【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于腐蚀监测，涉及纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪、监测系统及方法。
技术介绍
1、药品生产制造过程中用到的注射用水是药品制造的直接原料。纯化水和注射用水的质量与药品生产质量密切相关。
2、制药厂的水系统采用的输送管路的材质多为316l优质奥氏体不锈钢，其优点为抗氧化、耐腐蚀。但管路经过一段时间运行后，管路内壁会出现一层红锈，擦拭后可部分脱落，但无法完全擦除。
3、制药厂的水系统管路中的红锈通常可以满足各项法规对于重金属含量极限值的规定，且不会对纯化水和注射用水的质量造成不良影响。但红锈有脱落风险，会使制药用水水质受重金属污染。因此，要求制药厂采取积极措施，避免和减少制药厂水系统相关设备中出现这种氧化腐蚀现象的产生。
4、制药厂通常采用酸洗、钝化的方法去除水系统中已产生的红锈。一般情况下，制药厂的水系统至少每年进行一次酸洗钝化，以消除红锈可能造成的安全风险。但这种盲目凭经验的定期酸洗钝化管路，有可能会因为不及时导致红锈在管路中留存时间过长甚至脱落，造成制药用水水质的重金属污染；反之过于频繁的进行酸洗钝化管路，制药厂需要支付高昂的费用，并且这期间用水生产设备和排污设备的停工也会造成经济损失，同时在监测点的维护保养过程中，也要支付价格高昂的检测检定费用，由此造成大量资源浪费和维护成本的增加。
5、综上所述，急需一种可用于纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪表，能够长时间、自动、在线监测制药厂水系统管路中的锈蚀状态，按需进行酸洗钝化维护处理，在有效降低红锈产生概率和质量风险
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪、监测系统及方法。
2、本专利技术提供一种纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，包括：监测仪壳体、监测仪底台、电源及通信接口、传感器接口、测量主板以及天线；
3、所述测量主板安装在监测仪壳体内；监测仪底台与监测仪壳体通过六角螺丝连接固定，并将监测仪壳体封闭，监测仪底台与监测仪壳体的连接处设有密封圈；
4、所述电源及通信接口、传感器接口分别经航插与测量主板连接；天线安装在监测仪壳体上并与测量主板通过线缆连接；
5、工业现场的电源及通信线缆通过电源适配器连接至电源及通信接口，实现锈蚀深度监测仪供电及信号传输；传感器接口通过适配杆与三电极传感器相连。
6、本专利技术还提供一种纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测系统，包括监测装置、数据处理服务器或企业云服务器；所述监测装置采用上述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪；其中监测装置为一套或多套，每套监测装置独立安装于制药厂纯化水或注射用水管路监测点，监测装置采集到的锈蚀监测数据通过rs485总线或gprs数据传输模块上传至指定的数据处理服务器或企业云服务器。
7、本专利技术还提供一种采用上述纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪的监测方法，包括如下步骤：
8、步骤1：测量溶液电阻，利用信号调理模块的信号源对三电极传感器施加幅值为f的阶跃信号，使用时钟模块定时阶跃时间；在施加阶跃信号的瞬时，微控制器控制信号调理模块采集三电极传感器的反馈电流i0，此时的溶液电阻ru＝f/i0；
9、步骤2：调节补偿电阻值，调节信号调理模块中的滑动变阻器阻值为步骤1中计算的溶液电阻值，以此减小施加在工作电极上的极化电压信号和弱极化电压信号的实际电压值和设定电压值的误差；
10、步骤3：测量开路电位，不施加极化电压，微控制器控制信号调理模块采集三电极传感器开路电位e0；
11、步骤4：施加极化并测量极化电流，微控制器控制信号调理模块的信号源对三电极传感器施加极化，极化电压信号分别为e0±5mv；微控制器控制信号调理模块采集三电极传感器的阳极极化电流i+和阴极极化电流i-；
12、步骤5：施加弱极化并测量弱极化电流，微控制器控制信号调理模块的信号源对三电极传感器施加弱极化，弱极化电压信号分别为e0±40mv；微控制器控制信号调理模块采集三电极传感器的阳极弱极化电流ia和阴极弱极化电流ic；
13、步骤6：计算腐蚀速率和锈蚀深度，利用线性极化原理和腐蚀速率弱极化测量原理，计算腐蚀电流密度icorr，进而计算腐蚀速率vmma和出锈蚀深度hcorr，计算公式如下：
14、
15、
16、
17、
18、其中，δe1为极化电压值，δe2为弱极化电压值；
19、
20、其中，a是金属原子量；n是得失的电子数；f是法拉第常数；ρ是电极金属材质的密度；
21、利用腐蚀速率的电流指标关系，计算出锈蚀深度hcorr，计算公式如下：
