Испытание устройства для проверки правильности показаний хлорсеребряных электродов сравнения

В последние годы Министерством транспорта РФ вдоль трассы СМП созданы МСКЦ в Диксоне и МСПЦ в Тикси и Певеке, однако указанные морские спасательные центры не обеспечены работой базовых станций ОВЧ-, СЧ- и ВЧ-диапазонов волн. Вдоль трассы СМП на побережье Северного Ледовитого океана отсутствуют береговые радиоцентры.

На основании вышеизложенного следует, что для повышения эффективности мореплавания на трассах СМП необходимо:

- оснастить побережье Северного Ледовитого океана пунктами передачи ИБМ системы НАВТЕКС и береговыми ВЧ-станциями;

- оснастить трассы СМП базовыми станциями МР А1, А2 ГМССБ, имеющими надежную связь с МСКЦ и МСПЦ.

Литература

1. Судовая радиосвязь: Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ / В.Ю. Резников, Ю.М. Устинов, А.А. Дуров, Д.А. Бакеев, В С. Кан. - СПб.: Судостроение, 2002. - 480 с.

2. Цифровые терминалы спутниковых систем связи. Справочное издание / А.А. Ильин, А Н. Маринич, А.В. Припотнюк, Ю.М. Устинов. - СПб.: Деан, 2005. - 192 с.

3. Решетняк С.В. Теоретические основы оценки изучения рельефа дна арктических морей (Северный морской путь) по критерию навигационно-гидрографической безопасности: дис. ... д-ра техн. наук. - СПб., 2009. - 202 с.

4. Основные направления модернизации морской ВЧ-радиосвязи / А.И. Кулинич, А.Н. Маринич, А.В. Припотнюк, Ю.М. Устинов // Науч. техн. сб. Российского морского регистра судоходства. - 2012. - № 35. - С. 136-141.

5. List of coast stations. International telecommunication Union. 17th edition. Geneva. 2000. -URL: http://www.itu.int/itunews/issue/2000/06/official.html.

6. Стратегическая роль Арктики и Северного морского пути и целесообразность модернизации судовых ВЧ-радиостанций / А.И. Кулинич, А.Н. Маринич, А.В. Припотнюк, Ю.М. Устинов // Науч. техн. сб. Российского морского регистра судоходства. - 2012. - № 35. - С. 142-158.

7. List of coast stations and special service stations. International telecommunication Union. 1-st edition. Radiocommunication Bureau. Geneva. 2011. - URL: http://www.itu.int/pub/R-SP-LM.IV.

УДК 620.19:629.5.023

В.А. Швецов1, П.А. Белозёров2, Н.В. Адельшина3, В.А. Кирносенко4, О.А. Белавина1

1Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;

2Министерство обороны РФ, Петропавловск-Камчатский, 683000;

3Восточный военный округ Министерства обороны РФ, Петропавловск-Камчатский, 683000;

4ОАО «Камчатскэнерго», Петропавловск-Камчатский, 683030 e-mail: oni@kamchatgtu.ru

ИСПЫТАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ПРАВИЛЬНОСТИ ПОКАЗАНИЙ ХЛОРСЕРЕБРЯНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ СРАВНЕНИЯ

В статье приводятся результаты испытаний устройства для проверки правильности показаний электродов сравнения. Разработанное авторами устройство для проверки правильности показаний хлорсереб-ряных электродов сравнения использовалось для контроля системы электрохимической защиты корпуса пассажирского судна «Василий Завойко». В процессе испытаний измеряли разность потенциалов между различными электродами сравнения. Полученные результаты подвергали статистической обработке. Результаты исследований показали, что применение разработанного авторами устройства для проверки правильности показаний хлорсеребряных электродов сравнения на судне «Василий Завойко» не вызвало затруднений у экипажа. Следовательно, данное устройство может быть использовано на любых кораблях и судах, что позволит экипажам осуществлять оперативный контроль состояния системы защиты стальных корпусов судов и кораблей. Результаты этого контроля позволят своевременно направлять суда и корабли в док, что приведет к снижению стоимости судоремонтных работ и сроков их выполнения.

Ключевые слова: коррозия стальных корпусов кораблей и судов, электрохимическая защита корпуса судна от коррозии, измерения защитного потенциала корпуса судна, электрод сравнения, методика измерения потенциала стальных корпусов кораблей и судов.

