电位测量设备和方法技术

本发明专利技术涉及电位测量设备和方法。本发明专利技术涉及一种被布置用于测量腐蚀保护系统中的极化电位的值的便携式单元，该腐蚀保护系统包括受保护结构、阳极和参考电极，该便携式单元能够连接到受保护结构以及连接到参考电极。便携式单元被布置为执行电压测量以检测和监控瞬时关断序列，其中腐蚀保护系统在正常操作期间关闭预定时间段(T1)。如果检测到瞬时关断序列，则执行电压测量以测量瞬时关断序列期间代表腐蚀保护系统的直流电位曲线的电压信号。分析在初始IR降和随后的电压衰减期间在电压信号中检测到的阶跃响应(S)。在阶跃响应的时间处的电压信号的初始值被确定并显示为极化电位(U

【技术实现步骤摘要】
电位测量设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种便携式极化电位测量设备和用于使用这种便携式单元测量极化电位的方法。

技术介绍

[0002]放置在腐蚀性环境中的金属部件(诸如船舶推进单元的零件和浸没的或地下金属结构，例如石油钻机或管线)将需要某种形式的阴极保护，以便消除或减少这些零件或结构的腐蚀的影响。
[0003]提供腐蚀保护的有效方法是使用一种称为外加电流阴极保护(impressed current cathodic protection，ICCP)的方法。ICCP系统通常用于货物运送船、油轮和大型游艇。KR101066104B1公开了ICCP系统的一般原理，其中金属元件和阳极附接到船舶上并浸没在水中。金属元件连接到负极端子，并且阳极连接到DC电源的正极端子，以通过包括阳极、金属元件和电解质的电路提供电去钝化电流。以这样的方式，阳极为金属零件提供腐蚀保护。通过保持电路中的预定电位，ICCP系统可以为要保护的金属零件提供期望的保护水平。这种ICCP系统也可以用于陆基结构，诸如地下管线。
[0004]为了在电路中保持期望的预定电位，有必要获得极化电位的值。测量牺牲阳极腐蚀保护(CP)系统的保护电位相当简单。在CP系统中的阳极和阴极之间的电解质中的欧姆电位降(通常称为IR降)相对较低。因此，当使用普通万用表时的不准确性变得不明显，尤其是在将参考电极保持远离阳极并靠近阴极结构的情况下。IR降是由于溶液电阻引起的电位降。它是移动离子通过电解质所需的电位差。IR降是由离子电解质(像稀酸、盐水、某些类型的土壤等)中的电流流动引起的。IR降是不希望的性质，并且必须将其去除才能获得极化电位的精确测量。
[0005]然而，在利用ICCP的情况下，存在电解液中的较大的IR降，这使得实际上不可能获得极化电位的真实电位读数。因此，ICCP系统通常通过以一定时间间隔读取瞬时关断电位来操作，以便确定是否需要调节电流输出来维持适当的电位。瞬时关断电位表示具有IR降补偿的有效导通电位。瞬时关断电位通过短时间段内中断电流并在CP整流器中断后立即测量电位来测量。普通万用表不适合这种测量，因为这种万用表不能显示电流中断后电位中的瞬时变化。
[0006]为了对极化电位进行外部测量，或者验证ICCP正确测量电位，或者在不必连接和中断ICCP系统的操作的情况下获得读数，需要使用专用装备，例如这个装备必须连接到计算机，并且需要关于如何从所检测到的振荡电位信号中读出真实电位的训练和知识。这种测量过程复杂、耗时，并且对于在现场进行使用(诸如在较小的海洋船舶上或在偏远地区检查埋地管线时)不太实用。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种改进的电位测量单元和一种用于测量极化电位的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种用于测量腐蚀保护系统中的极化电位的装置和方法，当被应用于腐蚀保护系统(诸如外加电流腐蚀保护系统)时，该装置和系统解决了上述问题。
[0009]该目的通过根据所附权利要求的一种便携式极化电位测量单元和一种用于执行测量的方法来实现。
[0010]在随后的文本中，主要描述了由便携式极化电位测量单元监控的阴极保护系统用于应用到海洋船舶。然而，本专利技术的布置也适用于例如海洋结构(诸如石油平台)或者地下结构(诸如管线)。阴极保护系统包括外加电流阴极保护(ICCP)系统，该外加电流阴极保护系统使用直流电(DC)操作，其中待保护的金属元件被连接到负极端子以形成阴极，并且合适的阳极被连接到DC电源的正极端子。在随后的文本中，用于向系统供应DC电力的电源不一定是电池。电源可以是任何合适的机载或岸基DC电源(诸如燃料电池)或设置有AC/DC整流器的交流(AC)源。
[0011]本专利技术主要被描述应用于具有推进系统的海洋船舶，该推进系统设置有呈ICCP系统的形式的阴极保护系统。该船舶推进系统包括至少部分浸没在水中的至少一个传动系壳体、延伸出每个传动系壳体的扭矩传输驱动轴以及安装在驱动轴上的至少一个螺旋桨。推进系统可以包括任何合适类型的驱动单元，诸如方位驱动器的船尾驱动器。如果螺旋桨用作阳极，则至少一个螺旋桨与其驱动轴电绝缘，并且每个电绝缘的螺旋桨连接到直流电源的正极端子。该船可以包括一个或多个传动系壳体，该一个或多个传动系壳体包括具有单个螺旋桨的单个驱动轴或具有同轴驱动轴的反向旋转螺旋桨。该系统提供阴极保护，其中要针对腐蚀进行保护的每个金属部件连接到DC电源的负极端子。控制单元被布置成调整从直流电源输出的电压和/或电流。