22、hcorr＝vmma×(n_datan-1+internal)
23、其中，n_datan-1是上一个数据为止累计的测量总时间，internal是当前测量时的测量间隔；
24、步骤7：锈蚀数据的测量流程执行完毕，并将数据进行存储，同时通过通讯模块传输至企业云平台。
25、本专利技术的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪、监测方法及方法，具有以下有益效果及优点：
26、1.本专利技术通过信号调理模块向三电极传感器发送激励信号，并接收反馈信号。微控制器基于腐蚀电化学技术，依据弱极化原理，根据测量的反馈信号计算介质对管路的腐蚀速率及等效锈蚀深度。进而实现锈蚀厚度超标预警。在实际工业应用领域，可指导制药厂酸洗钝化时机，评价化学溶剂的酸洗钝化效果。
27、2.本专利技术的信号调理模块在腐蚀速率弱极化测量原理的基础上，可实时测量溶液电阻，并以此设定滑动变阻器的阻值，自动实现压降补偿。降低了因溶液电阻未补偿所造成的极化电位和弱极化电位偏差。极大提高了腐蚀速率和锈蚀深度的测量精度。
28、3.本专利技术提供多种数据存储及传输方式，包括但不限于远程gprs数据传输，北斗远程数据传输，rs232/485数据传输，数据定期存储，本地数据读取上传等。系统兼容性广泛，适应性更强；支持云平台技术，可实现监测仪输出信号与云平台无缝连接。
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1.纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，包括：监测仪壳体、监测仪底台、电源及通信接口、传感器接口、测量主板以及天线；
2.如权利要求1所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述测量主板包括：微控制器以及分别与微控制器连接的信号调理模块、自检模块、供电模块、存储模块、时钟模块、通讯模块及维护接口；
3.如权利要求2所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述信号调理模块包括：信号源、模数转换器、第一信号放大器、第二信号放大器、第三信号跟随器、滑动变阻器、增益单元、滤波单元以及自适应增益控制电路；
4.如权利要求3所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述信号源输出的激励信号包括：阶跃信号、极化电压信号和弱极化电压信号；极化电压信号等于E0±5mV，弱极化电压信号等于E0±40mV；E0为三电极传感器的开路电位。
5.如权利要求2所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述微控制器采用STM32F103。
6.如权利要求1所述的纯化水和注射用水
7.纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测系统，其特征在于，包括监测装置、数据处理服务器或企业云服务器；所述监测装置采用权利要求1-6任意一项所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪；
8.一种采用权利要求1-6任意一项所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测方法，其特征在于，所述步骤1中施加的阶跃信号的幅值为50mV，阶跃时间为40毫秒。
...【技术特征摘要】
1.纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，包括：监测仪壳体、监测仪底台、电源及通信接口、传感器接口、测量主板以及天线；
2.如权利要求1所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述测量主板包括：微控制器以及分别与微控制器连接的信号调理模块、自检模块、供电模块、存储模块、时钟模块、通讯模块及维护接口；
3.如权利要求2所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述信号调理模块包括：信号源、模数转换器、第一信号放大器、第二信号放大器、第三信号跟随器、滑动变阻器、增益单元、滤波单元以及自适应增益控制电路；
4.如权利要求3所述的纯化水和注射用水管路的锈蚀深度监测仪，其特征在于，所述信号源输出的激励信号包括：阶跃信号、极化电压信号和弱极化电压信号；极化电压信号等于e0±5mv，弱极化电压信号等于e...
【专利技术属性】
技术研发人员：台闯，刘烁，包永全，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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