НЕПОЛЯРИЗУЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01N27/30 

Изобретение относится к электрохимической защите металлов от коррозии и сопряженным с ней измерениям электрических величин, а именно к неполяризующимся электродам сравнения, и может быть использовано при определении коррозионного состояния подземных металлических сооружений (трубопроводов и кабелей) и эффективности действия систем противокоррозионной защиты.

Известен электрод сравнения для измерения потенциала подземного металлического сооружения, содержащий гибкий протяженный корпус из диэлектрического материала со сквозными отверстиями вдоль корпуса, в которых размещены пористые локальные проницаемые пробки, закрепленный на корпусе металлический токоотвод, помещенный в раствор собственных солей, подключенный к токоотводу измерительный провод и поперечно размещенные внутри корпуса диэлектрические перегородки со сквозными отверстиями фиксированного диаметра, через которые пропущен кольцевой шнур со скользящим контактом, соединенный с контрольно-измерительным пунктом. Соответствующим подбором параметров электрода обеспечивают дифференциацию измеренных значений потенциала по поверхности сооружения. Электрод позволяет определить потенциал в любой точке поверхности сооружения. Недостатком такого электрода является снижение точности измерений в процессе его непрерывной работы вследствие постепенного изменения ионного состава электролита в однокамерной полости электрода и, соответственно, ускоренного возрастания погрешности измерений. Кроме того, точность измерений зависит от характеристик окружающего грунта.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является неполяризующийся медносульфатный электрод сравнения, применяемый при электрометрических измерениях параметров электрохимической защиты резервуаров. Указанный электрод содержит полый цилиндрический диэлектрический корпус со сквозными боковыми отверстиями и двумя внутренними секциями, разделенными пористой проницаемой перегородкой, токоотвод в виде медного стержня, помещенного в стеклянную трубку с залитой в нее смесью насыщенного раствора медного купороса и гелеобразующего вещества агар-агар, коммутирующий провод, подключенный к токоотводу, и резиновые прокладки, размещенные в верхней части электрода и служащие для герметизации контакта коммутирующего провода с токовводом. Нижняя секция корпуса электрода заполнена насыщенным раствором медного купороса, который контактирует с токоотводом через агар-агар. Верхняя секция через боковые отверстия сообщается с окружающей средой, а при проведении измерений потенциалов резервуара заполняется его дренажной водой. Однако известный электрод может обеспечивать высокую точность измерений лишь непродолжительное время и не во всех типах грунтов, во-первых, вследствие неизбежного изменения ионного состава электролита в процессе диффузии через единственную перегородку между камерами, во-вторых, из-за электродинамических и гидростатических характеристик конструкции. Кроме того, погрешность в измерения вносит дополнительный электрохимический переход между агар-агаром и электролитом. Срок службы электрода ограничен также, во-первых, из-за ненадежности узла контакта коммутирующего провода с токовводом, во-вторых, из-за быстроразрушающегося элемента электрической цепи в виде соединения агар-агар. Это не позволяет использовать электрод при непрерывных длительных измерениях.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет повышения стабильности собственного потенциала и срока службы неполяризующегося электрода сравнения, что обеспечивает эксплуатацию в экстремальных условиях не менее 5 лет без замены.

Неполяризующийся электрод сравнения содержит полый диэлектрический корпус со сквозными боковыми отверстиями, хотя бы одну смачиваемую пористую перегородку внутри корпуса, токоотвод из высокоэлектропроводного металла, помещенный в раствор собственных солей, коммутирующий провод, подключенный к токоотводу, и узел герметизации контакта измерительного провода с токоотводом, размещенный на одном из торцов корпуса. Отличительными признаками электрода являются: выполнение корпуса сборным из отдельных секций, разделенных ионопроницаемыми перегородками и электрически последовательно соединенных между собой; выполнение первой из торцовых секций в виде состыкованных основаниями осесимметричного и заостренного усеченного тел; снабжение боковой поверхности этой секции отверстиями, ось каждого из которых наклонена к оси центрального наружного отверстия в корпусе под острым углом; выполнение второй торцовой секции электроизолированной от внешней среды; снабжение второй торцовой секции торцовым электрическим контактом, к которому изнутри секции подведен и подключен токоотвод; размещение между торцовыми секциями по меньшей мере одной фильтрующей секции, электроизолированной от внешней среды; снабжение всех наружных отверстий электрода простыми смачиваемыми пробками.

На чертеже изображен неполяризующийся электрод сравнения, продольный разрез.

