电位测量

 电位测量： 1.1、一般原则： 管／地电位的测量有3种意义： 1.1.1、加阴极保护的管／地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数。 1.1.2、施加阴极保护的管地电位是判断干扰程度的重要指标。 1.1.3、当有干扰时，管地电位的变化是判断干扰程度的重要指标。 按电化学保护的真实含义来分析管地电位，测量的管地保护电位应该是纯极化电位，不应含有土壤IR降，为了保证电位测量的可靠性，测量所用电压表应是高内阻的，通常应大于100KΩ／V，灵敏阀应小于被测电压值的5%。消除IR降的测量方法很多，其中断电法是最常用的，注意采用断电法测量管地极化电位时，要考虑管道的极化时间对测量结果的影响。 1.2、参比电极： 电位测量中要注意的另一问题是参比电极的精度，内阻和测量流过的电流。 测量用参比电极应具有下列特点：长期使用时电位稳定，重现性好，不易极化，寿命长，并有一定的机械强度。 参比电极种类很多，常用的有甘汞、银／氯化银、铜／硫酸铜电极、工程中固定设置的还有锌参比电极和长效铜／硫酸铜电极。 1.2.1、银／氯化银电极： 氯化银的溶解度很小，所以有效的银／氯化银电极要求银与氯化银之间具有紧密的接触。 当在水中使用银／氯化银电极时，电极的电位会随着水的含盐量而变化。当氯离子浓度变化10倍时，电极的电位大约变化60mV，因此，如果用这类电极测量含盐量变化的水或土中金属构筑物的电位时，则应以一只不穿孔的容器内盛饱和氯化钾溶液，而将电极浸入该溶液中通过一个多孔的渗透膜与环境接触。不用时，电极中的溶液应该倒掉，或者吧电极放置在氯化钾的饱和溶液中。 1.2.2、铜／硫酸铜电极： 铜／硫酸铜电极是由铜和饱和硫酸铜溶液所组成。铜／硫酸铜电极的结构如图所示：《阴极保护工程手册》第296页 制作铜／硫酸铜电极的基本要求是电极必须用电解铜，以保证铜的纯度，其次是硫酸铜溶液必须是饱和的。用蒸馏水和化学纯硫酸铜晶体配置。饱和的标志是在使用过程中，溶液中一直保持有过剩的硫酸铜晶体。为了防止测量过程中电极的极化，制作时要保证铜电极和硫酸铜溶液的接触面足够大，使电极工作时的电流密度≤5μA／cm2.，参比电极的内阻和接地电阻是影响精度的一个因素. 1.2.3、极化探头： 测试探头是由钢盘、参比电极和电解质组成，外部用绝缘性隔离，只留一个多孔塞子（渗透膜）作为测量通路，这样的结构可避免外界电流的干扰，使参比电极和钢盘之间的电阻压降最小。钢盘用和管道相同的材质制成，并用导线与管道相连。极化探头使用于杂散电流区域内的电位测量，用探头测得的电位平滑，可靠，真实。不受干扰的影响。 1.3、测量方法： 1.3.1、地表参比法： 该方法是埋地金属构筑物的常规测量方法，该法的测试要点是将参比电极放在地下金属构筑物的顶部地面上，并确保参比电极和土壤电接触良好。用从金属构筑物上引出地面的测试导线的参比电极引线同时接入高阻电压表，直接测取读数。该法可用于测试桩处的定点测量，也可用于管道顶部的长距离闭路测量，测量所得的数据代表了正对参比电极处的管地电位。 1.3.2近参比法： 为了更精确的测得管地电位，尽可能的减少土壤电阻压降成分，可将参比电极尽量靠近被测管道表面。此法的测量要点是把参比电极（通常用长效硫酸铜电极或测试探头）尽量靠近被测构筑物表面，如果被测表面带有良好的覆盖层，参比电极对应处应该覆盖层的露铁点，否则意义不大。 1.3.3滑动参比法： 此法主要用于大型储罐地板外壁阴极保护电位分布的测量。对于新建储罐，一般可不用滑动参比法，而是在设计期间，在罐底中心及半径上每5-10m布置一支参比电极（通常用长效硫酸铜电极或带填料的锌参比电极），如同近参比法，测知罐底板的电位分布，对于已建储罐，滑动参比法可能是一种可行的方案。 滑动参比法是在被测储罐的罐底预埋上一支通至罐中心的硬塑料管，在对应的罐底板的位置上钻上Φ6的孔眼，并用沙网包缠以防地下泥沙流入堵塞管子。测量时，管内注满水，用一支带有海绵的参比电极在管内滑动，测取相应的电位。 1.4、电位测量中的IR降及其消除： 所谓IR降系指电流在介质中流动所形成的电阻压降，在管地电位测量中，IR降属于有害成分，应予去除。IR降由参数I和R共同作用，通常多在几十毫伏到几百毫伏之间，当电阻率高时，几千毫伏有时也会出现，。由于IR降在阴极保护电位测量中难以避免，所以消除IR降的测量技术就成了各国腐蚀专家的首要任务。 1.4.1瞬间断电法： 这是最普遍的方法，断电意味着I=0，因而IR=0，断电之后，管道电位立即降落下来，然后再慢慢衰减。电位的瞬间降落就是IR降成分。