اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

چگونگی اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی موضوع این صفحه از دانش آریا می باشد که به بررسی اخصصی آ خواهیم پرداخت. اختلاف پتانسیل بین یک لوله مدفون و خاک، هم بر تحقیق شرایط خورندگی و هم در ارزیابی میزان حفاظت کاتدی به کار رفته، مفهوم قابل اعتنایی است. این کمیت عملاً توسط اتصال یک ابزار بین خود لوله (تماس مستقیم فلزی) و یک الکترود ویژه در تماس قرار گرفته با خاک اندازه­گیری می­شود. این الکترود یک نیم پیل نامیده می­شود.

متداول­ترین الکترود مورد استفاده آن است که یک اتصال فلز به الکترولیت شامل مس در تماس با محلول اشباع سولفات مس به کار رود؛ این ترکیب ویژه به راحتی از مواد در دسترس ساخته می­شود و بسیار پایدار است. شکل  زیر  دو الکترود معمول را نشان می­دهد. سایر انواع مورد استفاده عبارتند از:

الکترود هیدروژنی، فقط در مطالعات آزمایشگاهی استفاده می­شود.

الکترود کالومل، اغلب برای آب شیرین یا آب نمک استفاده می­شود.

الکترود سرب / کلرید سرب، مکرراً در مطالعه خوردگی کابل سربی به کار می­رود.

الکترود نقره / کلرید نقره، به دلیل این که توسط حمله نمک آلوده نمی­شود در آب دریا استفاده می­شود.

الکترود روی خالص (در پشت بند (Backfill) بسته­بندی شده). این الکترود به عنوان الکترود مرجع اتصال دائم مناسب است. (توجه: تمام الکترودهای لیست شده باید طوری تصحیح شوند که خوانده­هایی مشابه با نیم پیل مس / سولفات مس بدهند. پیوست ج را ببینید).

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

الکترودهای سولفات مس – قسمت­های اصلی عبارتند از: (1) یک تکه مس، که دستگاه به آن متصل می­شود؛ (2) محلول اشباع سولفات مس، در تماس با مس؛ (3) غشای متخلخل، در تماس با خاک قرار می­گیرد. ضروری است که هیچ فلزی جز مس در تماس با محلول سولفات مس قرار نگیرد. بلورهای اضافی افزوده می­شوند، تا اطمینان حاصل شود که محلول همیشه اشباع خواهد بود.

ولت سنج

یک گزینه برای استفاده در اندازه ­گیری این پتانسیل، ولت سنج است، که در شکل 2-2 نشان داده شده است؛ دو منبع ممکن خطا در استفاده از آن وجود دارد. نخست وقتی که یک ولت سنج، اختلاف پتانسیل در طول محل­های اتصالش را به درستی نشان می­دهد، جریانی که از میان وسیله جاری است (ولت سنج ضرورتاً یک میلی آمپر سنج) یک افت ولتاژ IR در باقی مدار ایجاد می­کند که در خوانده نهایی لحاظ نمی­شود.

برای مثال اگر مقاومت مدار خروجی (لوله، سیم­های سربی، خاک و الکترود) یک چهارم مقاومت ابزار اندازه­گیری باشد، آن گاه ابزار اندازه­گیری تنها چهار پنجم پتانسیل کل را خواهد خواند و خطا 20 درصد خواهد بود.

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

اندازه­گیری پتانسیل لوله نسبت به خاک با ولت سنج. اتصال به لوله ممکن است توسط سیم سربی جوشکاری شده یا لحیم کاری شده (چنان چه نشان داده شد)، توسط میله تماسی، یا بوسیله اتصال مکانیکی به یک شیر یا اتصال بالای سطح انجام شود. مورد اخیر باید با احتیاط استفاده شود، گاهی اتصالات لبه دار پتانسیل­های خارجی ایجاد می­کنند. اگر خاک خشک باشد، مقدار کمی آب برای کم کردن مقاومت تماس اضافه می­شود، برای این کار اندکی حفاری زیر سطح کافی است.

منبع دوم خطا آن است که عبور جریان از مدار ممکن است الکترود یا حتی خود لوله را پلاریزه کند، و به علاوه پتانسیلی که سعی در اندازه­گیری آن داریم را تغییر دهد. هر دو این خطاها با استفاده از ولت سنج با مقاومت بالا می­توانند به حداقل برسند، مقاومت کمتر از 50.000 اهم بر ولت توصیه نمی­شود، و این مقدار اغلب خیلی کم است. خوانده­ها همیشه باید در دو مقیاس متفاوت گرفته شوند (معرف دو مقدار متفاوت مقاومت ابزار اندازه­ گیری است)؛ اکر آن­ها مطابقت کافی داشته باشند، مقادیر پذیرفته می­ شوند.

در بخش بعد، روش­هایی برای تعیین مقدار اصلاح شده، وقتی خطای مقاومت ولت سنج خیلی بالا نیست، ارائه خواهند شد .

