ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области защиты от коррозии и может быть использована для определения коррозионного состояния подземных трубопроводов и оценки эффективности их защиты.
Известны датчики скорости коррозии подземных металлических сооружений, представляющие собой гибкую печатную плату на полиэтиленовой подложке, где чувствительным элементом служит полоска стальной фольги шириной 10 мм, толщиной 0,1 мм и общей длиной 7 м. (Ю.Н.Михайловский, А.И.Маршаков, В.Э.Игнатенко, М.А.Петрушин, Н.А.Петров, В.М.Буховцев. Контроль коррозионного состояния подземных трубопроводов с помощью резисторных датчиков. «Защита металлов», том 36, №6, с.636-641, М., 2000).
Основными недостатками этих датчиков являются низкая точность измерения, невысокая надежность и зависимость измерений от температуры грунта.
Известен блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений, который содержит не менее трех индикаторов скорости коррозии различной толщины (0.3 мм, 0,4 мм, 0,5 мм) и шириной не более 2-х мм, присоединенных одним концом к контрольной (контактной) пластине. Индикаторы и контрольная пластина изготовлены из того же материала, что и подземные металлические сооружения (трубопроводы). Индикаторы расположены на расстоянии не менее 3-х мм друг от друга. К контрольной пластине и противоположным концам индикаторов присоединены контрольные проводники с указателями толщины индикаторов скорости коррозии. Внутренняя поверхность индикаторов скорости коррозии изолирована антикоррозионным покрытием. Блок индикаторов скорости коррозии и контрольная пластина вмонтированы в диэлектрический корпус. Контрольная пластина присоединена к подземному металлическому сооружению (трубопроводу). Путем периодического измерения электропроводимости цепи между трубопроводом и каждым из индикаторов скорости коррозии определяется момент разрушения индикаторов (патент РФ №2161789, кл. G01N 17/00, 27/30, 2001 г. «Блок индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений»).
Основными недостатками блока индикаторов скорости коррозии подземных металлических сооружений являются невозможность определения скорости коррозии подземного металлического сооружения (трубопровода), так как не приведены расчетные соотношения по связи моментов разрушения единичных индикаторов и скорости коррозии подземных металлических сооружений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений, который содержит диэлектрический корпус с вмонтированной в него контактной пластиной. К контактной пластине присоединены одним концом единичные индикаторы из того же материала, что и подземные металлические сооружения, а другие концы этих индикаторов закреплены в противоположной стороне корпуса. К единичным индикаторам и к контактной пластине присоединены одним концом контрольные проводники, на других концах которых расположены указатели единичных индикаторов. (Свидетельство на полезную модель РФ №33229, кл. G01N 17/00, 2003 г. «Датчик скорости коррозии подземных металлических сооружений»).
Недостатком датчика скорости коррозии подземных металлических сооружений является низкая точность измерения, невысокая надежность и зависимость измерений от температуры грунта.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения, снижение зависимости измерений от температуры грунта, повышение надежности работы устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в индуктивном датчике коррозии подземных трубопроводов, содержащем диэлектрический корпус, с вмонтированным измерительным модулем, выполненным из того же материала, что и подземный трубопровод, контрольные проводники, измерительный модуль выполнен в виде магнитопровода переменного сечения с расположенными на нем входной и выходной обмотками, и в устройство дополнительно введены генератор линейно-изменяющегося напряжения, перемножитель, усилитель тока, делитель напряжения, операционный усилитель с резисторами в прямой и обратной связях, первый и второй блоки сравнения, компаратор, электронный ключ, элемент памяти начального значения коррозии, элемент памяти текущего значения коррозии, блок опорного напряжения и блок управления, причем первый выход блока управления подсоединен к входу генератора линейно-изменяющегося напряжения, а второй выход к размагничивающему входу усилителя тока, выход генератора линейно-изменяющегося напряжения подсоединен к первому и второму входам перемножителя, выход которого подсоединен к информационному входу усилителя тока, выход усилителя тока подсоединен к входной обмотке, расположенной на магнитопроводе измерительного модуля, выходная обмотка подсоединена к прямому входу операционного усилителя непосредственно, а к инверсному входу через резистор в прямой связи операционного усилителя, резистор в обратной связи подсоединен к инверсному входу и выходу операционного усилителя, выход генератора линейно-изменяющегося напряжения через делитель напряжения подсоединен к информационному входу электронного ключа и первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подсоединен к выходу операционного усилителя, выход первого блока сравнения подсоединен к первому входу компаратора, второй вход которого подсоединен к блоку опорного напряжения, выход компаратора подсоединен к управляющему входу электронного ключа, первый вход второго блока сравнения подсоединен к выходу элемента памяти начального значения коррозии, второй вход второго блока сравнения подсоединен к выходу элемента памяти текущего значения коррозии, вход которого подсоединен к выходу электронного ключа.