[0012]ICCP系统包括至少一个阳极，该至少一个阳极可以是例如安装在船体上的，或者可以是用作阳极的至少一个螺旋桨。待保护的至少一个金属部件形成阴极，并且可以是至少一个传动系壳体、至少一个纵倾调整片、海水入口、游泳平台和/或船舶船体的至少一部分。注意，这是适合于腐蚀保护的金属部件的非排他性列表。同时，ICCP布置为至少一个阳极提供海洋生长保护。
[0013]根据本专利技术的一个方面，本专利技术涉及一种被布置成测量腐蚀保护系统中的极化电位的值的便携式单元。腐蚀保护系统包括受保护结构、阳极和参考电极，其中便携式单元可连接到受保护结构以及连接到参考电极。连接可以通过合适的插入式连接器(诸如插孔或插头)来实现，这些插入式连接器可以被插入到相对应的插座中或者被接线到相应的部件上。在海洋船舶/结构的情况下，一个连接器可以被连接到受保护的结构，而参考电极被下降到电解质中，即水中。
[0014]便携式单元被布置成执行电压测量，以便检测和监控瞬时关断序列，其中在正常操作期间，诸如ICCP系统的腐蚀保护系统被关闭预定的时间段。瞬时关断序列可以由控制系统以规则或不规则的时间间隔启动，该控制系统被布置成监控和控制ICCP系统的操作，这些间隔可以从几秒变化到几分钟。瞬时关断序列的持续时间可以是所选择的例如2秒的时间段、或者在瞬时关断序列启动后达到100mV衰减所花费的时间。
[0015]如果检测到瞬时关断序列，则便携式单元被布置成在瞬时关断序列期间执行电压测量，其中测量代表瞬时关断序列期间用于腐蚀保护系统的直流电位曲线的电压信号。代
表电压信号的数据可以存储在便携式单元中的非易失性存储器上。便携式单元被布置成在初始IR降期间检测电压信号中的阶跃响应，并在瞬时关断序列期间检测随后的电压衰减。IR降是当外加电位在瞬时关断序列期间降至极化电位时出现的欧姆电位降。执行电压信号中的所检测到的阶跃响应的分析。基于这个分析，确定在阶跃响应的时间处的电压信号的初始值。便携式单元被布置成将初始值显示为极化电位的值。
[0016]便携式单元被布置成借助于算法来分析检测到的阶跃响应期间的电压信号中的振荡并降低其中的噪声，以便在阶跃响应的稳定时间期间将电压信号分解成一系列数据点，并确定在阶跃响应的时间处的电压信号的初始值。分析和信号处理由集成在便携式单元中的可编程处理设备执行。这个初始值出现在电流被切断之后的瞬间，此时电位将从由ICCP系统施加的外加电位下降到极化电位。当瞬时关断序列启动时的电位方面的突然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式单元(450；650)，所述便携式单元(450；650)被布置用于测量腐蚀保护系统中的极化电位的值，所述腐蚀保护系统包括受保护结构(C)、阳极(A)和参考电极(R)，所述便携式单元(450；650)能够连接到所述受保护结构以及连接到所述参考电极；其特征在于，所述便携式单元(450；650)被布置为：
‑
执行电压测量以检测和监控瞬时关断序列，其中所述腐蚀保护系统在正常操作期间被关闭预定时间段(T1)；以及如果检测到瞬时关断序列，则所述便携式单元被设置成：
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在所述瞬时关断序列期间执行电压测量；
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在所述瞬时关断序列期间测量代表所述腐蚀保护系统的直流电位曲线的电压信号；
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在初始IR降期间检测所述电压信号中的阶跃响应(S)，并在所述瞬时关断序列期间检测随后的电压衰减；
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分析所述电压信号中的所检测到的阶跃响应(S)；以及
‑
确定在所述阶跃响应的时间处的电压信号的初始值，并将所述初始值显示为极化电位(U
p
)的值。2.根据权利要求1所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被布置成借助于算法来分析所述检测到的阶跃响应(S)期间的电压信号中的振荡并降低其中的噪声，以便在所述阶跃响应的稳定时间(T3)期间将所述电压信号分解成一系列数据点，并确定在所述阶跃响应的时间(t0)处的所述电压信号的所述初始值(U
p
)。3.根据权利要求2所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被设置成借助于应用于所述系列数据点的曲线拟合过程来确定在所述阶跃响应的时间处的所述电压信号的所述初始值。4.根据权利要求3所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被设置成对所述曲线拟合过程应用反向外推。5.根据权利要求1至4中任一项所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被设置成请求选择当前使用的参考电极类型的用户输入。6.根据权利要求5所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被布置成将所确定的极化电位的值转换成除了当前使用的参考电极之外的可选类型的参考电极的极化电位的值。7.根据权利要求1所述的便携式单元，其特征在于，所述便携式单元被设置成如果检测到瞬时关...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克多，
申请(专利权)人：沃尔沃遍达公司，
类型：发明
国别省市：