Датчики скорости коррозии как элементы АСУ общей системы мониторинга (стр. 2 из 3)
Косвенным измерением называется – измерение при котором измеряемую величину определяют на основании зависимости между этой величиной и величинами подвергаемыми прямым измерениям. В общем случае измеряемую величину определяют по формуле: X = F(x1,x2…xn), где Х – искомое значение измеряемой величины (функция отклика), (x1,x2…xn) – значения величин измеряемым прямым способом (уровень фактора).
Датчики на поверхностных электромагнитных волнах
Для изучения и бесконтактного контроля электрохимической коррозии элементов подземных металлических конструкций разработаны датчики на поверхностных электромагнитных волнах, которые позволяют непрерывно наблюдать за процессом коррозии стенки трубы, за развитием трещин при прохождении процесса стресс-коррозии, а также использовать датчики со «свидетелями» для непрерывного контроля процесса коррозии внутри сосуда высокого давления.
Рассмотрим принципы действия разрабатываемых датчиков на поверхностных волнах в зависимости от состояния контролируемой поверхности или расположения элемента металлической конструкции.
Функциональная схема датчика представлена на рис.3
Рис.3 Функциональная схема датчика
1 - Стабилизированный источник питания;
2 – Генератор;
3 – Буферный каскад;
4 – Выходной каскад;
5 – Формирователь электромагнитного поля;
6 – Фильтр низкой частоты;
7 – Режекторный фильтр;
8 – Измеряемый слой;
9 – d – Зазор между формирователем поля и контролируемой поверхностью.
Физическая сущность разработанного способа заключается в следующем. Возбуждаемая в формирователе 4 датчика, поверхностная электромагнитная волна , со смещенной в область изолирующего покрытия 3, контролируемого объекта 1 энергией магнитного поля, практически нечувствительна к диэлектрической проницаемости и электромагнитным потерям материала изолирующего покрытия 3, а также к его проводимости. Смещение энергии магнитного поля достигается при противофазном возбуждении образующих формирователь 4 (рис. 2) импедансных проводников 2 и 3 (рис 4), имеющие идентичные размеры и конфигурации в виде повернутых на 180o зеркальных отображений друг друга. (рис. 6)
Рис. 4
1 – Объект
2 – Коррозионная среда
3 – Диэлектрическое покрытие
4 – Формирователь (датчик)
5 – Металлическая поверхность контролируемого объекта
6 – Преобразователь
Рис. 5
Рис.6
2,3 – Импедансные проводники арифметически связанных спиралей.
Рис.7 Контроль развития трещины
1- Контролируемый объект (труба)
3 – Изоляционное покрытие
5 – Металлическая поверхность объекта
Замедление поверхностной электромагнитной волны, возбуждаемой в формирователе электромагнитного поля, выражено в соответствии с условием:
где: n - замедление поверхностной волны
e0 - диэлектрическая проницаемость вакуума
ω - угловая частота
s - удельная проводимость изолирующего покрытия
e - относительное значение диэлектрической проницаемости изолирующего покрытия
j0 - мнимая единица
При расположении формирователя над зоной дефекта уменьшается ток на поверхности контролируемого объекта за счет увеличения пути возбуждаемого тока (рис.7) и при наличии дефектов глубиной, сравнимых с размерами сосредоточения поля поверхностной волны приводит к значительному увеличению фазовой постоянной то есть к увеличению замедления n.
Так как замедление n по определению равно отношению b/k, но для b видно, что при выполнении условия параметры e коррозионной среды недостаточны, чтобы повлиять на величину фазовой постоянной b, т.е. повлиять на замедление n поверхностной электромагнитной волны.
Датчики на основе измерения поляризационного сопротивления
К таким датчикам относится известный отечественный датчик – Моникор-1 - является первым прибором, давшим название серии приборов и оборудования. С помощью индикатора скорости коррозии Моникор-1 можно узнать в течение 1 минуты скорость коррозии в водной среде в момент измерения. Работа прибора основана на измерении поляризационного сопротивления (LPR - в зарубежной терминологии) при наложении на электроды датчика минимальной поляризации (до 10 мв) вблизи стационарного потенциала коррозии. Теоретически обосновано (Штерном и Гири), что при этом ток коррозии обратно пропорционален поляризационному сопротивлению. И согласно уравнению Тафеля
где α - коэффициент переноса, показывающий, какую часть от разности энергии иона в кристаллической решетке металла и электролита раствора составляет энергия активации его электрохимической реакции.
