一種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置的製作方法
2023-05-21 03:46:26
專利名稱：一種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置，涉及金屬材料的一般防蝕、測量電變量和管道系統技術領域。
背景技術：
陰極保護電位是管道是否受到有效陰極保護的重要判據。日常維護工作中所測量的電位是陰極保護通電電位。而根據GB21448中陰極保護準則，評判管道是否受到有效陰極保護的判據是管道的陰極保護極化電位，即斷電電位。而通電電位是由IR降及斷電電位組成的。因此，必須在測量過程中除去IR降才可以得到有效的斷電電位。埋地管道陰極保護斷電電位測量方法檢索表明測量埋地管道陰極保護斷電電位主要有兩大方法，試片斷電法和GPS同步電流中斷法。試片斷電法通過中斷與管道相連的埋地試片，測量並人工估讀斷電電位值，人為因素對結果影響較大。GPS同步電流中斷法通過在恆電位儀輸出端安裝GPS同步電流中斷器，可以選擇萬用表或配套數據採集器對斷電電位進行測量，需要專業人員操作，並且當前相關設備均需進ロ，成本較高。國外已有多家公司開發出相應的通電/斷電電位測量系統。這類系統基本上均由以下兩部分組成電流中斷器及配套的電位測量儀。在測量通電/斷電電位時，先在陰極保護恆電位儀輸出端安裝電流中斷器，以周期性的中斷陰極保護電流，然後再由專人攜帶電位測量儀進行通電/斷電電位測量。中國專利ZL 03119386. 2 「陰極保護管道的管地電位和地表電位綜合檢測方法及裝置」公開了ー種陰極保護管道的管地電位和地表電位綜合檢測方法及裝置。該方法採用至少各ー個檢測管地電位和地表電位的參比電極同時進行測量，並在測量過程中採用瞬間中斷電流法或外加激勵電流信號法消除IR降，將記錄儀採集的測試數據經微機分析，確定真實的管地電位和地表電位。ZL 200510114259. X 「微功耗陰極保護電位數據自動採集器」涉及ー種微功耗陰極保護電位數據自動採集器，配合GPS同步電流中斷器，能在微功耗條件下進行長輸管道上陰極保護通電電位、斷電電位的自動判斷和檢測。基於電流中斷器的上述測量系統在實際使用中存在以下的不足第一，當管道受到雜散電流幹擾時，因雜散電流的流動不受電流中斷器的影響，所以測得的電位並非管道真實的極化電位；第二，由於上述設備比較昂貴，而且測量步驟繁瑣，只能由受過專門培訓的人員進行測量，而不能成為日常管理手段；第三，對於一條管道來說只能每隔幾年進行一次通電/斷電電位測量，所測數據僅能評判測量期間陰極保護系統運行情況，而日常的管理只能參照檢測期間數據進行，不利於陰極保護系統日常維護。當前，我國管道運行企業一般每隔幾年對管道進行一次通電/斷電電位測量，對陰極保護系統進行斷電電位評價，並確定出陰極保護系統通電電位運行參數，在日常工作、中參照通電電位參數進行維護。從管理角度上講，這種管理模式也存在著如下不足因為陰極保護系統的運行是受外界環境影響比較大的，利用每幾年進行一次測量所獲得的參數對陰極保護系統進行日常管理，其中必然也存在著ー些誤差。如果要消除上述誤差，就應使通電/斷電電位電位測量成為日常維護手段，而這就需要配備大量通電/斷電電位測量設備，並對日常工作人員進行專業培訓。而上述方案而耗資巨大而不易施行。從技術角度上講，現有的通電/斷電電位測量系統在受到雜散電流幹擾時，所測得的電位數據也將含有IR降成份，從而不能代表管道真實的極化電位。《計量技木》第11期(2008年12月31日)公開了ー種「」輔助試片法管道陰極保護電位的精確測量」，其核心是ー種高精度、低功耗且自動消除陰極保護電位中IR降影響的可攜式數據採集模塊。但該技術在雜散電流幹擾區對控制通斷電周期、延時時間及電位採樣點的精確度還並不理想，並不像所說那樣。
