一种金属构件土壤腐蚀原位检测传感器的制作方法

1.本发明涉及腐蚀检测技术领域，具体涉及一种金属构件土壤腐蚀原位检测传感器。


背景技术：

2.金属构件长期埋在地下，受到化学因子、生物因子、杂散电流等腐蚀因素的影响，服役时间越长越易产生锈蚀，轻则影响构件结构耐久性、缩短构件使用寿命；重则导致断裂，引发安全事故。由于埋地材料腐蚀状况不易直观确定，无法及时采取有效防护措施，导致安全隐患增加，经济损失惨重。因此，准确检测金属构件在土壤中的腐蚀情况，及时预测金属腐蚀进程及剩余寿命，对保障电网安全稳定运行具有重大意义。
3.目前，我国多采用定期开挖检查方法对埋地金属构件进行维护改造。但是开挖过程存在一定的盲目性，且受时间环境等条件的限制，无法及时掌握金属构件的腐蚀情况。近年来，免开挖腐蚀诊断方法得到广泛研究，主要包括分析法、物理分析法和电化学检测法。分析法即通过对待检测对象所处环境的各种因素进行综合分析，如温度、湿度和 ph 值等会影响埋地金属腐蚀进程的因素，然后进行建模，从而实现对金属材料腐蚀的预测。这种方法相对于有损检测来说，优点是成本低，不会造成浪费。但是，该方法存在取样工作量大、分析周期长、不能直接反映金属自身腐蚀速率的缺点。且影响金属土壤腐蚀的因素太多，很难全面考虑所有腐蚀因子，难以准确评估埋地金属土壤腐蚀进程。
4.电化学腐蚀是埋地金属腐蚀的主要腐蚀形式，因此可以通过测量电化学参数评价金属材料土壤腐蚀进程。在实际测量接地系统腐蚀进程时，待测量的构件并不是一个孤立的电极，以构件作为工作电极时，其面积远大于辅助电极。通过辅助电极施加在导体上的电流并不会局限在被测金属段内，使得被极化金属面积存在不确定性，导致在腐蚀电流密度计算中引入较大误差。中国专利cn104678229a公开了一种变电站接地网腐蚀监测传感器，采用底部开设小孔限流和侧面附加护环屏蔽的方式限制工作电极面积。但是这种传感器在使用时检测结果与传感器与接地网的距离有关，距离越远检测准确性越差，而距离近则导致介质交换困难，造成传感器下接地网腐蚀状况与周围不同；护环屏蔽的本质是增加辅助电极的面积，使辅助电极接收到的极化电流减少，造成假性工作电极面积减小，导致测量结果存在较大误差。


