Brevet FR2164488A1 — publié le 19730803

La présente invention concerne le domaine de la protection électrique des constructions métalliques souterraines contre la corrosion par application d'un courant de polarisation (protection cathodique) en particulier à un procédé pour la mesure de la dif férence de potentiel entre une construction métallique et la terre, due aux courants de fuite et aux phénomènes électrochimiques en tenant compte ou non de la protection cathodique. A l'heure actuelle, pour le contrôle pratique de l'état de la protection électrique des constructions métalliques souterraines contre la corrosion, on utilise couramment un procédé de mesure directe. Ce procédé est réalisé en raccordant un voltmètre à résistance élevée a la surface a contrôler d'une construction métallique, se trouvant dans le sol et 9 une électrode non polarisable de comparaison se trouvant en contact avec la terre en un point le moins éloigné possible de la surface contrôlée. Ce procédé est largement utilisé pour le contrôle de l'état de la protection des constructions métalliques souterraines contre la corrosion provoquée par un électrolyte (l'eau de sous-sol), ainsi que contre la corrosion due a l'action des courants de fuite des chemins de fer électrifiés en courant continu. Ce procédé connu est décrit en particulier dans l'ouvrage de V.A. PritouZa "Protection contre la corrosion des conduites souterraines industrielles", Moscou, 1961, P. 195. L'inconvénient du procédé existant de mesure de la différence de potentiel entre une construction métallique et la terre réside dans l'erreur, qui apparaît cause de la chute de tension dans le sol dans la région située entre la surface de la construction métallique contrôler et l'endroit duQcontact de l'électrode de comparaison avec le terrain(milieu ambiant), ainsi qu'd cause de la chute de tension dans la couche d'isolement protectrice (éventuelle). Du fait que, dans les conditions pratiques, il est souvent impossible d'approcher suffisamment l'endroit du contact de l'élec- trode de comparaison de la surface métallique et que la résistivi- té du terrain, et surtout celle-du revêtement isolant, est assez importante, l'erreur peut atteindre des valeurs très importantes. En particulier, la valeur de l'erreur pour des intensités du courant correspondant a des régimes normaux de protection cathodique, selon les résultats d'études effectuées par le savant américain Parker sur une conduite isolée, est égale à 30 à 400 mV ou de 30 à 60 % de la différence de potentiel appliquee. L'erreur de mesure de la différence de potentiel pour une construction métallique non isolée (réservoir de propane), selon les résultats des mesures réalisées par le professeur Schwenk (Manessman RFA) "Werkstoffeund Korrosion", 1962, H4, P. 212 à 223, est egale à 400 mV soit à 50 % de la valeur de la différence de potentiel appliquée. Ces études ont été effectuées sur des objets polarisés jus qu a un potentiel de 900 à 1300 mV. En présence de courants de fuite, la différence de potentiel entre la construction métallique et la terre peut atteindre des valeurs dépassant 3,5 V, c'est pourquoi la valeur des erreurs est également plus elevée. La présence d'une erreur augmentant la valeur mesurée fait que les valeurs réelles des potentiels s'avèrent inférieures aux valeurs mesurées. Actuellement, au cours de mesures réelles, cette erreur n'est pas éliminée. Si cette erreur n'est pas prise en considération, ceci entraîne une protection insuffisante des constructions métalliques, si leur surface n'est pas isole, ou bien une augmentation non justifiée du nombre d'installations cathodi- ques lors de la réalisation de la protection cathodique des constructions métalliques isolées de grande longueur (pipe-lines). L'élimination de l'erreur systématique indiquée avec le procéde de mesure directe utilisé est en pratique impossible. Ceci est dû au fait que, dans les conditions réelles, non seulement on ne peut pas approcher l'électrode de comparaison de la surface métallique, comme indiqué plus haut, mais on ne peut pas également dégager de la somme des chutes de tension le terme correspondant à la différence de potentiel électrochimique. Ainsi, l'élimination de 1 t erreur constitue un problème technique. Afin d'éliminer cette erreur, on avait proposé des procédés de mesure indirecte,.basee sur l'inertie des processus électrochimiques. La particularité propre à ces procédés réside dans la