發明內容
本發明的目的是發明一種真實、快捷、高精度、操作簡單、成本較低、安裝維護便利的埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置。本發明提供ー種可用於管道日常管理維護的基於試片法的可攜式陰極保護通電/斷電電位自動測量裝置，它基於本身設計的檢測裝置進行。該裝置在雜散電流幹擾區，仍然可以測量出管道有效的極化水平。本發明的管道陰極保護斷電電位檢測是基於試片法的可攜式陰極保護通電/斷電電位自動測量方法，即接管道的引線、探頭參比電極引線和探頭試片引線三根導線接電壓採樣，電壓採樣的信號加到測試儀；電壓採樣探頭試片和管道聯通時的電壓VI，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理；通過按鍵控制斷開探頭試片與管道，測試儀根據前期設置的斷電周期和延時時間，電壓採樣探頭試片和管道斷開時的電壓V2，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理；微處理器從存儲器中獲取電壓數據Vl和V2, Vl即管道即時狀態下的通電電位，V2即管道即時狀態下的斷電電位，測試儀根據不同的斷電周期和延時時間測量的不同結果，繪製電位圖形，並在液晶顯示中顯示，並同時存儲器中儲存。所有測量工作時候，時鐘同步工作。相對於傳統的斷電試片法，本裝置能精確的控制通斷電周期，延時時間及電位採樣點(探頭的位置)。基於試片法的可攜式陰極保護通電/斷電電位自動測量檢測裝置主要包括探頭和測試儀兩部分。探頭剖面示意圖見圖I所示，底面示意圖見圖2所示。主體為圓柱ABS塑料桶，由試片6和ー個Cu/CuS04參比電極組成，主要由試片6、半透膜7、純銅棒4、內部為飽和硫酸銅溶液5、試片引出線I、參比電極引出線2和用來添加硫酸銅溶液的蓋3組成。其中試片6的材料同地下管道選取同樣材質，通常為16Mn鋼；試片6用環氧樹脂固定在探頭底部，參比電極的半透膜位於探頭底部中央；輔助電極的連接電纜和參比電極引出線2均通過探頭中心從探頭上部引出，間距約為lcm±2mm;根據管道塗層系統狀況的不同，輔助電極表面塗覆不同種類和不同厚度的塗層。、
測試儀由微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、A/D轉換電路、液晶顯示、時鐘、存儲器、總線和對各模塊供電的電源模塊組成，原理框圖如圖3所示。接探頭參比電極弓I線和試片引線的電壓採樣輸出接運放電路，運放電路輸出接A/D轉換電路，A/D轉換電路輸出接微處理器輸入；微處理器的按鍵輸入接電壓米樣，微處理器的輸出也接運放電路和A/D轉換電路，電壓採樣還與管道相連；液晶顯示、存儲器通過SPI總線與微處理器連接；時鐘通過I2C總線與微處理器連接；電源與微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、液晶顯示、時鐘、存儲器連接，為其供電。電壓採樣三根導線分別與管道、探頭參比電極引線和探頭試片引線連接，按下電源按鍵系統加電，通過按鍵輸入，探頭試片與管道連接，電壓採樣探頭試片和管道聯通時的電壓VI，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理，並在存儲器中儲存和顯示屏中顯示。按鍵輸入斷開探頭試片與管道，根據設置的斷電周期和延時時間，電壓採樣探頭試片和管道聯通時的電壓V2，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理，並在存儲器中儲存和在液晶顯示。