海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置的制作方法

1.本实用新型涉及阴极保护防腐技术领域，尤其是涉及一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置。


背景技术：

2.近年来，随着我国海洋工程技术的进步，海洋平台、海底管道、海洋钢桩等海工装备越来越多，而这些海工装备由于长期处于恶劣的海洋环境中，很容易发生腐蚀，故海工装备的防腐问题是长期以来的研究热点。
3.阴极保护技术是一种防腐控制的有效手段，阴极保护技术分为牺牲阳极保护技术(即牺牲阳极的阴极保护法)和外加电流保护技术两种。其中，牺牲阳极保护技术是将被保护的金属(即被保护阴极)与另一种电极电位更低的金属或合金(即牺牲阳极)相连接，使得该低电位的金属或合金作为阳极优先被消耗，被保护的金属获得阴极电流而被保护。
4.牺牲阳极在被消耗的过程中，被保护阴极与牺牲阳极之间会产生电流，即保护电流。当被保护阴极发生点蚀(又称为孔蚀)时，保护电流会变大，故通过监测保护电流的大小，能够判断被保护阴极是否发生腐蚀。为了监测保护电流的大小，一般是在被保护阴极与牺牲阳极之间串联高精度的采样电阻，并通过电压采样装置测得采样电阻两端的电压(即分压)，通过计算采样电阻两端电压与采样电阻阻值的比值，从而得到保护电流的大小。
5.由于采样电阻处于海洋环境中，外界环境的温度变化较大，而环境温度的改变对于采样电阻的实际阻值大小会有很大的影响，从而影响计算出来的保护电流的准确性(目前一般是采用采样电阻的额定阻值来计算保护电流)，无法真实地反应被保护阴极的腐蚀状态。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其能够根据环境温度的变化计算采样电阻的实际阻值，从而得到准确的保护电流值，避免外界环境温度变化时因采样电阻的阻值不准确而导致测得的保护电流不准确的问题。
7.本实用新型提供一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，用于检测牺牲阳极与被保护阴极之间产生的保护电流i，所述牺牲阳极与所述被保护阴极电连接；所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置包括采样电阻、电压采样装置、温度传感器、控制模块和报警器，所述采样电阻用于串联在所述牺牲阳极与所述被保护阴极之间，所述电压采样装置与所述采样电阻的两端并联，所述电压采样装置用于检测所述采样电阻两端的电压u；所述温度传感器靠近所述采样电阻设置，且所述温度传感器不与所述采样电阻相接触，所述温度传感器用于检测所述采样电阻周围环境的温度t；所述电压采样装置和所述温度传感器均与所述控制模块电信号连接，所述控制模块与所述报警器信号连接；所述控制模块用于根据所述温度传感器测得的温度值计算所述采样电阻的实际阻值r，以及根据所述采样电阻的实际阻值r计算所述保护电流i，并对所述保护电流i与所述被保护阴极发生
点蚀时的临界电流值i
min
的大小进行比较，从而控制所述报警器是否发出报警信息。
8.在一种可实现的方式中，所述采样电阻的实际阻值r的计算方法包括：
9.利用所述温度传感器检测所述采样电阻周围环境的温度t；
10.当|t-tr|＜m时，所述采样电阻的实际阻值r＝ra；其中，所述ra为所述采样电阻的额定阻值，所述tr为测定所述采样电阻的额定阻值时所对应的额定温度，所述m为温度偏差；
11.当|t-tr|≥m时，所述采样电阻的实际阻值r＝rb；其中，所述rb＝(a0+3.2*10-6
)+(a
1-1.6*10-6
)*(t-tr)+(a
2-0.5*10-6
)*(t-tr)2；a0、a1和a2均为温差系数。
12.在一种可实现的方式中，所述tr为20℃，所述m为4℃。
13.在一种可实现的方式中，所述采样电阻的实际阻值r的计算方法包括：
14.在所述控制模块中预先设置所述采样电阻的实际阻值r与周围环境温度相关的数据映射表格；
15.利用所述温度传感器检测所述采样电阻周围环境的温度t，通过查询所述数据映射表格，从而获得与之对应的所述采样电阻的实际阻值r。
16.在一种可实现的方式中，当所述保护电流i小于所述被保护阴极发生点蚀时的临界电流值i
min
时，所述报警器不发出报警信息；当所述保护电流i大于或等于所述被保护阴极发生点蚀时的临界电流值i
min
时，所述报警器发出相应的报警信息。
