Brevet FR2490347A1 — publié le 19820319

La présente invention concerne un procédé pour contrôler le poten- tiel par rapport au sol d'une structure métallique située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, suivant lequel une électrode de mesure située dans le sol au voisinage de cette structure est -électriquement connectée à la structure et à un circuit de mesure au moyen duquel la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et une électrode de référence située sur ou dans le sol est mesurée. Selon le type de sol dans lequel une structure en acier protégée -10 cathodiquement, telle qu'un pipeline en acier,est située, le potentiel de la structure par rapport au sol doit être inférieur à une valeur de l'ordre de -850 mV à -950 mV pour empêcher la corrosion. Pour assurer un bon fonctionnement du système de protection cathodiqueil faut con- trôler ce potentiel régulièrement. Un procédé pour contrôler le potentiel de protection de la manière décrite ci-dessus est connu,par exemple,du fait de la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique n0 2.707.265.Suivant un tel procé- dé, la différence de tension entre la structure protégée et l'électrode de référence n'est pas mesurée directement, étant donné que, du fait de la chute de tension dans le sol provoquée par le passage soit du courant de protection appliqué, soit de courants vagabonds éventuels provenant d'installations électriques voisines, le potentiel correct de la structure par rapport au sol ne serait pas alors mesurée. Lorsque, comme indiqué, ofn utilise une électrode de mesure connectée à la structure, l'électrode de mesure et l'électrode de référence peuvent être positionnées l'une par rapport à l'autre d'une manière telle qu'aucune différence de tension supplémentaire n'est produite entre elles par le passage de courants dans le sol. Par exemple, on peut utiliser une sonde de mesure qui contient à la fois l'électrode de mesure et l'électrode de référence disposées très proches l'une de l'autre. Dans la sonde de mesure décrite dans la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique précitée no 2.707.265,l'é- lectrode de mesure est constituée par un anneau plat à travers lequel l'extrémité active d'une électrode de référence fait saillie. Pour effectuer un contrôle régulier du fonctionnement correct du système de protection,on peut exécuter de temps à autre une mesure de la manière décrite ci-dessus. Cependant, on ressent souvent le besoin d'effectuer un contrôle continu au moyen duquel l'état moyen du système est contrôlé pendant une période relativement longue, par exemple un mois. La présente invention a pour but de proposer un procédé au moyen duquel un tel contrôle continu peut être réalisé. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le potentiel mesuré est continuellement comparé à un potentiel de référence pré-établi dans un circuit de comparaison au cours d'un cycle de mesure, la quantité dont le potentiel mesuré dépasse le potentiel de référence est convertie en un signal pulsé dont la fréquence est proportionnelle à la grandeur de la quantité précitée et le nombre d'impulsions au cours du cycle de mesure est compté dans un compteur d'impulsions, l'intervalle de temps entre le début et la fin d'un cycle de mesure est enregistré et, après le cycle de mesure, la valeur moyenne de la quantité dont le potentiel mesure a dé- passé le potentiel de référence pendant le cycle de mesure est déterminée à partir du nombre des impulsions comptées par le compteur d'impulsions et de l'intervalle de temps enregistré. Cette valeur moyenne est repré- sentative de la mesure dans laquelle la protection cathodique peut ne pas avoir été suffisante pendant le cycle de mesure et par conséquent, des effets de corrosion auxquels il faut s'attendre. Pendant les périodes à l'intérieur du cycle de mesure au cours desquelles le potentiel mesuré est inférieur au potentiel de référence la protection est convenable et aucun signal pulsé n'est appliqué au compteur d'impulsions. On peut choi- sir à volonté l'intervalle de temps entre le début et la fin d'un cycle de mesure et cet intervalle peut, par exemple, avoir une valeur quel- conque comprise entre 1 jour et 1 an; un cycle de mesure d'environ 1 mois s'est avéré être très convenable en pratique. L'intervalle de temps est, de préférence, enregistré au moyen d'une horloge numérique. L'invention a également