В неполяризующемся электроде сравнения полый, например, цилиндрический, диэлектрический корпус 1 выполнен сборным из отдельных секций, разделенных смачиваемыми пористыми перегородками 2 и электрически последовательно соединенных между собой посредством элементов 3 (например, резьбового соединения). Торцовая секция 4 корпуса 1 электрода выполнена в виде состыкованных верхним и нижним основаниями соответственно цилиндра и усеченного корпуса. Эта секция снабжена наклонными боковыми сквозными отверстиями 5, ось каждого из которых составляет с осью центрального наружного отверстия 6 в корпусе 1 острый угол. Отверстия 5 и 6 закрыты пористыми смачиваемыми пробками 7. Торцовая секция 8 корпуса 1 электроизолирована от окружающей среды и снабжена торцовым электрическим контактом 9, к которому изнутри секции подведен, жестко зафиксирован и подключен стержневой токоотвод 10 из высокоэлектропроводного металла (например, меди), а также коммутирующий, или измерительный провод 11. Контакт 9 измерительного провода с токовводом дополнительно изолирован от внешней среды узлом герметизации 12 (например, в виде диэлектрической крышки из материала корпуса с уплотняющим ниппелем, отверстием для вывода измерительного провода 11 и резиновой прокладкой). Между торцовыми секциями 4 и 8 размещены фильтрующие секции 13, электроизолированные от внешней среды. Число фильтрующих секций в конструкции электрода определяется в зависимости от условий применения (например, срока эксплуатации). Полость корпуса 1 электрода заполнена раствором 14 собственных солей металла токоотвода 10 (например, насыщенным раствором медного купороса). Электрическая изоляция секций корпуса от окружающей среды осуществляется за счет выполнения корпуса из токонепроводящих материалов, массивных к воздействию грунтового электролита и повышенному содержанию влаги в окружающей среде, например из эбонита, керамики или пластмассы, которые, кроме того, достаточно прочны и технологичны при обработке. Отверстия в корпусе предназначены для обеспечения надежного электрического контакта тела электрода с окружающей средой. Пористые перегородки внутри корпуса осуществляют герметизацию полости электрода от комбинированного воздействия окружающей среды. При этом материал перегородок обладает минимальным электрическим объемным сопротивлением и достаточной степенью расширения при набухании. В корпусе электрода используются перегородки разных размеров и профилей для улучшения условий герметизации фильтрующих полостей и обеспечения гидростатического равновесия применяемого электролита, а также увеличения срока службы электрода в целом. Секционность конструкции корпуса позволяет для каждого конкретного объекта в зависимости от характеристик окружающей среды обеспечить требуемый срок службы и сопротивление растеканию электрода в пределах допустимой погрешности измерений величины потенциала трубопровода. Поэтому количество секций (N) корпуса может быть разным. Гидростатическое равновесие раствора в верхней секции устройства и электролита окружающей среды обеспечивается геометрическими размерами торцовой секции с боковыми отверстиями. Минимальная погрешность измерения потенциала объекта, определяемая сопротивлением растеканию устройства, обеспечивается выбором числа боковых отверстий, что учитывается при изготовлении электрода. Для исключения погрешности измерения устройства за счет изменения ионного состава раствора СuSO₄ электролитом окружающей среды в процессе эксплуатации в конструкции подбирается оптимальное число фильтрующих секций.

Электрод работает следующим образом.

При установке электрода в грунт его внутренняя полость, заполненная раствором медного купороса, через пористые центральную и боковые пробки 7 электрически замыкается с электролитом грунта, который диффундирует внутрь корпуса 1. Таким образом, происходит замыкание измерительной цепи: электрод-грунт-коммутирующий провод-измерительный прибор. Так как полость корпуса разделена на несколько секций ионопроницаемыми перегородками 2, то общий объем диффундирующего электролита грунта (по мере перехода от наружных отверстий к торцовой секции 4 с токовводом 10) значительно сокращается в пропорции к количеству промежуточных фильтрующих секций 13. В результате в полости секции 4 длительное время сохраняется неизменный состав и концентрация раствора СuSO₄, что позволяет электроду сохранять стабильным собственный потенциал и значит, обеспечивать необходимую погрешность измерения. Оптимальный уровень электролита (Сu₂SO₄) обеспечивают боковые отверстия с пористыми пробками: в случае непредусмотренного отрыва уровня электролита от пробки в центральном отверстии 6 функцию токопроводящих каналов продолжают осуществлять боковые отверстия 5. Таким образом, в течение всего срока службы конструкция электрода (благодаря многократной фильтрации электролита) обеспечивает сохранение его химического состава и общего объема в приэлектродной области, т. е. в полости торцовой секции 8 с токовводом 10. Кроме того, наличие боковых отверстий 5 и узла герметизации 12 в целом повышают надежность конструкции электрода и увеличивают срок его службы. Основным преимуществом предлагаемого электрода сравнения перед известными техническими решениями аналогичной задачи является его высокая эксплуатационная надежность, которая обеспечивается за счет герметичности измерительных рабочих полостей всех секций корпуса от воздействия электролита окружающей среды, в частности грунтов различной коррозионной агрессивности и влагосодержания; безотказности работы в течение всего срока эксплуатации, благодаря обеспечению постоянного электрического контакта с грунтом через центральное или боковые отверстия; минимизации погрешности измерений, обычно возникающей вследствие отклонения собственного потенциала при засорении собственного электролита, благодаря действию фильтрующих секций; минимизация погрешности измерения потенциала объекта, вносимой сопротивлением растеканию электрода и определяемой суммарной площадью центрального и боковых отверстий, благодаря оптимизации геометрических размеров элементов электрода (отверстий, перегородок, пробок).

