Устройство для измерения коррозионной активности грунта Советский патент 1992 года по МПК G01N27/48 G01R19/06 

4J

Ё

Использование: контрольно-измерительная техника, в частности для определ ё- ния коррозионной активности грунта. Сущность изобретения: устройство содержит задающий генератор 1, формирователь 2 импульсов, первый коммутатор 3, усилитель 4 постоянного тока, измерительный блок 5, первый генератор 6 тока, суммирующий усилитель 7, блок 8 выборки-хранения, второй генератор 9 тока, датчик 10 удельного сопротивления, второй коммутатор 11, эталонный резистор 12, блок 13 управления, аналого-цифровой преобразователь 14 и индикатор 15. 2 ил., 2 табл.

XI

(Л

о со

К)

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для определения коррозионной активности грунта при проектировании защиты уложенных в землю трубопроводов с целью выявления участков трубопроводов, находящихся в зоне коррозионной опасности; вызванной агрессивностью грунта или влиянием блуждающих токов.

Известен измеритель тока и потенциала поляризации, содержащий двухэлектродный датчик, последовательно соединенные генератор импульсов, коммутатор, усилитель постоянного тока, выход которого обьединен с входом регистрирующего устройства, на- пример миллиамперметром, и подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого связан с выходом датчика.

Недостатком известного измерителя является трудоемкость и сложность процес- са измерения, невысокая точность результата измерения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения коррозионной активности грунта, со- держащее задающий генератор, первый коммутатор, усилитель постоянного тока, измерительный блок и индикатор.

Недостатком этого устройства является трудоемкость, сложность процесса измере- ния, а также невысокая точность результата измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что ус- тройство для измерения коррозионной активности грунта, содержащее задающий генератор, первый коммутатор, усилитель постоянного тока, измерительный блок, и индикатор, причем первый сход первого коммутатора соединен с первым выходом измерительного блока, первый вход которого соединен с первым выходом первого коммутатора, второй выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, снаб- жено формирователем импульсов, первым и вторым генераторами тока, суммирующим усилителем, блоком выборки-хранения, датчиком удельного сопротивления, вторым коммутаторам, эталонным резистором, бло- ком управления и аналого-цифровым преобразователем, причем выход задающего генератора подключен к входу формирователя импульсов, к первому входу второго коммутатора и первому входу первого гене- ратора тока, вход датчика удельного сопротивления подключен к первому выходу первого генератора тока, второй вход кото-1 рого соединен с датчиком удельного сопротивления, второй выход первого генератора

тока подключен к второму входу второго коммутатора, выход которого подключен к первому входу блока управления, выход измерительного блока шунтирован эталонным регистором, к выводам которого подключен второй вход блока управления, выход формирователя импульсов подключен к второму входу первого коммутатора, третий вход которого и первый вход блока выборки-хранения исключены к первому выходу блока управления, выход усилителя постоянного тока подключен к второму входу блока выборки-хранения и одному из входов суммирующего усилителя, выход блока выборки-хранения через последовательно соединенные суммирующий усилитель и второй генератор тока подключен к четвертому входу первого коммутатора, а выход блока управления через аналого-цифровой преобразователь подключен к индикатору.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения коррозионной активности грунта; на фиг. 2 - принципиальная схема выполнения блоков, входящих о устройство.

Устройство содержит задающий генератор 1, формирователь 2 импульсов, первый коммутатор 3, усилитель 4 постоянного тока, измерительный блок 5, перпый генератор б тока, суммирующий усилитель 7, блок 8 выборки-хранения, второй генератор 9 тока, датчик 10 удельного сопротивления, второй коммутатор 11, эталонный резистор 12, блок 13 управления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, индикатор 15.

Измерительный блок 5 состоит из рабочего электрода 16, электрода 17 сравнения и вспомогательного электрода 18.

Формирователь 2 импульсов состоит из конденсатора 19 и резистора 20.

Блок 13 управления состоит из переключателей 21 и 22.

Блок 8 выборки-хранения состоит из буферных усилителей 23 и 24, транзистора 25, резистора 26, реле 27 и конденсатора 28.

Генератор 6 тока состоит из резистив- ного моста, выполненного на резисторах 29 - 32 и электронного коммутатора 33.