pour objet un dispositif pour contrôler le potentiel par rapport au sol d'une structure métallique située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, muni d'une électrode de mesure destinée à être introduite dans le sol au voisinage de cette structure et à être connectée électri- quement à cette structure, et d'une électrode de référence destinée à être placée dans ou au voisinage de cette électrode de mesure dans ou sur le sol et un circuit de mesure pour mesurer la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et l'électrode de référence. Conformément à l'inven- tion, le circuit de mesure comporte un étage de référence pour la géné- ration réglable d'un potentiel de référence, un étage de comparaison pour la génération continue pendant un cycle de mesure d'un signal de différence correspondant à la quantité dont le potentiel mesuré dépasse le potentiel de référence, un convertisseur de tension en fréquence pour convertir le signal de différence en un signal pulsé dont la fréquence est proportionnelle à ladite quantité, un compteur d'impulsions pour compter le nombre des impulsions pendant un cycle de mesure et des moyens pour enregistrer l'intervalle de temps entre le début et la fin d'un cycle de mesure. Le circuit de mesure est, de préférence, muni d'un étage cal- cultateur à l'aide duquel la valeur moyenne de la quantité dont le poten- tiel mesuré a dépassé le potentiel de référence pendant le cycle de mesure peut être calculée à partir du nombre des impulsions comptées par le comp- teur d'impulsions et de l'intervalle de temps enregistré. Les moyens pour enregistrer l'intervalle de temps sont constitués, de préférence, par une horloge numérique. Un affichage numérique est, de préférence, utilisé pour indiquer le nombre des impulsions comptées au cours d'un cycle de me- sure, l'intervalle de temps enregistré ou la valeur calculée. On expliquera maintenant l'invention en se référant aux dessins an- nexés dont les figures représentent: Fig. 1: une vue schématique d'un dispositif selon l'invention uti- lisé avec un pipeline souterrain protégé cathodiquement; Fig. 2:un schémabloc du circuit de mesure utilisé dans ce dispositif; Fig. 3: un schémabloc détaillé de l'étage de référence et del'étage de comparaison du circuit de mesure. La Fig. 1 représente un pipeline souterrain 1 en acier. Le pipeline 1 est protégé cathodiquement à l'aide d'une installation 2 qui donne au pipeline une tension négative par rapport à l'anode 3 in situ située dans le sol. Pour contrôler continuellement le fonctionnement correct de la protection cathodique, on utilise un dispositif composé d'une électrode de mesure annulaire 4, d'une électrode de référence S dont l'extrémité ac- tive fait saillie à travers l'ouverture de l'électrode de mesure 4 etd'un circuit de mesure 6 qui est logé dans une colonne de mesure permanente 7. Un autre agencement des électrodes l'une par rapport à l'autreou une autre forme des électrodes peut également être utilisé. La colonne de mesure est munie d'un couvercle 8 qui peut être verrouillé. L'électrode de mesure 4 est connectée à la fois au circuit de mesure 6 et au pipeline 1. Sur la Fig. 2, la référence i1 désigne un étage de référence qui sert à engendrer un potentiel de référence et la référence 12 désigne un -étage de comparaison dont le signal de sortie correspond à la quantité dont le potentiel mesuré dépasse le potentiel de référence. Si le poten- tiel mesuré est inférieur au potentiel de référence, le signal de sortie de l'étage de comparaison 12 est nul. Le signal de sortie de l'étage de comparaison 12 est converti par un convertisseur de tension en fréquence 13 en un signal pulsé dont la fréquence est proportionnelle au signal de sortie de l'étage de comparaison 12. Le convertisseur de tension en fré- quence 13 ne fournit ainsi aucune impulsion si le potentiel mesuré est in- férieur au potentiel de référence. , Les impulsions engendrées par le convertisseur 13 de tension en fré- quence sont comptées par un compteur d'impulsions 14 pendant l'intervalle de temps qui s'écoule entre le début et la fin d'un cycle de mesure; cet intervalle de temps est enregistré à l'aide d'un circuit d'horloge numé- rique 15. A l'aide d'un étage calculateur 16, la valeur moyenne de la quantité dont le potentiel de mesure a dépassé le potentiel de référence pendant un cycle de mesure peut être calculée à partir du nombre des