СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF MEASUREMENT OF POLARISATION POTENTIAL OF UNDERGROUND METALLIC STRUCTURE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения и устройство для его реализации (варианты)
Изобретение относится к области защиты магистральных трубопроводов от коррозии и может быть использовано для обеспечения контроля поляризационного потенциала (катодной защиты) «металл-земля» подземных металлических сооружений, в частности магистральных нефтегазотрубопроводов.
4
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала, в качестве которого используется серийно выпускаемый насыщенный медно-сульфатный электрод сравнения типа ЭНЕС-1. (Электрод сравнения неполяризующийся ЭНЕС-1. Паспорт. ТОО «ЭНС», г.Ставрополь.) Устройство содержит медную пластину, погруженную в сосуд с электролитом в виде насыщенного раствора CuSO, и пористую мембрану для обеспечения контакта с грунтом. Электрод успешно используется на магистральных нефтяных и газовых трубопроводах.
Способ измерения поляризационного потенциала с помощью медно-сульфатного электрода ЭНЕС-1 основан на размещении электрода в грунте и подключении медной пластины к первому входу высокоомного вольтметра, второй вход которого подключается к трубопроводу, например, через контрольно-измерительный пункт (КИП). При проведении измерений электрод обеспечивает надежный контакт с грунтом, не поляризуется, а его собственный потенциал достаточно стабилен.
Однако электроды типа ЭНЕС-1 в связи с наличием электролита имеют ряд существенных недостатков, возникающих в процессе использования, таких как ограниченный срок непрерывной работы из-за вытекания электролита, сложность установки в грунт с предварительным рытьем шурфа, громоздкость и высокая стоимость для массового применения. Кроме того, при стационарной установке электрода в грунт происходит постепенный неконтролируемый сдвиг собственного поляризационного потенциала в связи с постепенным вытеканием электролита в прилегающий грунт, что может привести к существенным ошибкам измерений.
Известно устройство для измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения (патент РФ №2149919, опубл. 2000.05.27), выполненное в виде зонда, измерительная часть которого состоит из электрода сравнения с капилляром, который проходит через вспомогательный электрод.
Предлагаемое устройство отличается повышенной точностью измерения поляризационного потенциала, так как измеряемая величина потенциала содержит минимальную составляющую собственного омического падения напряжения, поскольку расстояние между капилляром электрода сравнения и вспомогательным электродом минимально. Однако указанное устройство имеет усложненную конструкцию и не обеспечивает возможности для постоянного и (или) долговременного измерения потенциалов, вследствие наличия капилляра, способствующего вытеканию электролита.
Известен способ измерения поляризационного потенциала подземного сооружения (патент РФ №2023053, опубл. 1994.11.15), который основан на периодической поляризации датчика электрического потенциала и измерении его поляризационного потенциала в интервалах между циклами поляризации для исключения омического падения потенциала из измерений. При этом регулируют длительность интервала поляризации, для чего каждый интервал поляризации формируют из двух следующих друг за другом временных интервалов.
Однако указанный способ имеет сложный алгоритм измерений, что снижает эффективность измерений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой группе изобретений является устройство для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений (патент РФ №2109086, опубл. 1998.04.20, заявка №95121503) и реализуемый с его помощью способ измерения поляризационного потенциала. Указанное устройство выполнено в виде зонда, измерительная часть которого представляет заполненный электролитом стакан с крышкой, выполненный из диэлектрического материала, внутри которого расположены вспомогательный электрод, электрод сравнения и поляризующий электрод, закрепленный между вспомогательным электродом и пористой капой, подсоединенной к днищу стакана и заполненной грунтом. Устройство содержит также коммутационный блок, переключатели и вольтметр.
Способ измерения поляризационного потенциала с помощью данного устройства основан на установке зонда в специально пробитый шурф, подключении его к схеме измерения, засыпке шурфа и измерении потенциала вспомогательного электрода в момент отключения его от подземного сооружения.
Указанные способ и устройство позволяют исключить омическую составляющую, которая обычно вносит существенную погрешность в измерения поляризационного потенциала и тем самым повысить точность измерений.
