Установка для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации

Авторы патента:

Полезная модель относится к определению адгезионной способности изоляционных покрытий и может быть использована для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации. Технический результат заключается в повышении точности моделирования процессов, происходящих на изолированных газопроводах в реальных условиях. Указанный технический результат достигается тем, что установка для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации, включающая блок управления, подключенный к источнику электропитания, и испытательную ячейку, содержащую металлическое основание с нанесенным на его поверхность защитным покрытием, на котором закреплена рабочая камера, заполненная электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод, согласно решению блок управления содержит модуль микроконтроллера для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом, а также подключенные к модулю микроконтроллера модуль аналогового ввода, соединенный с электродом сравнения, и два модуля аналогового вывода, один из которых соединен с инертным анодом, а другой соединен с металлическим основанием. 1н., 3 з.п. ф-лы, 1 илл.

Известна установка, предназначенная для осуществления способа определения площади отслаивания при катодной поляризации, указанного в ГОСТ Р 51164 (приложение В). Установка включает в себя вольтметр постоянного тока, провода монтажные, выпрямитель переменного тока, реостат, резистор. При испытании с инертным анодом образец подключают к отрицательному полюсу источника тока. Инертный электрод соединяют последовательно с эталонным сопротивлением (1 Ом), реостатом и положительным полюсом источника тока. Вольтметр подключают параллельно эталонному сопротивлению. Управляя реостатом, устанавливают по показателям вольтметра потенциал на образце минус (1,5±0,05) В. Далее вольтметр отключают и фиксируют время начала испытаний. Образцы выдерживают в растворе электролита под действием наложенного катодного тока в течение 30 дней при температуре 291-295 К (18-22°С) и 30 или 7 дней (по требованию заказчика) при более высокой температуре, например, 333 К (60°С), 353 К (80°С) или 370 К (97°С). Выбор температуры испытаний определяется максимальной температурой эксплуатации покрытия. Испытания при повышенной температуре проводят в электронагревательном шкафу с поддержанием требуемой температуры. Уровень электролита при этом следует контролировать не реже одного раза в сутки. Периодически через каждые 7 дней испытаний производят замену раствора электролита. Для этого подачу напряжения на образцы прекращают, электролит выливают, емкость и образцы промывают дистиллированной водой, заливая ее 2-3 раза и взбалтывая. Затем заливают свежий 3%-ный раствор NaCl. По окончании испытаний образец с покрытием демонтируют, промывают водой и вытирают ветошью. Площадь отслоившегося участка покрытия оголяют, осторожно поддевая и срезая покрытие скальпелем.

Однако известная установка требует периодического включения вольтметра оператором для контроля в реальном времени процессов, происходящих в исследуемых материалах, и внесения корректировок в настройки реостата для поддержания необходимого уровня потенциала на образце.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является электролитическая ячейка, предназначенная для реализации способа определения стойкости изоляционных полимерных покрытий к катодному отслаиванию по патенту на изобретение RU 2284504, МПК G01N 19/04. Электролитическая ячейка содержит рабочую камеру, заполненную электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод. Устройство содержит блок управления, подключенный к источнику электропитания, и включающий эталонное сопротивление, реостат, вольтметр. На образце в виде металлической пластины с изоляционным полимерным покрытием выделяют участок, вокруг которого прорезают канавку на всю глубину полимерного слоя до оголения металла. Электролитическую ячейку устанавливают на плоскость покрытия в месте выделенного участка. Образец подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Размеры анодного электрода выбирают исходя из условия перекрытия канавки вокруг выделенного участка покрытия по всей ее ширине. Анодный электрод соединяют последовательно с эталонным сопротивлением, реостатом и положительным полюсом источника постоянного тока. Вольтметр подключают параллельно эталонному сопротивлению. Управляя реостатом, устанавливают по показателям вольтметра требуемый потенциал на образце. Далее вольтметр отключают и фиксируют время начала испытаний при заданной температуре. Заданную температуру обеспечивают установкой образца с рабочей камерой на нагревательную электроплиту.

Недостатками данного технического решения является отсутствие возможности автоматического поддержания заданных параметров испытания, неточность задаваемых параметров и, как следствие всего этого, неточности в определении площади катодного отслаивания.

Задачей заявляемой полезной модели является создание установки для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации, снабженной системой автоматического управления процессом поддержания потенциала испытуемых стальных электродов и регистрации их тока поляризации в течение до 31 суток по ГОСТ Р 51164-98 «ТРУБОПРОВОДЫ СТАЛЬНЫЕ МАГИСТРАЛЬНЫЕ Общие требования к защите от коррозии».