有关“瞬间”概念的数量级，取决于浓差极化的程度和可能产生扩散的速率，一般在沙质透气性土壤中为μs级或更小。 瞬间断电法要求管道上所有相连的接地保护、牺牲阳极均须断开，管道上多元保护装置也要同时断开，在测试点处不应有杂散电流的干扰，测量中应使用响应速度极快的自动记录仪。 有时，由于管道覆盖层缺陷大小不同，导致极化程度的不一致，断电后，这种极化程度的不一致又会导致产生局部宏电池，使得断电后电位中仍含有IR降成分。 1.4.2试片断电法： 管道瞬间断电法固然能消除IR降成分，但由于上述诸多因素限制，使得测量精度难以保证，为此推出试片断电法。做法是在测试点处埋设一裸试片，其材质、埋设状态和管道相同，试片和管道通过电缆连接，这样就模拟了一个覆盖层缺陷，由管道的保护电流进行极化。测量时，只需断开试片和管道的连接导线，就可测得试片的断电电位，从而避免了切断管道主保护电流及其他电连接的麻烦，杂散电流的影响亦小，可忽略不计，而且不存在断电后的极化率差异的宏电池作用。不过由于试片要泄漏电流，故管道上不宜装设太多，可在电流测试桩处设置，即5-10公里设一处。 2、电流测量： 和电位测量相反，电流测量中要求仪表的内阻尽可能的小，应在被测回路总电阻的5%以内。电流表的灵敏阀应小于被测电流值的5% 2.1、牺牲阳极输出电流： 2.1.1、标准电阻法： 在牺牲阳极保护回路中串入一个标准电阻（R），通常选用阻值为0.1欧，精度为0.02级的标准电阻，再用高阻电压表测取标准电阻两端的电压（ΔV），通过欧姆定律计算出牺牲阳极输出电流（I）。 I=ΔV/R 牺牲阳极电流测量时要注意不应造成回路断路，否则影响测量结果的准确性。 2.1.2双电流表法： 选择两只相同型号的电流表（可选数字万用表），将一只电流表串入测量回路，读取电流值Ι1，然后再将第二只电流表，用相同量程串入测量回路，读取两只表的电流值Ι1’和Ι2’，取它们的平均值为Ι2。然后，按下式计算牺牲阳极输出电流： ,此法测量时要注意两只电流表型号、量程均应相同。 2.2、管线内电流的测量： 2.2.1电压降法： 长线线路内流动的电流（如电缆金属护套或管道）可根据欧姆定律，测取一段线路上的电压降，再通过计算得出电流值。 I=Vab/Rab 对于DN700以下的管道，电流测量若选取管长30m，管段电阻约为0.3mΩ，当选用精确的电压表，可测出0.1mV的电压，所以测量的精确度≥0.3A。对于大于DN700的管道，电流测量段一般以50m为宜。由于壁厚的变化及难以得到钢的准确电导率，所以，在测量时尽量采用较长的管道长度。管径大于1m时，测量长度100m是合适的，为便于地面测量，在设计中，设有电流测试桩时，对测量段长度应有规定。通常电流测试桩内接有4条导线，可按电阻测量方法，对ab段的电阻进行实测标定，这样作可以免去长度和电导率等因素带入的误差。 2.2.2、补偿法： 补偿法的测量管段的长度要求和电压降法一样。在电流测试桩中引出4根导线，可供该法接线用。测量时，合上开关E，调节可变电阻器R，当检流计G（或用电位差计）指示为零时，电流表A中的读数即为管内电流。此法优点是测量精度高，不要求知道管内电阻。此法测得的电流与实际管内电流方向相反。 3、电阻测量： 3.1、土壤电阻率测量 3.1.1土壤箱法：本方法实际应用不是很多，具体可参考《阴极保护工程手册》第304页。 3.1.2、原位测量法： 原位测量法中四极法具有数据可靠，原理简单，操作方便的特点。测量时要求四探针一字形分布，间距相等，探针插入地下的深度为1／20a,通过C1、C2两极间的电流I和P1、P2两极间的电位，测得电阻R=V/I,然后通过下式计算出电阻率：ρ=2πаR。 此方法中针式电极会导致测量误差，为了避免误差不超过5%，电极的插入深度必须小于a/5,而电极直径必须小于a/25,当冻土厚度20cm以上时，不宜进行测量。为了避免极化对数值准确度的影响，可将P1、P2两探针改用硫酸铜电极，进一步的改进是将电源改用交流电。 3.2、接地电阻： 接地电阻的测量通常采用三极法，测量电流是由被测接地体和辅助接地极馈入的，在被测接地体和辅助探针之间进行电位测量，按欧姆定律换算成电阻。如图一所示。 当L值较小时，取d13为2L，d12为L。对于牺牲阳极，d13取40m,d12取20m。当L值较大时，可选用图二接线方式，此时d12=d13=2L,由此可知，当L为电缆或管道时，这种测量方法在实际中是做不到的。通常测量所用仪表为ZC-8型接地电阻测量仪。 　　　

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