17.在一种可实现的方式中，所述采样电阻用于设置在海水中，所述温度传感器用于设置在靠近所述采样电阻的海水中，所述温度传感器用于检测所述采样电阻周围的海水温度。
18.在一种可实现的方式中，所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括密封的箱体，所述采样电阻和所述温度传感器均设置于所述箱体内，所述温度传感器用于检测所述箱体内部的温度。
19.在一种可实现的方式中，所述采样电阻为其额定阻值小于或等于2.5*10-6
ω的小阻值电阻。
20.在一种可实现的方式中，所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电信号连接，所述通讯模块与所述报警器无线通讯连接。
21.在一种可实现的方式中，所述报警器包括用于显示报警信息的显示屏，所述控制模块通过所述通讯模块与所述显示屏无线通讯连接。
22.在一种可实现的方式中，所述温度传感器的数量为一个；或者，所述温度传感器的数量为多个，多个所述温度传感器在所述采样电阻的外周围间隔设置。
23.本实用新型提供的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，通过设置温度传感器，利用温度传感器检测采样电阻周围环境的温度t，控制模块根据温度传感器测得的温度值计算采样电阻的实际阻值r，然后再根据采样电阻的实际阻值r计算保护电流i，并对保护电流i与被保护阴极发生点蚀时的临界电流值i
min
的大小进行比较，从而控制报警器是否发出报警信息。该海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置能够根据环境温度的变化计算采样电阻的实际阻值，从而得到准确的保护电流值，避免外界环境温度变化时因采样电阻的阻值不准确而导致测得的保护电流i不准确的问题，提高了系统的控制精度，能够准确
地反馈被保护阴极是否发生腐蚀。
附图说明
24.图1为本实用新型实施例中采样电阻与牺牲阳极、被保护阴极及电压采样装置的连接关系示意图。
25.图2为本实用新型实施例中温度传感器与采样电阻设置的相对位置关系示意图。
26.图3为本实用新型实施例中海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置的结构框图。
27.图4为本实用新型另一实施例中温度传感器与采样电阻设置的相对位置关系示意图。
28.图5为本实用新型另一实施例中温度传感器与采样电阻设置的相对位置关系示意图。
29.图6为本实用新型实施例中海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置的工作流程示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
31.本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
32.本实用新型的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
33.如图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，用于检测牺牲阳极91与被保护阴极92之间产生的保护电流i，牺牲阳极91与被保护阴极92电连接。被保护阴极92可以为海洋平台、海底管道、海洋钢桩等海工装备，且被保护阴极92至少部分位于海水中，牺牲阳极91设置于海水中，被保护阴极92与牺牲阳极91之间通过海水环境构成原电池回路，故牺牲阳极91在被消耗的过程中，被保护阴极92与牺牲阳极91之间会产生电流，即保护电流i。
34.海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置包括采样电阻1、电压采样装置2、温度传感器3、控制模块4和报警器5。采样电阻1用于串联在牺牲阳极91与被保护阴极92之间，电压采样装置2与采样电阻1的两端并联(即电压采样装置2的第一端与采样电阻1的第一端相连，电压采样装置2的第二端与采样电阻1的第二端相连)，电压采样装置2用于检测采样电阻1两端的电压u(即采样电阻1的分压)。温度传感器3靠近采样电阻1设置，且温度传感器3不与采样电阻1相接触(以避免影响采样电阻1的阻值)，温度传感器3用于检测采样电阻1周围环境的温度t。