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении точности моделирования процессов, происходящих на изолированных газопроводах в реальных условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ОТСЛАИВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ КАТОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ, включающая блок управления, подключенный к источнику электропитания, и испытательную ячейку, содержащую металлическое основание с нанесенным на его поверхность защитным покрытием, на котором закреплена рабочая камера, заполненная электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод, согласно решению блок управления содержит модуль микроконтроллера для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом, а также подключенные к модулю микроконтроллера модуль аналогового ввода, соединенный с электродом сравнения, и два модуля аналогового вывода, один из которых соединен с инертным анодом, а другой соединен с металлическим основанием. Блок управления может быть выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру, а также снабжен источником бесперебойного электропитания модуля микроконтроллера. Модули аналогового ввода и вывода могут быть выполнены многоканальными для обеспечения возможности подключения к блоку управления до восьми испытательных ячеек одновременно.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведено схематическое изображение установки для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации. Позициями на чертеже обозначены:

I - система автоматического управления;

II - испытательная ячейка;

1 - блок управления;

2 - автомат для включения/отключения сетевого электропитания;

3 - источник бесперебойного электропитания;

4 - модуль аналогового вывода;

5 - модуль аналогового ввода;

6 - модуль микроконтроллера;

7 - экран дисплея;

8 - клеммный соединитель;

9 - металлическое основание;

10 - защитное покрытие;

11 - рабочая камера;

12 - электролит;

13 - электрод сравнения;

14 - инертный анод;

15 - СОМ-порт;

16 - персональный компьютер.

Заявляемая полезная модель содержит систему автоматического управления I, к которой подключено до восьми испытательных ячеек II. Испытательная ячейка содержит металлическое основание 9 с нанесенным на его поверхность защитным покрытием 10. В покрытии выполнено круглое отверстие площадью 1 см². На защитном покрытии вокруг отверстия закреплена с помощью герметика или пластилина рабочая камера 11 представляющая собой полимерный цилиндр с крышкой, причем дном рабочей камеры служит поверхность защитного покрытия. Рабочая камера заполнена электролитом 12, внутри рабочей камеры с погружением в электролит расположены закрепленные на крышке хлорсеребряный электрод сравнения 13 и инертный анод 14 из графита. Система автоматического управления содержит блок управления 1, выполненный с возможностью подключения к персональному компьютеру 16 (ЭВМ) посредством СОМ-порта 15 для обмена данными в процессе работы. На лицевой панели блока управления расположен экран дисплея для 7 отображения информации о работе устройства. Блок управления 1 содержит автомат для включения/отключения сетевого электропитания 2 от внешнего источника. Блок управления снабжен источником бесперебойного электропитания 3 на 24 В, вход которого соединен с автоматом 2, а выход - с модулем микроконтроллера 6, предназначенным для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом. К модулю микроконтроллера подключен модуль аналогового ввода 5, представляющий собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а также два модуля аналогового вывода 4, представляющие собой цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Модуль аналогового ввода 5 подключен к электроду сравнения 13 для измерения потенциала, первый модуль аналогового вывода подключен к инертному аноду 14, а второй модуль аналогового вывода подключен к металлическому основанию 10, выполняющему функцию катода. Модули аналогового ввода и вывода выполнены многоканальными для обеспечения возможности подключения к блоку управления до восьми испытательных ячеек одновременно. Для независимого сопряжения испытательных ячеек с модулями 4 и 5 в конструкции устройства использован клеммный соединитель 8. Система автоматического управления выполняет функции потенциостата с программным управлением по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону, сохранения значений тока и потенциала испытуемого образца и передачи их по запросу в память ЭВМ для дальнейшего хранения и использования.

Устройство работает следующим образом. Подают напряжение питания на модуль микроконтроллера с загруженной программой управления испытаниями. В модуль микроконтроллера с помощью СОМ-порта 15 от ЭВМ передают значения условий проведения испытаний: задаваемый потенциал - от 1.0 до 5.0 В, время испытаний от 1 до 40 суток, интервал времени между измерениями от 10 секунд до 2 часов. Программа с помощью модуля аналогового ввода 5 считывает текущее значение потенциала с электрода сравнения 13 и выдает через первый модуль аналогового вывода 4 на инертный анод 14 анодный ток такой величины, чтобы металлическое основание 9 (катод) имело задаваемый потенциал. Поддержание потенциала осуществляется с помощью ПИД регулирования отдельно для каждой из подключенных к блоку управления испытательных ячеек. Программа непрерывно в течение заданного времени испытаний поддерживает заданный потенциал и регистрирует значение анодного тока через заданный интервал времени, сохраняет эти данные в своей оперативной памяти. По окончании испытаний, по запросу от ЭВМ, эти данные поступают в ЭВМ и могут быть использованы для анализа и сохранения в архиве для дальнейшего использования.