На фиг. представлена структурная схема индуктивного датчика коррозии подземных трубопроводов.
Индуктивный датчик коррозии подземных трубопроводов содержит диэлектрический корпус 1 с вмонтированным измерительным модулем 2, выполненным в виде магнитопровода переменного сечения из того же материала, что и подземный трубопровод, контрольные проводники 3, входную 4 и выходную 5 обмотки, расположенные на магнитопроводе измерительного модуля 2, генератор линейно-изменяющегося напряжения 6, перемножитель 7, усилитель тока 8, делитель напряжения 9, операционный усилитель 10 с резисторами в прямой 11 и обратной 12 связях, первый блок сравнения 13, второй блок сравнения 14, компаратор 15, электронный ключ 16, элемент памяти начального значения коррозии 17, элемент памяти текущего значения коррозии 18, блок опорного напряжения 19 и блок управления 20, причем первый выход блока управления 20 подсоединен к входу генератора линейно-изменяющегося напряжения 6, а второй выход к размагничивающему входу усилителя тока 8, выход генератора линейно-изменяющегося напряжения 6 подсоединен к первому и второму входам перемножителя 7, выход которого подсоединен к информационному входу усилителя тока 8, выход усилителя тока 8 подсоединен к входной обмотке 4, расположенной на магнитопроводе измерительного модуля 2, выходная обмотка 5 подсоединена к прямому входу операционного усилителя 10 непосредственно, а к инверсному входу через резистор в прямой связи 11 операционного усилителя 10, резистор в обратной связи 12 подсоединен к инверсному входу и выходу операционного усилителя 10, выход генератора линейно-изменяющегося напряжения 6 через делитель напряжения 9 подсоединен к информационному входу электронного ключа 16 и первому входу первого блока сравнения 13, второй вход которого подсоединен к выходу операционного усилителя 10, выход первого блока сравнения 13 подсоединен к первому входу компаратора 15 второй вход которого подсоединен к блоку опорного напряжения 19, выход компаратора 15 подсоединен к управляющему входу электронного ключа 16, первый вход второго блока сравнения 14 подсоединен к выходу элемента памяти начального значения коррозии 17, второй вход второго блока сравнения 14 подсоединен к выходу элемента памяти текущего значения коррозии 18, вход которого подсоединен к выходу электронного ключа 16.
Индуктивный датчик коррозии подземных трубопроводов работает следующим образом.
Диэлектрический корпус 1 индуктивного датчика коррозии подземных трубопроводов, который является герметичным и в котором размещены все электронные элементы с вмонтированным измерительным модулем 2, помещается в грунт. При этом часть измерительного модуля 2, на которой размещены входная 4 и выходная 5 обмотки расположена в герметичном диэлектрическом корпусе 1 и не подвержена коррозии, а другая часть размещена вне диэлектрического корпуса 1. Эта часть, выполненная в виде магнитопровода переменного сечения из того же материала, что и подземный трубопровод, непосредственно контактирует с грунтом и подвержена коррозии. Контактирующая с грунтом часть измерительного модуля 2 располагается вдоль защищаемого трубопровода.
Блок управления 20 по заданной программе обеспечивает полный цикл работы индуктивного датчика коррозии подземных трубопроводов.