Однако данному способу и устройству для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений присущи недостатки, связанные с необходимостью постоянной компенсации вытекания электролита в грунт через пористую мембрану электрода сравнения, а в подземном состоянии компенсация практически невозможна. Устройство также имеет сложную конструкцию и неприменимо в условиях промерзания грунта.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и устройства измерения поляризационного потенциала (его вариантов), позволяющих производить измерения в полевых условиях в мобильном и стационарном режимах в течение длительного времени без технического обслуживания. Устройство и способ могут функционировать в автономном режиме в течение всего эксплуатационного периода подземного металлического сооружения, например, трубопровода. Технический результат - повышение эффективности и точности измерений путем обеспечения возможности надежных длительных измерений в автономном режиме. Данный результат обеспечивается за счет отсутствия электролита в устройстве и обеспечения возможности непосредственного введения устройства в грунт.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, включающем установку в грунт устройства измерения поляризационного потенциала, содержащего электрод сравнения, подключение устройства к подземному металлическому сооружению и определение поляризационного потенциала, 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. При этом наводораживание электрода сравнения производят до установления на нем постоянного стационарного значения потенциала.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащем 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, 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.
Поставленная задача может быть решена другим вариантом устройства для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащим металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к вольтметру, вспомогательный электрод, элемент сопротивления и переключатель, один из контактов которого подключен к вспомогательному электроду, а второй контакт соединен с подземным металлическим сооружением, при этом вспомогательный электрод выполнен из нелегированной стали, а электрод сравнения из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома и соединен с элементом сопротивления, один вывод которого соединен с вольтметром, а другой вывод подключен к вспомогательному электроду.
Целесообразно в устройстве по второму варианту вспомогательный электрод и элемент сопротивления установить в заостренном наконечнике металлической штанги.
Поставленная задача может быть решена третьим вариантом устройства для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащим металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к одному из выводов вольтметра, и вспомогательный электрод, соединенный с подземным металлическим сооружением, при этом вспомогательный электрод и электрод сравнения выполнены из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома, а другой вывод вольтметра соединен с подземным металлическим сооружением.
Предпочтительно в устройстве по третьему варианту вспомогательный электрод установить в заостренном наконечнике металлической штанги.
Оптимально, чтобы устройство по третьему варианту дополнительно содержало балластный резистор, подключенный между вспомогательным электродом и подземным металлическим сооружением.
В устройствах по первому, второму и третьему вариантам целесообразно металлическую штангу снабдить рукоятками и выполнить с возможностью отсоединения заостренного наконечника.
В устройствах по второму и третьему вариантам предпочтительно диэлектрик выполнить двуслойным.
В устройствах по первому, второму и третьему вариантам оптимально выполнить все соединительные контакты загерметизированными.
Заявляемый способ и устройство (его варианты) позволяют повысить точность измерений, за счет исключения погрешностей измерений, которые возникают в устройстве-прототипе вследствие естественной убыли электролита, приводящей к снижению точности. Кроме того, установка устройства для измерения поляризационного потенциала (его вариантов) непосредственно в грунт в отличие от прототипа, в котором необходимо устанавливать устройство в шурф, пробитый в грунте, позволяет сохранить структуру грунта. Данное обстоятельство позволяет повысить точность измерений за счет исключения попадания кислорода в зону измерения потенциала катодной защиты подземного металлического сооружения.
Заявляемое устройство (его варианты) работает в стационарном состоянии, и стационарный потенциал электрода сравнения формируется под действием тока, при этом электролитом является влага грунта.
Основной элемент заявляемого устройства (его вариантов) электрод сравнения по ряду факторов (неравновесность, область применения, рабочий диапазон значений рН, стабильность, время выхода на рабочий режим) не является полным аналогом известных водородных электродов, (см. например В.В.Скорчеллетти. Теоретическая электрохимия. «Химия». ЛО. 1974, стр.288).
Указанный водородный электрод выполнен из металлической платины и погружен в сосуд с водным нейтральным, кислотным или щелочным электролитом, насыщенным газообразным водородом. Недостатком данного водородного электрода, как и медно-сульфатного и хлорид серебряного, является громоздкость, наличие электролита и необходимость перед каждым измерением насыщать электролит молекулярным водородом.
Кроме того, для обеспечения требуемых параметров необходимо практически перед каждым измерением через раствор электролита пропускать чистый газообразный водород до его насыщения, что в сочетании с высокой стоимостью платины практически исключает возможность массового производства и применения водородного электрода в полевых условиях. Причем чистый водород получают путем электролиза дистиллированной воды или в специальных громоздких и дорогостоящих генераторах водорода.
В заявляемом устройстве с учетом использования водорода в процессе работы электрод сравнения можно определить как псевдоводородный. Для стабильной работы заявляемой группы изобретений достаточно наводородить только влагу, находящуюся в порах его электрода сравнения, минимальный объем которой соответственно требует и минимального количества электричества и времени выхода электрода на рабочий режим. Кроме того, в порах электрода влага, насыщенная водородом, дольше сохраняется и позволяет увеличить продолжительность и точность измерений.