Vl即管道即時狀態下的通電電位，V2即管道即時狀態下的斷電電位，測試儀根據不同的斷電周期和延時時間測量的不同結果，繪製電位圖形，並在液晶顯示中顯示，並同時存儲器中儲存。所有測量工作時候，時鐘同步工作。相對於傳統的斷電試片法，本裝置和方法可以精確的控制通斷電周期，延時時間及電位採樣點(探頭的位置)。測試儀部分的電原理如圖4、圖5、圖6所示，由微處理器、模擬信號輸入模塊、電源模塊三部分組成；模擬信號輸入模塊與微處理器連接，電源模塊與微處理器和模擬信號輸入模塊連接。所述模擬信號輸入模塊包括電壓採樣、運放電路和A/D轉換電路。微處理器的電原理如圖4所示，由微處理器、串ロ通信模塊、液晶顯示、存儲器、時鐘組成，其內固化有程序；Flash存儲器AT45DB081B的23腳與微處理器P3. 2端連接，4腳與微處理器P3. I端連接，5腳與微處理器PO. O連接，6腳與微處理器PO. 2連接，7腳與微處理器PO. I連接；液晶顯示LMB018的5腳與微處理器P3. 3，8腳與微處理器P3. 4連接，18腳與微處理器PO. 2端連接，17腳與微處理器PO. O連接；時鐘S3530A的I腳與微處理器PO. 6連接，7腳與微處理器Pl. O連接，6腳與微處理器Pl. I連接；串ロ通信模塊SP3223E的13、15腳分別接微處理器的30、29腳。模擬信號輸入模塊的電原理如圖5所不,包含3個輸入信號，REF為參比電極,與一起的GND跳線相連；測試引腳TEST_E連微處理器的Pl. 2腳，管道引腳PIPE_E連微處理器的Pl. 3腳。TEST_E與PIPE_E為微處理器獨立管腳，除進行A/D轉換外，還可連通，實現探頭試片與管道相連。固態繼電器J21由獨立引腳CONNECT控制，連接微處理器Pl. 4腳。電壓採樣信號輸入至晶片U13的3腳，經過放大，通過U17的6腳接入微處理器的Pl. 5腳，按鍵輸入與微處理器P2. 2、P2. 3、P2. 4、P2. 5、P2. 6和P2. 7連接。電源模塊的電原理如圖6所示，鋰電池經J31輸出7. 2-8. 4V直流電壓，由Q31和Q32輸出分別加到U32穩壓器ADP3303-5、U34穩壓器ADP3303-3. 3的輸入，其輸出分別為+5V、+3. 3V ;由光電去耦合器TLP421手動控制測試儀通斷；分別對微處理器和模擬信號輸入模塊供電；通過U33電壓變換器MAX660對運放電路供電-5V。本發明的微處理器與串ロ通信模塊採用RS-232通信，微處理器與模擬開關、A/D轉換、液晶顯示和存儲器採用SPI總線連接，微處理器與時鐘採用I2C總線連接，微處理器與運算放大器採用導線連接。、
其中微處理器選C8051F310類產品；串ロ通信模塊選SP3223E類產品；液晶顯示選LMB018類產品；存儲器選AT45DB081B類產品；時鐘選S3530A類產品；運算放大器選PVA3324類產品。各電氣元件按圖4、圖5、圖6連接好，同時按照電壓採樣用導線與探頭試片、探頭參比電極和管道三根導線連接，按下按鍵啟動儀器，電壓採樣採集電壓信號V後傳輸至運放電路，經U17晶片6端輸入微處理器，並在存儲器中存儲和在液晶顯示，即得通電電位；按下按鍵，探頭試片與管道連接中斷，微處理器控制電壓採樣延時時間，電壓採樣採集電壓信號Vl後傳輸至運放電路，經U17晶片6端輸入微處理器，並在存儲器中存儲和在液晶顯示，即得斷電電位；採集到一定數值後，液晶顯示數據圖。本發明能通過探頭，真實、快捷和高精度的測量管道陰極保護斷電電位，即便在雜散電流幹擾區，仍然可以測量出管道有效的極化水平，並且結構緊湊，系統造價低廉，操作簡便，有利於ー線員エ的使用，可用於陰極保護系統的日常維護。
圖I探頭正面剖視2探頭底部視3測量埋地管道陰極保護斷電電位的裝置原理框4微處理器電原理5模擬信號輸入模塊電原理6電源部分電原理圖其中I-試片引出線2-參比電極引出線3-蓋4-純銅棒5-飽和硫酸銅溶液 6-試片7-半透膜