35.电压采样装置2和温度传感器3均与控制模块4电信号连接，控制模块4与报警器5信号连接；控制模块4用于根据温度传感器3测得的温度值计算采样电阻1的实际阻值r，以
及根据采样电阻1的实际阻值r计算保护电流i，并对保护电流i与被保护阴极92发生点蚀时的临界电流值i
min
(该临界电流值i
min
可通过工程模拟试验得到)的大小进行比较，从而控制报警器5是否发出报警信息。
36.具体地，根据实际工程经验，当被保护阴极92发生点蚀(又称为孔蚀)时，保护电流i会变大；故当被保护阴极92即将发生点蚀时，被保护阴极92与牺牲阳极91之间存在一个临界电流值i
min
(即被保护阴极92即将发生点蚀的最小电流值)，该临界电流值i
min
可通过工程模拟试验得到。通过监测保护电流i的大小，并对保护电流i与临界电流值i
min
进行比较，从而能够判断被保护阴极是否发生腐蚀，并根据判断结果控制报警器5是否发出报警信息。
37.本实用新型实施例提供的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，通过设置温度传感器3，利用温度传感器3检测采样电阻1周围环境的温度t，控制模块4根据温度传感器3测得的温度值计算采样电阻1的实际阻值r，然后再根据采样电阻1的实际阻值r计算保护电流i，并对保护电流i与被保护阴极92发生点蚀时的临界电流值i
min
的大小进行比较，从而控制报警器5是否发出报警信息。该海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置能够根据环境温度的变化计算采样电阻1的实际阻值，从而得到准确的保护电流值，避免外界环境温度变化时因采样电阻1的阻值不准确而导致测得的保护电流i不准确的问题，提高了系统的控制精度，能够准确地反馈被保护阴极92是否发生腐蚀。
38.作为一种实施方式，当保护电流i小于被保护阴极92发生点蚀时的临界电流值i
min
时，则认为被保护阴极92未发生点蚀，报警器5不发出报警信息；当保护电流i大于或等于被保护阴极92发生点蚀时的临界电流值i
min
时，则认为被保护阴极92已经发生点蚀或即将发生点蚀，控制模块4控制报警器5发出相应的报警信息。
39.作为一种实施方式，采样电阻1的实际阻值r的计算方法包括：
40.利用温度传感器3检测采样电阻1周围环境的温度t；
41.当|t-tr|＜m时，采样电阻1的实际阻值r＝ra；其中，ra为采样电阻1的额定阻值，tr为测定采样电阻1的额定阻值时所对应的额定温度(即采样电阻1的额定阻值是在该额定温度tr下测得的，ra和tr与采样电阻1的选用型号相关)，m为温度偏差。即当采样电阻1周围环境的温度t与额定温度tr之间的差异较小时，此时可将采样电阻1的额定阻值ra当作其实际阻值r；
42.当|t-tr|≥m时，采样电阻1的实际阻值r＝rb；其中，所述rb＝(a0+3.2*10-6
)+(a
1-1.6*10-6
)*(t-tr)+(a
2-0.5*10-6
)*(t-tr)2；a0、a1和a2均为温差系数。即当采样电阻1周围环境的温度t与额定温度tr之间的差异较大时，此时采样电阻1的实际阻值r与其额定阻值ra相差较大，故需要通过上述rb的计算公式计算r的值，以减小误差。
43.上述rb的计算公式是通过切比雪夫逼近方法并结合工程模拟数据计算得到，其可以减小环境温度对采样电阻1阻值计算的影响。其中，上述的a0、a1和a2可通过实际的工程模拟数据计算得到，例如：通过试验测得两组或更多组rb与t的关联数据，然后代入至上述rb的计算公式中进行计算，即可得到a0、a1和a2的值。
44.作为一种实施方式，上述tr为20℃，上述m为4℃，即：
45.当|t-20|＜4时，采样电阻1的实际阻值r＝ra；
46.当|t-20|≥4时，采样电阻1的实际阻值r＝rb；所述rb＝(a0+3.2*10-6
)+(a
1-1.6*10-6
)*(t-20)+(a
2-0.5*10-6
)*(t-20)2。
47.当然，在其它实施例中，tr和m也可以为其它值，可根据实际情况调整。
48.作为另一种实施方式，采样电阻1的实际阻值r的计算方法包括：
49.在控制模块4中预先设置采样电阻1的实际阻值r与周围环境温度相关的数据映射表格(例如在0-40℃的温度范围内，r与温度的对应数据)；
50.利用温度传感器3检测采样电阻1周围环境的温度t，通过查询数据映射表格，从而获得与之对应的采样电阻1的实际阻值r。该查询表格的方式相较于上述的公式计算方式，其计算结果更准确，但需要事先测量大量的数据。