Заявляемые способ и устройство (его варианты) для измерения поляризационного потенциала (его варианты) взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел.
Действительно, специально для реализации способа измерения было создано устройство (его варианты) с оригинальным электродом сравнения, с помощью которого перед началом измерений создают электрическую цепь, обеспечивающую наводораживание электрода сравнения.
Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.
Изобретения поясняются примерами и следующими чертежами.
На фиг.1 схематично представлена конструкция устройства по первому варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.
На фиг.2 схематично представлена конструкция устройства по второму варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.
На фиг.3 схематично представлена конструкция устройства по третьему варианту и электрическая схема его подключения к подземному металлическому сооружению.
Устройство для реализации способа по первому, второму и третьему вариантам содержит диэлектрик 1, который может быть двухслойным. Например, первый слой готовится путем механической обработки заготовки из диэлектрика, в котором делается отверстие, а второй - путем заливки расплавленного диэлектрика. В отверстие первого нижнего слоя запрессовывается электрод сравнения 2, выполненный из электрохимически инертного металла, например из пористой нержавеющей стали, или никеля или хрома, например, в виде шайбы, соединенной с проводником, который выходит с другого конца отверстия и соединяется с электрической цепью устройства и его вариантов. Место соединения заливается для герметизации и изоляции расплавленным вторым слоем диэлектрика. При защите рабочей поверхности электрода сравнения и его пор от попадания в них расплавленного диэлектрика или при избыточных объемах электрода сравнения 2 диэлектрик 1 может быть выполнен однослойным и изготовлен, например, по литейной технологии. Электрод сравнения 2 электрически соединен с входом измерительного устройства 3, выполненного, например, в виде вольтметра 3.
Устройство по первому варианту (фиг.1) содержит также переключатель 4, к одному из контактов которого подключен электрод сравнения 2, а другой контакт переключателя 4 подключен к контролируемому подземному металлическому сооружению 5 (ПС). Второй контакт вольтметра 3 также подключен к ПС 5. При необходимости ручного введения в грунт диэлектрик 1 и электрод сравнения 2 могут быть, например, размещены в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9, которая имеет рукоятки 10. При размещении заявляемого устройства в траншее при укладке ПС заостренный наконечник 11 и металлическая штанга 9 с рукоятками 10 могут отсутствовать. В случае необходимости ограничения тока в электрическую цепь наводораживания последовательно с электродом сравнения 2 может быть включен резистор, который может быть переменным (на фиг.1 не показан). При установке резистора в цепь переключателя 4 он позволяет с помощью вольтметра 3 контролировать ток наводораживания. Во всех вариантах устройства соединительные контакты всех электрических цепей загерметизированы. В устройстве по первому, второму и третьему вариантам вспомогательный электрод 6(8) диэлектрик 1, электрод сравнения 2 предпочтительно разместить в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9.
Устройство по второму варианту (фиг.2) помимо вышеуказанных диэлектрика 1, электрода сравнения 2 и измерительного устройства 3 содержит вспомогательный электрод, выполненный из электрохимически активного металла, например из нелегированной стали, и элемент сопротивления 7. Электрод сравнения 2 и вспомогательный электрод 6 электрически соединены через элемент сопротивления 7. В устройстве по второму варианту заостренный наконечник 11 и штанга 9 могут выполнять функцию вспомогательного электрода 6. В предпочтительной реализации устройства по второму варианту вспомогательный электрод 6 может быть подсоединен к одному из контактов дополнительно введенного переключателя 4, другой контакт которого подключен к ПС 5.
Устройство по третьему варианту (фиг.3) в отличие от устройства по второму варианту содержит вспомогательный электрод 8, выполненный также как и электрод сравнения 2 из электрохимически инертного металла, например из пористой нержавеющей стали. В устройстве по третьему варианту диэлектрик 1, электрод сравнения 2 и вспомогательный электрод 8 могут быть также размещены в заостренном наконечнике 11 металлической штанги 9 с рукоятками 10. Предпочтительно в цепь соединения вспомогательного электрода 8 и ПС 5 включить балластный резистор, который может быть переменным.
