспомогательный) находится вблизи контролируемого сооружения, а другой (электрод сравнения) установлен на поверхности земли. Под действием блуждающих токов между электродами возникает разность потенциалов, которая суммируется с поляризационной составляющей.

Во-вторых, длительностью измерений, находящейся в обратной зависимости от точности, так как через очень короткий промежуток времени после размыкания цепи вспомогательный электрод сооружение (начало измерения) начинается деполяризация электрода.

Известно устройство измерения потенциала относительно земли катодно защищенной подземной конструкции [2] содержащее медносульфатный электрод сравнения, установленный под или на земле, и вспомогательный электрод, попеременно соединяющиеся с регистрирующим прибором. В качестве вспомогательного электрода используется проводящий металлический стержневой зонд, покрытый (кроме острия) слоем изолирующего материала и размещенный вблизи или над катодно защищенной конструкцией. Время подключения вспомогательного электрода к контролируемому сооружению составляет > 5с, а к регистрирующему прибору (время измерения) 0,1-10 мс и обеспечивается генератором импульсов. Подключение осуществляет электронная схема выборки-хранения, содержащая аналоговые ключи, входной операционный усилитель, связанный через цепь аналогового ключа и резистор с неинвертирующим входом выходного усилителя, к которому подключен измерительный конденсатор.

В этом устройстве минимальное время измерений ограничено скоростью разряда измерительного конденсатора в период хранения и составляет 0,1 мс, что не позволяет достигнуть высокой точности измерения. Кроме того, в описанной схеме точность измерения снижается наличием дрейфа напряжения сдвига входного усилителя, а также падением напряжения на аналоговом ключе и резисторе, так как в открытом состоянии ключа его сопротивление составляет десятки Ом.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается в устройстве для измерения электрохимического потенциала подземных сооружений, содержащем электрод сравнения и связанный с контролируемым сооружением металлический вспомогательный электрод, соединенные с регистрирующим прибором посредством схемы выборки-хранения, подключенной к генератору импульсов и содержащей аналоговый ключ, входной и выходной операционные усилители, а также измерительный конденсатор.

Отличием от прототипа является, во-первых, выполнение электрода сравнения и вспомогательного электрода в виде зонда, на изолированном металлическом стержне которого размещены изолированно друг от друга две металлические пластины, одна из которых служит электродом сравнения, а другая вспомогательным электродом. Такое выполнение обеспечивает идентичность условий для электродов благодаря сведению к минимуму расстояния между ними, исключая погрешность измерения, обусловленную разностью потенциалов на электродах, наведенную блуждающими токами.

Применение металлической пластины в качестве электрода сравнения возможно только при выполнении схемы выборки-хранения с очень большим входным сопротивлением и скоростью измерения порядка нескольких микросекунд (10-20). В этом случае протекающий в схеме измерительный ток будет настолько мал по величине и время его прохождения столь мало, что это не вызовет сколь-нибудь заметную поляризацию электрода сравнения.

Кроме того, портативность выполнения представляет удобство в эксплуатации этого устройства, снижает его стоимость.

Во-вторых, введение в схему выборки-хранения генератора тока в виде транзистора, база которого подключена к управляющему входу аналогового ключа и через кнопочный выключатель к выходу генератора импульсов, а коллектор к управляющему входу выходного усилителя. Такое включение уменьшает ток разряда измерительного конденсатора в режиме хранения путем увеличения сопротивления входных цепей выходного усилителя, повышает быстродействие схемы в режиме выборки.

В-третьих, подключение выхода выходного усилителя к инвертирующему входу первого усилителя через резисторный делитель, компенсирующее напряжение сдвига выходного усилителя и выравнивающее входное и выходное напряжения схемы выборки-хранения вследствие падения напряжения в цепи между выходом первого (входного) усилителя и неинвертирующим входом второго (выходного) усилителя.

В-четвертых, включение микроамперметра между контролируемым сооружением и нормально замкнутым аналоговым ключом, связанным с вспомогательным электродом. Это позволяет зафиксировать максимальный ток поляризации, соответствующий завершению поляризации, для определения момента начала измерения, а также контролировать постоянство этой максимальной величины тока в процессе измерения.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства для измерения электрохимического потенциала подземных сооружений.

Устройство содержит зонд 1, выполненный в виде изолированного металлического стержня, на котором установлены две пластины (электрод 2 сравнения и вспомогательный электрод 3).

Пластины изолированы друг от друга и от металлического стержня. Обе пластины металлические, выполнены из одного материала (например, легированной стали), находятся в одинаковых условиях и на минимальном расстоянии друг от друга. Следовательно, сопротивление между пластинами незначительно, разность стационарных электрических потенциалов между ними равна нулю.