具體實施例方式實施例.本例為試驗樣機。本管道陰極保護斷電電位檢測是基於試片法的可攜式陰極保護通電/斷電電位自動測量方法，即接管道的引線、探頭參比電極引線和探頭試片引線三根導線接電壓採樣，電壓採樣的信號加到測試儀；電壓採樣探頭試片和管道聯通時的電壓VI，經過運算放大、器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理；斷開探頭試片與管道，根據設置的斷電周期和延時時間，電壓採樣探頭試片和管道聯通時的電壓V2，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換等處理；V1即管道即時狀態下的通電電位，V2即管道即時狀態下的斷電電位，測試儀根據不同的斷電周期和延時時間測量的不同結果，繪製電位圖形，並在液晶顯示中顯示，並同時存儲器中儲存。所有測量工作時候，時鐘同步工作。樣機包括探頭和測試儀兩部分。探頭剖面示意圖見圖I所示，底面示意圖見圖2所示。主體為圓柱ABS塑料桶，由試片6和ー個Cu/CuS04參比電極組成，主要由試片6、半透膜7、純銅棒4、內部為飽和硫酸銅溶液5、試片引出線I、參比電極引出線2和用來添加硫酸銅溶液的蓋3組成。其中試片6的材料同地下管道選取同樣材質，通常為16Mn鋼；試片6用環氧樹脂固定在探頭底部，參比電極的半透膜位於探頭底部中央；輔助電極的連接電纜和參比電極引出線2均通過探頭中心從探頭上部引出，間距約為lcm±2mm ;根據管道塗層系統狀況的不同，輔助電極表面塗覆不同種類和不同厚度的塗層。測試儀由微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、A/D轉換電路、液晶顯示、時鐘、存儲器、總線和對各模塊供電的電源模塊組成，原理框圖如圖3所示。接探頭參比電極弓I線和試片引線的電壓採樣輸出接運放電路，運放電路輸出接A/D轉換電路，A/D轉換電路輸出接微處理器輸入；微處理器的按鍵輸入接電壓米樣，微處理器的輸出也接運放電路和A/D轉換電路，電壓採樣還與管道相連；液晶顯示、存儲器通過SPI總線與微處理器連接；時鐘通過I2C總線與微處理器連接；電源與微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、液晶顯示、時鐘、存儲器連接，為其供電。探頭主體為直徑5cm的圓柱ABS塑料桶，由試片6和ー個Cu/CuS04參比電極組成。試片6的材料同地下管道選取同樣材質，為16Mn鋼。試片6用環氧樹脂固定在探頭底部，參比電極的半透膜位於探頭底部中央。輔助電極的連接電纜和參比電極引出線2均通過探頭中心從探頭上部引出，間距為1cm。根據管道塗層系統狀況的不同，輔助電極表明塗覆不同種類和不同厚度的塗層。測試儀部分的電原理如圖4、圖5、圖6所示，由微處理器、模擬信號輸入模塊、電源模塊三部分組成。微處理器的電原理如圖4所示，由微處理器、串ロ通信模塊、液晶顯示、存儲器、時鐘組成，其內固化有程序；Flash存儲器AT45DB081B的23腳與微處理器P3. 2端連接，4腳與微處理器P3. I端連接，5腳與微處理器PO. O連接，與微處理器P3. I連接，6腳與微處理器PO. 2連接，7腳與微處理器PO. I連接；液晶顯示LMB018的5腳與微處理器P3. 3，8腳與微處理器P3. 4連接，18腳與微處理器PO. 2端連接，17腳與微處理器PO. O連接；時鐘S3530A的I腳與微處理器PO. 6連接，7腳與微處理器Pl. O連接，6腳與微處理器Pl. I連接；串ロ通信模塊SP3223E的13、15腳分別接微處理器的30、29腳；模擬信號輸入模塊的電原理如圖5所不,包含3個輸入信號，REF為參比電極,與一起的GND跳線相連；測試引腳TEST_E連微處理器的Pl. 