im- pulsions comptées pa.r le compteur d'impulsions 14 au cours d'un cycle de mesure et du temps enregistré par l'horloge 15. Un clavier qui fait par- tie de l'étage calculateur a été désigné par la référencé 17; on peut uti- liser ce clavier pour donner les commandes nécessaires pour remettre à zéro le compteur d'impulsions 14 avant le début du cycle de mesure, enregistrer le temps de départ dans le circuit d'horloge 15 et com- mencer le cycle de mesure etensuite, par exemple un mois plus tard, pour arrêter le cycle de mesure, entrer les données du compteur et de l'hor- loge dans l'étage calculateur 16 et provoquer l'affichage de ces don- nées ou du résultat calculé sur un dispositif d'affichage 18. La construction de l'étage de référence 11 et de l'étage de compa- raison 12, telle que réalisée dans un exemple pratiquea été représentée de manière plus détaillée dans le schéma de la Fig. 3. L'étage de référence Il comprend une source B de tension continue à partirde laquelle est produit, par l'intermédiaire d'un potentiomètre R1R2-R3,un potentiel de comparaison qui est appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel Al connecté-en étage suiveur en tension, à l'étage de comparaison 12. L'électrode de mesure 4 est connectée au con- tact M4, l'électrode de référence 5 au contact I5. Dans l'étage de compa- raison 12, l'amplificateur opérationnel A2, le sélecteur S et les résis- tances R4-R5-R6 forment un circuit discriminateur qui transmet soit le potentiel de comparaison pré-établi,soit le potentiel mesuré appliqué à l'entrée I4,à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel A3; le potentiel transmis est le plus élevé de ces deux potentiels. Le potentiel de comparaison est appliqué à l'entrée non inverseuse de l'am- plificateur opérationnel A4. Les amplificateurs opérationnels A3 et A4 forment en combinaison avec quatre résistances égales R7, R8, R9 et R10 un circuit de différence; le signal de sortie apparaissant à la sortie U13 est proportionnel à la différence des potentiels appliqués aux entrées non inverseuses des amplificateurs opérationnels A3 et A4. Si le poten- tiel de comparaison est supérieur au potentiel mesuré, cette différence est nulle (les amplificateurs A3 et A4 ont le même signal d'entrée, à savoir le potentiel de comparaison); si le potentiel mesuré est supérieur au potentiel de comparaison, un signal proportionnel à la différence est transmis par l'intermédiaire de la sortie U13, au convertisseur 13 de ten- sion en fréquence. Dans l'exemple de réalisation pratique, les amplificateurs opération- nels Al à A4, le sélecteur S et le convertisseur 13 de tension en fré- quence ont été constitués par des éléments à semiconducteur disponibles dans le commerce. Des condensateurs de découplage Cl, C2 et C3 ont été également représentés sur le schéma. Sur la Fig. 2, les éléments 14 à 18 ont été représentés comme étant des éléments séparés; dans l'exemple de réalisation pratique, ces éléments ont été combinés sous la forme d'un calculateur disponible dans le com- merce muni d'une horloge numérique,qui a été légèrement modifié. Les dessins ne représentent que les parties nécessaires pour per- mettre une bonne compréhension de l'invention, les parties non essen- tielles à cette fin,telles que l'alimentation en courant, le circuit RC qui détermine la proportionnalité tension-fréquence du convertisseur de tension en fréquence, etc... n'ont pas été représentées. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation pratique décrit. Pour effectuer un contrôle régulier du fonctionnement de la protec- tion cathodique, un opérateur visite toutes les colonnes de mesure le long d'un pipeline par exemple une fois par mois, il lit les données ras- semblées au cours de la période passée, il remplace les batteries si nécessaire, il contrôle l'installation (en particulier le potentiel de référence) et il commence un nouveau cycle de mesure. La durée du cycle de mesure est naturellement adaptée pour répondre aux besoins: un contrôle plus fréquent qu'un contrôle mensuel peut être désirable, une période plus longue peut être acceptable. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour contrôler le potentiel par rapport au sol d'une struc- ture métallique (1) située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, suivant lequel une électrode de mesure (4) située dans le sol au voisinage de cette structure est électriquement connectée à la structure et à un circuit de mesure (6) au moyen duquel la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et une électrode de référence (5) située sur ou dans le sol est mesurée, caractérisé en ce que le potentiel mesuré est continuellement comparé à un potentiel de référence pré-établi dans un circuit de comparaison (12) au cours d'un cycle de mesure, la quantité dont le potentiel mesuré dé- passe le potentiel de référence est convertie en un signal pulsé dont la fréquence est proportionnelle à la grandeur de la quantité précitée et le nombre d'impulsions au cours du cycle de mesure est compté dans un comp- teur d'impulsions (14), l'intervalle de temps entre le début et le fin d'un cycle de mesure est enregistré et, après le cycle de mesure, la va- leur moyenne. de la quantité dont le potentiel mesuré a dépassé le poten- tiel de référence pendant le cycle de mesure est déterminée à partir du nombre des impulsions comptées par le compteur d'impulsions et del'inter- valle de temps enregistré. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps est compris entre un jour et une année. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'intervalle de temps est engendré par une horloge numérique (15). 4 - Dispositif pour contrôler le potentiel par rapport au sol d'une struc- ture métallique (1) située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, muni d'une électrode de mesure (4) destinée à être introduite dans le sol au voisinage de cette structure et à être connectée électriquement à cette structure, et d'une électrode de référence destinée à être placée dans ou au voisinage de cette électrode de mesure dans ou sur le sol et dfn circuit de mesure (6) pour mesurer la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et l'électrode de référence, caractérisé en ce que le circuit de mesurecom- porte un étage de référence (11) pour la génération réglable d'un poten- tiel de référence, un étage de comparaison (12) pour la génération con- tinue pendant un cycle de mesure d'un signal de différence correspondant à la quantité dont le potentiel mesuré dépasse le potentiel de référence, 24 90347 un convertisseur (13) de tension en fréquence pour convertir le signal de différence en un signal pulsé dont la fréquence est proportionnelle à ladite quantité, un compteur d'impulsions (14) pour compter le nombre des impulsions pendant un cycle de mesure et des moyens (15) pour enregis- trer l'intervalle de temps entre le début et la fin d'un cycle de mesure. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de mesure (6) est muni d'un étage calculateur (16) à l'aide duquel la va- leur moyenne de la quantité dont le potentiel mesuré a dépassé le poten- tiel de référence pendant le cycle de mesure peut être calculée à partir du nombre des impulsions comptées par le compteur d'impulsions et de l'in- tervalle de temps enregistré. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compteur d'impulsions (14) fait partie de l'étage calculateur (16). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte une horloge numérique (15) pour enregistrer l'intervalle de temps. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage numérique (18) pour indiquer le nombre des impulsions comptées au cours d'un cycle de mesure, l'intervalle de temps enregistré ou la valeur moyenne calculée. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'étage de référence (11) du circuitde mesure comprend une source (B) de tension continue, un potentiomètre cateur opérationnel (Ai) monté en étage suiveur en tension, en ce que l'é- tage de comparaison (12) du circuit de mesure comprend un sélecteur (S) à semiconducteur et des second, troisième et quatrième amplificateurs opé- rationnels (A2, A3, A4),le second amplificateur opérationnel (A2) étant combiné avec le sélecteur (S) pour former un circuit discriminateur à la sortie duquel apparait soit le potentiel de comparaison pré-établi, soit le potentiel de l'électrode de mesure, le potentiel qui apparait étant le plus élevé des deux potentiels, et en ce que les troisième et quatrième amplificateurs opérationnels (A3, A4) sont combinés pour former un circuit de différence auquel le potentiel de comparaison et le potentiel de sor- tie du circuit discriminateur sont appliqués et à la sortie duquel appa- rait une différence de tension qui est proportionnelle à la différence entre ces deux potentiels.