Каждый из вариантов устройства реализует способ измерения поляризационного потенциала. Способ измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений основан на установке в грунт устройства измерения (его вариантов) поляризационного потенциала, выполненного с электродом сравнения, подключении устройства к подземному металлическому сооружению и определении поляризационного потенциала. При этом перед началом измерений создают электрическую цепь для наводораживания электрода сравнения. Наводораживание осуществляют путем обеспечения насыщения электрода сравнения и прилегающего грунта водородом до установления на электроде сравнения постоянного стационарного значения потенциала.
Заявляемый способ и устройство (его варианты) реализуются и работают следующим образом. При установке в грунт устройства по первому варианту (фиг.1) и замыкании переключателя 4 создается электрическая цепь для наводораживания электрода сравнения: грунт - электрод сравнения 2 - переключатель 4 - ПС 5 - грунт. В случае идеальной изоляции металлического подземного сооружения электрическая цепь включает в себя станцию катодной защиты (СКЗ) подземного сооружения, его заземление и грунт. Под действием возникшего тока на электроде сравнения 2 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта и одновременно обратная реакция окисления молекул водорода до ионов водорода. При этом потенциал электрода сравнения 2 начинает смещаться в отрицательную сторону до тех пор, пока не достигнет стационарного (стабильного) состояния, когда можно считать, что потоки восстановления, окисления и диффузии водорода примерно равны. Величина установившегося постоянного стационарного значения потенциала с точки зрения измерений потенциала поляризации несущественно зависит от плотности тока на электроде сравнения 2. Для большинства случаев при допускаемых потенциалах трубопровода, удельных сопротивлениях, кислотности и засоленности грунтов, установленных в соответствии с ГОСТ Р 9602-2005 (М. Стандартинформ, 2006 г.) для типовых грунтов пролегания трубопроводов (глинистых, песчаных, торфяных и т.д), плотность тока может меняться в пределах двух порядков. Однако при этом смещение установившегося значения стационарного потенциала электрода сравнения 2 не превышает ±0.05 В и составляет в среднем 0.240 В относительно стандартного водородного электрода. При необходимости стабильность потенциала электрода сравнения 2 может быть повышена до ±0.005 В путем уменьшения диапазона изменения плотности тока наводораживания введением в цепь наводораживания резистора (на фиг.1 не показан), ограничивающего величину тока. Кроме того, включение резистора последовательно с переключателем 4 позволяет контролировать величину плотности тока поляризации с помощью вольтметра 3 для дополнительного снижения нестабильности потенциала электрода сравнения 2.
При установке в грунт устройства по второму варианту (фиг.2) в электрической цепи наводораживания: грунт - электрод сравнения 2 - элемент сопротивления 7 (резистор) - вспомогательный электрод 6 - грунт возникает ток, под действием которого на электроде сравнения 2 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта, и в отличие от первого варианта устройства на вспомогательном электроде 6 протекает реакция окисления электроактивного металла вспомогательного электрода 6. Благодаря наличию вспомогательного электрода 6 и резистору 7 во втором варианте заявляемого устройства плотность тока наводораживания в отличие от устройства по первому варианту меняется в узком интервале. При этом нестабильность потенциала электрода сравнения 2 составляет порядка ±0.005 В. Переключатель 4 предназначен для подключения вспомогательного электрода 6 к ПС 5 в интервалах между измерениями, что позволяет увеличить срок службы устройства за счет его катодной защиты.
При установке в грунт устройства по третьему варианту (фиг.3) в электрической цепи наводораживания: грунт - вспомогательный электрод 8-ПС 5-СКЗ - грунт возникает ток, под действием которого на вспомогательном электроде 8 протекает прямая реакция восстановления водорода из влаги грунта. Выделяемый водород перенасыщает поры вспомогательного электрода 8 и прилегающую влагу и затем насыщает поры электрода сравнения 2. При этом плотность тока наводораживания, интенсивность выделения водорода и соответственно нестабильность потенциала электрода сравнения 2 изменяется в меньшей степени, чем в первом варианте устройства. При необходимости стабильность потенциала электрода сравнения 2 может быть повышена путем уменьшения диапазона изменения плотности тока наводораживания ведением в цепь наводораживания балластного резистора 12, ограничивающего величину тока.
