УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ОТСЛАИВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ КАТОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Полезная модель относится к определению адгезионной способности изоляционных покрытий и может быть использована для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации.
Известна установка, предназначенная для осуществления способа определения площади отслаивания при катодной поляризации, указанного в ГОСТ Р 51164 (приложение В). Установка включает в себя вольтметр постоянного тока, провода монтажные, выпрямитель переменного тока, реостат, резистор. При испытании с инертным анодом образец подключают к отрицательному полюсу источника тока. Инертный электрод соединяют последовательно с эталонным сопротивлением (1 Ом), реостатом и положительным полюсом источника тока. Вольтметр подключают параллельно эталонному сопротивлению. Управляя реостатом, устанавливают по показателям вольтметра потенциал на образце минус (1,5±0,05) В. Далее вольтметр отключают и фиксируют время начала испытаний. Образцы выдерживают в растворе электролита под действием наложенного катодного тока в течение 30 дней при температуре 291-295 К (18-22°С) и 30 или 7 дней (по требованию заказчика) при более высокой температуре, например, 333 К (60°С), 353 К (80°С) или 370 К (97°С). Выбор температуры испытаний определяется максимальной температурой эксплуатации покрытия. Испытания при повышенной температуре проводят в электронагревательном шкафу с поддержанием требуемой температуры. Уровень электролита при этом следует контролировать не реже одного раза в сутки. Периодически через каждые 7 дней испытаний производят замену раствора электролита. Для этого подачу напряжения на образцы прекращают, электролит выливают, емкость и образцы промывают дистиллированной водой, заливая ее 2-3 раза и взбалтывая. Затем заливают свежий 3%-ный раствор NaCl. По окончании испытаний образец с покрытием демонтируют, промывают водой и вытирают ветошью. Площадь отслоившегося участка покрытия оголяют, осторожно поддевая и срезая покрытие скальпелем.
Однако известная установка требует периодического включения вольтметра оператором для контроля в реальном времени процессов, происходящих в исследуемых материалах, и внесения корректировок в настройки реостата для поддержания необходимого уровня потенциала на образце.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является электролитическая ячейка, предназначенная для реализации способа определения стойкости изоляционных полимерных покрытий к катодному отслаиванию по патенту на изобретение RU 2284504, МПК G01N 19/04. Электролитическая ячейка содержит рабочую камеру, заполненную электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод. Устройство содержит блок управления, подключенный к источнику электропитания, и включающий эталонное сопротивление, реостат, вольтметр. На образце в виде металлической пластины с изоляционным полимерным покрытием выделяют участок, вокруг которого прорезают канавку на всю глубину полимерного слоя до оголения металла. Электролитическую ячейку устанавливают на плоскость покрытия в месте выделенного участка. Образец подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Размеры анодного электрода выбирают исходя из условия перекрытия канавки вокруг выделенного участка покрытия по всей ее ширине. Анодный электрод соединяют последовательно с эталонным сопротивлением, реостатом и положительным полюсом источника постоянного тока. Вольтметр подключают параллельно эталонному сопротивлению. Управляя реостатом, устанавливают по показателям вольтметра требуемый потенциал на образце. Далее вольтметр отключают и фиксируют время начала испытаний при заданной температуре. Заданную температуру обеспечивают установкой образца с рабочей камерой на нагревательную электроплиту.
Недостатками данного технического решения является отсутствие возможности автоматического поддержания заданных параметров испытания, неточность задаваемых параметров и, как следствие всего этого, неточности в определении площади катодного отслаивания.
Задачей заявляемой полезной модели является создание установки для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации, снабженной системой автоматического управления процессом поддержания потенциала испытуемых стальных электродов и регистрации их тока поляризации в течение до 31 суток по ГОСТ Р 51164-98 «ТРУБОПРОВОДЫ СТАЛЬНЫЕ МАГИСТРАЛЬНЫЕ Общие требования к защите от коррозии».
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении точности моделирования процессов, происходящих на изолированных газопроводах в реальных условиях.
