Электрод сравнения

Электрод сравнения
Полезная модель относится к области защиты от коррозии и может быть использована для определения опасности коррозии и эффективности защиты подземных металлических сооружений, в том числе подземных трубопроводов.
Известен электрод сравнения длительного действия. Электрод сравнения содержит медный стержень в корпусе из диэлектрического (нетокопроводящего) материала, например пластмассы, с керамическим пористым дном и ионообменную мембрану. Ионообменная мембрана прилегает к керамическому пористому дну и вместе прижаты к корпусу с помощью муфты. В корпус электрода сравнения залит электролит, состоящий из насыщенного раствора сульфата меди (медного купороса) в смеси с дистиллированной водой и этиленгликоля, в соотношении 3:2-2:1. Ионообменная мембрана получена радиационно-химическим методом: облучением двуосно-ориентированной полипропиленовой пленки с последующей привитой сополимеризацией с акриловой или метакриловой кислотой. Содержание привитого сополимера 100... 170%. На корпусе электрода сравнения установлен датчик потенциала. Для присоединения медного стержня электрода сравнения и датчика потенциала к измерительному прибору служат проводники (Авт. св. СССР J i l601199, кл. с 23 F, 13/00, 1990. «Электрод сравнения длительного действия).
Основным недостатком электрода сравнения данного типа является использование одной ионообменной мембраны, в недостаточной степени препятствующей:
1) истеканию электролита в грунт, что приводит к нарушению, вплоть до исчезновения, электрического контакта медного стержня (электрода) с грунтом через электролит и прекращению функционирования электрода сравнения;
2) осмотическому проникновению грунтовой воды в электролит, находящийся в корпусе электрода сравнения, что приводит к уменьшению концентрации сульфата меди в растворе электролита ниже уровня насыщенности (после полного растворения твердых кристаллов сульфата меди) и изменению собственного потенциала электрода сравнения. Это приводит к снижению точности измерения потенциала подземных металлических сооружений.
За прототип принят электрод сравнения неполяризующийся. Электрод сравнения содержит диэлектрический корпус с муфтой. Корпус заполнен электролитом из насыщенного раствора сульфата меди (сернокислой меди) в смеси с дистиллированной водой и этиленгликоля в соотношении от 3:2 до 2:1. В корпус запрессован медный стержень (электрод). На корпусе электрода сравнения смонтированы не менее двух ионообменных мембран, которые прижаты через уплотнение к корпусу с помощью муфты. Муфта имеет дно с перфорацией для защиты ионообменных мембран от механических повреждений при установке электрода сравнения в грунт. Датчик потенциала установлен на внешней поверхности корпуса и снабжен съемной насадкой, толщина которой соответствует толщине слоя изоляции на подземном металлическом сооружении. Подключение медного стержня электрода сравнения и датчика потенциала к измерительному прибору осуществляется одиночными проводниками (патент РФ №2122047, кл. С 23 F, 13/00, 1998. «Электрод сравнения неполяризующийся).
Причинами, препятствующими получению требуемого технического результата при использовании прототипа, являются следующие:
1) возможность осмотического проникновения грунтовой воды в электролит, находящийся в корпусе электрода сравнения, несмотря на установку двух и более ионообменных мембран, за счет наличия незаполненной электролитом полости корпуса;
2)высокое электрическое сопротивление (внутреннее сопротивление) за счет малой поверхности медного стержня (электрода), погруженного в электролит;
3)низкая помехозащищенность за счет открытых проводников от медного стержня (электрода) и датчика потенциала, подключаемых при эксплуатации к измерительному прибору, что приводит к наведению сторонней ЭДС в проводниках при помещении электрода сравнения на месте эксплуатации в зону действия поля анодного заземления установок катодной защиты, а также при воздействии блуждающих токов. Это приводит к изменению измеряемой величины потенциала подземного металлического сооружения по сравнению с реальной, т.е. возникает ошибка при измерениях;
4)деформация ионообменных мембран в форме «вогнутости внутрь корпуса электрода сравнения за счет набухания и увеличения диаметра ионообменных мембран, помещенных в жидкую среду электролита, ввиду отсутствия ограничительной опоры для мембран внутри корпуса, что приводит к ухудшению механического контакта ионообменных мембран с грунтом на месте эксплуатации и реальной опасности повреждения мембран концом медного стержня в корпусе электрода сравнения;
5)не установлены нормы химической чистоты сульфата меди, так как количество примесей сторонних веществ в сульфате меди влияет на собственный потенциал электрода сравнения, что приводит к недостоверности измерений потенциала подземных металлических сооружений.