Устройство и его варианты могут эксплуатироваться в мобильном (переносном) и стационарном режимах. В процессе работы электрод сравнения 2 устройства (его вариантов) заглублен в грунт вблизи контрольно-измерительного пункта (КИП), например, до глубины укладки ПС 5, при помощи металлической штанги 9 с рукоятками 10. В мобильном режиме штанга 9 с наконечником 11 и электродом 2 извлекаются после завершения измерений, а в стационарном режиме устройство остается в грунте длительное время, а его контакт(ы) подключаются к контактам КИП. В целях более экономичного использования устройства (его вариантов) при стационарных режимах работы металлическая штанга 9 после установки может быть механически отсоединена от заостренного наконечника 11 с электродом 2 и извлечена из грунта. После этого необходимо контакт(ы) электрода сравнения 2 подключить к КИП. Таким образом, во всех случаях работы электрод сравнения 2 всегда устанавливается вблизи КИП и независимо от режима эксплуатации принцип работы всех вариантов устройств практически одинаков.
По первому варианту (фиг.1) в мобильном режиме электрод сравнения 2 через переключатель 4 подключают к ПС 5 и к одному из контактов измерительного устройства 3, другой контакт которого также подключают к ПС 5. Замыкают переключатель 4 на время (например, 1-5 мин), необходимое для установления на электроде стационарного значения потенциала, что свидетельствует о достаточной степени наводораживания электрода 2. Затем размыкают переключатель 4 и снимают показание вольтметра 3.
При работе с устройством по второму варианту (фиг.2), аналогично работе устройства по первому варианту один конец вольтметра 3 подключают к электроду сравнения 2, а второй - к ПС 5. В мобильном и стационарном режимах переключатель 4 должен быть разомкнут. После установления постоянного стационарного значения потенциала на электроде сравнения 2, установленного в грунт, снимают показание вольтметра 3. Время измерения не ограничено. Для увеличения срока службы устройства при его многолетней эксплуатации переключатель 4 в паузах между измерениями может быть замкнут.
При работе с устройством по третьему варианту (фиг.3), аналогично работе устройств по первому и второму вариантам один контакт вольтметра 3 подключают к электроду сравнения 2, второй к ПС 5, к которому также подключают вспомогательный электрод 8. Через 1-5 мин (время установления постоянного стационарного значения потенциала) после установки устройства в грунт снимают показание вольтметра 3. Время измерения не ограничено. Целесообразно для увеличения надежности и точности измерений в электрическую цепь вспомогательного электрода 8 включить балластный резистор 12, который может быть переменным.
Практическая реализация способа и устройства иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. В соответствии с ГОСТ Р 9.602-2005 (М. Стандартинформ, 2006 г.) на расстоянии 0,5 метров от КИП газопровода был установлен на расчищенный грунт (удален верхний слой, 5-10 см) стандартный электрод сравнения типа ЭНЕС-1, используемый в прототипе, между выводом которого и выводом трубы на КИП был подключен образцовый вольтметр. С противоположной стороны КИП (симметрично) на таком же расстоянии от трубы, на такую же глубину были установлены три устройства по соответствующим трем вариантам заявляемого устройства. Поляризационный потенциал газопровода варьировался от 0.9 до 3 вольт относительно электрода сравнения прототипа путем регулирования выходного напряжения станции катодной защиты (СКЗ). Измерения поляризационного потенциала относительно электрода сравнения прототипа (Еэ) и заявляемых устройств (Еу) проводились в соответствии с ГОСТ через 5 минут после установки их в грунт. При этом выбирали КИП, расположенные на типовых характерных грунтах: глине, песке и болоте. В качестве измерительного устройства 3 (фиг.1-3) использовался мультиметр MY60 с входным сопротивлением 10 мОм. При измерениях с помощью заявленных устройств по варианту 1 (фиг.1) и 2 (фиг.2) переключатель 4 разомкнут.
Результаты измерений и статистической обработки полученных данных приведены в таблице 1.