Указанный технический результат достигается тем, что УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ОТСЛАИВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ КАТОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ, включающая блок управления, подключенный к источнику электропитания, и испытательную ячейку, содержащую металлическое основание с нанесенным на его поверхность защитным покрытием, на котором закреплена рабочая камера, заполненная электролитом, внутри рабочей камеры расположены электрод сравнения и инертный анод, согласно решению блок управления содержит модуль микроконтроллера для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом, а также подключенные к модулю микроконтроллера модуль аналогового ввода, соединенный с электродом сравнения, и два модуля аналогового вывода, один из которых соединен с инертным анодом, а другой соединен с металлическим основанием. Блок управления может быть выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру, а также снабжен источником бесперебойного электропитания модуля микроконтроллера. Модули аналогового ввода и вывода могут быть выполнены многоканальными для обеспечения возможности подключения к блоку управления до восьми испытательных ячеек одновременно.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведено схематическое изображение установки для определения площади отслаивания защитных покрытий при катодной поляризации. Позициями на чертеже обозначены:
I - система автоматического управления;
II - испытательная ячейка;
1 - блок управления;
2 - автомат для включения/отключения сетевого электропитания;
3 - источник бесперебойного электропитания;
4 - модуль аналогового вывода;
5 - модуль аналогового ввода;
6 - модуль микроконтроллера;
7 - экран дисплея;
8 - клеммный соединитель;
9 - металлическое основание;
10 - защитное покрытие;
11 - рабочая камера;
12 - электролит;
13 - электрод сравнения;
14 - инертный анод;
15 - СОМ-порт;
16 - персональный компьютер.
2
Заявляемая полезная модель содержит систему автоматического управления I, к которой подключено до восьми испытательных ячеек II. Испытательная ячейка содержит металлическое основание 9 с нанесенным на его поверхность защитным покрытием 10. В покрытии выполнено круглое отверстие площадью 1 см. На защитном покрытии вокруг отверстия закреплена с помощью герметика или пластилина рабочая камера 11 представляющая собой полимерный цилиндр с крышкой, причем дном рабочей камеры служит поверхность защитного покрытия. Рабочая камера заполнена электролитом 12, внутри рабочей камеры с погружением в электролит расположены закрепленные на крышке хлорсеребряный электрод сравнения 13 и инертный анод 14 из графита. Система автоматического управления содержит блок управления 1, выполненный с возможностью подключения к персональному компьютеру 16 (ЭВМ) посредством СОМ-порта 15 для обмена данными в процессе работы. На лицевой панели блока управления расположен экран дисплея для 7 отображения информации о работе устройства. Блок управления 1 содержит автомат для включения/отключения сетевого электропитания 2 от внешнего источника. Блок управления снабжен источником бесперебойного электропитания 3 на 24 В, вход которого соединен с автоматом 2, а выход - с модулем микроконтроллера 6, предназначенным для автоматического поддержания разности потенциалов между металлическим основанием и инертным анодом. К модулю микроконтроллера подключен модуль аналогового ввода 5, представляющий собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а также два модуля аналогового вывода 4, представляющие собой цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Модуль аналогового ввода 5 подключен к электроду сравнения 13 для измерения потенциала, первый модуль аналогового вывода подключен к инертному аноду 14, а второй модуль аналогового вывода подключен к металлическому основанию 10, выполняющему функцию катода. Модули аналогового ввода и вывода выполнены многоканальными для обеспечения возможности подключения к блоку управления до восьми испытательных ячеек одновременно. Для независимого сопряжения испытательных ячеек с модулями 4 и 5 в конструкции устройства использован клеммный соединитель 8. Система автоматического управления выполняет функции потенциостата с программным управлением по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону, сохранения значений тока и потенциала испытуемого образца и передачи их по запросу в память ЭВМ для дальнейшего хранения и использования.
Устройство работает следующим образом. Подают напряжение питания на модуль микроконтроллера с загруженной программой управления испытаниями. В модуль микроконтроллера с помощью СОМ-порта 15 от ЭВМ передают значения условий проведения испытаний: задаваемый потенциал - от 1.0 до 5.0 В, время испытаний от 1 до 40 суток, интервал времени между измерениями от 10 секунд до 2 часов. Программа с помощью модуля аналогового ввода 5 считывает текущее значение потенциала с электрода сравнения 13 и выдает через первый модуль аналогового вывода 4 на инертный анод 14 анодный ток такой величины, чтобы металлическое основание 9 (катод) имело задаваемый потенциал. Поддержание потенциала осуществляется с помощью ПИД регулирования отдельно для каждой из подключенных к блоку управления испытательных ячеек. Программа непрерывно в течение заданного времени испытаний поддерживает заданный потенциал и регистрирует значение анодного тока через заданный интервал времени, сохраняет эти данные в своей оперативной памяти. По окончании испытаний, по запросу от ЭВМ, эти данные поступают в ЭВМ и могут быть использованы для анализа и сохранения в архиве для дальнейшего использования.
