Способ измерения поляризационного потенциала подземного сооружения

 

Изобретение относится к защите подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при контроле работы устройств катодной защиты от коррозии. Способ включает периодическую поляризацию датчика электрохимического потенциала, измерение его поляризационного потенциала в интервалах между циклами поляризации, запоминание этого потенциала, а также регулирование длительности интервала поляризации в зависимости от результатов сравнения измеряемых в определенном интервале времени значений тока поляризации в цепи датчика потенциала. 2 ил.

Изобретение относится к защите подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при контроле работы устройств катодной защиты от коррозии.

Известен способ измерения поляризационного потенциала при управлении катодной защитой от коррозии металлических поверхностей, состоящий в периодической поляризации датчика электрохимического потенциала, и измерении в интервалах между циклами поляризации поляризованного потенциала в ячейке памяти измерительного устройства, сохраняющей этот потенциал в определенном промежутке времени [1].

Согласно способу поляризационный потенциал измеряется в период подключения датчика потенциала к измерителю через определенный промежуток времени, равный 30 мс, суммарное время проведения измерений должно быть меньше 10 мс, а время протекания поляризационного тока через датчик потенциала должно быть много больше времени его отключения для проведения измерений.

Рекомендуемые в способе промежутки времени для периодической поляризации и проведения измерений потенциала позволяют повысить точность измерений при контроле коррозионной защиты металла, находящегося в электролите.

Однако указанные параметры способа не являются однозначными и оптимальными для разных защищаемых от коррозии объектов, например, для подземных трубопроводов время поляризации зависит от сопротивления грунта и неучет этого фактора в известном способе измерения поляризационного потенциала ведет к значительному снижению точности.

Известны устройства для измерения поляризационного потенциала подземного сооружения по авт.св. СССР N 1005561, кл. G 01 R 19/00, N 1042361, кл. С 23 F 13/00, N 1053528, кл. G 23F 13/00, в которых повышение точности измерений достигается благодаря разделению поляризационного потенциала подземного сооружения и его стационарного потенциала путем исключения при проведении измерений омического падения напряжения, возникающего при протекании защитного тока через изоляцию сооружения и грунт.

Однако эти устройства, позволяющие компенсировать или исключать помехи от наводок переменного тока в цепи измерений, не контролируют при измерениях степени поляризации электрода датчика потенциала за период протекания через него поляризационного тока, что приводит к большей или меньшей погрешности в зависимости от сопротивления грунта.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения поляризационного потенциала подземного сооружения, рекомендованный ГОСТ 9.602-89 [2].

Измерение поляризационного потенциала подземного трубопровода производится согласно указанному стандарту путем периодической поляризации датчика электрохимического потенциала, запоминания в элементах памяти потенциала между датчиком и электродом сравнения и регистрации поляризационного потенциала вольтметром, подключенным к элементу памяти, в период прерывания контура поляризационного тока через датчик потенциала. В прототипе рекомендуются также с целью получения более точных результатов измерения определенные продолжительности в процессе коммутации цепей датчик - трубопровод и датчик - электрод сравнения для осуществления поляризации датчика электрохимического потенциала и последующего измерения поляризационного потенциала. Эта продолжительность для цепи датчик - электрод сравнения равна 0,2-0,5 мс, для цепи датчик - трубопровод %% 5-10 мс.

Однако способ прототипа применим для измерений поляризационного потенциала трубопровода, проложенного в грунтах с удельным электрическим сопротивлением не более 150 Ом.м, при указанных в стандарте параметрах датчика потенциала и схемы его установки в грунте. Эти ограничения связаны с тем, что принятая продолжительность коммутации не гарантирует достоверность результатов измерений поляризационного потенциала, так как в грунтах с удельным сопротивлением более 150 Ом м поляризация датчика потенциала происходит значительно медленнее, т.е. погрешность измерений является переменной величиной во всем диапазоне удельного сопротивления грунта.

Таким образом, общим недостатком известных способов, в том числе и прототипа, является недостаточная точность измерения поляризационного потенциала из-за отсутствия критерия достаточной поляpизационности датчика электрохимического потенциала в процессе периодической поляризации и измерения.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения поляризационного потенциала подземного сооружения.