Перед измерением на входную 4 обмотку через усилитель тока 8 от блока управления 20 подается команда на размагничивание магнитопровода измерительного модуля 2. Затем блок управления 20 производит запуск генератора линейно-изменяющегося напряжения 6, который формирует линейное нарастающее напряжение на своем выходе. По этому напряжению перемножитель 7 формирует квадратичную зависимость от линейно-изменяющегося напряжения, по которой усилитель тока 8 формирует форму протекающего через входную 4 обмотку электрического тока. При нарастании тока в магнитопроводе формируется магнитный поток, причем характер изменения магнитного потока зависит от насыщения магнитопровода измерительного модуля 2. На начальном участке нарастания магнитного потока, пока магнитопровод измерительного модуля 2 не насыщен, магнитный поток пропорционален нарастающему во входной обмотке 4 току, то есть имеет квадратичную от времени нарастания зависимость. При достижении насыщения магнитопровода скорость нарастания магнитного потока резко падает, и его величина практически остается постоянной. В связи с тем, что величина насыщения магнитопровода зависит от его сечения, причем эта зависимость прямо пропорциональна, можно оценить текущее значение сечения контактирующей с грунтом части измерительного модуля 2.
В свою очередь текущее значение сечения контактирующей с грунтом части измерительного модуля 2 определяется как разность начального значения сечения и сечения, которое подверглось коррозии на данный момент времени. В результате по скорости нарастания магнитного потока можно оценить величину коррозии. Для измерения скорости нарастания магнитного потока используется выходная 5 обмотка, расположенная на магнитопроводе измерительного модуля 2. В этой обмотке под действием нарастающего магнитного поля наводится электродвижущая сила, величина которой определяется как производная от значения протекающего магнитного потока, то есть при квадратичном характере нарастания магнитного потока, электродвижущая сила будет иметь линейно нарастающий характер. В результате при правильных подборах коэффициентов передачи задействованных элементов характер изменения электродвижущей силы на этапе, пока не достигнуто насыщение магнитопровода измерительного блока 2, будет соответствовать характеру изменения напряжения на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения 6. При достижении насыщения магнитопровода магнитный поток нарастает слабо, его производная по времени мала и величина электродвижущей силы стремится к нулю.
Значение электродвижущей силы усиливается операционным усилителем 10 и сравнивается во времени со значением напряжения от генератора линейно-изменяющегося напряжения 6 на первом блоке сравнения 13. Пока магнитопровод не насыщен, эти значения близки между собой и на выходе первого блока сравнения 13 напряжение близко к нулю. При достижении насыщения магнитопровода измерительного блока 2, на выходе первого блока сравнения 13 напряжение резко возрастает и превышает напряжение, установленное блоком опорного напряжения 19. В результате срабатывает компаратор 15, который открывает электронный ключ 16, и текущее значение напряжения генератора линейно-изменяющегося напряжения 6 записывается в элемент памяти текущего значения коррозии 18. Это значение сравнивается на втором блоке сравнения 14 с напряжением, соответствующем напряжению, устанавливаемому при изготовлении датчика и пропорциональному исходному значению магнитопровода измерительного блока 2. Это значение формируется элементом памяти начального значения коррозии 17.
В результате на контрольных проводниках 3 формируется напряжение, пропорциональное площади сечения контактирующей с грунтом части измерительного модуля 2, которая подверглась коррозии.
Эта площадь определяется как разность начального значения сечения и сечения, которое подверглось коррозии на данный момент времени, что позволяет оценить величину коррозии.
Делитель напряжения 9, резисторы в прямой 11 и обратной 12 связях операционного усилителя 10 предназначены для начальной установки коэффициентов передачи задействованных элементов для настойки пропорциональности изменения электродвижущей силы на этапе, пока не достигнуто насыщение магнитопровода и напряжения на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения 6.
Таким образом, индуктивный датчик коррозии подземных трубопроводов обеспечивает повышение точности измерения, снижение зависимости измерений от температуры грунта, повышение надежности работы устройства.