51.作为一种实施方式，数据映射表格例如可以为(以在0-40℃的温度范围内，r与t的对应数据关系为例；当然，在其它实施例中，也可以根据需求缩小或扩大温度范围)：
[0052][0053]
作为一种实施方式，采样电阻1为其额定阻值小于或等于2.5*10-6
ω的小阻值电阻，从而尽量减小采样电阻1对保护电流i的影响，避免因采样电阻1的阻值过大而减小保护电流i、对被保护阴极92的保护效果造成影响。
[0054]
如图2所示，作为一种实施方式，采样电阻1用于设置在海水中，温度传感器3用于设置在靠近采样电阻1的海水中，温度传感器3用于检测采样电阻1周围的海水温度，即采样电阻1和温度传感器3均暴露在海水中。此种设置方式较为简单，但需要采样电阻1和温度传感器3具有良好的耐腐蚀等性能。同时，温度传感器3在海水中可采用顺流或顶流设置，避免侧流设置，以减小温度传感器3受到的海水冲击力，保证其稳定性。
[0055]
如图4所示，作为另一种实施方式，该海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括密封的箱体7，采样电阻1和温度传感器3均设置于箱体7内，温度传感器3用于检测箱体7内部的温度。由于采样电阻1和温度传感器3均设置于密封的箱体7内，能够减少采样电阻1和温度传感器3受到的海水腐蚀以及海洋微生物的附着，提高其检测精度，并延长其使用寿命。
[0056]
如图2所示，作为一种实施方式，温度传感器3的数量为一个。
[0057]
如图5所示，作为另一种实施方式，温度传感器3的数量为多个(图中示意为两个，实际可设置更多个)，多个温度传感器3在采样电阻1的外周围间隔设置，多个温度传感器3均与控制模块4电信号连接。通过设置多个温度传感器3，能够避免因其中某个温度传感器3失灵而导致读取数据失败的问题，并提高温度检测的准确度(例如取几个温度传感器3读数的平均值)；该设置方式可用在重点监测保护对象上。
[0058]
如图3所示，作为一种实施方式，海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括通讯模块6，通讯模块6与控制模块4电信号连接，通讯模块6与报警器5无线通讯连接，即控制模块4通过通讯模块6与报警器5无线通讯连接。
[0059]
具体地，由于报警器5一般设置在陆地上的监控室内，通过设置通讯模块6，可将报
警信号远程传输至报警器5，从而实现远程监控的功能。
[0060]
作为一种实施方式，报警器5包括用于显示报警信息的显示屏(图未示)，控制模块4通过通讯模块6与显示屏无线通讯连接。当然，报警器5还可以为声光报警装置等。
[0061]
如图3所示，作为一种实施方式，海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括工业平板电脑8，控制模块4通过通讯模块6与工业平板电脑8无线通讯连接，用户可通过工业平板电脑8查看、修改、储存监测数据及设定值等。
[0062]
如图6所示，作为一种实施方式，该海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置的工作流程为：
[0063]
1、利用电压采样装置2检测采样电阻1两端的电压u，利用温度传感器3检测采样电阻1周围环境的温度t；
[0064]
2、根据温度传感器3检测到的环境温度t，通过上述公式法或查表法计算采样电阻1的实际阻值r；
[0065]
3、根据公式u/r计算保护电流i，再对保护电流i与临界电流值i
min
的大小进行比较；若保护电流i小于临界电流值i
min
，报警器5不发出报警信息；若保护电流i大于或等于临界电流值i
min
，则报警器5发出相应的报警信息。
[0066]
本实用新型实施例提供的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，通过设置温度传感器3，利用温度传感器3检测采样电阻1周围环境的温度t，控制模块4根据温度传感器3测得的温度值计算采样电阻1的实际阻值r，然后再根据采样电阻1的实际阻值r计算保护电流i，并对保护电流i与被保护阴极92发生点蚀时的临界电流值i
min
的大小进行比较，从而控制报警器5是否发出报警信息。该海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置能够根据环境温度的变化计算采样电阻1的实际阻值，从而得到准确的保护电流值，避免外界环境温度变化时因采样电阻1的阻值不准确而导致测得的保护电流i不准确的问题，提高了系统的控制精度，能够准确地反馈被保护阴极92是否发生腐蚀。