présence soit d'un interrupteur dans les circuits de la source de courant de polarisation de protection cathodique, soit dans l'utilisation d'un oscillateur impulsionnel en qualité de source de courant de polarisation. Parmi ces procédés, il convient de mentionner - le procédé Pearson, décrit dans la revue "Corrosion", n0 10, 1954, p. 206 et "Transactions Electrochemic. Soc.", nO 81, 1942, p. 485 ; - le procédé Holler, décrit dans la revue "Corrosion", n 16, 1960, p. 209, ainsi que le procédé selon le certificat d'auteur de 1'U.R.S.S. nO 173316, cl. 21e, 35. Les dispositifs décrits, tout en se distinguant par des détails,comportent obligatoirement un générateur de tension impulsionnelle (ou un interrupteur), une électrode anodique (une mise à la terre), une électrode de comparaison et un circuit de mesure en forme de pont à courant alternatif avec un voltmètre électronique impulsionnel en qualité d'indicateur. L'inconvénient principal des procédés indiqués réside dans la nécessité d'utiliser une source spéciale transformant le courant continu en courant impulsionnel de fréquence suffisante. L'utilisation d'un interrupteur ou d'un générateur de courant impulsionnel perturbe le régime de protection électrique contrôlé. Les valeurs de potentiel relevées diffèrent de celles qui existaient avant l'introduction du régime impulsionnel. L'utilisation de générateurs ou d'interrupteurs fonctionnant à une fréquence suffisante est rendue difficile par les fortes intensités du courant de polarisation (jusqu'a 50A), ainsi que par la présence d'impédances réactives dans le circuit de l'installation cathodique. La mesure de la différence de potentiel,avec élimination de l'erreur indiquée plus haut, ne peut être réalisée selon les procédés existants, lorsque les courants de polarisation sont des courants de fuite. Enfin, la réalisation de telles mesures selon les procédés mentionnés exige l'utilisation d'un appareillage supplémentaire complexe de forte puissance (générateur ou interrupteur), alors que, par ailleurs, l'appareil de mesure est de faibles dimensions et très compact. Par ailleurs, la mise en oeuvre des procédés indiqués exige beaucoup de temps et un personnel très qualifié. L'invention a pour but la mise au point d'un procédé d'élimination d'erreurs systématiques de mesure de la différence de potentiel entre une construction métallique et la terre, sans avoir recours à des dispositifs modifiant de façon quelconque le régime de polarisation. Un autre but de l'invention réside dans la création d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le-procédé proposé et assurant une automatisation maximale des opérations. L'invention est basée sur le probleme de la réalisation d'un tel procédé de mesure de la différence de potentiel électrochimique entre une construction métallique et la terre assurant l'élimination de l'erreur due à la chute de tension dans l'électrolyte terre grâce à l'utilisation d'une forme appropriée de la courbe du courant de polarisation. Dans le procédé pour mesurer la différence de potentiel électrochimique entre une construction métallique et la terre en présence de courants de fuite, ce-but est atteint en ce que l'on mesure la tension entre la surface à contrôler et une électrode de comparaison, installée à un endroit le moins éloigné possible. On mesure également, et puis on augmente (on fait croître) la tension mesurée entre une électrode principale de comparaison et une électrode complémentaire de-comparason, installée dans le même champ. Ensuite, la tension qui apparaît entre la surface à contrôler-et l'électrode de comparaison, ainsi que la tension pré- levée sur les électrodes principale et complémentaire et amplifiée, sont appliquées en opposition à un voltmètre. Le coefficient de correction est déterminé en comparant la vitesse de la variation de la tension entre les deux électrodes de comparaison et la vitesse de modification de la tension entre l'électrode principale de comparaison et la surface de la construction métallique durant un même intervalle-de temps. I1 est avantageux, pour la mise en oeuvre du procédé précité, de réaliser un dispositif dans lequel est prévu un bloc de correction, comportant un amplificateur et un atténuateur avec des résistances de charge, ainsi qu'un voltmètre, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'on utilise deux blocs comparateurs, comprenant un amplificateur différentiateur, un discriminateur de -ten- sion à échelons multiples et un compteur d'impulsions avec un affichage, les entrées de l'amplificateur du bloc de correction et de l'un des blocs de comparaison étant raccordées en parallèles et branchées aux bornes des électrodes principale et complémentaire de comparaison, tandis que l'entrée du second bloc de comparaison est raccordée à la borne de la surface à contrôler et à la borne de l'électrode principale qui, à son tour, est branchée à la borne de la surface à contrôler par l'intermédiaire de la résistance de charge du bloc de correction et d'un indicateur. I1 parait également avantageux de réaliser le discriminateur du bloc de comparaison avec des diodes-tunnel et de raccorder sa sortie au compteur d'impulsions. L'invention permet d'éliminer les erreurs de mesure et d'obtenir ainsi un effet économique grâce à la prolongation de la durée de service des constructions métalliques nues et de réduire les frais de construction des installations de protection électrique des conduites des pipe-lines isolées par un revêtement non métallique grâce à une détermination correcte des paramètres de la protection électrique. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante,donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin, dans lequel la Fig. unique est un schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif de mesure suivant l'invention. Le procédé de mesure de la différence de potentiel consiste en ce qu'on applique à un voltmètre deux tensions en opposition. L'une des tensions est la tension entre la surface métallique de la construction et la première électrode de comparaison, placée dans le sol à proximité de la surface. L'autre tension est la tension entre la première et la seconde électrode de comparaison, qui est placée à une certaine distance de la première. Cette dernière tension est amplifiée et les deux tensions sont appliquées comme indiqué, en opposition à l'indicateur, le coefficient d'amplification étant déterminé en comparant la vitesse de variation de la tension entre les électrodes et la vitesse de variation de la tension entre l'électrode de comparaison et la construction au même moment, ce qui permet d'éliminer l'erreur due à la résistivité du terrain et du revêtement isolant. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose d'un bloc correcteur 1 comportant un amplificateur 2, un atténuateur 3 avec une résistance de charge 4 et un voltmètre 5. Chacun des deux blocs 6 et 7 comporte un amplificateur différentiateur 8, un discriminateur de tension à plusieurs échelons 9 et un compteur d'impulsions 10 avec un affichage. La sortie de l'amplificateur 2 du bloc 1 de correction est raccordée à l'entrée de l'atténuateur 3, tandis que sa sortie est raccordée à la résistance de charge 4. La sortie de l'amplificateur différentiateur 8 du bloc compa rateur 6 ou 7 est raccordée à l'entrée du discriminateur de tension à plusieurs échelons 9, constitué de diodes-tunnel, tandis que sa sortie est raccordée au compteur d'impulsions 10. L'entrée de l'amplificateur 2 du bloc de correction 1 est raccordée en parallèle à l'entrée de l'amplificateur 8 du bloc comparateur 7 et ces entrées sont raccordées à la borne il de l'électrode principale de comparaison et à la borne 13 de l'élec- trode complémentaire de comparaison 14. L'entrée du second bloc comparateur 6 est raccordée A. la borne 15 de la surface à contrôler 16 et à la borne 11 de l'électrode principale de comparaison 12. La borne 11 est raccordée à la borne 15 de la surface 16 à contrôler par l'intbrmédiaire de la résistance de charge 4 et du voltmètre 5. Tant qu'entre la construction 16 et la source de courant de polarisation (non représentée) le courant ne circule pas, le voltmètre 5 ne mesure que la différence de potentiel électrochimique entre la construction métallique et la terre, car la chute de tension sur l'atténuateur 1, compte tenu de la résistance d'entrée élevée de l'appareil 5, peut ne pas être prise en considération. L'apparition d'un courant de polarisation entre les électrodes 12 et 14 donne naissance à une différence de potentiel qui est amplifiée par l'amplificateur 2, et appliquée à l'atténuateur 3, la résistance de charge 4 agissant en opposition de phase sur la f.e.m. de polarisation mesurée par l'appareil 5 en diminuant sa valeur proportionnellement à la chute de tension entre les électrodes 12 et 14. Ainsi, dans la valeur relevée de la différence de potentiel, une