一種基于振動頻率的新型腐蝕探頭及其測量系統的製作方法

2023-06-13 13:12:26 1

專利名稱：一種基于振動頻率的新型腐蝕探頭及其測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及腐蝕監測探頭領域，特別涉及一種基于振動頻率的新型腐蝕監測探頭及其測量系統。
背景技術：
為了實時測量腐蝕，現在煉廠廣泛使用電阻探針、電感探針、氫通量監測技術等。電阻探針直接安放在工藝介質中，能比較真實地反映工藝介質的均勻腐蝕狀態，而且能在氣、液相，甚至固相中都適合使用，適用於在煉油廠、油氣田等許多場合。因此在環烷酸均勻腐蝕的條件下，可根據生產需求，選擇電阻探針或掛片探針(掛片)方法來進行監測。但是電阻探針和電感探針通常難以兼顧高精度和長使用壽命，限制了它們的應用。氫通量監測技術是按照環烷酸腐蝕機理，腐蝕過程產生氫原子，氫原子可穿過金屬壁向外界釋放氫氣，通過測量釋放氫氣的量就可以推算環烷酸腐蝕程度。可在高溫500°C的鋼表面上測量，適合用於煉製高酸值原油裝置的環烷酸腐蝕監測，同時其測量方法跟超聲波測厚相類似，不需在設備或管道上安裝特殊的裝置，其缺點是測量的數據只是氫的釋放量，而不是腐蝕速度，需要通過複雜的相應關聯關係式才能確定其腐蝕速度。這種關聯關係與多方面的因素有關，比如溫度、材質、材料厚度等，使用極不方便。理論研究表明音叉的振動頻率和音叉足的粗細(質量)直接相關。這種關係可以被利用來設計一種可兼顧高精度、長壽命兩方面的新型腐蝕探頭。國際上已經有相關的實際經驗，實驗室和現場試驗都表明，音叉探針將是下一代高精度，長周期腐蝕探測儀，特別適合煉化過程中的高溫腐蝕監測。

發明內容
本發明通過音叉振動頻率和音叉尖端質量之間的關聯關係，通過測量音叉振動頻率反映音叉尖端質量的變化，從而測定腐蝕速度，設計了一種能夠兼顧高精度、長壽命的新型腐蝕探頭，並可直接根據音叉振動頻率的變化，推算出音叉質量的變化，從而實時監測管道內的腐蝕速率。主要研究開發內容涉及到音叉的設計及製造、音叉固有振動信號的檢測、信號處理及振動頻率的獲取、振動頻率與音叉尖端質量的關係。本發明提供一種基于振動頻率的新型腐蝕監測探頭，至少包括音叉和隔膜，該音叉頂端為一方形片狀探頭，用待測試的材質製作，片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監測探頭時，與加速度傳感器緊貼設置。使用所述腐蝕監測探頭的測量系統，包括所述腐蝕監測探頭，加速度傳感器，信號採集卡和計算機。所述腐蝕監測探頭安置在流動的腐蝕性介質中，其音叉頂端向上，所述隔膜下方緊貼設置加速度傳感器，所述加速度傳感器另一端連接信號採集卡和計算機；所述音叉被流動的腐蝕性介質擾動，以固有頻率振動，帶動隔膜共同振動，所述加速度傳感器感應到振動信號，將振動信號轉化為電信號傳送給信號採集卡，所述信號採集卡將電信號經過數/模轉換送入計算機處理。所述加速度傳感器優選為PCB 352C34型加速度傳感器。所述信號採集卡優選為NI USB 4431振動信號採集卡。首先，利用所述的腐蝕監測探頭系統測定音叉總質量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監測探頭的質量-頻率工作曲線；在實施監測時，利用所述質量-頻率工作曲線反算出該監測所用音叉尖端被測試部分由於腐蝕造成的質量損失量，從而測定腐蝕速率。在現有在線腐蝕監測手段中，電阻探針和電感探針難以兼顧高精度和長使用壽命。用於高溫管道中監測環烷酸腐蝕的氫通量監測手段所測數據又需要通過複雜的關聯關係式才能夠換算成腐蝕速率，且會有較多不確定因素。本專利發明的基於音叉振動頻率的新型腐蝕探頭製造簡單，且能夠在較長的使用壽命內保持高精度；且可由音叉振動頻率的變化，經數據處理直接換算顯示出管道內的腐蝕速率，操作方便。