V.A. Shvetsov1, P.A. Belozerov2, N.V Adelshina3, V.V. Kirnosenko4 O.V. Belavina1 ^Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003; 2Ministry of Defence of the Russian Federation, Pet-ropavlovsk-Kamchatsky, 683000; 3Eastern military region of the Ministry of Defence of the Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683000; 4Open joint-stock company «Kamchatskenergo», Petropavlovsk-Kamchatsky, 683030) Test of device used for indications validation of silver chloride reference electrodes

The article provides a test device to check the readings of reference electrodes. The electrodes are used to control the system of electrochemical protection body of the passenger vessel. During the test, the potential difference measured between electrodes comparison. The device for indications validation of silver chloride reference electrodes elaborated by the authors was used for system check of hull's electrochemical protection of passenger ship «Vasily Zavoiko». During tests potential difference between different reference electrodes was measured. The results obtained were subjected to statistical analysis. Research results showed that the application of the device elaborated by the authors for indications validation of silver chloride reference electrodes on board of the ship «Vasily Zavoiko» had not caused difficulties for the crew. Therefore, this device can be used on any ships and vessels. It will make possible for the crews to exercise online monitoring of protection system state of steel ships and vessels hulls. The results of this monitoring will enable to guide ships and vessels to the dock timely. It will reduce the cost of ship repair activities and their due dates.

Key words: corrosion of ships and vessels steel hulls, electrochemical protection of ship's hull from corrosion, protective potential measurements of the ship's hull, reference electrode, method of measuring the potential of ships and vessels steel hulls.

DOI: 10.17217/2079-0333-2015-31-47-55

Коррозия стальных корпусов кораблей и судов - одна из главных причин износа судов, снижения их прочности и безопасности [1-3]. Предупреждение преждевременного износа корпуса судна (корабля) является повседневной задачей экипажа [4, 5]. Для защиты от коррозии на кораблях и судах используют системы электрохимической защиты (катодные и протекторные), которые должны обеспечить необходимый (минус 0,85 В) защитный потенциал корпуса судна [4, 6]. Согласно нормативным документам (НД) [4, 5], при эксплуатации систем электрохимической защиты необходимо периодически измерять потенциал корпуса судна с помощью переносного милливольтметра и переносного хлорсеребряного электрода сравнения (ХСЭ). Однако эти требования на кораблях и судах камчатского флота не выполняются [7, 8]. Одной из причин невыполнения экипажем своих обязанностей является отсутствие на судах устройства для проверки правильности показаний хлорсеребряных электродов сравнения. Следовательно, необходимо разработать и испытать такое устройство.

Согласно НД [7] «работоспособность электродов сравнения проверяют измерением стационарного потенциала корпуса объекта при отключенной системе защиты». Значение стационарного потенциала стальных корпусов в воде различной солености должно составлять при исправных электродах сравнения минус 0,5 - минус 0,7 В. Однако эта методика не может быть использована на рыбопромысловых судах, так как на них используют короткозамкнутую протекторную защиту, которую невозможно отключить.

Авторы работы [6] считают, что потенциал ХСЭ меняется со временем, поэтому «его необходимо часто проверять по только что приготовленным электродам или по каломельному электроду». Эти рекомендации использованы в НД [5]. Согласно НД [5] «один раз в год следует проверять правильность показаний ХСЭ относительно эталонного ХСЭ, хранящегося на базе, или по другим однотипным электродам».

Проверку ХСЭ выполняют следующим образом [5]:

- проверяемый ХСЭ подключают к клемме милливольтметра (например, М-1109), другая клемма милливольтметра подключается к эталонному ХСЭ;

- оба электрода помещаются в сосуд с морской водой или в 3%-ный раствор хлористого натрия;

- разность потенциалов между эталонным и проверяемым электродами должна быть не более 20 мВ;

- при большей разности потенциалов электрод должен быть заменен новым.

Эта методика не используется на рыбопромысловых судах, так как они не обеспечены эталонными ХСЭ. Срок доставки ХСЭ на судно (от завода-изготовителя) составляет более двух месяцев. Необходимо разработать и испытать устройство для проверки правильности показаний ХСЭ, применение которого не вызовет организационных, финансовых и технических затруднений у экипажей рыбопромысловых судов.

Цель исследования - испытание устройства для проверки правильности показаний ХСЭ, использование которого на судах и кораблях не вызовет организационных, финансовых и технических затруднений у экипажей.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

а) произвести измерения разности потенциалов между различными электродами сравнения, в том числе ХСЭ;

б) оценить метрологические характеристики результатов проверки правильности показаний ХСЭ.

Эксперименты и их обсуждение

Для достижения поставленной цели нами было разработано устройство для проверки правильности показаний ХСЭ. В этом устройстве не используется эталонный ХСЭ. Вместо него используют контрольные электроды, выполненные в виде судовых электроугольных изделий. Применение данного устройства освобождает экипаж судна от постоянной закупки эталонных ХСЭ.