Электрод 2 подключен к общей точке схемы 4 выборки-хранения, в которой имеется аналоговый ключ 5, выполненный, например, в виде микросхемы К 590КН4 и состоящий из нормально замкнутого ключа 6 и нормально открытого ключа 7. Вспомогательный электрод 3 через ключ 6 и микроамперметр 8 связан с контролируемым сооружением 9, а через ключ 7 с неинвертирующим входом операционного усилителя 10. Выход последнего посредством эмиттер-коллекторного перехода транзистора 11, включенного по диодной схеме, соединен с неинвертирующим входом выходного усилителя 12. К этому же входу подключен измерительный конденсатор 13, а между выходом усилителя 10 и общей точкой схемы включена цепь сброса в виде кнопочного выключателя 14. Управляющий вывод усилителя 12 подключен к коллектору транзистора 15 (генератору тока), база которого связана с управляющим входом ключа 5 и через контакты кнопочного выключателя 16 с генератором 17 прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2. Усилители 10 и 12 связаны отрицательной обратной связью через делитель напряжения (резисторы 18, 19). Выход усилителя 12 подключен к регистрирующему прибору 20 (вольтметру).

Для измерения электрохимического потенциала подземного сооружения предлагаемым устройством необходимо зонд 1 заглубить в грунт в непосредственной близости от контролируемого сооружения 9, включить источник питания (на чертеже не показан), нажать выключатель 14 для приведения в исходное состояние схемы 4 (конденсатор 13 должен полностью разрядиться стрелка вольтметра 20 установится в "0").

Вспомогательный электрод 3 поляризуется по цепи контролируемое сооружение 9 микроамперметр 8 нормально замкнутый ключ 6. На микроамперметре 8 наблюдается возрастание тока. По окончании роста тока (завершение поляризации электрода 3) нажать выключатель 16. Импульс с выхода генератора 17, длительность которого определяет время измерения (например, 10-20 мкс), открывает ключ 5 (срабатывает нормально открытый ключ 7) и открывает транзистор 15. Схема 4 работает в режиме выборки. Сигнал с электрода 3 через усилитель 10, транзистор 11 заряжает конденсатор 13. По окончании импульса генератора 17 ключ 5 и транзистор 15 закрываются. На входе усилителя 12 токи малы, ток разряда конденсатора 13 незначителен, так как разряду конденсатора 13 через выходные цепи усилителя 10 препятствует транзистор 11. Схема 4 работает в режиме хранения. Время работы схемы в режиме хранения равно времени работы в режиме выборки (10-20 мкс).

Каждый следующий импульс генератора 17 повторит вышеописанный цикл измерения, и каждый раз конденсатор 13 будет подзаряжаться, пока величина напряжения на его обкладках не достигнет величины измеряемого поляризационного потенциала (если это не произошло за время действия первого импульса). Рост напряжения на вольтметре 20 прекратится. Показания вольтметра соответствуют величине измеряемого электрохимического потенциала. Выключатель 13 отпускают.

В процессе измерения на микроамперметре 8 постоянно должна отображаться величина максимального тока поляризации.

Использование: оценка состояния защиты металлических подземных сооружений. Сущность изобретения: устройство для измерения электрохимического потенциала подземных сооружений содержит зонд, электрод сравнения и вспомогательный электрод, блок выборки и хранения, содержащий аналоговый ключ с размыкающим и замыкающим контактами, два операционных усилителя, транзистор, измерительный конденсатор, кнопочный выключатель, генератор тока на транзисторе, резистивный делитель на резисторах, а также содержит микроамперметр, соединенный с контролируемым сооружением, кнопочный выключатель, генератор импульсов, регистрирующий прибор. Электроды выполнены в виде двух металлических пластин, размещенных изолированно друг от друга на изолированном металлическом стержне зонда. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, содержащее электрод сравнения и металлической вспомогательный электрод, соединенные соответственно с первым и вторым входами блока выборки и хранения, содержащего два аналоговых ключа, входной и выходной операционные усилители, измерительный конденсатор, один вывод которого соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя и через второй аналоговый ключ - с выходом входного оперционного усилителя, неинвертирующий вход которого через замыкающий контакт первого аналогового ключа соединен с вторым блока выборки и хранения, к которому также подключен подвижный вывод размыкающего контакта первого аналогового ключа, неподвижный вывод которого соединен с третьим входом блока, предназначенный для подключения контролируемого подземного сооружения, второй вывод измерительного конденсатора соединен с первым входом блока, выход выходного операционного усилителя соединен с выходом блока, который соединен с входом регистрирующего прибора, генератор импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, металлический вспомогательный электрод расположен в непосредственной близости от контролируемого подземного сооружения, отличающееся тем, что введены конопочный выключатель, включенный в выходную цепь генератора импульсов, микроамперметр, включенный между третьим входом блока выборки и хранения и контролируемым подземным сооружением, причем электрод сравнения и металлический вспомогательный электрод выполнены в виде двух металлических пластин, размещенных изолированно одна от другой на изолированном металлическом стержне зонда, а в блок выборки и хранения дополнительно введены генератор тока, выполненный на транзисторе, база которого соединена с управляющим входом первого аналогового ключа и управляющим входом блока выборки и хранения, коллектор соединен с управляющим входом выходного операционного усилителя, а эмиттер подключен к второму выводу измерительного конденсатора, а также резистивный делитель, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом и выходом выходного операционного усилителя, второй вывод - с первым входом блока выборки и хранения, выход резистивного делителя соединен с инвертирующим входом входного операционного усилителя.