圖1為本發明所述的基於音叉振動頻率的新型腐蝕監測探頭系統示意圖，其中，1、腐蝕監測探頭；2、加速度傳感器-PCB 352C34型；3、信號採集卡(NI USB 4431振動信號採集卡);4、計算機；圖2為本發明所述音叉三視圖；圖3為利用NI LabVIEff 2010開發者套件為開發工具，編制的音叉固有頻率測試軟體；圖4為典型音叉腐蝕探頭的工作曲線。
具體實施例方式本發明所涉及的基於音叉振動頻率的在線腐蝕監測探頭系統，包括音叉腐蝕監測探頭1，PCB 352034型加速度傳感器2，[ USB 4431振動信號採集卡3和計算機4。將單足或雙足的音叉腐蝕監測探頭I安置在流動的腐蝕性介質中，用於收集振動信號，介質流動對音叉尖端造成一個擾動，音叉以固有的頻率振動，並帶動下面的隔膜共同振動；緊貼在隔膜下面的加速度傳感器2感應到振動信號，將其轉化成電信號，並傳送到信號採集卡3(器)；信號採集卡3 (器)接收監測探頭I傳來的信號，並經過數/模轉換，轉化成計算機可以處理的數位訊號，送入計算機處理。計算機採用Iabview軟體，對收集到的數據信號處理，得到音叉的真實振動頻率。所述音叉腐蝕監測探頭的音叉頂端為一方形片狀探頭，用擬測試的材質製作，方形片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監測探頭時，與加速度傳感器緊貼設置。如附圖3所示，實施時，以NI LabVIEff 2010開發者套件為開發工具，編制音叉固有頻率測試軟體，通過設置數據採集卡(NI USB 4431振動信號採集卡)參數，在軟體中顯示測得的振動信號的時域圖和頻譜圖，分析振動信號的時域圖和頻譜圖，利用Prony模型算法計算固有頻率等模態參數，計算出音叉的固有振動頻率。當音叉頂部被測試部分由於腐蝕造成質量損失時，測定的音叉固有振動頻率發生變化。首先，利用所述腐蝕監測探頭系統測定音叉總質量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監測探頭的質量-頻率工作曲線，如圖4所示；在實施監測時，利用所述質量-頻率工作曲線反算出該監測所用音叉尖端被測試部分由於腐蝕造成的質量損失量，從而測定腐蝕速率。如圖4中所示，通過模擬腐蝕過程，人為去除音叉頂端被測材料的部分材料,並測試對應不同音叉重量下的音叉頻率，得到了圖中的4個數據點。根據理論研究，音叉的固有頻率與首叉質量存在以下關係:
權利要求
1.一種基于振動頻率的新型腐蝕監測探頭，其特徵在於，所述腐蝕監測探頭(I)至少包括音叉和隔膜，該音叉頂端為一方形片狀探頭，用待測試的材質製作，方形片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監測探頭(I)時，與加速度傳感器緊貼設置。
2.一種使用如權利要求1所述腐蝕監測探頭的測量系統，其特徵在於，包括所述腐蝕監測探頭(1)，加速度傳感器(2)，信號採集卡(3)和計算機(4)，其特徵在於，所述腐蝕監測探頭(I)安置在流動的腐蝕性介質中，其音叉頂端向上，所述隔膜下方緊貼設置加速度傳感器(2 )，所述加速度傳感器(2 )另一端連接信號採集卡(3 )和計算機(4 );所述音叉被流動的腐蝕性介質擾動，以固有頻率振動，帶動隔膜共同振動，所述加速度傳感器(2)感應到振動信號，將振動信號轉化為電信號傳送給信號採集卡(3 )，所述信號採集卡(3 )將電信號經過數/模轉換送入計算機處理。
3.如權利要求2所述的測量系統，其特徵在於，所述加速度傳感器優選為PCB352C34型加速度傳感器。
4.如權利要求2所述的測量系統，其特徵在於，所述信號採集卡優選為NIUSB 4431振動信號採集卡。
5.利用權利要求2-4任一所述測量系統測定腐蝕速率的方法，首先，利用如權利要求2-4任一所述的測量系統測定音叉總質量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監測探頭的質量-頻率工作曲線；在實施監測時，利用所述質量-頻率工作曲線反算出該監測所用音叉尖端被測試部分由 於腐蝕造成的質量損失量，從而測定腐蝕速率。
全文摘要
本發明通過音叉振動頻率和音叉尖端質量之間的關聯關係，通過測量音叉振動頻率反映音叉尖端質量的變化，從而測定腐蝕速度，設計了一種能夠兼顧高精度、長壽命的新型腐蝕探頭，並可直接根據音叉振動頻率的變化，推算出音叉質量的變化，從而實時監測管道內的腐蝕速率，包括音叉腐蝕監測探頭，加速度傳感器，信號採集卡和計算機，所述新型腐蝕探頭製造簡單，且能夠在較長的使用壽命內保持高精度；且可由音叉振動頻率的變化，經數據處理直接換算顯示出管道內的腐蝕速率，操作方便。
文檔編號G01N29/24GK103076400SQ20121040600
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者屈定榮, 劉小輝, 蔣秀, 宮慶想 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院