(57)【要約】【課題】金属表面を破壊することなく、実際の設備の腐食性を直接、測定する金属表面測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】溶液１４と接触する金属体１２の耐食性を測定する金属表面測定装置において、上記金属表面測定装置は、同一材質の、並列に連結された３個の電極を有する電気化学センサから構成され、上記３個の電極のうち、第１の電極２１と第２の電極２２とは、無抵抗電流計２４を介して連結されると共に、第２の電極２２と第３の電極２３とは電位計２５を介して連結され、第１の電極２１及び第３の電極２３は、１つの容器１１内にそれらの先端部が収納され、容器１１内に溶液１４を収納して、この容器１１内に収納した溶液１４が金属体１２と、直接接触するように配すると共に、第２の電極２２を金属体１２に直接接触させることにより、溶液１４と接触する金属体１２の耐食性を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液と接触する金属体の耐食性を測定する金属表面測定装置において、
上記金属表面測定装置は、同一材質の、並列に連結された３個の電極を有する電気化学センサから構成され、
上記３個の電極のうち、第１の電極と第２の電極とは、無抵抗電流計を介して連結されると共に、上記３個の電極のうち、第２の電極と第３の電極とは電位計を介して連結され、
上記第１の電極及び第３の電極は、１つの容器内にそれらの先端部が収納され、
上記容器内に上記溶液を収納して、この容器内に収納した溶液が上記金属体と、直接接触するように配すると共に、上記第２の電極を上記金属体に直接接触させることにより、上記の溶液と接触する金属体の耐食性を測定する、金属表面測定装置。
【請求項２】
上記電気化学センサは、上記の３個の電極を有し、この各電極間に生じる電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズをそれぞれに測定する電流電圧測定手段、上記電流電圧測定手段で測定された電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズの各測定データを取り入れて、この測定データを時系列に蓄積するデータ記憶手段、並びに上記データ記憶手段に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズ又は電気化学的電位ノイズの測定データを取り出し、この取り出された電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズの測定データから上記水系媒体のノイズ抵抗を算出して、上記金属体の耐食性を測定する請求項１に記載の金属表面測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属体の耐食性を測定する金属表面測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
タンク等の溶液と接触する金属設備の腐食性の検討については、使用前の検討はほとんど行われておらず、腐食等が発生した後に検討される場合がほとんどである。
【０００３】
また、溶液に対する金属片の腐食性の検討法としては、種々あるが、実際の設備では、溶接部の腐食等、設備に使用される金属以外の腐食性の検討が必要となる場合が多い。
【０００４】
実際の金属設備の腐食性を直接、測定する方法としては、分極測定法が知られている。しかし、この方法を用いると、金属表面を部分的に破壊するので、上記金属設備に使用される金属に不働態化処理が施されている場合、かえって腐食を促進させることとなってしまう。
【０００５】
そこでこの発明は、金属表面を破壊することなく、実際の設備の腐食性を直接、測定する金属表面測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、溶液と接触する金属体の耐食性を測定する金属表面測定装置において、上記金属表面測定装置は、同一材質の、並列に連結された３個の電極を有する電気化学センサから構成され、上記３個の電極のうち、第１の電極と第２の電極とは、無抵抗電流計を介して連結されると共に、上記３個の電極のうち、第２の電極と第３の電極とは電位計を介して連結され、上記第１の電極及び第３の電極は、１つの容器内にそれらの先端部が収納され、上記容器内に上記溶液を収納して、この容器内に収納した溶液が上記金属体と、直接接触するように配すると共に、上記第２の電極を上記金属体に直接接触させることにより、上記の溶液と接触する金属体の耐食性を測定する金属表面測定装置を用いることにより、上記課題を解決したのである。
【０００７】
上記電気化学センサとしては、所定の位置に配した３個の電極を有し、この各電極間に生じる電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズをそれぞれに測定する電流電圧測定手段、上記電流電圧測定手段で測定された電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズの各測定データを取り入れて、この測定データを時系列に蓄積するデータ記憶手段、並びに上記データ記憶手段に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズ又は電気化学的電位ノイズの測定データを取り出し、この取り出された電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズの測定データから上記水系媒体のノイズ抵抗を算出して、上記金属体の耐食性を測定するセンサを用いることができる。
【０００８】
３つの所定の電極のうち、第１の電極と第３の電極とを測定対象の金属体と直接接触した溶液に接触させると共に、第２の電極を直接、測定対象の金属体に接触させることにより、溶液内で、腐食等によって生じるラジカルやイオンの微細な変化を、無抵抗電流計や電位計で感知することができ、腐食等の発生のしやすさ等を判断することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下において、この発明について詳細に説明する。