2腳，管道引腳PIPE_E連微處理器的Pl. 3腳。TEST_E與PIPE_E為微處理器獨立管腳，除進行A/D轉換外，還可連通，實現探頭試片與管道相連。固態繼電器J21由獨立引腳CONNECT控制，連接微處理器Pl. 4腳。電壓採樣信號輸入至晶片U13的3腳，經過放大，通過U17的6腳接入微處理器的Pl. 5腳，按鍵輸入與微處理器P2. 2、P2. 3、P2. 4、P2. 5、P2. 6和P2. 7連接；電源模塊的電原理如圖6所示，鋰電池經J31輸出7. 2-8. 4V直流電壓，由Q31和Q32輸出分別加到U32穩壓器ADP3303-5、U34穩壓器ADP3303-3. 3的輸入，其輸出分別為+5V、+3. 3V ;由光電去耦合器TLP421手動控制測試儀通斷；分別對微處理器和模擬信號輸入模塊供電；通過U33電壓變換器MAX660對運放電路供電-5V。微處理器與串ロ通信模塊採用RS-232通信，微處理器與模擬開關、A/D轉換、液晶顯示和存儲器採用SPI總線連接，微處理器與時鐘採用I2C總線連接，微處理器與運算放大器採用導線連接。、
其中微處理器選C8051F310 ;串ロ通信模塊選SP3223E ；液晶顯示選LMB018;存儲器選AT45DB081B ;時鐘選S3530A ；U16運算放大器選PVA3324 ；運算放大器U13、U15、U18選MAX406，運算放大器U17選AD602。各電氣元件按圖4、圖5、圖6連接好，同時按照電壓採樣用導線與探頭試片、探頭參比電極和管道三根導線連接，按下按鍵啟動儀器，電壓採樣採集電壓信號V後傳輸至運放電路，經U17晶片6端輸入微處理器，並在存儲器中存儲和在液晶顯示，即得通電電位；按下按鍵，探頭試片與管道連接中斷，微處理器控制電壓採樣延時時間，電壓採樣採集電壓信號Vl後傳輸至運放電路，經U17晶片6端輸入微處理器，並在存儲器中存儲和在液晶顯示，即得斷電電位；採集到一定數值後，液晶顯示數據圖。本例能通過含有試片的探頭，真實、快捷和高精度地檢測埋地管道陰極保護斷電電位，且結構緊湊和操作控制簡便，是ー種實用、可靠的埋地管道現場參數測量儀器，無需安裝GPS同步電流中斷器，無需專業人員操作，可在ー線員エ推廣，用於陰極保護系統的日常維護。權利要求
1.一種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置，包括探頭和測試儀兩部分；所述探頭主體為圓柱ABS塑料桶，由輔助電極和ー個Cu/CuS04參比電極組成，主要由試片(6)、半透膜(7)、純銅棒(4)、內部為飽和硫酸銅溶液(5)、試片引出線(I)、參比電極引出線(2)和用來添加硫酸銅溶液的蓋(3)組成；其特徵是測試儀由微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、A/D轉換電路、液晶顯示、時鐘、存儲器、總線和對各模塊供電的電源模塊組成；接探頭參比電極引線和試片引線的電壓採樣輸出接運放電路，運放電路輸出接A/D轉換，A/D轉換輸出接微處理器輸入；微處理器的按鍵輸入接電壓米樣，微處理器的輸出也接運放電路和A/D轉換，電壓採樣還與管道相連；液晶顯示、存儲器通過SPI總線與微處理器連接；時鐘通過I2C總線與微處理器連接；電源與微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、液晶顯示、時鐘、存儲器連接，為其供電； 電壓採樣三根導線分別與管道、探頭參比電極引線和探頭試片引線連接，通過按鍵輸入，探頭試片(6)與管道連接，電壓採樣探頭試片(6)和管道聯通時的通電電位VI，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換處理，並在存儲器中儲存和顯示屏中顯示；按鍵輸入斷開探頭試片(6)與管道，根據設置的斷電周期和延時時間，電壓採樣探頭試片(6)和管道聯通時的斷電電位V2，經過運算放大器，傳至微處理器進行A/D轉換處理，並在存儲器中儲存和在液晶顯示；測試儀根據不同的斷電周期和延時時間測量的不同結果，繪製電位圖形，並在液晶顯示中顯示，並同時存儲器中儲存；所有測量工作時候，時鐘同步工作。
