CN106153528A - 一种金属面腐蚀检测仪及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属面腐蚀检测仪及其测量方法，探针组通过连接导线及连接器与采集器连接，采集器与上位机进行通讯连接；探针组由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针为双极耦合电极；方法包括：初始阶段，采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui0、电流Ii0以及温度T0；并记录当前厚度Hi0；正常测量阶段，采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui1、电流Ii1，温度T1；计算厚度，Hi1＝Hi0×Gi1/Gi0；求腐蚀速率，上位机根据上述金属单元检测区域的管壁厚度变化求出金属的腐蚀速率。本发明测量误差小，灵敏度高、抗干扰能力强，工作效率高，避免了人工操作所带来的人为因素的影响，能够实现远程在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型无损检测装置，具体地说是一种金属面腐蚀检测仪及其测量方法。
背景技术
近年来国内石化企业大量炼制高硫、高酸原油，使设备腐蚀加剧，所带来的问题也愈加严重，为了防止事故发生，需要加强设备腐蚀监测，尤其对设备壁厚的大面积实时检测是目前企业迫切需要的。目前对设备壁厚的检测主要采用的是超声波检测，超声波测厚需要耦合剂，检测时是测量点壁厚，不仅测量时间长、工作效率低，而且监测范围小、测量误差大、灵敏度不高。
发明内容
针对现有技术中对设备壁厚的超声波检测存在测量时间长、工作效率低，测量误差大等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种灵敏度高、检测面积大、寿命长的探针呈同心圆分布或呈平行线分布的金属面腐蚀检测仪及其测量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种金属面腐蚀检测仪，探针组及采集器，其特征在于：探针组通过连接导线及连接器与采集器连接，采集器与上位机进行通讯连接；探针组由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针为用于测试金属的壁厚的双极耦合电极。
采集器内设有检测电路，检测电路包括多个金属单元检测区域的放大单元、电流监测电阻RI、恒流源激励电路、A/D转换器以及中央控制器；放大单元对金属单元检测区域的电阻R1采样信号进行放大后经A/D转换器送入中央控制器，中央控制器通过通讯单元与上位计算机进行通讯连接；恒流源激励电路为金属单元检测区域提供激励电源。
金属单元检测区域的电阻R1与电流监测电阻RI串联后通过选通开关与恒流源激励电路相连。
本发明一种金属面腐蚀检测仪测量方法，包括以下步骤：
初始阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui0、电流Ii0以及温度T0；并记录当前厚度Hi0；
正常测量阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui1，电流Ii1，温度T1。
计算厚度：
Hi1＝Hi0×Gi1/Gi0 (1)
其中Gi0＝Ii0/Ui0；Gi1＝Ii1/Ui1；Gi0为金属单元检测区域i的初次检测时的电导，Hi0为金属单元检测区域i的初次检测时管壁厚度，Gi1为金属单元检测区域i的正常检测时的电导，Hi1为金属单元检测区域i正常检测时的管壁厚度；
求腐蚀速率：上位机根据上述金属单元检测区域的管壁厚度变化求出金属的腐蚀速率。
所述采集器具有探针组，其由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针均为双极耦合电极，一个电极用于施加激励，一个电极用于采样。
探针组中每两只探针之间形成一个监测区域，全部探针在被测金属面上形成多个金属单元检测区域；各金属单元检测区域使用同一电流回路检测电流。
厚度计算公式推导过程如下：
电阻材料学计算公式R＝ρ×L/S ①
其中，ρ为金属电阻率，L为金属长度，S为金属截面积；
在初始阶段R0＝ρ0×L0/S0 ②
