监测表面腐蚀的设备和方法技术

本发明专利技术揭示一种监测表面腐蚀的设备和方法，用以检测易受腐蚀的金属等部分的表面腐蚀情况。该测量表面腐蚀的设备包括：一导电试样；一可以向所述导电试样传送变化的频率的电源装置；以及一个测量该导电试样在不同电流工作频率下阻抗的测量装置。该监测表面腐蚀的方法包括向一导电试样传输不同频率的电流，并测量该导电试样在所述不同频率下的阻抗，其中高频电流所测得的阻抗反映局部腐蚀的特征，而低频电流测得的阻抗反映全面腐蚀的特征。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用以监测和评估表面腐蚀状况的设备和方法。技术背景工业生产中，通常需要对易受腐蚀的部件采取防止或抑制腐蚀的措施。 对于盛放腐蚀性溶液的容器、管道等， 一种常见的防腐蚀措施是在该腐蚀性 溶液中加入抑制腐蚀的药剂。所加入药剂的量过少，不能起到抑制腐蚀的作用；量过多，则造成不必要的浪费。如果能对容器或管道中的腐蚀情况作实 时的监测，就可以根据实时腐蚀监测的反馈，持续调节所加入其中的药剂量， 使其更接近实际需要。现有的腐蚀监测方法包括腐蚀试片法(Corrosion Coupon )、电阻法 (Electrical Resistance )、感应阻抗法(Inductive Resistance )、线性极化电阻法 (Linear Polarization Resistance )、 电4匕学阻4元光i普分才斤法(Electrochemical Impedance Spectroscopy )、谐波分析法(Harmonic Analysis )、 电化学噪声分 才斤法(Electrochemical Noise )、零电P且电；克i十法(Zero Resistance Ammetry )、 动电位极化分析法(Potentiodynamic Polarization )、薄层活化法(Thin Layer Activation )、电场特征分析法(Electrical Field Signature Method )、声波发射 法(Acoustic Emission )、腐々虫电4立法(Corrosion Potential )、氬才笨4十法(Hydogen Probe )和化学分析法(Chemical Analysis )。电阻法和感应阻抗法是通过测量 腐蚀试样的电特性，以评估其腐蚀程度，其所用的传感器可以是板状、管状 或线形。用这种方法测量，腐蚀试样越薄，传感器的灵敏度越高；但是另一 方面，传感器的寿命却因腐蚀试样厚度的降低而缩短。其它方法包括电化学 噪声法、零电阻电流计法、动电位极化法、薄层活化法、电场特征分析法、 声波发射法、腐蚀电位法、氢探针法和化学分析法等等，都是利用间接证据 来探测腐蚀程度的，所测得的结果比较容易受到腐蚀之外的其他因素的影响
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单且灵敏度高的。本专利技术一种监测表面腐蚀的设备包括 一导电试样， 一可以向所述导电 试样传送变化的频率的电源装置，以及一个测量该导电试样在不同电流工作 频率下阻抗的测量装置。本专利技术 一种监测表面腐蚀的方法包括向 一导电试样传输不同频率的电 流，并测量该导电试样在所述不同频率下的阻抗，其中高频电流所测得的阻 抗反映局部腐蚀的特征，而低频电流测得的阻抗反映全面腐蚀的特征。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术， 在附图中图1所示为本专利技术监测表面腐蚀的设备一个实施方式的示意图；图2所示为随着流经一导电试样的电流工作频率的逐渐增大，该试样阻 抗的曲线和试样的趋肤深度的曲线；图3所示为某一电流工作频率下，试片横断面的示意图，用以说明该频 率下试片的趋肤深度；图4所示为随电流工作频率逐渐增大，有点蚀和无点蚀试片阻抗的比较图；图5所示试片横截面的另一个示意图，其中趋肤深度大致等于试片高度 的一半。具体实施方式本专利技术包括的实施例涉及用以监测和评估表面腐蚀的设备和方法。 全面腐蚀(均匀腐蚀)是指腐蚀广泛分布或出现在相对大的比例或相对 大的面积上。其通常相对均匀的分布于系统中的管道或容器内表面。