[0067]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，用于检测牺牲阳极(91)与被保护阴极(92)之间产生的保护电流i，所述牺牲阳极(91)与所述被保护阴极(92)电连接，其特征在于，所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置包括采样电阻(1)、电压采样装置(2)、温度传感器(3)、控制模块(4)和报警器(5)，所述采样电阻(1)用于串联在所述牺牲阳极(91)与所述被保护阴极(92)之间，所述电压采样装置(2)与所述采样电阻(1)的两端并联，所述电压采样装置(2)用于检测所述采样电阻(1)两端的电压u；所述温度传感器(3)靠近所述采样电阻(1)设置，且所述温度传感器(3)不与所述采样电阻(1)相接触，所述温度传感器(3)用于检测所述采样电阻(1)周围环境的温度t；所述电压采样装置(2)和所述温度传感器(3)均与所述控制模块(4)电信号连接，所述控制模块(4)与所述报警器(5)信号连接；所述控制模块(4)用于根据所述温度传感器(3)测得的温度值计算所述采样电阻(1)的实际阻值r，以及根据所述采样电阻(1)的实际阻值r计算所述保护电流i，并对所述保护电流i与所述被保护阴极(92)发生点蚀时的临界电流值i
min
的大小进行比较，从而控制所述报警器(5)是否发出报警信息。2.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，当所述保护电流i小于所述被保护阴极(92)发生点蚀时的临界电流值i
min
时，所述报警器(5)不发出报警信息；当所述保护电流i大于或等于所述被保护阴极(92)发生点蚀时的临界电流值i
min
时，所述报警器(5)发出相应的报警信息。3.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述采样电阻(1)用于设置在海水中，所述温度传感器(3)用于设置在靠近所述采样电阻(1)的海水中，所述温度传感器(3)用于检测所述采样电阻(1)周围的海水温度。4.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括密封的箱体(7)，所述采样电阻(1)和所述温度传感器(3)均设置于所述箱体(7)内，所述温度传感器(3)用于检测所述箱体(7)内部的温度。5.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述采样电阻(1)为其额定阻值小于或等于2.5*10-6
ω的小阻值电阻。6.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置还包括通讯模块(6)，所述通讯模块(6)与所述控制模块(4)电信号连接，所述通讯模块(6)与所述报警器(5)无线通讯连接。7.如权利要求6所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述报警器(5)包括用于显示报警信息的显示屏，所述控制模块(4)通过所述通讯模块(6)与所述显示屏无线通讯连接。8.如权利要求1所述的海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，其特征在于，所述温度传感器(3)的数量为一个；或者，所述温度传感器(3)的数量为多个，多个所述温度传感器(3)在所述采样电阻(1)的外周围间隔设置。

技术总结
本实用新型提供一种海洋环境被保护阴极服役性能监测报警装置，包括采样电阻、电压采样装置、温度传感器、控制模块和报警器，采样电阻用于串联在牺牲阳极与被保护阴极之间，电压采样装置与采样电阻的两端并联；温度传感器靠近采样电阻设置，温度传感器用于检测采样电阻周围环境的温度T；电压采样装置和温度传感器均与控制模块电信号连接，控制模块与报警器信号连接；控制模块用于根据温度传感器测得的温度值计算采样电阻的实际阻值R，以及根据采样电阻的实际阻值R计算保护电流I，并对保护电流I与被保护阴极发生点蚀时的临界电流值I


技术研发人员：周伟 刘国桢 王廷勇 王辉
受保护的技术使用者：青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司
技术研发日：2023.03.12
技术公布日：2023/7/14