用于阴极保护系统中的具有自校准功能的参比电极系统

摘要

本发明涉及一种用于阴极保护系统中的具有自校准功能的参比电极系统，包括A参比电极、B参比电极和单片机，A参比电极和B参比电极分别与单片机的输入端相连接，单片机的输出模块与恒电位仪相连接；单片机分别采集获得阴极保护系统所保护的被保护物相对于A参比电极和B参比电极的两个电位值，再根据两个电位值之差是否在两只标准同类型参比电极电位差值范围之内来计算出需要向恒电位仪输出的电位值并输出给恒电位仪。本发明的参比电极系统具有自校准功能，单片机根据两个参比电极本体的电位值之差计算向恒电位仪输出的电位值信号，从而能够及时地获取两个参比电极本体的工作状态并及时发现问题，保证了阴极保护系统的正常工作及其防护效果。

说明书

技术领域

本发明属于腐蚀与防护的阴极保护领域，涉及一种应用于阴极保护系统中的参比电极系统。

背景技术

阴极保护系统作为有效的金属构件防腐蚀系统被广泛应用，其通过将浸没在电解液体系中（如海水、土壤、淡水等）的金属构筑物通过施加负电子的方式，使得金属结构相对参比电极的电位处于一定范围，从而达到防腐目的。在外加电流阴极保护系统中，参比电极在该系统中扮演参考基准的角色，一旦参比电极自身电位偏离正常值，所反馈给阴极保护系统的恒电位仪的信号将是错误信号，会导致整个系统失效，从而影响阴极保护系统的防腐功能，更糟糕的是可能引起过保护导致防腐层破损及材料本体氢损伤。

阴极保护系统运行程序中多数都有要求参比电极校准工作，但该工作只能定期执行，参比电极的真实工作状态无法实时获取，一般只能在系统错误运行一定时间后才能发现参比电极电位偏离正常值。特别是容器内、管道内及埋地参比电极，无法直接进行校准，运行期间即便通过专业技术人员经验发现参比电极异常，也无法对其进行维护或者修正。为解决该问题，需要发明一种具有自校准、自修正功能的智能参比电极系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自校准功能的参比电极系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于阴极保护系统中的具有自校准功能的参比电极系统，包括A参比电极、B参比电极和单片机，所述的A参比电极和所述的B参比电极分别与所述的单片机的输入端相连接，所述的单片机的输出模块与阴极保护系统中的恒电位仪相连接；

所述的单片机分别采集获得所述的阴极保护系统所保护的被保护物相对于所述的A参比电极和所述的B参比电极的两个电位值，再根据两个所述的电位值之差是否在两只标准同类型参比电极电位差值范围之内来计算出需要向所述的恒电位仪输出的电位值并输出给所述的恒电位仪。

优选的，其还包括与所述的单片机相连接的报警指示模块，当两个所述的电位值之差超出两只标准同类型参比电极电位差值范围时，所述的单片机向所述的报警指示模块输出报警信号，所述的报警指示模块根据所述的报警信号进行报警。

优选的，其还包括与所述的单片机相连接的显示屏。

优选的，其还包括与所述的单片机相连接的外部存储器。

优选的，其还包括与所述的单片机相连接并能够连接所述的阴极保护系统中的上位机的通信模块。

优选的，当两个所述的电位值之差在两只标准同类型参比电极电位差值范围之内时，所述的单片机将所述的被保护物相对于所述的A参比电极的电位值作为需要向所述的恒电位仪输出的电位值；当两个所述的电位值之差超出两只标准同类型参比电极电位差值范围时，所述的单片机将所述的被保护物相对于所述的B参比电极的电位值与两只标准同类型参比电极电位差值范围的上下限的平均值之和作为需要向所述的恒电位仪输出的电位值。

优选的，所述的A参比电极为Ag/AgCl参比电极或Cu/CuSO₄参比电极；所述的B参比电极为高纯锌参比电极。

优选的，所述的A参比电极和所述的B参比电极分别单独安装或构成参比电极组合体整体安装。

优选的，所述的参比电极组合体包括所述的A参比电极、所述的B参比电极以及内壳体、外壳体、端盖；

所述的A参比电极安装于所述的内壳体中，所述的A参比电极的一端部由所述的内壳体的一端引出，所述的内壳体的另一端开设有通孔；所述的B参比电极安装于所述的内壳体之外，所述的外壳体套设于所述的B参比电极之外，所述的B参比电极的一端由所述的外壳体的一端引出；所述的内壳体和所述的外壳体上分别引出有所述的A参比电极和所述的B参比电极的一端部位于同一侧且罩设有所述的端盖，所述的A参比电极和所述的B参比电极通过导线引出所述的端盖。