Конструкция предлагаемого устройства приведена на рисунке. Устройство содержит сосуд 1, выполненный из диэлектрического материала, заполненный 3%-ным раствором хлористого натрия или морской водой 2. На поверхности раствора размещен поплавок 3, выполненный из пенопласта. Поплавок 3 с помощью фиксирующих устройств 4 удерживает на плаву контрольные электроды 5 и 7, выполненные в виде электроугольных изделий, и проверяемый хлорсеребряный электрод 6. Разность потенциалов между проверяемым хлорсеребряным электродом 6 и контрольными электродами 5 и 7 измеряется с помощью милливольтметра 10. Электроды 5 и 7 подключаются к милливольтметру 10 поочередно с помощью выключателей 8 и 9.

Однако внедрение предлагаемого нами устройства на судах и кораблях невозможно без предварительного испытания с использованием применяемых на судах электродов сравнения.

Для того чтобы провести испытания устройства для проверки правильности показаний ХСЭ выполнили следующие эксперименты. Сначала измеряли разность потенциалов между эталонным ХСЭ и проверяемым ХСЭ по методике [5]. При этом использовали электроды марки ЭСО-01, изготовленные Гомельским заводом измерительных приборов. Проверяемый ХСЭ использовался нами на пассажирском судне «Василий Завойко» в течение одного месяца. Эталонный ХСЭ ранее не использовался. В качестве милливольтметра использовали цифровой мультиметр иТ203. Для обеспечения достоверности результатов эксперимента использовали представительную выборку измерений разности потенциалов (50 измерений). Результаты измерений и необходимых [9] расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерения разности потенциалов между эталонным и проверяемым хлорсеребряными электродами

№ измерения Значение разности потенциалов, мВ, Относительное расхождение 2-100|С -С| , ' С , % \с. + С Среднее значение двух параллельных измерений

Спр, мВ Спр - Сс, мВ

1 3,0 0,0 3,0 0,0

2 2,9 3,4

3 3,0 0,0 3,0 0,0

4 3,0 0,0

5 2,9 3,4 3,0 0,0

6 3,0 0,0

7 3,0 0,0 3,0 0,0

8 2,9 3,4

9 3,0 0,0 3,0 0,0

10 3,0 0,0

11 2,9 3,4 3,0 0,0

12 3,0 0,0

13 3,0 0,0 3,0 0,0

14 3,0 0,0

15 3,0 0,0 3,0 0,0

16 3,0 0,0

17 3,0 0,0 3,0 0,0

18 3,0 0,0

19 3,1 3,4 3,1 0,1

20 3,0 0,0

21 3,0 0,0 3,0 0,0

22 3,0 0,0

23 3,0 0,0 3,0 0,0

24 2,9 3,4

25 3,0 0,0 3,0 0,0

26 3,0 0,0

27 3,0 0,0 3,1 0,1

28 3,1 3,4

29 3,0 0,0 3,0 0,0

30 3,0 0,0

31 3,0 0,0 3,0 0,0

32 3,0 0,0

33 3,0 0,0 3,1 0,1

34 3,1 3,4

35 3,1 3,4 3,1 0,1

36 3,0 0,0

37 3,0 0,0 3,0 0,0

38 3,0 0,0

39 3,0 0,0 3,0 0,0

40 3,0 0,0

41 3,0 0,0 3,0 0,0

42 3,0 0,0

43 2,9 3,4 3,0 0,0

44 3,1 3,4

45 3,0 0,0 3,0 0,0

46 3,0 0,0

47 3,0 0,0 3,0 0,0

48 3,0 0,0

49 3,0 0,0 3,0 0,0

50 3,0 0,0

Среднее значение Сс 3,0

Дисперсия Б2 0,02

Стандартное отклонение Б 0,04

Коэффициент вариации V, % 1,6

Результаты исследований, приведенные в табл. 1, показали, что методика [5] проверки правильности показаний проверяемого ХСЭ является достаточно точной, так как значение коэффициента вариации невелико (V = 1,6%). Для ее реализации достаточно использовать два параллельных измерения разности потенциалов.

Затем оценили метрологические характеристики результатов проверки того же ХСЭ (ЭСО-01) с помощью графитового электрода [9]. В этих экспериментах также использовались представительные выборки результатов измерений (50 измерений). Измерения проводились в одних и тех же условиях на судне «Василий Завойко». В качестве милливольтметра также использовали цифровой мультиметр иТ 203. Результаты экспериментов и необходимых [9] расчетов приведены в табл. 2.

