测量实时腐蚀的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术一般涉及测量实时腐蚀的装置和方法。腐蚀传感器具有一个或多个电阻抗腐蚀元件，该元件能检测全面腐蚀和局部腐蚀。本发明专利技术还公开了一种用于检测全面腐蚀和局部方式的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及一种用于检测同一传感器或试样(coupon)上的全面腐 蚀(general corrosion )和局部腐蚀的腐蚀才企测器和方法。
各种工业过程包括腐蚀性流体和工艺。这样的环境退化和侵蚀包括管 道、容器、热交换器等的工业设备，其由此增加生产成本、造成延期、增加 保养成本且危及安全操作。为了减轻这些问题，腐蚀监控是有价值的工具。目前，利用各种传统技术来评估退化和腐蚀。在一个例子中，腐蚀试样 暴露于腐蚀性环境，以测量在例如流体容器的机器零件上的实际腐蚀。这样 的试样被周期性地检查和分析，典型地每个月一次。通过测量由于腐蚀造成 的试样的重量减轻，并归一化每单位时间的重量减轻，该技术量化了全面腐 蚀率。腐蚀的试样还在显微镜下检查，以确定任意蚀坑或"局部腐蚀，，的深 度。该方法比较麻烦且很难提供把片段腐蚀(episodic corrosion)与实时扰 乱关联的方法。另一传统技术是要测量导线或传感器的电阻的变化。腐蚀过程导致材料 的退化，且对于金属管道和容器，其转化为重量减轻。该材料的损失以限定 的方式影响电阻。在另一已知为线性极化电阻(LPR)的传统技术中，腐蚀的电极的极化 电阻被测量，以确定腐蚀电流，其为腐蚀率的直接测量。量级为10-20mV 的低电势被施加跨越腐蚀传感元件，且得到的感生电流被测量。极化电阻基 于电势和电流而被计算，其被认为是均匀腐蚀率的倒数。线性极化电阻技术 没有直接测量管或容器壁的退化，且要求假定材料恒定以及环境温度恒定， 其把不确定性引入测量的腐蚀率和腐蚀量。另 一传统技术是电化学噪声测量，其典型地用在流体环境中以测量局部 腐蚀。该技术检测在腐蚀过程中发生的电流或电势的局部随机脉冲的变化。这些传统技术没有提供对于全面腐蚀和局部腐蚀实时的可靠的监控。因此，需要改进的技术。
技术实现思路
因此，本专利技术提供腐蚀传感器或试样，以及在单一传感器中测量全面腐 蚀和局部腐蚀的方法。本专利技术还提供用于实时测量全面腐蚀和局部腐蚀的传感器和方法。如此 处使用的，"实时"包括连续地测量腐蚀和/或以预定的时间周期连续测量，如每分钟、每第n分钟、每小时、每天等。本专利技术的传感器适于测定全面腐蚀和局部腐蚀。该传感器包括至少一个 能导电的特征阻抗腐蚀元件，以及多个分布在腐蚀元件上的电极。在两个预 定的电极之间测量的腐蚀元件的段的阻抗与该段上的腐蚀相关，且这些段的 阻抗被比较，以区别全面腐蚀和局部腐蚀。一个或多个腐蚀元件可以是线性的或非线性的，如蜿蜒的或螺旋的，且 可具有不同的横截面面积。腐蚀元件可嵌入电绝缘材料中。腐蚀元件具有至 少一个维度与预定冶金的点腐蚀尺寸特征相当。该传感器可设置在MEMs 芯片上，且现场中央单元可与每个芯片无线通讯。特性阻抗可以是电阻或反应阻抗，其包括电容和电感。腐蚀元件还可以 是大致二维元件。腐蚀元件的至少一个表面可具有大致类似于容器的内表面的粗糙度的 粗糙度，传感器部署在该容器内部。另一腐蚀元件可具有增加的表面粗糙度。 一个腐蚀元件或传感器可作为参考传感器而部署，其暴露到与测量传感器类 似的环境状况，但没有暴露到腐蚀性流体。附图说明参考附图阅读下面的说明，可更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方 面和优点，在整个附图中类似的标号表示类似的零件，其中图1是作为传感器的表面的函数的阻抗的变化的示意图。图1A是本发 明的具有电阻、电容和电感的典型阻抗电路的示意图2显示了根据本专利技术的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 线性电阻腐蚀传感器的简化示意图。图2A是图2所示传感器的另一配置。 图2B是二维替换实施例；蜿蜒形腐蚀传感器；图4显示了根据本专利技术的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 涡旋形腐蚀传感器；图5A显示了图3的蜿蜒传感器的另一配置。