Устройство работает следующим образом.

I. Режим измерения удельного тока поляризации грунта.

Для измерений в данном режиме используется измерительный блок 5 предназначенный для измерения удельного тока поляризации грунта. Рабочий 16 и вспомогательный 18 электроды устанавливаются на противоположных сторонах измерительной ячейки по центру. Затем ячейка запол- яется исследуемым грунтом. Сверху в

грунт устанавливается электрод 17 сравнения. Электроды 16 и 17 подключаются соответственно к входам А и В коммутатора 3, а электрод 18 - к шине нулевого потенциала через резистор 12, В начальный момент времени переключатель 21 блока 13 управления устанавливается d положение Коррозия, При этом напряжение логической единицы подается на вход коммутатора 3. Импульсы частотой 200 Гц с задающего генератора 1 поступают на РС-цепь20и 19 с постоянной времени 0,65 мс. Эти импульсы поступают на второй вход коммутатора 3. Коммутатор 3 при подаче логической единицы на первый вход и импульсов на второй вход замыкает, во время действия на втором вяоде логической единицы, входи А,В соответственно с выходами А2, В2, Поэтому вход усилителя 4 постоянного тока через вход В и выход В2 коммутатора 3 подключается к электроду 17 сравнения, а рабочий электрод 16 - к шине нулевого потенциала через вход А и выход А2 коммутатора 3. Усилитель 4 постоянного тока измеряет потенциал коррозии между вспомогательным электродом 18 и электродом 17 сравнения измерительного блока 5. Этот потенциал с выхода усилителя 4 постоянного тока поступает на вход блока 8 выборки-хранения, который находится в режиме Выборка, так как на управляющими второй вход блока 8 выборки-хранения через переключатель 21 блока 13 управления подается напряжение логической единицы, через 10 мин переключатель 21 блока 13 управления устанавливается в положение Поляризация. При этом напряжение логического нуля через переключатель 21 блока 13 управления поступает на первый вход коммутатора 3.

Генератор 9 тока через вход А и выход A3 коммутатора 3 подключается к рабочему электроду 16 во время действия логического нуля на втором входе коммутатора 3. Ток поляризации протекает через рабочий 16 и вспомогательный 18 электроды и эталонный резистор 12 на шину нулевого потенциала.

В моменты действия на втором входе коммутатора 3 логической единицы олект- рот 17 сравнения подключается к усилителю А постоянного тока, а рабочий электрод 16 - к шине нулевого потенциала. Цепь тока поляризации разрывается.

На второй управляющий вход блока 8 выборки-хранения поступает напряжение логического нуля и блок выборки-хранения 8 находится в режиме Хранение. При этом на его выходе устзнавлизастся напряжение коррозии измеренное и запомненное до включения режима Поляризация (Uic.p.). Это напряжение поступает на первый вход

суммирующего усилителя 7. На второй вход суммирующего усилителя 7 поступает теку- Тдее значение напряжения на электроде 17 сравнения через усилитель 4 постоянного

тока и коммутатор 3.

Суммирующий усилитель 7 управляет током енератора 9 тока. Так как коэффициент усиления суммирующего усилителя 9 равен 1000, то при даже небольшой разнице

между его входными напряжениями гок генератора 9 тока ограничивается и составляет 23А.

Напряжение на втором входе суммирующего усилителя 7, т.е. текущее значение

напряжения на электроде 17 сравнения (Up), обратно пропорционально величине тока поляризации. Поэтому при протекании тока поляризации разность напряжений на входах суммирующего усилителя 7 уменьшается и стремится к нулю.

В этом случае ток генератора 9 тока начинает определяться величиной разности напряжений на входах суммирующего усилителя 7, т.е. 1 Up-Vic.p,1

Следовательно, генератор 9 тока поддерживает такой ток поляризации, что на- пряжекие на электроде 17 сравнения приблизительно равно напряжению на выходе блока 8 выборки-хранения, т.е. потенциалу коррозии рабочего электрода 16 минус 100 мВ, Сдвиг на 100 мВ осуществляется в буферном усилителе 24 блока 8 выборки-хранения.