この発明にかかる金属表面測定装置は、溶液と接触する金属体の耐食性を測定する装置であり、図１に示すような、同一材質の、並列に連結された３個の電極２１，２２，２３を有する電気化学センサから構成される。
【００１０】
上記３個の電極のうち、第１の電極２１と第２の電極２２とは、無抵抗電流計（ｚｅｒｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｍｍｅｒｔｅｒ）２４を介して連結されると共に、上記３個の電極のうち、第２の電極２２と第３の電極２３とは、該電極側に影響を与えずに信号電圧を測定し得る入力インピーダンスが非常に大きいアンプ回路、すなわち、電位計２５を介して連結される。
【００１１】
そして、上記第１の電極２１及び第３の電極２３を、１つの容器１１内にそれらの先端部を収納する。そして、上記容器１１内に溶液１４を収納して、この容器１１内に収納した溶液１４が金属体１２と、直接接触するように配する。
【００１２】
具体的には、上記容器１１は、容器１１を構成する面のうち１面の全部又は一部が開放されており、この開放面の側縁を測定対象の金属体１２に合わせる。このとき、容器１１の開放面の側縁は、金属体１２と密着するようにし、上記溶液１４を容器１１内に収納したとき、容器１１の開放面の側縁からこぼれ出すのを防止する。そして、上記容器１１の注入口１３から測定対象の金属体１２と実際に接触する溶液１４を収納する。
また、上記第２の電極２２を上記金属体１２に直接接触させる。
【００１３】
上記電気化学センサは、上記したように、上記の第１〜第３の電極２１，２２，２３を有し、かつ、上記無抵抗電流計２４及び電位計２５を有する。この無抵抗電流計２４及び電位計２５は、各電極間の電気化学的電流ノイズＩｎ並びに電気化学的電位ノイズＶｎをそれぞれに測定する腐食電流電圧測定手段３０の一部を構成する。そして、この電流電圧測定手段で測定された電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズの各測定データを取り入れて、この測定データを時系列に蓄積するデータ記憶手段、及び上記データ記憶手段に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズＩｎ又は電気化学的電位ノイズＶｎの測定データを取り出し、この取り出された電気化学的電流ノイズＩｎ及び電気化学的電位ノイズＶｎの測定データから上記水系媒体のノイズ抵抗を算出して、腐食性を判断する腐食性判断手段を有する。
【００１４】
上記の電気化学センサについて、図１乃至図３を用いてより詳細に説明する。
上記の第１の電極２１と第２の電極２２間には、それぞれ、各電極表面の腐食の進行程度に応じたカップリング電流（結合電流：Ｉｍｅａｎ）ａを生じ、該カップリング電流ａは、上記無抵抗電流計２４によって測定され、且つ後述する信号処理をなした上で、データ記憶手段であるコンピュータ７１のデータ記憶部７２に時系列で蓄積される。
【００１５】
このとき、電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂについては、上記カップリング電流ａの変動をフィルター回路、特にバンドパスフィルター回路２６によって、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電流変動を測定して得ることができ、該測定された電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュータ７１のデータ記憶部７２に時系列で蓄積される。ここで、この電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂは、コンピュータ７１に取り込まれたカップリング電流（Ｉｍｅａｎ）ａをしかるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっても同様に得られる。
【００１６】
一方、電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃについては、上記第２の電極２２と第３の電極２３間の電位差（Ｖｍｅａｎ）を上記電位計２５によって測定すると共に、この電位差の変動をフィルター回路、特にバンドパスフィルター回路２７によって、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電位差変動を測定して得ることができ、該測定された電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュータ７１のデータ記憶部７２に時系列で蓄積される。ここでも、この電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃは、上記電位差を直接コンピュータ７１に取り込んでしかるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっても同様に得られる。
【００１７】
次に、上記各測定データ信号（電流及び電圧の各測定データ）をコンピュータ７１に入力するまでのデータ処理の具体的な回路手段の詳細を図２（ａ）、（ｂ）及び  図３（ａ）、（ｂ）に示す。
【００１８】
図２（ａ）、（ｂ）は、同上データ処理回路をアナログ回路によって構成したときの一例である。この場合、先ず、上記電流信号、即ち、上記第１の電極２１と第２の電極２２間のカップリング電流ａは、同図（ａ）にみられるように、無抵抗電流計２４によって測定されると共に、その電流信号の一方は、信号の２乗平均を求めるＲＭＳ回路→求めた信号を直流に変換するＤＣ回路→直流に変換された信号を対数に変換するＬＯＧ回路からなるコンバータ（以下、対数コンバータという）３１によって対数変換され、さらに、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータという）３２によってデジタル変換された後、上記コンピュータ７１にカップリング電流（Ｉｍｅａｎ）ａとして入力され、電流信号の他方は、バンドパスフィルター回路２６によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上で、同様に対数コンバータ４１によって対数変換され、さらに、Ａ／Ｄコンバータ４２によってデジタル変換された後、上記コンピュータ７１に電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂとして入力される。