Задача на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в том, чтобы устранить указанные недостатки: уменьшить внутреннее электрическое сопротивление электрода сравнения, обеспечить постоянство механического контакта внешней ионообменной мембраны с грунтом, исключить опасность механического повреждения ионообменных мембран медным электродом в корпусе электрода сравнения, улучшить
помехозащищенность, исключить возможность осмотического проникновения грунтовой воды в электролит электрода сравнения, и, в конечном итоге увеличить срок службы и постоянство собственного потенциала электрода сравнения, тем самым повысить достоверность и надежность результатов измерений потенциалов подземных металлических сооружений.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, достигается следующим образом.
Медный электрод имеет развитую поверхность до предела, обеспечивающего возможность его размещения во внутреннем объеме диэлектрического корпуса, и плоское основание для опоры ионообменных мембран. Проводники от медного электрода и датчика потенциала помещены в экранирующую оболочку. Корпус полностью заполнен электролитом, в состав которого входит химически чистая сернокислая медь.
Существенные признаки заявляемой полезной модели следующие.
Электрод сравнения содержит диэлектрический корпус с медным электродом, заполненный электролитом из насыщенного раствора сернокислой меди в дистиллированной воде и этиленгликоля, две и более ионообменные мембраны, которые прижаты к корпусу через уплотнитель гайкой, датчик потенциала на внешней боковой поверхности корпуса, измерительные проводники от медного электрода и датчика потенциала.
Медный электрод имеет развитую поверхность до предела, обеспечивающего возможностью его размещения во внутреннем объеме диэлектрического корпуса, и плоское основание для опоры ионообменных мембран. Проводники от медного электрода и датчика потенциала помещены в экранирующую оболочку.
Корпус полностью заполнен электролитом, в состав которого входит химически чистая сернокислая медь.
В отличие от прототипа медный электрод имеет развитую поверхность до предела, обеспечивающего возможность его размещения во внутреннем объеме диэлектрического корпуса, и плоское основание для опоры ионообменных мембран.
Проводники от медного электрода и датчика потенциала помещены в экранирующую оболочку.
Корпус полностью заполнен электролитом, в состав которого входит химически чистая сернокислая медь.
За счет большой площади соприкосновения медного электрода, имеющего развитую поверхность до предела, обеспечивающего возможность его размещения во внутреннем объеме диэлектрического корпуса, с электролитом уменьшается его внутреннее сопротивление, тем самым повышается точность и достоверность измерений потенциала подземных металлических сооружений.
Медный электрод в заявляемой полезной модели имеет плоское основание. Это уменьшает опасность механического повреждения ионообменных мембран медным электродом, повышает надежность и срок службы электрода сравнения, а также улучшает стабильность механического контакта внешней ионообменной мембраны с грунтом и повышает точность и достоверность измерения потенциала подземного металлического сооружения.
Помещение проводников от медного электрода и датчика потенциала в экранирующую оболочку уменьшает величину наведенного потенциала на проводниках от воздействия электрического поля анодного заземления и от воздействия блуждающих токов в грунте, тем самым повышается точность и достоверность измерения потенциала подземного металлического сооружения.
Корпус заявляемой полезной модели заполнен электролитом. Это сохраняет концентрацию насыщенного раствора сернокислой меди.
позволяет получить стабильный собственный потенциал электрода сравнения, что повышает точность и стабильность измерения потенциала подземных металлических сооружений и увеличивает срок службы электрода сравнения.
В состав электролита входит химически чистая сернокислая медь. Это обеспечивает стабильный собственный потенциал электрода сравнения и повышает точность и достоверность измерения потенциала подземных металлических сооружений.