correction est introduite en permanence. Pour déterminer le coefficient de proportionnalité entre cette correction introduite et la valeur de la chute de tension relevée entre les électrodes 12, et 14, on utilise les blocs de comparaison 6,7. Alors, une partie de l'énergie électrique provenant de l'électrode 12 et de la construction métallique 16 est appliquée à l'entrée de l'amplificateur 8 du bloc 7, tandis que celle qui provient des électrodes 12 et 14 est appliquée à l'entrée de l'amplificateur du bloc 6 analogue. Ces amplificateurs 8 sont construits de manière à réagir seulement à la vitesse de variation des signaux attaquant leur entrée, tandis qu'à leurs sorties, apparaissent des tensions proportionnelles à la dérivée de la variation de la tension à l'entrée. Pendant le passage des courants de fuite, il y a toujours des crêtes, tandis que le processus de la protection cathodique est réalisé par des appareils dont le courant de sortie a des pulsations périodiques. I1 est évident qu'au moment d'une variation brusque du courant de polarisation, la modification de la chute de tension entre les électrodes 12 et 14 et la partie ohmique de la différence totale de potentiel entre la construction métallique et la terre seront proportionnelles, car la composante de polarisation n'a pas le temps de varier brusquement et la vitesse de sa variation est nulle. Ces vitesses de variation de la différence de potentiel, transformées à la sortie des amplificateurs des blocs 6 et 7 en impulsions de tension, attaquent les deux discriminateurs9, chacun desquels met en mémoire la valeur maximale de l'impulsion. Ces valeurs sont ensuite fixées et comparées dans le compteur d'impulsions 10 à affichage. Les valeurs obtenues sont utilisées pour déterminer les coefficients de proportionnalité, qui sont trouvés en divisant le nombre d'impulsions affiché sur l'indicateur 10 du bloc 7 par le nombre d'impulsions à la sortie dé l'indicateur XQ.du bloc 6. L'atténuateur est accordé pour obtenir un coefficient de proportionnalité qui reste invariable pour une disposition donnée des électrodes 12 et 14 par rapport à la construction métallique. REVENDICATIONS 1. Procéda de mesure de la différence de potentiel électrochimique d'une construction métallique par rapport à la terre en cas de présence de courants de fuite, par mesure directe de la tension entre la surface contrôlée et une électrode principale de comparaison, installée à une distance minimale de celle-ci et la tension entre ladite électrode et une électrode supplémentaire de comparaison, caractErise en ce que la tension relevée entre les deux électrodes est amplifiée à une certaine échelle, tandis que les deux tensions sont appliquées en opposition à l'indicateur, le coefficient d'amplification étant déterminé en comparant la vitesse de variation de la tension entre les électrodes à la vitesse de variation de la tension entre l'électrode de comparaison et la construction au même moment. 2. Dispositif pour mesurer la différence des potentiel électrochimique d'une construction métallique par rapport à la terre, destiné a la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant un bloc de correction, réalisé avec un amplificateur et un atténuateur avec une résistance de charge, ainsi qu'un voltmètre, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, deux blocs de comparaison (6,7) constitués d'un amplificateur différentiateur (8), d'un discriminateur de tension (9) à plusieurs échelons et un compteur d'impulsions (10) avec un affichage,les entrées de l'amplificateur (2) du bloc de correction (1) et de l'un des blocs (7) de comparaison étant branchées en parallèle et raccordées aux bornes (11 et 13) des électrodes de comparaison principale (12) et auxiliaire (14), tandis que l'entrée du second bloc (6) de comparaison est raccordée à la borne (15) de la surface à contrôler de la construction métallique (16) et à la borne (11) de l'électrode principale de comparaison (12) qui, à travers la résistance de charge (4) du bloc de correction (1), est raccordée à la borne (15) de la surface à contrôler de la construction (16). 3. Dispositif pour mesurer la différence de potentiel élecro- chimique d'une construction métallique par rapport à la terre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le discriminateur (19) de chaque bloc de comparaison est constitué de diodes tunnel et en ce que sa sortie est raccordée au compteur d'impulsions (10).