1 Ток поляризации протекает через эталонный резистор 12 на шину нулевого потенциала. Напряжение с этого резистора через переключатель 22 поступает на АЦП 14 и затем на генератор 15.

Таким образом индикатор 15 отображает текущее значение тока поляризации.

Затем по табл. 1 определяют коррозионную активность грунта.

Таблица 1

45

50

И. Режим измерения удельного сопротивления грунта,

Ввидутого, что электроды, помещенные в раствор электролит, свойствами которого обладают реальные грунты, поляризуются при протекании постоянного тока и возникающая при этом разность потенциалов искажает значения сопротивления,

измеряемого традиционным методом, необходимо измерить сопротивление на переменном токе, причем таком, что величина и длительность положительного полупериода равнялась бы отрицательному.

Для измерений в данном режиме используется второй датчик 10, предназначенный для измерения удельного сопротивления грунта. Два электрода 34 и 35 устанавливаются на противоположных сторонах ячейки измерения удельного сопротивления. Затем измерительная ячейка заполняется исследуемым грунтом, а выходы электродов 34 и 35 подключаются между резистором 30 и шиной нулевого потенциала блока 9. Стабилизированные напряжения 1+5В и -5В с блока питания подаТотся на электронный коммутатор 33 второго генератора 9 тока. Работой электронного коммутатора 33 управляют импульсы с частотой 200 Гц и скважностью, равной единице с задающего генератора 1. На выходе коммутатора 33 получается переменное напряжение амплитудой 10В прямоугольной формы и скважностью, равной единице. Это напряжение подается в плечи моста, образованного эталонными резисторами 31 и 32,29 и 30, включенными последовательно с датчиком 10, а затем - на коммутатор 11, который управляется импульсами 200 Гц с задающего генератора 1. Выпрямленное переменное напряжение с выхода коммутатора 11 через контакты переключателя 22 блока 13 управления поступает на АЦП 14 и затем на индикатор 15.

Таким образом, на индикаторе 15 отображается значениетока генератора 9 переменного тока , где R - сопротивление грунта ячейки измерения удельного сопротивления или

U-1xpxp

где р- удельное сопротивление грунта;

S - площадь пластины;

L - расстояние между пластинами датчика.

Соответственно выбрав значения S и L получают на индикаторе показания, характеризующие удельное сопротивление грунта.

Затем по табл. 2 определяют коррозионную активность грунта.

Таблица 2

В результате сравнения величин коррозионной активности грунта, полученных в обоих режимах, выбирают максимальную их из них.

Данное устройство обеспечивает высокую точность результата измерения, снижает трудоемкость и значительно упрощает процесс измерения.

10

Формула изобретения

Устройство для измерения коррозионной активности грунта, содержащее задающий генератор, первый коммутатор,

усилитель постоянного тока, измерительный блок и индикатор, причем первый вход первого коммутатора соединен f первым выходом измерительного блока, первый вход которого соединен с первым выходом

первого коммутатора, второй выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено формирователем импульсов, первым и вторым генераторами тока, суммирующим усилителем, блоком выборки-хранения, датчиком удельного сопротивления, вторым коммутатором, эталонным резистором, блоком управления и аналогоцифровым преобразователем, причем выход задающего генератора подключен к входу формирователя импульсов, к первому входу второго коммутатора и первому входу первого генератора тока, вход датчика

удельного сопротивления подключен к первому выходу первого генератора тока, второй вход которого соединен с датчиком удельного сопротивления, второй выход первого генератора тока подключен к второму входу второго коммутатора, выход которого подключен к первому входу блока управления, выход измерительного блока шунтирован эталонным резистором, к выводам которого подключен второй вход блока

управления, выход формирователя импульсов подключен к второму входу первого коммутатора, третий вход которого и первый вход блока выборки-хранения подключены к первому выходу блока управления, выход

усилителя постоянного тока подключен к второму входу блока выборки-хранения и одному входу суммирующего усилителя, выход блока выборки-хранения через последо- вательно соединенные суммирующий

усилитель и второй генератор тока подключен к четвертому входу первого коммутора, а выход блока управления через аналого- цифровой преобразователь подключен к индикатору.

30

п ч

и

W

- ft «4