2.根據權利要求I所述的ー種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置，其特徵是測試儀部分的電原理由微處理器、模擬信號輸入模塊、電源模塊三部分組成；模擬信號輸入模塊與微處理器連接，電源模塊與微處理器和模擬信號輸入模塊連接；其中模擬信號輸入模塊包括電壓採樣、運放電路和A/D轉換電路； 所述微處理器由微處理器、串ロ通信模塊、液晶顯示、存儲器、時鐘組成，其內固化有程序；Flash存儲器AT45DB081B的23腳與微處理器P3. 2端連接，4腳與微處理器P3. I端連接，5腳與微處理器PO. O連接，6腳與微處理器PO. 2連接，7腳與微處理器PO. I連接；液晶顯示LMB018的5腳與微處理器P3. 3，8腳與微處理器P3. 4連接，18腳與微處理器PO. 2端連接，17腳與微處理器PO. O連接；時鐘S3530A的I腳與微處理器PO. 6連接，7腳與微處理器Pl. O連接，6腳與微處理器Pl. I連接；串ロ通信模塊SP3223E的13、15腳分別接微處理器的30、29腳； 所述模擬信號輸入模塊包含3個輸入信號，REF為參比電極,與一起的GND跳線相連；測試引腳TEST_E連微處理器的Pl. 2腳，管道引腳PIPE_E連微處理器的Pl. 3腳。TEST_E與PIPE_E為微處理器獨立管腳，除進行A/D轉換外，還可連通，實現探頭試片與管道相連。固態繼電器J21由獨立引腳CONNECT控制，連接微處理器Pl. 4腳。電壓採樣信號輸入至晶片U13的3腳，經過放大，通過U17的6腳接入微處理器的Pl. 5腳，按鍵輸入與微處理器P2. 2、P2. 3、P2. 4、P2. 5、P2. 6 和 P2. 7 連接。
所述電源模塊的電原理為鋰電池經J31輸出7. 2-8. 4V直流電壓，由Q31和Q32輸出分別加到U32穩壓器ADP3303-5、U34穩壓器ADP3303-3. 3的輸入，其輸出分別為+5V、+3. 3V ；由光電去耦合器TLP421手動控制測試儀通斷；分別對微處理器和模擬信號輸入模塊供電；通過U33電壓變換器MAX660對運放電路供電-5V。
全文摘要
本發明是一種埋地管道陰極保護斷電電位檢測裝置。它包括探頭和測試儀；測試儀由微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、A/D轉換電路、液晶顯示、時鐘、存儲器、總線和電源模塊組成；接探頭參比電極引線和試片引線的電壓採樣輸出接運放電路，運放電路輸出接A/D轉換，A/D轉換輸出接微處理器輸入；微處理器的按鍵輸入接電壓採樣，微處理器的輸出也接運放電路和A/D轉換，電壓採樣還與管道相連；液晶顯示、存儲器通過SPI總線與微處理器連接；時鐘通過I2C總線與微處理器連接；電源與微處理器、按鍵輸入、電壓採樣、運放電路、液晶顯示、時鐘、存儲器連接。本發明真實、快捷、高精度、操作簡單、成本較低、安裝維護便利。
文檔編號C23F13/22GK102677068SQ201110063389
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者吳長訪, 張豐, 徐承偉, 畢武喜, 王維斌, 羅鵬, 薛致遠, 趙君, 陳洪源 申請人:中國石油天然氣股份有限公司