Из результатов исследований (табл. 2) следует, что разработанное нами устройство для проверки правильности показаний ХСЭ не уступает по точности НД [5], так как коэффициент вариации находится в низком интервале значений V = 0,5^1,0%.

Для реализации предлагаемой нами методики также достаточно использовать два параллельных измерения разности потенциалов.

Затем для всех серий результатов экспериментов проверили по методике [11] гипотезу о соответствии распределения результатов измерения разности потенциалов нормальному закону. Для этого вычислили значение установленного НД [11] критерия й по формуле:

п

У С - С I

й = -,

где 5"* - смещенное среднее квадратичное отклонение, вычисляемое по формуле:

5 * =

У (С, - Сс )2

Таблица 2

Значения результатов измерения разности потенциалов между хлорсеребряным и графитовым электродами

,=1

п

№ Значение разности потенциалов, мВ, С Относительное расхождение 2 • 100|С - С| 0/ С + С ' 0 Среднее значение двух параллельных измерений

измерения Спр, мВ Спр - Сс, мВ

1 74 1,3 75 0

2 75 0

3 74 1,3 75 0

4 75 0

5 75 0 76 1

6 76 1,3

7 75 0 75 0

8 75 0

9 75 0 75 0

10 74 1,3

11 75 0 75 0

12 75 0

13 74 1,3 76 1

14 76 1,3

15 75 0 75 0

16 75 0

17 73 2,6 73 2

18 73 2,6

19 75 0 75 0

20 75 0

21 75 0 75 0

22 75 0

23 75 0 75 0

24 74 1,3

Окончание табл. 2

№ измерения Значение разности потенциалов, мВ, Относительное расхождение 2 • 100|С - С| 0/ Среднее значение двух параллельных измерений

—1—--1—-, % \с. + С Спр, мВ Спр - Сс, мВ

25 75 0 75 0

26 75 0

27 76 1,3 76 1

28 75 0

29 75 0 75 0

30 75 0

31 75 0 75 0

32 75 0

33 74 1,3 75 0

34 75 0

35 77 2,6 77 2

36 75 0

37 75 0 77 2

38 77 2,6

39 75 0 75 0

40 74 1,3

41 75 0 75 0

42 75 0

43 74 1,3 74 1

44 74 1,3

45 74 1,3 75 0

46 75 0

47 75 1,3 76 1

48 76 0

49 75 0 75 0

50 75 0

Среднее значение Сс 75

Дисперсия 52 0,59

Стандартное отклонение 5 0,77

Коэффициент вариации V, % 1,0

Затем, исходя из требованиий НД [11], проверили результаты измерений на соответствие их нормальному закону распределения, используя второй критерий, согласно которому считают, что результаты измерений соответствуют нормальному закону распределения, если не более т разностей (Ci - Сс) превысили значение (где - среднеквадратическое отклонение, Хр/2 -

верхний квантиль распределения нормированной функции Лапласа, соответствующий вероятности Р/2).

Значения вероятности Р определяли в соответствии с выбранным уровнем значимости д2,% и числом результатов измерений п согласно НД [11]. Так как для всех серий результатов измерений, полученных с помощью разных электродов сравнения, п = 50, то т = 2, а Р = 99% для уровня значимости д2 = 1%. Следовательно, для каждой выборки результатов измерений разность (С, - Сс) не должна превышать значение Хр/2 • 5 более двух раз, при этом Хр/2 = 2,58.

Проверили, сколько разностей во всех сериях измерений (С, - Сс) превышают допустимое значение Zp/2 • 5. Результаты проверки представлены в табл. 3.

Таблица 3

Проверка распределения результатов измерений разности потенциалов между различными электродами на соответствие нормальному закону

№ измерения Расчетные характеристики результатов измерений между проверяемым ХСЭ и электродом №:

1

С1 Сс С1 Сс »/2 ' 54

1 0 0,11 -1 1,21

2 0,1 0

3 0 -1

Окончание табл. 3

№ измерения Расчетные характеристики результатов измерений между проверяемым ХСЭ и электродом №:

1

Сс 2р/2 • Сс 2р/1 • >?4

4 0 0

5 0,1 0

6 0 1

7 0,0 0

8 0,1 0

9 0 0

10 0 -1

11 0,1 0

12 0 0

13 0 -1

14 0 1

15 0 0

16 0 0

17 0 -2

18 0 -2

19 0,1 0

20 0 0

21 0 0,11 0 1,21

22 0 0

23 0 0

24 0,1 -1

25 0 0

26 0 0

27 0 1

28 0,1 0

29 0 0

30 0 0

31 0 0

32 0 0

33 0 -1

34 0,1 0

35 0,1 2

36 0 0

37 0 0

38 0 2

39 0 0

40 0 -1

41 0 0

42 0 0

43 0,1 -1

44 0,1 -1

45 0 -1

46 0 0

47 0 -1

48 0 0

49 0 0

50 0 0

Из результатов, приведенных в табл. 3, следует, что разность (С, - Сс) во всех сериях измерений не превышает допустимого [10] значения. Таким образом, еще раз показано, что распределение результатов измерений во всех сериях эксперимента соответствует нормальному закону. Если в результатах измерений отсутствуют промахи, то в этом случае допустимо использование любого электрода сравнения.

Для выявления промахов использовали критерий Граббса [10], предполагая, что наибольший Стах или наименьший Стт результат измерений вызван грубыми погрешностями.

Результаты обработки значений разности потенциалов между электродами с целью выявления промахов измерений приведены в табл. 4.

Таблица 4

Значения критерия Граббса для результатов измерений разности потенциалов между проверяемым ХСЭ и контрольными электродами

Расчетные значения критерия Граббса и 02 для результатов измерений, полученных с помощью контрольного электрода №: GT, табличное допустимое значение для уровня значимости 1%

1 (эталонный ХСЭ) 3 (графитовый) 3,381

C - с I ^nf 1 max c | 1 S с - с G _ \ c 2 S C - с I ^-^т 1 max c | 1 S с - с G _ \ c 2S

2,5 2,5 2,59 2,59

Из результатов расчетов, приведенных в табл. 4, следует, что во всех случаях G1 < GT и G2 < GT. Следовательно, Cmax и Cmm в каждой серии измерений не являются промахами. Поэтому для контроля правильности показаний ХСЭ можно использовать любой из предлагаемых нами электродов сравнения.

Затем результаты измерений разности потенциалов между электродами (табл. 1-4) подвергли дополнительной статистической обработке [11]. При сравнении дисперсий по критерию Кох-рена установили их однородность, так как

Gimax = S2max/(Si2+ S22+ S42) = 0,59/(0,22+0,59+0,02+0,46) = 0,46 < 0,47.

Следовательно, прецизионность результатов проверки правильности показаний ХСЭ не зависит от типа электрода.

Заключение

Испытание устройства для проверки правильности показаний ХСЭ показало, что результаты измерений отличаются высокими метрологическими характеристиками. Использование устройства не вызывает затруднений у экипажа судна. Применение этого устройства позволит экипажам судов и кораблей осуществлять оперативный контроль состояния системы защиты стальных корпусов кораблей и судов от коррозии.

Литература

1.Марткович А.М. Борьба с коррозией корпуса судна. - М.: Морской транспорт, 1955. - 170 с.

2. Зобочев Ю.Е., Солинская Э.В. Защита судов от коррозии и обрастания. - М.: Транспорт, 1984. - 174 с.

3. Максимаджи А.И., Беленький Л.М., Бринер А.С. Оценка технического состояния корпусов морских судов. - Л.: Судостроение, 1982. - 156 с.

4. ГОСТ 9.056-75. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме [Электронный ресурс]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200015017. (Дата обращения 17.02.2015).

5. Руководство по защите корпусов подвесных кораблей ВМФ от коррозии и обрастания. -М.: Военное изд-во, 1984. - 351 с.

6. Улиг Г. Т., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней. - Л.: Химия, 1989. - 454 с.

7. Обоснование способа выбора контрольных точек для измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозёров, В.А. Швецов, О.А. Белавина, Д.В. Шунь-кин, Д.В. Коростылёв, В.А. Пахомов, С.А. Малиновский // Вестник КамчатГТУ. - 2014. -№ 28. - С. 6-11.

8. Совершенствование методики измерения защитного потенциала стальных корпусов кораблей и судов / П.А. Белозёров, В.А. Швецов, А.А. Луценко, О.А. Белавина // Вестник АГТУ. Серия Морская техника и технология. - 2014. - № 4. - С. 7-12.

9. Смагунова А.Н. Алгоритмы оперативного и статического контроля качества работы аналитической лаборатории / А.Н. Смагунова, Е.И. Шмелева, В.А. Швецов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 60 с.

10. ГОСТ Р 8.736-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. Издание официальное. - М.: Стандартинформ, 2013. - 24 с.

11. Смагунова А.Н. Методы математической статистики в аналитической химии / А.Н. Сма-гунова, О.М. Карпукова. - Ростов н/Д.: Феникс, 2012. - 346 с.