Таблица №1
Устройства
Характер грунта
Результаты измерений потенциала трубы заявляемыми устройствами и прототипом
Измерения относит. Еэ или Еу
1
2
3
4
5
6
Вариант №1 (фиг.1)
глина
Измерения относит. Еэ
-0,901
-0,987
-1,477
-1,991
-2,475
-2,993
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,907
-1,000
-1,490
-1,985
-2,480
-2,989
песок
Измерения относит. Еэ
-0,910
-0,981
-1,490
-1,991
-2,456
-2,982
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,908
-1,008
-1,491
-1,986
-2,496
-2,998
болото
Измерения относит. Еэ
-0,905
-0,982
-1,477
-1,993
-2,476
-2,995
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,906
-1,000
-1,499
-1,988
-2,498
-2,995
Вариант №2 (фиг.2)
глина
Измерения относит. Еэ
-0,901
-1,010
-1,475
-1,980
-2,460
-2,997
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,900
-0,996
-1,495
-1,998
-2,496
-2,985
песок
Измерения относит. Еэ
-0,905
-1,000
-1,478
-1,974
-2,482
-2,996
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,910
-1,007
-1,491
-1,999
-2,491
-2,984
болото
Измерения относит. Еэ
-0,891
-1,000
-1,496
-1,997
-2,462
-2,980
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,901
-1,003
-1,495
-1,996
-2,486
-2996
Вариант №3 (фиг.3)
глина
Измерения относит. Еэ
-0,909
-1,005
-1,490
-1,975
-2,452
-2,971
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,910
-1,006
-1,493
-1,992
-2,494
-2,995
песок
Измерения относит. Еэ
-0,905
-1,004
-1,501
-1,970
-2,466
-2,963
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,906
-1,003
-1,495
-1,993
-2,488
-2,973
болото
Измерения относит. Еэ
-0,895
-1,003
-1,482
-1,966
-2,455
-2,972
Измерения относит. Еу - 0,580
-0,908
-1,003
-1,501
-1,999
-2,494
-2,993
Отклонение разности потенциалов Δ=Еэ-Еу, В
0,010
0,005
0,006
0,007
0,024
0,018
Константа приведения измеряемых величин поляризационного потенциала с помощью медно-сульфатного электрода (типа ЭНЕС-1) и электрода сравнения в заявляемых устройствах, установленная из справочных материалов, равная 0,580, вычиталась из измеряемых значений потенциалов контролируемой трубы с помощью заявляемых устройств для приведения их к одной шкале. В последней строке таблицы приведены максимальные значения отклонений разности потенциалов Δ=Еэ-Еу, находящиеся в пределах опытной ошибки. Их величины настолько незначительны, что ими можно пренебречь. Из таблицы 1 следует, что во всех рассматриваемых случаях предлагаемое устройство сохраняет работоспособность.
Пример 2. Проверка точности (стабильности).
Испытания проводились в лабораторных условиях. В ванну с сухим песком с влажностью 10% (на расстоянии друг от друга 20 см были установлены на глубину 5 см электрод сравнения, используемый в прототипе, и заявляемое устройство по варианту 2 без переключателя 4. Собственные потенциалы сравниваемых электродов измерялись ежемесячно относительно образцового ЭНЕС-1, установленного между испытуемыми электродами с помощью вольтметра 3 в течение 14 месяцев. Влажность на уровне 10% поддерживалась путем укрывания ванны с электродами полиэтиленом и добавлением влаги при необходимости. Влажность контролировалась по изменению веса отобранного из ванны песка до и после высушивания. В течение 14 месяцев испытуемые электроды находились в одном и том же положении, а образцовый ЭНЕС-1 устанавливался в ванну только на время измерений (до 1-й мин) один раз в месяц. Кроме того, он хранился по инструкции в условиях, исключающих вытекание из него электролита.
Из результатов обработки данных, приведенных в таблице 2, следует, что через 2 месяца погрешность (нестабильность) потенциала испытуемого электрода сравнения прототипа (Е1э) начинает падать и через 4 месяца достигает почти 0,300, что делает его непригодным для измерений. В тех же условиях погрешность потенциала электрода сравнения заявляемых устройств (E1y) остается в пределах опытной ошибки, не зависит от времени и носит стационарный (случайный) характер, что говорит о его более высокой временной стабильности (точности).
Таблица 2
Потенциалы электродов
Время измерения, месяц
1
2
3
4
5
14
Потенциалы электрода сравнения прототипа Е1э, В
0,000
0,002
0,020
0,289
-
-
Потенциалы электрода устройства (вариант 2), E1y, В
-0,581
-0,596
-0,587
-0,570
-0,570
-0,587
При этом во всем диапазоне временного интервала измерений 14 месяцев потенциал электрода сравнения заявляемого устройства принимает значения:
Еу=Еср±σ=-0,581±0,002,
где Еср - среднее значение потенциала электрода сравнения заявляемого устройства, σ - средне квадратичное отклонение.
Заметим, что через 14 месяцев заявляемое устройство было извлечено из грунта, очищено от грунта и ржавчины и взвешено. Разность между первоначальным и конечным весом составляла 2,5%, что позволяет прогнозировать срок безотказной работы порядка десятилетий.
Приведенные примеры практической реализации заявляемых способа и устройства (его вариантов) показывают, что их использование позволит повысить точность измерений, за счет исключения погрешностей измерений, которые возникают вследствие естественной убыли электролита.