优选的，所述的参比电极组合体通过法兰安装于其安装位置，所述的法兰套设于外壳体之外，其一端与所述的安装位置相固定连接，另一端与所述的端盖相固定连接。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的参比电极系统具有自校准功能，单片机能够根据两个参比电极本体的电位值之差计算向恒电位仪输出的电位值信号，从而能够及时地获取两个参比电极本体的工作状态并及时发现问题，保证了阴极保护系统的正常工作及其防护效果。

附图说明

附图1为本发明的参比电极系统的结构原理示意图。

附图2为本发明的参比电极系统采用的参比电极组合体的结构半剖示意图。

附图3为本发明的参比电极系统的工作原理逻辑图。

以上附图中：1、A参比电极；2、B参比电极；3、单片机；4、报警指示模块；5、显示屏；6、外部存储器；7、通信模块；8、输出模块；9、恒电位仪；10、内壳体；11、外壳体；12、端盖；13、密封圈；14、导线；15、本体；16、盖体；17、紧固螺栓；18、密封垫；19、安装位置（或保护设备）。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。一种用于阴极保护系统中的具有自校准功能的参比电极系统，采用双参比电极和单片机3的结构，具体的，其包括A参比电极1、B参比电极2、单片机3、报警指示模块4、显示屏5、外部存储器6和通信模块7。

A参比电极1和B参比电极2分别与写有程序的单片机3的输入端相连接，而单片机3的输出模块8与阴极保护系统中的恒电位仪9相连接。报警指示模块4、显示屏5、外部存储器6和通信模块7则分别与单片机3的输出相连接。

上述方案中，两个参比电极可自由选择种类，选择后需据此修改单片机3程序。优选的，A参比电极1选择精确度高的参比电极，如Ag/AgCl参比电极、Cu/CuSO₄参比电极等，B参比电极2选择稳定性高参比电极，可稍降低精确度要求，如高纯锌参比电极等。但两个参比电极不局限于列出的类型。

A参比电极1和B参比电极2可以分别单独安装，也可以构成参比电极组合体整体安装。

如附图2所示，参比电极组合体除了A参比电极1、B参比电极2以外，还包括内壳体10、外壳体11和端盖12。

内壳体10呈空心圆柱形，其一个端面上开设有若干个通孔，而另一个端面上开设有一贯通孔，该贯通孔的朝向内壳体10的内侧空心的边缘称之为贯通孔的内沿，而与内沿相对的，贯通孔的朝向内壳体10外侧的边缘称之为贯通孔的外沿。A参比电极1固设于内壳体10中，A参比电极1的一端通过贯通孔而延伸至内壳体10之外，从而使得A参比电极1的一端部由内壳体10的一端引出。A参比电极1上位于内壳体10中的部分具有凸缘，凸缘抵在内壳体10上的贯通孔的内沿上，且凸缘与贯通孔的内沿之间设置有密封圈13。A参比电极1引出内壳体10后，通过一螺栓连接其引出导线14。

B参比电极2包括套设于内壳体10的侧面的圆柱部分以及形成于圆柱部分的一端的凸台，凸台抵在内壳体10上的贯通孔的外沿上，从而B参比电极2设置于内壳体10之外，使得内壳体10位于A参比电极1和B参比电极2之间而将二者相隔离。

A参比电极1、内壳体10和B参比电极2构成一个整体，外壳体11套设于B参比电极2之外从而固设于该整体之外。外壳体11包括绕设于由A参比电极1、内壳体10和B参比电极2所构成的整体的外周的侧部和位于整体的一端的底部，外壳体11的长度短于B参比电极2的长度使得B参比电极2的一端裸露。而B参比电极2的另一端则通过穿设于底部上的螺栓而引出外壳体11的一端并连接其导线14。