هم­چنین یک ولت سنج با حساسیت دو گانه ویژه در دسترس است که دو مقدار متفاوت مقاومت را در یک مقیاس مشابه ارائه می­کند. اگر خوانده برای هر دو مشابه باشد (تعییر توسط فشار یک دکمه ایجاد می­شود)، هیچ اصلاحی مورد نیاز نیست. اگر فشار دکمه تغییری کوچک در خوانده ایجاد کند، اصلاحی خیلی ساده می­تواند انجام شود و در آخر، اگر تغییر بزرگ باشد، یک معادله قابل مقایسه با آن چه قبلاً ارائه شد می­تواند استفاده شود. این ابزار اندازه­گیری برای خواندن سریع پتانسیل بسیار سودمند است.

پتانسیومتر با مقاومت متغیر

جهت برطرف کردن مشکلات به طور عمده می­توان از پتانسیومتر استفاده کرد، ابزاری که در نقطه تعادل هیچ جریانی از مدار نمی­کشد. باید به خاطر داشت که حین پیشروی تعادل مقداری جریان کشیده می­شود و شاید مقداری پلاریزاسیون نیز رخ دهد. شکل زیر  این وسیله را نشان می­دهد و چگونگی استفاده از آن را توضیح می­دهد.

پتانسیومتر- ولت سنج

راهکار دیگر این مساله پتانسیومتر – ولت سنج است که یک نوع آن در شکل  زیر نشان داده شده است. هر دوی این ابزارهای مفید هنگامی که با پتانسیل­های متغیر هم چون منطقه جریان سرگردان مواجه می­شوند، دچار نقص هستند، زیرا دنبال کردن نوسانات سریع توسط آن­ها غیر ممکن است.

ولت سنج لوله خلاء

این ابزار (نشان داده نشده)، از طریق استفاده از ترانزیستورها و سایر پیشرفت­های اخیر، به مرحله­ای از قابلیت اطمینان و پایداری رسیده است که آن را در این زمینه کاملاً مفید می­سازد. واحدهای توان دار باتری با امپدانس­های ورودی بالاتر از 10 مگا اهم در دسترس هستند، بنابراین خطای مقاومت مدار به عنوان یک مشکل محسوب نمی­شود.

آن­ها مزیت مازادی نسبت به دستگاه­های مختلف از نوع پتانسیومتری نشان می­دهند که مزیت آن­ها عدم نیاز به تعادل است و بنابراین ممکن است برای دنبال کردن پتانسیل­های نوسانی بدون دشواری استفاده شوند.

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

پتانسیومتر با مقاومت متغیر.

الف) مدار پایه. پس از این که مقاومت متغیر S طوری تنظیم شد که گالوانومتر G هیچ انحرافی نشان نداد، پتانسیل ناشناخته وصل شده به محل­های اتصال می­تواند از مقیاس مقاومت متغیر مستقیماً خوانده شود. این مدار ساده تنها اگر ولتاژ باتری ثابت باشد قابل استفاده است.

(ب) مدار اصلاح شده، یا قابلیت پیش­بینی تنظیم ولتاژ باتری با استفاده از پیل استاندارد SC برای کالیبراسیون. مقاومت R₀ گالوانومتر را علیه جریان­های افزوده محافظت می­کند؛ وقتی ابزار کاملاً متعادل شد، مدار توسط یک سوئیچ اتصال کوتاه می­شود. اغلب تجهیزات مورد استفاده برای خوردگی بر خلاف نمونه نشان داده شده در این جا دارای دو یا چند مقیاس هستند.

ولت سنج حالت جامد

این ابزار  جانشین ولت سنج لوله خلاء است و با هم تنها در جانشین کردن ترانزیستورهای حالت جامد به جای لوله­های خلاء خیلی حساس تفاوت دارند. مشکلات مقاومت عملاً حذف شده است، و نتایج دقیق توسط شخص غیر متخصص نیز به دست می­آیند. یک مدل ویژه دارای مقاومت­های ورودی قابل انتخاب 1، 10، 25، 50، 100 و 200 مگا اهم است.

این به کاربر اجازه تعیین پتانسیل­های خاک نسبت به لوله در محیط­های سخت مانند محدوده­های شهری را می­دهد. دامنه خوانده از mV 1/0 تا mV 20 تغییر می­کند. این وسیله­ ابزاری با دوام برای تکنسینی است که خوانده­های بسیاری را جمع آوری می­کند.

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

یک پتانسیومتر – ولت سنج

(الف) مدار پایه را نشان می­دهد. وقتی انحراف گالوانومتر صفر است، پتانسیل خارجی متصل به محل­های اتصال کسری از ولتاژ باتری است که روی ولت سنج با V نشان داده شده است؛ این روش مستقیم خواندن پتانسیل نامعلوم است.

در (ب) برخی تصمیمات اضافه شده است: (1) در حالی که سوئیچ S₁ باز است، یک محدوده وسیع اضافه می­شود، (2) دو مقاومت R₁  و R₂ با مقادیر متفاوت، تنظیمی با دقت­های بالا و پایین فراهم می­کنند، و (3) سوئیچ S₂ یک مقاومت محافظ مشابه مقاومت شکل 2-3 را کنترل می­کند. وجود بیش از دو دامنه محتمل است، و هم چنین امکان استفاده از ابزار مشابه به صورت یک آمپر سنج توسط ساختن آن در مدار وجود دارد.

اندازه گیری پتانسیل در حفاظت کاتدی

پینترست دانش آریا را دنبال کنید.