图5B是从图5A分出的线 性电阻腐蚀传感器的一部分，显示了理想化的局部腐蚀。图5C是图5B的 侧视图。图5D是图5B和5C的传感器的等效电路的示意图。图5E是局部 腐蚀的深度和电阻的理想化图表；图6A显示了芯片上的总的整体腐蚀传感器的横截面视图，包括根据本 专利技术的实施例构造的传感元件和电子器件。图6B显示了带有示意性电路元 件的图6A的底视图7是部署在管道中的图6A和6B所示的传感器的示意图8是在现场与多个图6A和6B所示的腐蚀传感器一起使用的中央控 制器或CPU的示意图9A是示出作为基材的函数的凹陷的变化的深宽比的图表。图9B是 表示本专利技术的传感器和在现场部署后的试样传感器的灵敏度的图表。具体实施例方式本专利技术的一个方面涉及一种腐蚀传感器，当设置在需要腐蚀检测和/或分 析的目标系统或装置内、与其接触或靠近时，该腐蚀传感器具有检测至少两 个不同类型腐蚀的能力。本专利技术的传感器能检测全面腐蚀和局部或局部化腐 蚀，如下进一步所述。尽管目标系统可由任意材料制造，典型的目标系统包 括但不限于金属管道、容器、贮存器、热交换器等，腐蚀性流体流动/循环通 过其中。目标系统内的流体通过化学方式(如腐蚀)或机械破坏(如侵蚀)可导 致系统的损坏。在一些实施例中，这些状况可包括但不限于增力口/降低压力、 增加/降低温度、相对较高/相对较低流速等以及其组合。这些腐蚀性流体典 型地是含水的，且最常见的是有力的水。然而腐蚀性流体还可包括任意液体、 气体或其组合。另外，在一些实施例中，腐蚀性流体可包括不同类型的成分， 例如特定固体颗粒、胶体等。例如，腐蚀性流体可以是水、碳氢化合物、有 机溶剂等，或其组合。水可包括例如废水、净化水、自来水、诸如盐水或海水这样的水盐溶液，等等。在一些实施例中，碳氢化合物可包括有机化合物 的混合物，如油/石油反应物、中间产物和/或副产物。工业容器和管道典型地由金属或金属合金制造，如铜、铜合金、诸如钢 这样的铁合金、镍合金、铬镍铁合金、钛、钛合金、铝、铝合金、镁合金、 铬合金、钴合金、钽合金、钨合金、锌合金、锆合金等，或其组合。目标管 道和容器可替换地由非金属材料或由金属和非金属的组合制造。在优选实施例中，至少腐蚀传感器的一部分，特別是传感元件，具有基 本上与目标系统的管道或其它流体容纳表面的化学成分类似的化学成分。在 任何情况下，腐蚀传感器可有利地由上述合金或金属制造。优选地，传感元 件具有与目标系统的流体容纳表面或管道类似的表面光洁度。这确保了在目标系统上将发生与传感器上的腐蚀类似的腐蚀作用。当传感器、容器或管道的金属化表面被侵蚀，其表面电阻或阻抗作为表 面的几何形状的函数而变化，如图1所示。电阻中的变化可根据下面的方程量化<formula>formula see original document page 7</formula>頃修正因数该方程可被一般化以通过下式计算更一般的电路阻抗；<formula>formula see original document page 7</formula>其中Rs是跨预选段的电阻(且Zs是阻抗)；VI和V2是跨相同段的电 压；且I是穿过相同段的电流，如图]示意性的表示。该电压可以是直流或 交流。实验已经显示电阻的变化可利用标准装置在毫欧姆范围内测量。下面 描述了本专利技术的电路的电阻特性的变化；然而，同一原理还可用于传感元件 阻抗的电抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其适于测定全面腐蚀和局部腐蚀，该传感器包括至少一个能导电的特征阻抗腐蚀元件，以及多个分布在该腐蚀元件上的电极，其中在两个预定的电极之间测量的腐蚀元件的段的阻抗与所述段上的腐蚀相关，且其中测量每个段的阻抗与其它段中的阻抗的比较关系，以区别全面腐蚀和局部腐蚀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟国，张瑜，何高荣，彼得S艾利森，顾一康，陈瑶，蔡伟，布赖恩W拉修克，王生先，魏昌，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]