技术实现要素：

5.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种使介质交换充分，可检测大尺寸金属构件腐蚀速率的金属构件土壤腐蚀原位检测传感器。
6.本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：一种金属构件土壤腐蚀原位检测传感器，包括：壳体，呈圆柱体形，其上下两端开口，内部形成空腔，壳体下端沿圆周方向设置有若干固定孔；
横担，其水平安装于壳体的空腔中；回路电极，呈圆片形结构，其安装于横担的下端，所述回路电极上设置有通孔ⅰ和通孔ⅱ；金属构件连接弹针，其呈圆柱形结构，其穿过通孔ⅰ后固定于横担上；恒电位电极支柱，其呈圆柱形结构，内部形成空腔，其穿过通孔ⅱ后固定于横担上，恒电位电极支柱的空腔的下端安装有恒电位电极；以及环状凹槽，设置于壳体的上端开口处，屏蔽板嵌入固定于环状凹槽中，屏蔽板上排布有若干通孔ⅲ。
7.为了提高密封性，还包括沿圆周方向设置于壳体底部的环形槽，密封圈设置于环形槽中。
8.为了起到支撑作用，还包括圆柱形的柱体其上下两端开口，内部形成空腔，柱体下端与横担相连接，其上端与屏蔽板相连接，金属构件连接弹针连接的电极引出线、回路电极连接的电极引出线以及恒电位电极连接的电极引出线均穿过柱体的空腔后从屏蔽板处穿出。
9.优选的，上述回路电极的上端面采用树脂材料制成封闭层，其下端面采用不锈钢材料制成。
10.优选的，上述恒电位电极采用金属铂制成，所述金属构件连接弹针采用铜镀金材料制成。
11.优选的，上述恒电位电极支柱采用树脂材料制成。
12.优选的，上述屏蔽板采用316不锈钢材料制成。
13.优选的，上述壳体采用尼龙材料制成。
14.优选的，上述回路电极与壳体的内壁之间具有间隙，回路电极与壳体的内壁之间具有间隙为5-10mm。
15.优选的，上述屏蔽板上的各个通孔ⅲ呈同心环形状排布，通孔ⅲ的直径与回路电极的直径的比值小于0.025。
16.本发明的有益效果是：壳体通过螺纹紧固件穿过固定孔后安装于待测金属构件上，金属构件连接弹针与待测金属构件形成电连接，回路电极、恒电位电极、金属构件连接弹针、屏蔽板的电极引出线分别与电化学检测设备的导线进行连接，构成四电极体系，通过限制回路电极与壳体高度的比例、增加接地屏蔽板，限制了非检测面积的金属构件激励信号对测量结果的影响，确定了工作电极面积，实现了对大尺寸埋地金属构件材料腐蚀速率的快速、准确检测。
附图说明
17.图1为本发明的立体结构剖面图；图2为本发明的仰视结构示意图；图3为本发明的俯视结构示意图；图4为本发明的立体结构示意图；图中，1.壳体 2.回路电极 3.恒电位电极 4.密封圈 5.屏蔽板 6.金属构件连接弹针 7.横担 8.环状凹槽 9.固定孔 10.通孔
ⅰꢀ
11.通孔
ⅱꢀ
12.恒电位电极支柱 13.通孔
ⅲꢀ
14.柱体。
具体实施方式
18.下面结合附图1至附图4对本发明做进一步说明。
19.一种金属构件土壤腐蚀原位检测传感器，包括：壳体1，呈圆柱体形，其上下两端开口，内部形成空腔，壳体1下端沿圆周方向设置有若干固定孔9；横担7，其水平安装于壳体1的空腔中；回路电极2，呈圆片形结构，其安装于横担7的下端，回路电极2上设置有通孔
ⅰꢀ
10和通孔
ⅱꢀ
11；金属构件连接弹针6，其呈圆柱形结构，其穿过通孔
ⅰꢀ
10后固定于横担7上；恒电位电极支柱12，其呈圆柱形结构，内部形成空腔，其穿过通孔
ⅱꢀ
11后固定于横担7上，恒电位电极支柱12的空腔的下端安装有恒电位电极3；以及环状凹槽8，设置于壳体1的上端开口处，屏蔽板5嵌入固定于环状凹槽8中，屏蔽板5上排布有若干通孔
ⅲꢀ
13。
20.使用时，壳体1通过螺纹紧固件穿过固定孔9后安装于待测金属构件上，金属构件连接弹针6与待测金属构件形成电连接，回路电极3、恒电位电极4、金属构件连接弹针6、屏蔽板5的电极引出线分别与电化学检测设备的导线进行连接，构成四电极体系，通过限制回路电极2与壳体1高度的比例、增加接地屏蔽板5，限制了非检测面积的金属构件激励信号对测量结果的影响，确定了工作电极面积，实现了对大尺寸埋地金属构件材料腐蚀速率的快速、准确检测。
21.实施例1：还包括沿圆周方向设置于壳体1底部的环形槽，密封圈4设置于环形槽中。密封圈4镶嵌在壳体1的底部，使得测量过程中壳体1底部与锌板具有良好的密封性。
22.实施例2：还包括圆柱形的柱体14其上下两端开口，内部形成空腔，柱体14下端与横担7相连接，其上端与屏蔽板5相连接，金属构件连接弹针6连接的电极引出线、回路电极2连接的电极引出线以及恒电位电极3连接的电极引出线均穿过柱体14的空腔后从屏蔽板5处穿出。柱体14不但可以起到对屏蔽板5的固定支撑作用，其还可以提供各个电极引出线的穿线功能。
23.实施例3：回路电极2的上端面采用树脂材料制成封闭层，其下端面采用不锈钢材料制成，不锈钢材料制成的下端面用于与待测金属构件、土壤介质构成闭合回路。恒电位电极3采用金属铂制成，金属构件连接弹针6采用铜镀金材料制成。恒电位电极支柱12采用树脂材料制成。屏蔽板5采用316不锈钢材料制成，用于屏蔽干扰电信号。壳体1采用尼龙材料制成，尼龙是绝缘材质。具体的壳体1高度与回路电极2和构件间的距离之比大于10，这样可以使被测面积构件与回路电极2之间产生的检测信号到达回路电极2过程中因介质损耗而造成的衰减远小于非被测面积构件与回路电极2之间产生的检测信号通过介质到达回路电极2中因介质损耗而造成的衰减，达到控制工作电极面积的目的。
24.实施例4：回路电极2与壳体1的内壁之间具有间隙，回路电极2与壳体1的内壁之间具有间隙为5-10mm。恒电位电极3直径为10-15mm，壳体1的直径为6-7cm。
25.实施例5：屏蔽板5上的各个通孔
ⅲꢀ
13呈同心环形状排布，通孔
ⅲꢀ
13的直径与回路电极2的
直径的比值小于0.025。
26.下面对本发明的金属构件土壤腐蚀原位检测传感器的使用方法进行说明：（1）根据金属构件埋地深度确定选用传感器的尺寸，所述金属构件土壤腐蚀原位检测传感器壳体1高度应小于金属构件的埋地深度。
27.（2）将待测金属构件表面进行打磨，除掉表面浮锈，将所述金属构件土壤腐蚀监测传感器粘贴到待测金属构件表面，或使用与待测金属构件同材质的螺钉通过固定孔将所述金属构件土壤腐蚀监测传感器安装到待测金属构件表面，使所述金属构件连接弹针6与待测金属构件形成电连接。
28.（3）将所述传感器完全埋没于土壤介质中，且传感器内部被土壤介质充满，并将土壤介质尽可能压实，使得传感器内部和覆盖待测构件面积的土壤介质与周围土壤介质环境尽可能一致。
29.（4）将连接所述回路电极2、恒电位电极3、金属构件连接弹针6、屏蔽板5的电极引出线分别与电化学检测设备的导线进行连接，构成四电极体系，以待测金属构件为工作电极、回路电极2为辅助电极、恒电位电极3为参比电极、屏蔽板5为接地电极。
30.（5）使用电化学检测设备分别测量电化学参数，计算金属构件的腐蚀速率。
31.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。