Был изготовлен опытный образец устройства, в котором использован модуль микроконтроллера 18411, модуль аналогового ввода 187017, два модуля аналогового вывода 187024. Для сопряжения микроконтроллера с персональным компьютером и обмена данными использован разъем J1 (порт RS-232, СОМ порт 1), расположенный на модуле микроконтроллера. В корпусе расположен автомат включения питания устройства «Сеть», индикатор включения питания и блок питания на 24 В. Для подключения от 1 до 8 испытательных ячеек использован клеммный соединитель для 8-ми трехжильных кабелей, которые оканчиваются зажимами типа «крокодил».
Для правильной работы блока управления на персональном компьютере должно быть установлено следующее программное обеспечение:
- Microsoft Windows XP или Windows 7;
- Microsoft Excel версии 2003 или 2007;
- Программа монитор pultcorr.exe для управления УО, которая осуществляет выдачу команд в контроллер УО, принимает данные о текущем состоянии УО, значениях тока и потенциала на испытуемых ячейках, преобразует данные, принятые от УО в вид, требуемый для дальнейшей обработки и записи в файлы, как указано выше.
- В контроллере УО должно быть установлено ПО, разработанное для УО, состоящее из двух файлов: autoexec.bat и pult.exe.
Для запуска процесса испытания требуется подготовить и подключить ячейки к блоку управления. Включить блок 1 и запустить программу монитора на персональном компьютере 16. Появляется экран с пустыми окнами. Для запуска процесса испытания требуется выбрать команду (S) из меню команд с соответствующими параметрами и нажать кнопку «Ответить». Параметры: 1 - суток (3/7/31), 2 - секунд на измерение (3600 - раз в час/раз в 10 сек для отладки), 3 - отображение процесса в правом окне PC (1 - для отладки) или нет (0 - для работы). При проведении многосуточных испытаний PC может быть отключен.
На дисплее контроллера вместо цифр 12345 появляется информация в виде XXX-Y, где XXX - номер измерения, Y - номер текущей ячейки при измерении. Признак окончания испытаний - справа на дисплее контроллера появление отображение буквы Е(ХХХ-Е (End)). Где XXX количество полученных измерений.
По окончания измерений необходимо считать полученные данные в PC. Подключить PC к УО, запустить программу монитор на PC и выполнить команду «r» выбрав ее из меню команд и нажать кнопку «Ответить». При этом в правом окне появится информация об испытаниях в виде строк заголовка:
N; Year; Mon; Date; hour; min; sec; Days;
72; 2012; 08; 20; 14; 54; 52; 03,
где содержится информация о количестве измерений (N), дате и времени начала испытаний и количестве суток проведения испытаний. Ниже следует I - (токи) и N строк для каждых восьми ячеек. Далее V - (потенциалы) и N строк для каждых восьми ячеек.
Для сохранения данных на PC необходимо нажать кнопку «Переслать». Результаты обрабатываются и записываются в заранее указанный файл.
Использование программы позволяет задавать необходимые параметры испытаний образцов прямо с компьютера и не требует ручного регулирования этих параметров, программа автоматически регулирует их и отображает в средней части экрана снимаемые с ячеек параметры в реальном времени. Так же в любое время можно перевести полученные значения тока и разности потенциалов в текстовый документ или обработать с помощью программы Microsoft Excel с составлением графиков зависимости силы тока и разности потенциалов с течением времени. Для замены электролита в ячейках специально предусмотрена программа паузы, при использовании которой прекращается подача тока и считывание информации с исследуемых образцов. Использование микроконтроллера заменяет весь перечень оборудования, требуемого ГОСТом Р 51164, что упрощает эксплуатацию установки, а так же позволяет более точно задавать и поддерживать необходимую разность потенциалов на образцах. Кроме того, благодаря использованию данной установки появляется возможность проведения испытаний сразу на нескольких образцах.