Задача решается в способе измерения поляризационного потенциала подземного сооружения, состоящим в периодической поляризации датчика электрохимического потенциала, измерении его поляризационного потенциала в интервалах между циклами поляризации и запоминания этого потенциала, благодаря тому, что регулируют длительность интервала поляризации, для чего каждый интервал поляризации формируют из двух следующих друг за другом временных интервалов, в конце каждого из двух интервалов измеряют и запоминают значения тока в цепи датчика электрохимического потенциала, сравнивают запомненные значения тока и в случае их расхождения более, чем на заданную величину измеряют длительность первого временного интервала.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в оптимизации процесса периодической поляризации датчика электрохимического потенциала, состоящего из регулируемого по времени интервала прохождения поляризационного тока через датчик электрохимического потенциала и заданного по времени интервала между двумя измерениями тока поляризации датчика потенциала. Точность измерений зависит от регулирования длительности указанного интервала этого процесса. Достаточно точное измерение поляризационного потенциала датчика возможно лишь при условии полной поляризации его пластины поляризационным током, с другой стороны бесконтрольное увеличение времени прохождения этого тока через пластину датчика перед процессом измерения его потенциала приводит к снижению точности измерений из-за утечек тока в измерительной цепи в период прохождения поляризационного тока через датчик электрохимического потенциала.

Регулирование времени каждого интервала прохождения поляризационного тока через датчик потенциала в зависимости от показателя насыщения датчика позволяет достаточно точно измерить поляризационный потенциал подземного сооружения независимо от свойств грунта.

Показателем полной поляризации пластины датчика потенциала является незначительное приращение поляризационного тока в течение заданного промежутка времени в конце каждого интервала поляризации.

Изменения тока в цепи датчика электрохимического потенциала в заданном промежутке его поляризации позволяют получить критерий для последующего регулирования длительности интервала поляризации, которая в заявляемом способе измерения поляризационного потенциала является переменной величиной.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма импульсов для управления измерительной частью устройства в процессе периодической поляризации датчика потенциала.

Устройство для осуществления способа измерения поляризационного потенциала подземного сооружения содержит управляемый источник тока 1, анодный выход которого соединен с анодным заземлением 2, а катодный - с подземным сооружением 3, первый вход - с задатчиком уставки защитного потенциала 4, второй - с блоком хранения сигнала 5, первый вход которого соединен с электродом сравнения 6, а второй - через первый управляемый ключ 7 с датчиком электрохимического потенциала 8, который через второй управляемый ключ 9 и датчик тока 10 соединен с подземным сооружением 3. Выход датчика тока 10 через фильтр низкой частоты 11 соединен со входами третьего и четвертого управляемых ключей 12 и 13, выходы которых соединены соответственно со входами второго и третьего блоков хранения сигнала 14 и 15, управляющие входы которых соединены с блоком дифференцирования 16, а выходы соответственно - через пятый и шестой управляемые ключи 17 и 18 с первым и вторым входами интегратора 19, один из входов которого, например второй, соединен с источником смещения 20. Блок запуска 21 устройства в работу приводится в действие при появлении напряжения питания его элементов. Выход блока запуска 21 всего устройства в работу соединен с первым входом двухвходового логического элемента ИЛИ 22, выход которого соединен со входом блока регулируемой выдержки времени 23, выход которого соединен с блоком дифференцирования 16 и соответственно со входами первого и второго блоков выдержки времени 24 и 25 и первыми входами трехвходового и двухвходового логических элементов ИЛИ 26 и 27. Выход второго блока выдержки времени 25 соединен со вторым входом трехвходового элемента ИЛИ 26 и входом третьего блока выдержки времени 28, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 12, третьим входом трехвходового логического элемента 26 и входом четвертого блока выдержки времени 29, выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 7, вторым входом двухвходового элемента ИЛИ 27 и входом второго блока дифференцирования 30, выход которого соединен со вторым входом двухвходового элемента ИЛИ 22. При этом выход трехвходового элемента ИЛИ 26 соединен с управляющим входом управляемого ключа 9, а выход двухвходового элемента ИЛИ 27 - с управляющими входами управляемых ключей 17 и 18.

Работа устройства, реализующего предложенный способ, происходит следующим образом.

Для включения измерительной части устройства в работу от источника переменного напряжения подается питание на блок 21. После включения в момент t₁ срабатывает блок 21, который через логический элемент ИЛИ 22 запускает блок регулируемой выдержки времени 23, который формирует на своем выходе широкий импульс напряжения U₁ в интервале времени t₁-t₂. Задним фронтом импульса U₁ производится запуск блоков выдержки времени 24 и 25, которые формируют импульсы напpяжения U₂и U₃ соответственно в интервале времени t₂-t₄ и t₂-t₃. Задним фронтом импульс U₂ производится запуск блока выдержки времени 28, на выходе которого формируется импульс напряжения U₄ в интервале времени t₄-t₅. Задним фронтом импульса U₄ производится запуск блока выдержки времени 29, на выходе которого формируется импульс напряжения U₅ в интервале времени t₅-t₁. Этот импульс через блок дифференцирования 30 поступает на второй вход двухвходового элемента 22, связанного с блоком регулируемой выдержки времени 23. Задним фронтом импульса U₅ производится повторный и все последующие запуски блока регулируемой выдержки времени 23 до момента отключения устройства. При повторном включении устройства в работу процесс, описанный выше, повторяется.

