СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА БЕЗЭЛЕКТРОЛИТНОГО ЭЛЕКТРОДА СРАВНЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR STABILIZING ELECTRODE POTENTIAL OF NON-ELECTROLYTE REFERENCE ELECTRODE

Изобретение относится к обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта электрохимической коррозии металла подземных сооружений [G01N 17/00, G01N 27/60, G01N 33/20].
Для достижения максимальной защиты от коррозии необходимо непрерывно контролировать значение электродного потенциала «сооружение-грунт». Электродный поляризационный потенциал представляет собой скачок потенциала, и определяет характер и скорость электрохимических процессов. Скачок потенциала пространственно локализован в области двойного электрического слоя на границе «металл-электролит». Для контроля электродного потенциала сооружения применяются электроды сравнения. При этом часто используют медно-сульфатный электрод сравнения. В практических условиях электрод сравнения не может быть подведен к границе двойного электрического слоя, он располагается на значительном расстоянии от нее. Поэтому в измеряемую величину включается омическая составляющая разности потенциалов, которая возникает за пределом двойного электрического слоя и электрода сравнения. Это падение напряжения не является перенапряжением, оно не определяет ни характер, ни скорость электродных реакций на металле. Поэтому при измерениях, связанных с контролем минимальных или максимальных поляризационных потенциалов, падение потенциала за пределами двойного электрического слоя необходимо исключать. Присутствие омической составляющей приводит во многих случаях к ошибочным заключениям относительно защищенности трубопровода от электрохимической коррозии. В связи с этим дополнительно применяется электрохимический поляризационный стальной электрод, который располагается в непосредственной близости от медно-сульфатного электрода.
Из уровня техники известен ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ [RU 2307338 С1, опубл. 27.09.2007], содержащий заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, датчик потенциала, закрепленный снаружи корпуса, ионообменную мембрану, установленную над пористой диафрагмой, отличающийся тем, что электролит выполнен в виде двух слоев, при этом в качестве нижнего слоя, расположенного над ионообменной мембраной, выбран матричный электролит со структурой молекулярного сита, а датчик потенциала закреплен на выступающей из дна корпуса части пористой диафрагмы.
Недостатками аналога являются сложная конструкция электрода, диффузия грунтового электролита через корпус, что приводит к уменьшению эксплуатационного ресурса электрода, омеднение стального датчика поляризационного потенциала из-за попадания ионов меди в грунтовый электролит, приводящие кроме того, к загрязнению почвы и грунтовых вод.
Также известен СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ [RU 2376401 С2, опубл. 20.12.2009], включающий установку в грунт устройства измерения поляризационного потенциала, содержащего электрод сравнения, подключение устройства к подземному металлическому сооружению и определение поляризационного потенциала, при этом используют электрод сравнения, выполненный из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома, а перед началом измерений создают электрическую цепь для наводораживания электрода сравнения и проводят его наводораживание. Устройство для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащее металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к одному из выводов вольтметра, и переключатель, один из контактов которого подключен к подземному металлическому сооружению, при этом электрод сравнения выполнен из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома и подключен к другому контакту переключателя, а второй вывод вольтметра соединен с подземным металлическим сооружением.
Недостатком аналога является повышение хрупкости и снижение прочности электрода сравнения в процессе наводораживания, а также необъективность результатов измерений за счет смещения электродного потенциала при растворении металла. Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ [RU 2499270 С1, опубл. 20.11.2013], основанный на установке в грунт вспомогательного электрода, подключенного к входу вольтметра и подземному металлическому сооружению, и электрода сравнения, подключенного к другому входу вольтметра, и проведении измерений после отключения вспомогательного электрода от подземного металлического сооружения, отличающийся тем, что при подключенном к подземному металлическому сооружению вспомогательному электроде через равные промежутки времени осуществляют первый цикл измерений динамики поляризационного потенциала, по результатам которого проводят оценку флуктуации результатов измерения от времени, определяют минимальную частоту спектра флуктуации, выбирают время задержки, равное длительности периода минимальной частоты спектра флуктуации, отключают вспомогательный электрод от подземного металлического сооружения и по истечении времени, равного времени задержки, проводят второй цикл измерений поляризационного потенциала через промежутки времени, длительность которых составляет не менее чем время задержки, а значение поляризационного потенциала определяют путем экстраполяции результатов измерений второго цикла. Основной технической проблемой прототипа является нормируемое значение потенциала электрода сравнения (-1000 мВ), что приводит к необходимости пересчета измеренного значения потенциала относительно медно-сульфатного электрода, длительное наводораживание электрода, а также необходимость корректировки электродного потенциала из-за растворения цинкового противоэлектрода.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении поддержания стабильного электродного потенциала электрода сравнения.