其中，ρ0为初始阶段金属电阻率，L0为初始阶段金属长度，S0为初始阶段金属截面积；
正常测量阶段R1＝ρ1×L1/S1 ③
其中，ρ1为正常测量阶段金属电阻率，L1为正常测量阶段金属长度，S1为正常测量阶段金属截面积；
从初始阶段到正常测量阶段各参数变化如下：
金属电阻率不变，即ρ0＝ρ1 ④
金属长度L不变，即L0＝L1 ⑤
金属截面积S＝宽度W×厚度H ⑥
宽度W为电极直径不变，即W0＝W1 ⑦
厚度H由于腐蚀改变；
由公式②、⑥可得：R0＝ρ0×L0/(W0×H0) ⑧
由公式③、④、⑤、⑥、⑦可得：R1＝ρ0×L0/(W0×H1) ⑨
公式⑧/公式⑨得到：H1＝H0×R0/R1 ⑩
电阻电学测量公式
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流；
电导电学测量公式
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流；
由公式⑩、可得：H1＝H0×G1/G0。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.测量误差小。本发明检测电路检测金属单元区域时，同时测金属温度，进行温度补偿，因此有效减小了测量误差。
2.灵敏度高、抗干扰能力强，工作效率高。本发明以恒流源做为激励信号，可以通过频段滤波提取有效信号以抑制噪声信号，采用多通道同时采样的运放，提高了灵敏度，由此缩短了测量时间，提高了工作效率，避免了人工操作所带来的人为因素的影响。
3.适用范围广。本发明是监测管道指定区域腐蚀情况的非接触技术，还可应用于储藏罐或其他金属建筑物上；能够用于检测复杂的几何体(弯头、T-接头、Y-接头等)。
4.实现远程在线测量。本发明装置与上位计算机进行通讯连接，实现测量结果的远程通讯，由上位计算机处理并显示测量结果和腐蚀曲线，可以实时在线监测金属的腐蚀状况。
5.本发明可应用于储藏罐或其他金属建筑物上，具有很高的灵敏度和精确度，可在早期探测到腐蚀减薄的改变，从而可在腐蚀损害发生之前优化预防措施；可用于高温工况，而没有温度漂移和降低精度的问题，具有测量误差小、灵敏度高，抗干扰能力强，适用范围广等优点，能够实现远程在线测量。
附图说明
图1为本发明探针呈同心圆分布(6个单元监测区域为例)的示意图；
图2为本发明探针呈平行线分布(6个单元监测区域为例)的示意图；
图3为本发明采集器外部结构示意图；
图4为本发明测量电路原理图。
其中，1为壳体，2为连接线输入接口，3为激励接口，4为温度传感器接口，5为电源接口，6为通讯接口。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1、2所示，本发明一种金属面腐蚀检测仪，探针组及采集器，探针组通过连接导线及连接器与采集器连接，采集器与上位机进行通讯连接；探针组由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针为用于测试金属的壁厚的双极耦合电极。
如图4所示，采集器内设有检测电路，包括多个金属单元检测区域放大单元、电流监测电阻RI、恒流源激励电路、A/D转换器以及中央控制器，放大单元对金属单元检测区域的电阻R1进行放大后，经A/D转换器送入中央控制器，中央控制器通过通讯单元与上位计算机进行通讯连接；恒流源激励电路为金属单元检测区域提供激励电源。
金属单元检测区域的电阻R1与电流监测电阻RI串联后通过选通开关SWV1、SWI1与恒流源激励电路相连。
本发明金属面腐蚀检测仪，包括探针组、连接线及采集器三部分，探针组：呈同心圆分布的探针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6，如图1所示；或呈平行线分布的探针P1、P2、P3、P4、P5、P6；P-1、P-2、P-3、P-4、P-5、P-6，如图2所示；探针为双极耦合电极，双极耦合电极的一个电极用于施加激励，一个电极用于采样；连接线为用于连接探头和采集器的导线。如图3所示，采集器包括：壳体1，壳体1正面有连接线输入接口2，激励接口3，温度传感器接口4；壳体1背面有电源接口5及通讯接口6，通讯接口6与上位计算机进行通讯连接。