【００１９】
次いで、上記電圧信号、即ち、上記第２の電極２２と第３の電極２３間の電位差は、同図（ｂ）にみられるように、電位計２５によって測定され、且つこの信号からバンドパスフィルター回路２７によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上で、ここでも、対数コンバータ５１によって対数変換され、さらに、Ａ／Ｄコンバータ５２によってデジタル変換された後、上記コンピュータ７１に電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃとして入力される。
【００２０】
一方、図３（ａ）、（ｂ）は、上記図２（ａ）、（ｂ）のアナログ回路構成に対応してデータ処理回路をデジタル回路で構成したときの一例で、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しており、該デジタル回路構成によっても同様な作用が得られる。
【００２１】
上記水系プロセスの管理を行うための判断手段は、上記データ記憶部７２に蓄積されている電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂ、及び電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃの測定データに基づき、下記式よってノイズ抵抗（Ｒｎ）を算出し、このノイズ抵抗（Ｒｎ）の変化を見て判断する。
【００２２】
ノイズ抵抗（Ｒｎ）の算出（算出過程７３）
Ｒｎ＝Ｖｎ／Ｉｎ
【００２３】
上記Ｒｎの推移は、ＣＲＴ１０１の画面上やプリンター１０２のプリントアウトとして出力表示される。
また、上記出力表示には、カップリング電流（Ｉｍｅａｎ）ａと、電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂおよび電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃとの各測定データの瞬時値や、それを時系列で表わしたトレンド値の推移や、その累積値などをも各別若しくは相互に関連付けて表示させることもできる。
【００２４】
この発明にかかる金属表面測定装置の測定対象となる上記金属体１２としては、実機として使用され、上記溶液１４と常時又は頻繁に接触する金属設備があげられ、具体例としては、各種溶液を貯蔵する金属製の貯蔵タンク等があげられる。また、測定される金属体１２の部分としては、金属体１２の金属そのもの、不働態化処理した部分、溶接部等、任意の場所があげられる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例をあげてこの発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
５重量％硫酸水溶液を貯蔵するＳＵＳ３０４製のタンクについて、硝酸で不働態化処理をしたものとしていないものとのそれぞれについて、図１〜図２の機能を有する金属表面測定装置を用いて腐食度を測定した。まず、図１に示すように、第１の電極２１と第３の電極２３とを容器１１に入れて、この容器を、上記タンクの内表面に密着させ、注入口１３から５重量％硫酸水溶液を入れた。また、第２の電極２２を上記タンクの内表面に接触させた。そして、ノイズ抵抗を測定した。その結果を表４（ａ）（ｂ）に示す。
［結果］
図４（ａ）（ｂ）から明らかなように、不働態化処理したタンクのノイズ抵抗（図４（ａ））は、不働態化処理しなかったタンクのノイズ抵抗（図４（ｂ））に比べて、その値が１０５倍程度大きく、不働態化処理した方が、腐食されにくいことが明らかとなった。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によると、３つの所定の電極のうち、第１の電極と第３の電極とを測定対象の金属体と直接接触した溶液に接触させると共に、第２の電極を直接、測定対象の金属体に接触させることにより、溶液内で、腐食等によって生じるラジカルやイオンの微細な変化を、無抵抗電流計や電位計で感知することができ、腐食等の発生のしやすさ等を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気化学センサの全体構成の概要を示すブロック図
【図２】図１の電気化学センサにおける電流、電圧の各測定データ信号の処理回路をアナログ回路で構成したときの例を示すブロック図
【図３】図１の電気化学センサにおける電流、電圧の各測定データ信号の処理回路をデジタル回路で構成したときの例を示すブロック図
【図４】（ａ）実施例１において、不働態化処理をした場合のノイズ抵抗の変化を示すグラフ
（ｂ）実施例１において、不働態化処理をしない場合のノイズ抵抗の変化を示すグラフ
【符号の説明】
１１  容器
１２  金属体
１３  注入口
１４  溶液
２１  第１の電極
２２  第２の電極
２３  第３の電極
２４  無抵抗電流計
２５  電位計
２６，２７  バンドパスフィルター回路
７１  コンピュータ
７２  データ記憶部
７３  ノイズ抵抗（Ｒｎ）の算出過程
１０１  ＣＲＴ
１０２  プリンター
ａ  カップリング電流（Ｉｍｅａｎ）
ｂ  電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）
ｃ  電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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