Указанный технический результат достигается тем, что способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, отличающийся тем, что по цепи между защищаемым объектом и электродом сравнения пропускают постоянный ток, стабилизированный до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, содержащее электрод сравнения, подключенный к защищаемому объекту, источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор, отличающееся тем, что источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор тока последовательно подключены в цепь между защищаемым объектом и электродом сравнения, при этом электрод сравнения характеризуется тем, что постоянный электродный потенциал электрода сравнения эквивалентен потенциалу медно-сульфатного электрода.
В частности, электрод сравнения выполнен из металла с электродным потенциалом выше, чем у водорода.
В частности, стабилизатор тока выполнен в виде источника опорного тока.
В частности, регулятор тока в стабилизаторе тока выполнен в виде переменного резистора.
На фиг. 1 показано устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения.
На фиг. 2 показано устройство для калибровки безэлектролитного электрода сравнения.
На фигурах обозначено: 1 - электрод сравнения, 2 - стабилизатор тока, 3 - регулятор тока, 4 - источник тока, 5 - защищаемый объект, 6 - медно-сульфатный электрод, 7 - милливольтметр.
Осуществление изобретения.
Способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения реализован в устройстве стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, которое включает в себя электрод сравнения 1 (см. Фиг. 1), выполненный из металла с электродным потенциалом выше, чем у водорода. Электрод сравнения 1 последовательно соединен со стабилизатором тока 2, положительной клеммой источника тока 4, отрицательная клемма которого соединена с защищаемым объектом 5.
Стабилизатор тока 2 выполнен в виде источника опорного тока, например, LM234 и снабжен регулятором задаваемого тока, выполненным в виде переменного резистора 3. Стабилизацию электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения осуществляют следующим образом.
Перед началом эксплуатации безэлектролитного электрода сравнения 1 осуществляют его калибровку. Для этого устанавливают поверенный медно-сульфатный электрод 6 в непосредственной близости от калибруемого электрода сравнения (см. Фиг. 2), а между медно-сульфатным электродом 6 и электродом сравнения 1 подключают высокоомный милливольтметр 7. Переменным резистором 3 регулируют величину тока, протекающего в цепи до достижения нулевого показания разности потенциалов между медно-сульфатным электродом 7 и электродом сравнения 1 на шкале милливольтметра 7, при этом стабильный потенциал электрода сравнения равный, например, +0,3 В достигается при токе стабилизации 0,5-3 мкА на квадратный сантиметр. После калибровки электрода сравнения 1 отключают милливольтметр 7 и медно-сульфатный электрод сравнения 6. С источника тока 4 ток подают на стабилизатор тока 2 которым, исходя из заданного переменным резистором 3 при калибровке сопротивления, поддерживают электродный потенциал электрода сравнения 1 равным потенциалу медно-сульфатного электрода 7, тем самым компенсируют перенапряжение на поверхности электрода сравнения 1 и исключают гидратацию ион-атомов металла электрода сравнения 1 при контакте с грунтовым электролитом, при этом учитывая зависимость поляризационного сопротивления от плотности подаваемого тока для условий коррозии с кислородной деполяризацией в условиях грунтового электролита, устанавливают значение поляризационного сопротивления, влияющее на погрешность определяемого потенциала:
где а, b - коэффициенты уравнения Тафеля для катодного процесса ионизации кислорода;
2
i - плотность внешнего тока, А/м;
a
2
i - плотность диффузионного тока по кислороду для заданных условий, А/м.
Технический результат изобретения - обеспечение стабильного электродного потенциала на электроде сравнения достигается за счет компенсации перенапряжения на поверхности электрода сравнения 1 подачей в цепь между защищаемым объектом 5 и электродом сравнения 1 постоянного тока от источника тока 2 и его стабилизацией до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения 1 эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода. Полевые испытания описанного устройства показали, что его применение позволяет измерять значения электродного потенциала защищаемого объекта с допустимой погрешностью в пределах 0,006 В при собственном потенциале электрода сравнения 1, равном +0,3 В, что соответствует принятым технологическим нормам при проведении измерений во время эксплуатации электрохимзащиты подземных сооружений.