Суш,ность полезной модели поясняется чертежом (на примере применения двух ионообменных мембран).
Электрод сравнения состоит из диэлектрического корпуса 1, медного электрода 2, внешней 3 и внутренней 4 ионообменных мембран, гайки с перфорированным основанием 5, уплотнителя 6. Внутренняя полость корпуса 1 полностью залита электролитом 7. Медный электрод 2 имеет развитую поверхность. Ионообменные мембраны 3 и 4 прижаты к корпусу 1 через уплотнитель 6 гайкой 5. На внешней боковой поверхности корпуса 1 размеш;ен датчик потенциала 8, выполненный из листовой стали той же марки, что и подземное металлическое сооружение, размерами 25х25мм и толш,иной 1 ...3мм. Сторона датчика потенциала 8, обрашенная к корпусу 1, герметизирована от проникновения грунтовых вод. Предусмотрена возможность установки на датчик потенциала 8 съемной насадки 9, имитирующей толщину физической изолирующей оболочки подземного металлического сооружения (трубопровода). От медного электрода 2 и датчика потенциала 8 выведены измерительные проводники 10 и 11, помешенные в экранирующую оболочку 12. Место присоединения измерительного проводника 10 к медному электроду 2 залито компаундом 13 и дополнительно герметизировано от проникновения грунтовых вод диэлектрической крышкой 14. Электролит 7 состоит из раствора химически чистой сернокислой меди в дистиллированной воде и этиленгликоля
В соотношении от 3:2 до 2:1. Содержание сернокислой меди в электролите обеспечивает насыщение раствора с частичным выпадением нерастворившихся в дистиллированой воде кристаллов сернокислой меди (200.. .250г/л). В электроде сравнения используют гомогенные ионообменные мембраны 3 и 4 толщиной 30...60 мкм на основе двуосноориентированной полипропиленовой пленки с содержанием радиационно привитой акриловой или метакриловой кислоты 100... 170%.
Пример. Собирают три электрода сравнения. Корпус изготавливают из диэлектрического (нетокопроводящего) материала - полиамида. Медный электрод имеет развитую поверхность и представляет собой прямоугольную рамку из медной полосы, которая приварена к цилиндрическому вводу, закрепленному в корпусе. Корпус полностью заполняют электролитом, состоящим из 180 мл дистиллированной воды, в которой растворяют 60 г химически чистой сернокислой меди для получения насыщенного раствора с частично нерастворившимися кристаллами сернокислой меди. В полученный раствор добавлением 90 мл этиленгликоля. Устанавливают две ионообменные мембраны по 50 мкм каждая на основе двуосноориентированной полипропиленовой пленки с содержанием радиационно привитой метакриловой кислоты 150%. Ионообменные мембраны прижимают к корпусу через резиновый кольцевой уплотнитель гайкой с перфорированным основанием. На боковой поверхности корпуса стационарно размещают датчик потенциала, представляющий собой стальную пластину 25х25мм толщиной 1,5мм. К вводу медного электрода и датчику потенциала присоединяют проводники, помещенные в экранирующую оболочку, длиной 10м. Место присоединения проводника к вводу медного электрода герметизируют компаундом и дополнительно защищают от проникновения грунтовой воды диэлектрической крышкой.
- /Ж:Г/
относительно хлорсеребряного электрода и электрическое сопротивление между электродами сравнения. Сосуд помещают в месте интенсивного воздействия мощных индустриальных помех. Экранирующую оболочку заземляют.
В начале испытаний потенциалы электродов сравнения относительно хлорсеребряного электрода составили: 112мВ, 108мВ, ИОмВ. В конце испытаний потенциалы электродов сравнения составили соответственно: ПбмВ, 112мВ, 119мВ.
В начале и в течение периода испытаний электрическое сопротивление составило соответственно: 590...647 Ом, 622...720 Ом, 606...675 Ом.
Цвет дистиллированной воды в сосуде не приобрел заметную окраску.
Ионообменные мембраны не приобрели заметную вогнутость внутрь корпуса электрода сравнения.