A参比电极1引出内壳体10的一端与B参比电极2引出外壳体11的一端位于同一侧，内壳体10和外壳体11上分别引出A参比电极1和B参比电极2的那一侧罩设有端盖12。端盖12与外壳体11和内壳体10之间形成一空腔，端盖12包括呈圆柱形并具有凸出的外缘和一开口的本体15和通过螺丝固定于本体15的开口上而将开口覆盖的盖体16。A参比电极1所连接的导线14和B参比电极2所连接的导线14于空腔中经由端盖12的本体15上的开孔而引出并与单片机3相连接。

上述参比电极组合体通过法兰而安装于其所需保护的设备上，即其安装位置19。法兰套设于外壳体11之外，其一端部与端盖12的外缘相对，且二者之间对应开设有螺栓孔，法兰和端盖12通过设置于螺栓孔中的紧固螺栓17而固定连接。法兰与外壳体11之间设置有密封垫18。而法兰的端部焊接连接于参比电极组合体的安装位置19上。

上述方案中，两个参比电极可自由选择种类，选择后需据此修改单片机3程序。优选的，A参比电极1选择精确度高的参比电极，如网状热浸渍Ag/AgCl参比电极、Cu/CuSO₄参比电极等，B参比电极2选择稳定性高参比电极，可稍降低精确度要求，如高纯锌参比电极等。但两个参比电极不局限于列出的类型。两参比电极中间的内壳体10为聚丙烯或聚氯乙烯材质，外壳体11为尼龙材质，具有机械强度，作为电极的支撑。法兰和端盖12为低合金钢。

该参比电极系统中，单片机3分别采集获得阴极保护系统所保护的被保护物相对于A参比电极1和B参比电极2的两个电位值，再根据两个电位值之差是否在两只标准同类型参比电极电位差值范围之内来计算出需要向恒电位仪9输出的电位值并输出给恒电位仪9。

具体的，如附图3所示，两个不同类型的参比电极的电位值输入单片机3中，A参比电极1作为工作参比电极，B参比电极2作为比较参比电极。被保护物相对于两个参比电极的电位值通过比较运算得到差，如果两个电位值之差在两只标准同类型参比电极电位差值范围之内，则两个参比电极均正常，此时，将被保护物相对于A参比电极1的电位值作为需要向恒电位仪9输出的电位值，单片机3将该电位值送给恒电位仪9。如果两个电位值之差超出两只标准同类型参比电极电位差值范围，单片机3将被保护物相对于B参比电极2的电位值与两只标准同类型参比电极电位差值范围的上下限的平均值之和作为需要向恒电位仪9输出的电位值，单片机3将该电位值送给恒电位仪9。与此同时，单片机3向报警指示模块4输出报警信号，报警指示模块4根据报警信号进行声光报警。

该参比电极系统中，显示屏5用于显示两只参比电极分别测量到的电位、两只参比电极的电位之差和单片机3输出到恒电位仪9的输出电位值，同时这些信息还将输出至外部存储器6中进行存储，以供技术人员评估系统运行情况。单片机3连所连接的通信模块7，预留有与阴极保护系统的上位机通信的接口，以备阴极保护系统工控机获取信息。

以所处环境为海水环境的碳钢管道阴极保护系统为例，A参比电极1采用Ag/AgCl参比电极，B参比电极2采用高纯锌参比电极，被保护物，即管道相对于A参比电极1和B参比电极2的电位分别输入到单片机3中，单片机3根据逻辑图进行工作。本实施例中，两只标准同类型参比电极电位差值范围的上下限分别为：ΔE_min为-1.02V，ΔE_max为-1.06V。当管道相对于A参比电极1和B参比电极2的电位值之差在-1.02至-1.06V之间时，将管道相对于A参比电极1的电位值通过输出模块8传输给恒电位仪9。当管道相对于A参比电极1和B参比电极2的电位值之差不在-1.02至-1.06V之间时，将管道相对于B参比电极2的电位值加上-1.04V（即ΔE_min和ΔE_max的均值）通过输出模块8传输给恒电位仪9，同时激活报警指示模块4，并将管道相对于A参比电极1的电位值、管道相对于B参比电极2的电位值、二者的差值、输出到恒电位仪9的电位值显示到显示屏5，并将这些数据及采集时间传送到外部存储器6中存储起来。单片机3预先连接通信模块7，供需要时与上位机通信。系统中，被保护物（管道）作为系统接地。

上述参比电极系统采用双参比电极配合单片机3，辅助以程序，可以实现自校准、自修正功能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。