全面腐 蚀损害和降低金属质量，改变其几何机构，例如，减小管道壁的厚度，并且 导致原材料的老化或损耗。全面腐蚀危及管道或容器的结构刚度和完整性。 另一方面，局部腐蚀是指仅分布于小面积或小部分，相对不均匀并且比例相 对较小。典型的局部腐蚀包括但不限于点蚀、环境应力裂紋(ESC)、(氢)脆化等等。趋肤效应是指交流电流经导体的过程中趋于导体表面的现象。在交流电频率较低时，其流经导体的整个横截面；随着交流电频率的增高，流经导体 的交流电流大致集中于导体的表层，其厚度(以下称"趋肤深度5")的计算 方式(公式1-1)是其中f是流经导体的交流电的频率；p是导体的"电阻率"，其且仅与导 体材质相关；jLi是"真空磁导率"，为一常数。因此，就一个具体的导体而言， 趋肤深度S仅与流经该导体的交流电的频率有关，即与该频率的平方根成反比。图1所示为本专利技术利用趋肤效应监测表面腐蚀的设备100 —个实施例的 示意图，其可以实时检测金属等表面的腐蚀情况，比如传输液体的管道内表 面的腐蚀情况。该检测设备100包括一个试样1、 一个可以向试样1传输交 流电的电源装置101、以及一个可以实时检测试样1阻抗的测量装置。电源 装置101可以是一个电流源或其他可以提供变化频率交流电的电源设备。试 样1的材料与其^r测对象的材料完全相同。以传输液体的管道为例，试样1 由与管道内表面相同的材料制成。测量过程中，试样1被置于管道的内表面， 使得试样1和管道内表面处于完全相同的腐蚀性的环境。如图1所示的实施 例中，仅试样1上表面109暴露于腐蚀环境中，试样1的其它五个表面被密 封以避免被管道中的液体腐蚀。试样l可以是截面为矩形的片状，其长为"a",宽为"b",高为"h"。作 为一个实施例，试样l由铜制成片状，其长、宽、高的尺寸分别为a二50毫米， b二10毫米，以及h二l毫米。在其他实施例中，试样1截面形状可以是圓形、 椭圓形等不同形状。在图1所示的实施例中，用于实时测量试样1阻抗的测量装置是一个四 线测量装置。该四线测量装置包括与试样1相连的4根引线 一正电流引线 11、 一负电流引线12、 一正电压引线13和一负电压引线14。正、负电流引 线ll、 12分别连接电源装置101的正、负极接线柱，并与一电流表102串联。 正、负电压引线13、 14之间连接一电压表103。电源装置101以不同的工作 频率向试样1输送交流电(AC)。在一个实施例中，电源装置101向试样1 所传送交流电的频率不断增加。电流表102和电压表103分别测量试样1的 实时电流和电压，由此可根据欧姆定律计算出试样1的实时阻抗。与二线测 量方法比较，四线测量消除了引线中不必要的电压降或电阻变化对测量结果 的影响，尤其是当电流表102和电压表103与试样1距离较远而需要较长导 线时，所得到的测量结果较二线测量方法更为精确。 试样1的阻抗Z公式为(公式1-2 ):<formula>formula see original document page 7</formula>其中Z是试样1的阻抗，R是电阻，Ls是感抗，Cs是容抗，W是电流的角频率。阻抗Z表示导体对交流电阻碍的特性，包括电阻和电抗两部分。电阻是 由于电子与导体内离子相碰撞而产生的，代表电能被转换成热能的过程，不 同的材料有不同的电阻系数。电抗是交流电通过导体时，导体产生的电感和 电容对交流电的阻碍的特性，是随着频率的变化而变化的。实际测量中，因 为试样1的尺寸远小于电源装置101所传输交流电流的波长，感抗Ls和容抗 Cs对阻抗Z的作用微乎其微，阻抗Z近似等于电阻R。为便于说明，设想试样1的高度h因受全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测表面腐蚀的设备，用于监测腐蚀性环境中零件的表面腐蚀情况，包括：一导电试样；一可以向所述导电试样传送变化的频率的电源装置；以及一个测量该导电试样在不同电流工作频率下阻抗的测量装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：芦继来，陈为国，张育，布莱恩W莱思克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]