Электрод сравнения Российский патент 2019 года по МПК C23F13/06 

Изобретение относится к электрохимической защите объектов от коррозии, в частности, к средствам контроля за величиной защитного потенциала на защищаемом объекте, а именно - к электродам сравнения медносульфатным неполяризующимся. Может использоваться в составе станций катодной защиты для измерения потенциала подземных металлических сооружений.

Известен электрод сравнения с длительным сроком службы для катодной защиты по патенту Китая на изобретение CN №207313710, C23F 13/00, 2018. Электрод сравнения содержит керамический корпус с медным проводом внутри, соединенным с кабелем. Внутри корпуса помещен наполнитель из кристаллов сульфата меди. Большая часть керамического корпуса покрыта герметизирующей эмалью. Недостатком является невысокие эффективность устройства. Герметизирующее покрытие уменьшает площадь контакта электрода с рабочей средой, а повышенная пористость в местах отсутствия покрытия не исключает возможности вытекания электролита, перешедшего в жидкое состояние, его загрязнение и забивание пор грязью, что приводит к ухудшению работы устройства, снижает точность измерений защитного потенциала.

Известен двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся по патенту РФ №2339740, C23F 13/00, 2008, содержащий токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе. Корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля. Корпус содержит керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану. Корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной. В месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой. В нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой. Диафрагма выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта. Недостатком является сложность конструкции, недостаточная надежность работы электрода сравнения из-за возможности вытекания жидкого электролита.

В качестве ближайшего аналога для первого варианта заявляемого технического решения выбран электрод сравнения длительного действия по патенту РФ на полезную модель №178871. Электрод сравнения для коррозионных измерений при электрохимической защите подземных металлических конструкций содержит диэлектрический корпус и перфорированную крышку. В корпус, заполненный активатором, установлены пластины из разнородных металлов. В состав активатора входит медный купорос в количестве 30 масс. %, гипс - 10 масс. %, глина - 40 масс. % и вода в количестве 20 масс. %. Применение гипса в количестве 10 масс. % не позволяет полностью перевести активатор в твердое состояние и предотвратить его утечку в грунт, сложностью является и применение глины для создания хорошего электролитического контакта. Это обуславливает невысокую надежность работы электрода сравнения.

В качестве ближайшего аналога для второго варианта заявляемого технического решения выбран электрод сравнения длительного действия по патенту РФ на полезную модель №88355. Электрод сравнения содержит токонепроводящий корпус с вмонтированным медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе. Корпус состоит из электролитической камеры, заполненной электролитом, содержащим 35-36 вес. % сульфата меди, 25-30 вес. % этиленгликоля, и 5-8 вес. % загустителя - мелкодисперсного кремнезема (аэросила). Диафрагма выполнена из пластины пористого оксидированного титана толщиной 3,5÷4 мм и средним диаметром пор 0,04÷0,08 мкм. Недостаточная надежность работы электрода сравнения длительного действия обусловлена малым количеством загустителя, не предотвращающим возможность вытекания электролита через пористую пластину.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы электрода сравнения.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в электроде сравнения, содержащем токонепроводящий корпус с медным электродом внутри, заполненный электролитом, содержащим соль меди и этиленгликоль, согласно изобретению, корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, электролит дополнительно содержит гипс при следующем соотношении компонентов в масс. %:

гипс 10-50 соль меди 5-30 вода 5-30 этиленгликоль 5-15.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в электроде сравнения, содержащем токонепроводящий корпус с медным электродом внутри, заполненный электролитом, содержащим соль меди и этиленгликоль, согласно изобретению, корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, электролит дополнительно содержит перлит при следующем соотношении компонентов в масс. %:

перлит 10-50 соль меди 5-30 вода 5-30 этиленгликоль 5-15.

Выполнение корпуса из керамического материала с открытой пористостью, в котором эта пористость достигает от 20 до 40% площади всего корпуса позволяет для обоих вариантов применения использовать поверхность корпуса в качестве ионообменного элемента для создания обмена электрическими частицами между грунтом и медным электродом. Корпус с указанной пористостью одновременно служит фильтром от загрязнения электролита грунтовой влагой. Благодаря такому конструктивному исполнению корпуса обеспечивается достаточно широкий контакт с рабочей средой, повышается надежность и точность измерений защитного потенциала. Указанные значения пористости являются оптимальными. При меньшей пористости снижается потенциал самого электрода сравнения, что недопустимо, т.к., согласно эксплуатационным нормативным документам электрод сравнения должен иметь постоянное значение базового потенциала, напроимер, «-100±20 мV» относительно эталонного хлорсеребрянного электрода с нулевым потенциалом. При увеличении степени пористости керамического корпуса внутрь электролита попадает грязь, что ухудшает работу электрода сравнения. Забивание грязью самих пор может привести к отказу в работе устройства.