- перенапряжение. Имеем зависимость основного параметра скорости коррозии - поляризационного тока от поляризационного сопротивления.Диапазон измерений прибора: от 0,001 до 30,0 мм/год. Выбор поддиапазонов измерения и настройка происходят в автоматическом режиме. C октября 2003 года они стали оснащаться компенсатором омического сопротивления раствора.
Прибор подключается к промысловому датчику и производит измерения в автономном режиме, что позволяет выявлять отклонения в коррозионной агрессивности среды и защитной способности ингибиторов коррозии в течение всего периода автономной работы (более 1000 замеров при использовании батарейного питания). Изменения скорости коррозии во времени отображаются в табличном и графическом виде на компьютере.
Для прибора разработана программа приема данных, позволяющая импортировать данные, проводить их учет и анализ и может быть дополнена новыми возможностями. Программа позволяет экспортировать полученные данные в MS Excel и в текстовый файл формата csv. Экспортированные файлы с результатами измерений позволяют загружать полученные данные в программу "Экстра".
Наличие организованного таким образом постоянного контроля позволяет выявлять факторы, влияющие на коррозионный процесс, а также оптимально подбирать защитные дозировки ингибитора, следствием чего является сокращение производственных затрат на защиту коррозии. Опыт работы показывает, что сведения, получаемые при постоянном контроле гораздо достовернее информации о скорости коррозии при разовых замерах.
В 2003 году, на базе коррозиметров Моникор-2 планируется закончить работы по разработке системы автоматического управления производительностью дозировочных насосов по радиоканалу, основанных на обработке показаний отдаленных датчиков скорости коррозии. Методика проведения испытаний с помощью коррозиметров изложена в ГОСТ 9.514-99.
Датчики перколяционного типа
Эти датчики предназначены для контроля коррозии поверхности объекта под теплоизоляцией, железных арматур в монолитных блоках и т. п.
Датчик может производить как периодический или непрерывный контроль величины коррозии (утонения стенки за счет коррозии контролируемой поверхности) поверхности, на которую он установлен, в мм. Диапазон температур использования датчика лежит в пределах от минус 50 до 150 оС. Влажность и кислотность окружающей датчик среды не ограничивают его применение. Датчик состоит из текстолитовой пластины, на которую намотан провод из материала аналогичного материалу исследуемой поверхности.
Рис 8. Принципиальная схема перколяционных датчиков.
1. – Провод
2. – Балластное сопротивление
3. – Авометр
4. – Источник переменного тока
Диаметр и длина провода выбираются в зависимости от скорости коррозии и прибора, с помощью которого производятся измерения параметров датчика. По результатам измерения параметров датчика определяется величина коррозии, которая произошла на поверхности исследуемого объекта с момента установки датчика. Используя ток высокой частоты, в этом методе позволяет устранить составляющую (сопротивления) коррозионной среды. Методика обработки результатов измерения индивидуальна и зависит от материала исследуемого объекта, окружающей среды, температуры стенки объекта и окружающей среды. В некоторых случаях потребуются дополнительные исследования. Для внедрения описанной методики контроля требуются определенные затраты.
Датчики основанные на принципе измерения убыли (возрастания) массы образца – гравиметрический метод и электрического сопротивления
Эти датчики являются самыми простыми в исполнении и использовании, принципиальная схема этих датчиков изображена на рис. 7
Рис. 9 Принцип работы датчиков.
Принцип действия таких датчиков, основан на убыли (возрастания) массы образца или падения сопротивления. Достоинство этих датчиков – простота и дешевизна, но с другой стороны такие датчики менее точные, требует аппаратуры способной измерять малейшие изменения параметров. Используя эти датчики можно определить только среднюю скорость коррозии, что является крайне скудной информацией в общей системе мониторинга.
Ультразвуковые датчики