如图4所示，仅给出两个测量回路的电气原理图，本实施例中采用六个测量回路，电气连接方式与图4相似。检测电路包括金属单元检测区域的电阻R1和电流监测电阻RI，二者串联后通过选通开关SWV1、SWI1(与恒流源激励电路相连；电阻R1经单元放大电路送入A/D转换器；RI经精密运放UI送入A/D转换器；A/D转换器与中央控制器相连；中央控制器通过通讯单元与上位计算机进行通讯连接。
本发明金属面腐蚀检测仪的工作过程如下：
金属面腐蚀检测仪其测量方法是以测量金属腐蚀损失为基础，通过测量金属的腐蚀损耗减薄而得出金属腐蚀速率的变化。金属单元检测区域电阻R1随着金属腐蚀损失而增大，其随时间变化的函数曲线即可得到金属损失量随时间的函数曲线，也就是腐蚀速率；另一方面，金属单元检测区域电阻R1随温度的变化会增大或减小，为了消除由于温度变化带来的测量误差，通过温度补偿来消除温度对测量结果的影响。检测电路中第1放大器UV1采用高输入阻抗、高精度仪表放大器，其输入端接收金属单元检测区域R1，第1放大器UV1的输出信号经过第2放大器UVV1进一步放大后，输出信号进入A/D转换器进行模数转换，中央处理器对A/D转换器输出的数字信号进行采集，并进行相应计算，同时中央处理器通过通讯单元与上位计算机进行通讯连接，由上位计算机对检测数据进行计算处理，并显示测量结果和和腐蚀曲线，通过显示实现检测系统的在线测量。
本发明一种金属面腐蚀检测仪测量方法，包括以下步骤：
初始阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui0、电流Ii0以及温度T0；并记录当前厚度Hi0；
正常测量阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui1，电流Ii1，温度T1。
计算厚度：
Hi1＝Hi0×Gi1/Gi0计算；其中Gi0＝Ii0/Ui0；Gi1＝Ii1/Ui1 (1)
其中，Gi0为金属单元检测区域i的初次检测时的电导，Hi0为金属单元检测区域i的初次检测时管壁厚度，Gi1为金属单元检测区域i的正常检测时的电导，Hi1为金属单元检测区域i正常检测时的管壁厚度；
求腐蚀速率：上位机根据上述金属单元检测区域的管壁厚度变化，求出金属的腐蚀速率。
所述采集器具有探针组，其由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针均为双极耦合电极，一个电极用于施加激励，一个电极用于采样。
探针组中每两只探针之间形成一个金属单元检测区域，全部探针在被测金属面上形成多个金属单元检测区域；各金属单元检测区域使用同一电流回路检测电流。
上述计算公式(1)的推导过程如下：
电阻材料学计算公式R＝ρ×L/S①
其中，ρ为金属电阻率，L为金属长度，S为金属截面积。
在本发明中，初始阶段R0＝ρ0×L0/S0 ②
其中，ρ0为初始阶段金属电阻率，L0为初始阶段金属长度，S0为初始阶段金属截面积
正常测量阶段R1＝ρ1×L1/S1 ③
其中，ρ1为正常测量阶段金属电阻率，L1为正常测量阶段金属长度，S1为正常测量阶段金属截面积。
由于两阶段测量为不同时间，所以参数会如下变化：
金属ρ金属电阻率不变，得出ρ0＝ρ1 ④
金属长度L不变(热胀冷缩很小，可忽略)，得出L0＝L1 ⑤
金属截面积S＝宽度W×厚度H ⑥
宽度W为电极直径不变，得出W0＝W1 ⑦
厚度H会腐蚀改变。
由公式②、⑥可得：R0＝ρ0×L0/(W0×H0) ⑧
由公式③、④、⑤、⑥、⑦可得：R1＝ρ0×L0/(W0×H1) ⑨
公式⑧/公式⑨得到：H1＝H0×R0/R1 ⑩
电阻电学测量公式
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流。
电导电学测量公式
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流。
由公式⑩、可得：H1＝H0×G1/G0
其中，Gi0为被测金属单元区域i的初次检测时的电导(未被腐蚀时)，Hi0为被测金属单元区域i的原始管壁厚度(未被腐蚀时)，Gi1为被测金属单元区域i的正常检测时的电导，Hi1为被测金属单元区域i当前管壁厚度。
实际测量中，I0、U0、I1、U1是带入算式⑴的。相比于H1＝H0×(I1/U1)/(I0/U0)公式⑴H1＝H0×G1/G0更易理解记忆。