На фиг. 1 представлен электрод сравнения.

Электрод сравнения содержит керамический корпус 1. Корпус 1 может быть выполнен в виде цилиндра, может иметь любую другую форму, например, конус. Верхний и нижний торцы керамической трубки корпуса 1 герметично закрыты, например, с помощью нанесения герметизирующих слоев 2 из эпоксидной смолы, или иным способом с помощью глухих крышек. В качестве материала корпуса 1 может использоваться Мультикорунд 82, в котором содержание оксида алюминия составляет более 60%, могут использоваться иные Мульткорунды. Внутри керамического корпуса 1 установлен медный электрод 3 в виде спирали, помещенной в электролит 4. К электроду 3 присоединяют измерительный кабель 5. Электролит 3 помещают в корпус 1 в твердом состоянии.

Состав электролита 3 по первому варианту исполнения включает сульфат меди или хлорид меди, водный дистиллят, этиленгликоль и гипс. Наличие гипса в количестве 40 масс. % обуславливает затвердевание электролита 3 до образования твердой субстанции. В таком состоянии электрод без изменения свойств может находиться до трех лет. Перед установкой электрода его замачивают на определенное время, в частности на 24 часа. После этого гипс - водный сульфат кальция переходит во влажную густую массу, способную к переносу электрических частиц, но не вытекающую в грунт через поры керамического корпуса 1.

Состав электролита 3 по второму варианту исполнения включает сульфат меди или хлорид меди, водный дистиллят, этиленгликоль и перлит. Перлит, состоящий из частиц вулканического стекла так же, как и гипс способствует затвердеванию электролита 3, что предотвращает его вытекание из корпуса 1 и повышает надежность работы устройства.

При формировании электролита медный купорос используют в виде смеси жидкости (насыщенного раствора) и кристаллов.

Электрод сравнения работает следующим образом.

Наполняют корпус 1 электрода сравнения электролитом указанного состава по первому или второму варианту, устанавливают значение потенциала электрода сравнения по отношению к хлорсеребряному электроду равное 100 мВ с допустимым отклонением ±20 мV. При необходимости, замачивают электрод сравнения. Устанавливают Электрод сравнения в грунт вблизи защищаемого подземного металлического сооружения на расстоянии 0,1-0,15 м для создания электролитического контакта. Соединяют электрод сравнения измерительным кабелем 5 с вольтметром контрольно-измерительного пункта. К вольтметру подключают и выходные кабели от подземного защищаемого объекта. Производят замеры потенциалов защищаемого объекта относительно значения потенциала электрода сравнения, как суммарного, с омической составляющей, так и поляризационного. Определяют эффективность противокоррозионной защиты указанных сооружений. Долговечность работы электрода сравнения обеспечивается за счет применения корпуса из керамики и за счет использования твердого электролита.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность работы электрода сравнения.

Изобретение относится к средствам контроля за величиной защитного потенциала на защищаемом объекте, а именно к электродам сравнения медносульфатным неполяризующимся, и может быть использовано в составе станций катодной защиты для измерения потенциала подземных металлических сооружений. Повышение надежности работы электрода достигается за счет того, что его корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, а электролит дополнительно содержит гипс или перлит при следующем соотношении компонентов, мас. %: гипс или перлит 10-50; соль меди 5-30; вода 5-30; этиленгликоль 5-15. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрод сравнения, содержащий токонепроводящий корпус с медным электродом внутри, заполненный электролитом, содержащим соль меди и этиленгликоль, отличающийся тем, что корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, а электролит дополнительно содержит гипс при следующем соотношении компонентов, мас. %:

гипс 10-50 соль меди 5-30 вода 5-30 этиленгликоль 5-15

2. Электрод сравнения, содержащий токонепроводящий корпус с медным электродом внутри, заполненный электролитом, содержащим соль меди и этиленгликоль, отличающийся тем, что корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, а электролит дополнительно содержит перлит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

перлит 10-50 соль меди 5-30 вода 5-30 этиленгликоль 5-15