Способ измерения водородопроницаемости Советский патент 1993 года по МПК G01N21/78 

Ј

Использование: для определения потока водорода через металл при исследовании коррозионного воздействия на него наводороживающих сред. Сущность изобретения: способ основан на нанесении на поверхность исследуемого металла пленки химически инертного металла, а затем реагента, в качестве которого используется реагент- жидкость, перед началом измерений равновесие в которой сдвигают к щелочной границе перехода индикатора. Длину волны источника зондирующего излучения при этом выбирают соответствующей максимуму поглощения щелочной формы индикатора, количество водорода определяют по изменению оптического сигнала, прошедшего через реагент излучения, а повторные измерения проводят, заменив реагент на свежий. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а более конкретно к способам определения потока водорода через металл и может быть использовано при исследовании коррозионного воздействия наводоро- живающих сред на конструкционные материалы при добыче, транспортировке, хранении и переработке нефти, газа и других продуктов, содержащих сероводород и влагу.

Цель изобретения - обеспечение возможности повторного проведения измерений на данном локальном участке и увеличение диапазона измерений количества водорода.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения водородпроницаемости металлов и сплавов, заключающемся в том, что наносят на поверхность исследуемого образца пленку химически инертного металла, а затем реагент с индикаторными свойствами, освещают реагент и определяют количество водорода, по которому судят о водородопроницаемости, в качестве реагента используется жидкий реагент, перед началом измерений равновесие реакции диссоциации которого сдвигают к щелочной форме, а количество водорода определяют во времени по изменению оптического сигнала, прошедшего через реагент зондирующего излучения, длина волны которого соответствует максимуму поглощения щелочной формы индикатора, а повторные измерения проводят, заменив реагент на свежий.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена зависимость оптического сигнала от времени измерений

Вместо твердой пленки индикатора, наносимой катодно-реактивном распылением

00 hO .

или термическим испарением в вакууме используется индикатор-жидкость, причем перед началом измерений равновесие диссоциации индикатора сдвигается в сторону увеличения щелочной формы. Использование в качестве реагента индикатора в жидком агрегатном состоянии позволяет варьировать его объем, расположенный на участке измерения потока водорода данной площади. Амплитудная модуляция оптического сигнала осуществляется при прохождении монохроматического света через индикатор, а не при отражении от поверхности пленки-индикатора. Изменение объема жидкого индикатора в измерительной камере при некоторой величине потока водорода через данную площадь металла позволяет осуществить выбор требуемого диапазона измерений по времени, а изменение длины распространения зондирующего излучения в индикаторе-жидкости - по глубине модуляции оптического сигнала.

Способ реализуется следующим образом.

На предварительно подготовленный участок исследуемой поверхности с нанесенной пленкой палладия плотно устанавливается и закрепляется камера, которая заполняется реагентом. Свет от источника монохроматического излучения проходит через реагент и попадает на фотоприемник, с помощью которого регистрируется начальный сигнал величины 0. По мере поступления диффузионного водорода через поверхность металла в камеру изменяется коэффициент поглощения индикатора на данной волне излучения, а вместе с ним и величина регистрируемого оптического сигнала I.

В качестве реагентов используются кислотно-основные индикаторы. Перед началом измерений равновесие реакции диссоциации индикатора сдвигается к щелочной границе перехода. Причем учитывается, что длина волны используемого источника зондирующего излучения (монохроматического) должна приблизительно соответствовать максимуму поглощений данной щелочной формы индикатора. Поступающие в камеру из металла ионы водорода сдвигают равновесие реакции. Концентрация поглощающей формы уменьшается в зависимости от концентрации ионов водорода в объеме V измерительной камеры При гекущем знамении рН в камере концентрации ионов водорода составляет Н 10 г-иом/л (Три этом абсолютное количество N оавно N К)1 V NA, где NA чиочг л:гл эдп1 а личоние площади съема r- ппт,ю v lt HbuiPMtiP V попытает скорость изменения концентрации ионов водорода в камере и наоборот и влияет на время измерения.

В результате измерений получается за- висимость

J-g(t).

где t время.

При известном начальном уровне сигнала 10 и известных размерах камеры (т.е. известной длине взаимодействия зондирующего излучения с индикатором I) в соответствии с законом Бугера

I I0exp , где CL - коэффициент поглощения.

получается зависимость а р (I) у (g(t)) р (t)

(D

По заранее проведенному тарировоч- ному эксперименту для растворов данного индикатора на серии с известными значениями рН на спектрофотометре Specord- 40М или аналогичном обработкой полученных значений для определения ко- эффициента поглощения а на длине волны источника излучения и соответствующего ему реагента, используемого в измерениях, строится зависимость:

зо « f(PH) fi(HD

(2)

5

0

0

Используя зависимости (1) и (2): р(г) fiffH+) выводится явно концентрация ионов водорода в камере в зависимости от времени t:

H+ Ј(t)

Результат измерения изменения интенсивности излучения от He-Ne лазера I g(t)

-для бромкрезолового пурпурового представлен на рисунке. Для измерения использовалась мембрана толщиной 2 мм с нанесенной на нее пленкой палладия и 5 0,1 н раствор серной кислоты в качестве наводороживающейся среды. Длина оптического пути при взаимодействии излучения с индикатором составляла 0,8 см. Диаметр пятна съема потока водорода 3 мм,

Сами измерения потока водорода проводятся либо по времени At 12 - ti, соответствующему достижению некоторых фиксированных уровней начального и конечного сигналов для данных условий изме- рения (например h и 12). на чертеже либо по диапазону фиксируемых начального И и конечного 12 значений оптических сигналов за определенный промежуток времени (например Л t 2 ti)

Формула изобретения Способ измерения водородопроницае- мости металлов и сплавов, заключающийся в том. что наносят на поверхность исследуемого образца пленку химически инертного металла, а затем реагент с индикаторными свойствами, освещают реагент и определяют количество водорода, по которому судят о водородопроницаемости, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона измерений и обеспечения возможности повторного проведения измеь.

ед.

т ш

т

т

юо

О tj 20 W 60 tz 8ff 100 i,c Зависимость о/ /яическ0г0 0я Зреяеям измереям

рений на данном локальном участка, в каче стве реагента используется жидкий роагент перед началом измерений равновесие реакции диссоциации которого сдвигают к ще лочной форме, а в количестве водорода определяют во времени по изменению оптического сигнала, прошедшего через реагент зондирующего излучения, длина волны которого соответствует максимуму поглощения щелочной формы индикатора, а повторные измерения проводят, заменив реагент на свежий.