По предлагаемому способу длительность каждого периода поляризации пластины датчика потенциала является переменной величиной, которая регулируется изменением длительности импульса напряжения U₁, формируемого в промежутке времени t₁-t₂ (фиг. 2). Этот импульс, поступая на управляющий вход ключа 9, соединяет цепь, по которой ток поляризации проходит от подземного сооружения 3 к датчику электрохимического потенциала 8 в течение промежутка времени, регулируемого с помощью блоков выдержки времени 23, 25, 28 и логического элемента ИЛИ 26. Постоянные по длительности импульсы напряжения U₂, U₃, U₄, поступая на соответствующие управляемые ключи 12, 13, соединяют цепь для измерения в заданные моменты времени величин тока поляризации iп, запоминая и сравнения этих величин для последующего регулирования переменной величины длительности импульса U₁. Постоянный по длительности импульс напряжения U₅ с выхода блока выдержки времени 29 поступает на управляющий вход управляемого ключа 7, который соединяет датчик электрохимического потенциала 8 с блоком хранения сигнала 5.

Измерение поляризационного потенциала происходит следующим образом.

После запуска блока регулируемой выдержки времени 23 импульс напряжения U₁ поступает через элемент ИЛИ 26 на управляющий вход ключа 9, в результате чего датчик электрохимического потенциала 8 поляризуется, так как управляемый источник тока 1 также включается в работу благодаря воздействию на один из его входов сигнала от задатчика уставки защитного потенциала 4. При этом с датчика тока 10 сигнал, пропорциональный току поляризации i_п, через фильтр низкой частоты 11 поступает на входы управляемых ключей 13. Сигнал, равный значению тока поляризации i_1п в интервале времени t₂-t₃, поступает на вход блока хранения сигнала 15, где запоминается и подается через управляемый ключ 18 на второй вход интегратора 19. В момент времени t₄ блок выдержки времени 28 формирует импульс напряжения U₄, с помощью которого открывается ключ 12. Сигнал, равный значению тока i₂п в интервале времени t₄-t₅, поступает на вход блока хранения сигнала 14, где запоминается и подается через управляемый ключ 17 на первый вход интегратора 19. Ключи 17 и 18 открываются в интервале действия импульсов U₁ и U₅ (t₅-t₂) импульсом U₇, поступающим с выхода элемента 27. В этот период на оба входа интегратора 19 поступают сигналы U₇ и U₇^I, соответствующие значениям тока поляризации в моменты времени t₂ и t₄. Если значение тока i_1п больше значения тока i_2п на величину, превышающую заданную, т.е. i_1п > i_2п + i_п ( i_п - допустимое значение приращения тока поляризации), то интегратор 19 вырабатывает на своем выходе сигнал, воздействующий на управляющий вход блока выдержки времени 23, который увеличивает интервал времени t₁-t₂ до тех пор, пока не будет иметь место соотношение i_1п = i_2п + i_п в каждом цикле измерения поляризационного потенциала. Конец предыдущего и начало последующего циклов измерения фиксируется импульсами U₆, формируемыми блоком дифференцирования 16 в моменты исчезновения импульсов U₁. В эти моменты происходит сброс предыдущих значений в блоках хранения сигналов 14, 15 и их подготовка для запоминания следующих значений сигналов, пропорциональных току поляризации в интервалах t₂-t₃ и t₄-t₅. В случае, если имеет место i_1п < i_2п + i_п, то интегратор 19 вырабатывает сигнал другой полярности и уменьшает длительность импульса напряжения U₁ с целью предотвращения утечек тока в измерительной цепи в период поляризации датчика потенциала, снижающих точность измерения поляризационного потенциала.

Таким образом, предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения поляризационного потенциала благодаря полной поляризации датчика электрохимического потенциала независимо от свойств грунта, в котором он размещен, осуществляемой в контролируемом процессе его периодической поляризации. Полная поляризация достигается в результате регулирования времени протекания поляризационного тока, устанавливаемого автоматически на основании заявленных измерений тока и сравнения их значений, в то время как в прототипе оно строго фиксировано.

Заявленные отличительные признаки способа измерения поляризационного потенциала являются существенными для решения технической задачи повышения точности измерения поляризационного потенциала подземного сооружения независимо от сопротивления грунта, в котором оно находится, что увеличивает срок службы сооружений благодаря более эффективной защите их от коррозии.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ, состоящий в периодической поляризации датчика электрического потенциала, измерении его поляризационного потенциала в интервалах между циклами поляризации и запоминании этого потенциала, отличающийся тем, что регулируют длительность интервала поляризации, для чего каждый интервал поляризации формируют из двух следующих друг за другом временных интервалов, в конце первого и второго временных интервалов измеряют и запоминают значения тока в цепи датчика электрохимического потенциала, сравнивают запомненные значения тока и в случае их расхождения более чем на заданную величину изменяют длительность первого временного интервала поляризации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2