Сравнительные показатели заявляемого и известных электродов приведены в табл. 1, 2.

Диапазон удельных сопротивлений окружающей среды от 0 до 5 кОм˙м. Величина допустимого отклонения собственного потенциала в течение срока службы при эксплуатационных температурах не ниже +1^оС составляет 50 мВ. Прочность корпуса электрода при транспортировке обеспечивает его сохранность при свободном падении с высоты до 2 м. Технологичность конструкции (ее наборность) обеспечивает быструю и простую подготовку к работе и возможность замены каждого элемента электрода, что особенно важно при работе в полевых условиях. Электрод может быть использован в грунтах с широким диапазоном значений удельного сопротивления в сочетании практически со всеми типами измерительной аппаратуры, в частности для обеспечения безотказной работы систем телемеханики и телеконтроля эффективности работы станций катодной защиты нефтепроводов. (56) Авторское свидетельство СССР N 1398464, кл. G 23 F 13/00, 1986.

Рекомендации по протекторной защите днищ стальных резервуаров от коррозии, вызываемой дренажной водой, и технология монтажа протекторов в действующих резервуарах. М. : ОНТИ ВНИИСТа, 1977.

Изобретение относится к электрохимической защите металлов от коррозии и сопряженным с ней измерениям электрических величин, а именно к неполяризующимся электродам сравнения, и может быть использовано при определении коррозионного состояния подземных металлических сооружений (трубопроводов и кабелей) и эффективности действия систем противокоррозионной защиты. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет повышения стабильности собственного потенциала и срока службы электрода сравнения. ЭС содержит полый, в основном цилиндрический, корпус (К) 1 из токонепроводящего материала, выполненный наборным из отдельных секций (С), электрически последовательно соединенных между собой и разделенных пористыми электролитопроницаемыми (ПЭП) перегородками 2. Торцовая С 4 снабжена наклонными боковыми отверстиями 5. Ось каждого отверстия 5 составляет с осью центрального наружного отверстия 6 угол α<90^° . Отверстия 5 и 6 закрыты ПЭП пробками 7. В торцовой С 8 размещен электрический контакт 9, к которому подключены подведенный изнутри токоввод 10 из высокоэлектропроводного металла (медь) и измерительный провод 11. Между торцовыми С 4 и 8 размещены фильтрующие С 13, электроизолированные от внешней среды. Полость ЭС заполнена Э 14 (раствор медного купороса). Изобретение позволяет повысить точность измерения потенциала металлического объекта (например, трубопровода), защищаемого от электрохимической коррозии, а также надежность конструкции электрода сравнения (ЭС) путем сохранения общего объема собственного электролита (Э) и его химического состава в приэлектродной области. 2 табл. , 1 ил.

НЕПОЛЯРИЗУЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ, содержащий полый диэлектрический корпус со сквозными боковыми отверстиями, не менее одной смачиваемой пористой перегородки внутри корпуса, токоотвод из высокоэлектропроводного металла, помещенный в раствор собственной соли, коммутирующий провод, подключенный к токоотводу, и узел герметизации контакта измерительного провода с токоотводом на одном из торцов корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет повышения стабильности собственного потенциала и срока службы электрода его корпус выполнен сборным из отдельных секций, разделенных ионопроницаемымыми перегородками и электрически последовательно соединенных между собой, при этом первая торцовая секция выполнена в виде состыкованных основаниями осесимметричного тела и заостренного усеченного тела и снабжена боковыми отверстиями, при этом ось каждого отверстия наклонена к оси центрального наружного отверстия в корпусе под острым углом, вторая торцовая секция электроизолирована от внешней среды и снабжена торцовым электрическим контактом, к которому изнутри секции подведен и подключен токоотвод, между торцовыми секциями размещено не менее одной фильтрующей секции, электроизолированной от внешней среды, а все наружные отверстия электрода закрыты пористыми смачиваемыми пробками.