本发明金属面腐蚀检测仪及其测量方法，主要用来检测各种形式的腐蚀，也可检测大多数的裂纹以及监控腐蚀和裂纹的扩展。其原理是将探针在待测区布置成呈同心圆分布或呈平行线，对电极施加同一激励信号；然后测量通过金属结构电场的微小变化，用测得的电导值与初始设定时测得的电导值进行比较，依此来检测由于腐蚀等引起的金属损失、裂纹、凹坑或凹槽。本发明可应用于储藏罐或其他金属建筑物上。本发明有很高的灵敏度和精确度，可在早期探测到腐蚀减薄的改变，从而可在腐蚀损害发生之前优化预防措施。本发明可用于高温工况，而没有温度漂移和降低精度的问题，具有测量误差小、灵敏度高，抗干扰能力强，适用范围广等优点，能够实现远程在线测量。
Claims (7)
1.一种金属面腐蚀检测仪，包括：探针组及采集器，其特征在于：探针组通过连接导线及连接器与采集器连接，采集器与上位机进行通讯连接；探针组由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针为用于测试金属的壁厚的双极耦合电极。
2.按权利要求1所述的金属面腐蚀检测仪，其特征在于：采集器内设有检测电路，检测电路包括多个金属单元检测区域的放大单元、电流监测电阻RI、恒流源激励电路、A/D转换器以及中央控制器；放大单元对金属单元检测区域的电阻R1采样信号进行放大后经A/D转换器送入中央控制器，中央控制器通过通讯单元与上位计算机进行通讯连接；恒流源激励电路为金属单元检测区域提供激励电源。
3.按权利要求2所述的金属面腐蚀检测仪，其特征在于：金属单元检测区域的电阻R1与电流监测电阻RI串联后通过选通开关与恒流源激励电路相连。
4.一种金属面腐蚀检测仪测量方法，其特征在于包括以下步骤：
初始阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui0、电流Ii0以及温度T0；并记录当前厚度Hi0；
正常测量阶段：采集器测量金属单元检测区域i的电压Ui1，电流Ii1，温度T1。
计算厚度：
Hi1＝Hi0×Gi1/Gi0 (1)
其中Gi0＝Ii0/Ui0；Gi1＝Ii1/Ui1；Gi0为金属单元检测区域i的初次检测时的电导，Hi0为金属单元检测区域i的初次检测时管壁厚度，Gi1为金属单元检测区域i的正常检测时的电导，Hi1为金属单元检测区域i正常检测时的管壁厚度；
求腐蚀速率：上位机根据上述金属单元检测区域的管壁厚度变化求出金属的腐蚀速率。
5.按权利要求4所述的金属面腐蚀检测仪测量方法，其特征在于：
所述采集器具有探针组，其由多个呈同心圆分布或呈平行线分布的探针构成，探针均为双极耦合电极，一个电极用于施加激励，一个电极用于采样。
6.按权利要求5所述的金属面腐蚀检测仪测量方法，其特征在于：
探针组中每两只探针之间形成一个监测区域，全部探针在被测金属面上形成多个金属单元检测区域；各金属单元检测区域使用同一电流回路检测电流。
7.按权利要求4所述的金属面腐蚀检测仪测量方法，其特征在于厚度计算公式推导过程如下：
电阻材料学计算公式R＝ρ×L/S ①
其中，ρ为金属电阻率，L为金属长度，S为金属截面积；
在初始阶段R0＝ρ0×L0/S0 ②
其中，ρ0为初始阶段金属电阻率，L0为初始阶段金属长度，S0为初始阶段金属截面积；
正常测量阶段R1＝ρ1×L1/S1 ③
其中，ρ1为正常测量阶段金属电阻率，L1为正常测量阶段金属长度，S1为正常测量阶段金属截面积；
从初始阶段到正常测量阶段各参数变化如下：
金属电阻率不变，即ρ0＝ρ1 ④
金属长度L不变，即L0＝L1 ⑤
金属截面积S＝宽度W×厚度H ⑥
宽度W为电极直径不变，即W0＝W1 ⑦
厚度H由于腐蚀改变；
由公式②、⑥可得：R0＝ρ0×L0/(W0×H0) ⑧
由公式③、④、⑤、⑥、⑦可得：R1＝ρ0×L0/(W0×H1) ⑨
公式⑧/公式⑨得到：H1＝H0×R0/R1 ⑩
电阻电学测量公式R＝U/I
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流；
电导电学测量公式G＝I/U
其中，U为金属导体端电压，I为流过电流；
由公式⑩、可得：H1＝H0×G1/G0。
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2016
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161123 |