Был изготовлен опытный образец устройства, в котором использован модуль микроконтроллера 18411, модуль аналогового ввода 187017, два модуля аналогового вывода 187024. Для сопряжения микроконтроллера с персональным компьютером и обмена данными использован разъем J1 (порт RS-232, СОМ порт 1), расположенный на модуле микроконтроллера. В корпусе расположен автомат включения питания устройства «Сеть», индикатор включения питания и блок питания на 24 В. Для подключения от 1 до 8 испытательных ячеек использован клеммный соединитель для 8-ми трехжильных кабелей, которые оканчиваются зажимами типа «крокодил».

Для правильной работы блока управления на персональном компьютере должно быть установлено следующее программное обеспечение:

- Microsoft Windows XP или Windows 7;

- Microsoft Excel версии 2003 или 2007;

- Программа монитор pultcorr.exe для управления УО, которая осуществляет выдачу команд в контроллер УО, принимает данные о текущем состоянии УО, значениях тока и потенциала на испытуемых ячейках, преобразует данные, принятые от УО в вид, требуемый для дальнейшей обработки и записи в файлы, как указано выше.

- В контроллере УО должно быть установлено ПО, разработанное для УО, состоящее из двух файлов: autoexec.bat и pult.exe.

Для запуска процесса испытания требуется подготовить и подключить ячейки к блоку управления. Включить блок 1 и запустить программу монитора на персональном компьютере 16. Появляется экран с пустыми окнами. Для запуска процесса испытания требуется выбрать команду (S) из меню команд с соответствующими параметрами и нажать кнопку «Ответить». Параметры: 1 - суток (3/7/31), 2 - секунд на измерение (3600 - раз в час/раз в 10 сек для отладки), 3 - отображение процесса в правом окне PC (1 - для отладки) или нет (0 - для работы). При проведении многосуточных испытаний PC может быть отключен.

На дисплее контроллера вместо цифр 12345 появляется информация в виде XXX-Y, где XXX - номер измерения, Y - номер текущей ячейки при измерении. Признак окончания испытаний - справа на дисплее контроллера появление отображение буквы Е(ХХХ-Е (End)). Где XXX количество полученных измерений.

По окончания измерений необходимо считать полученные данные в PC. Подключить PC к УО, запустить программу монитор на PC и выполнить команду «r» выбрав ее из меню команд и нажать кнопку «Ответить». При этом в правом окне появится информация об испытаниях в виде строк заголовка:

N; Year; Mon; Date; hour; min; sec; Days;

72; 2012; 08; 20; 14; 54; 52; 03,

где содержится информация о количестве измерений (N), дате и времени начала испытаний и количестве суток проведения испытаний. Ниже следует I - (токи) и N строк для каждых восьми ячеек. Далее V - (потенциалы) и N строк для каждых восьми ячеек.

Для сохранения данных на PC необходимо нажать кнопку «Переслать». Результаты обрабатываются и записываются в заранее указанный файл.

Использование программы позволяет задавать необходимые параметры испытаний образцов прямо с компьютера и не требует ручного регулирования этих параметров, программа автоматически регулирует их и отображает в средней части экрана снимаемые с ячеек параметры в реальном времени. Так же в любое время можно перевести полученные значения тока и разности потенциалов в текстовый документ или обработать с помощью программы Microsoft Excel с составлением графиков зависимости силы тока и разности потенциалов с течением времени. Для замены электролита в ячейках специально предусмотрена программа паузы, при использовании которой прекращается подача тока и считывание информации с исследуемых образцов. Использование микроконтроллера заменяет весь перечень оборудования, требуемого ГОСТом Р 51164, что упрощает эксплуатацию установки, а так же позволяет более точно задавать и поддерживать необходимую разность потенциалов на образцах. Кроме того, благодаря использованию данной установки появляется возможность проведения испытаний сразу на нескольких образцах.

1. Установка для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации, включающая блок управления, подключенный к источнику электропитания, и испытательную ячейку, содержащую металлическое основание с нанесенным на его поверхность защитным покрытием, на котором закреплена рабочая камера, заполненная электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод, отличающаяся тем, что блок управления содержит модуль микроконтроллера для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом, а также подключенные к модулю микроконтроллера модуль аналогового ввода, соединенный с электродом сравнения, и два модуля аналогового вывода, один из которых соединен с инертным анодом, а другой соединен с металлическим основанием.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок управления снабжен источником бесперебойного электропитания модуля микроконтроллера.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что модули аналогового ввода и вывода выполнены многоканальными для обеспечения возможности подключения к блоку управления до восьми испытательных ячеек одновременно.