专利名称：阴极保护监测探头及阴极保护监测探头监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电化学腐蚀检测技术，尤其涉及一种阴极保护监测探头及阴 极保护监测探头监测系统。
背景技术：
流体管道是公路、铁路、水运和航空并列的五大运输方式之一，尤其是地埋管道深 入到能源供应、城市发展和人民生活等各个方面，广泛应用于原油、天然气、自来水、城市液 化气以及流程工业领域中各种流体物料的输送，在国民经济中起着举足轻重的作用，但地 埋管道在为人们提供输运方便的同时，地埋管道失效的问题给管道输送带来了极大的安全 隐患。地埋管道的失效形式多样，机理复杂，如材料缺陷、腐蚀、外力破坏等，具有明显的局 部性、风险性和突发性。PCCP管道(即预应力钢筒混凝土管以下简称PCCP管道)的阴极保护水平的监测 是以保护电位为准则的，这种保护的极化电位的精确定义应是不含IR降的极化电位，测试 的条件是较复杂的，由于某种原因这些限定在实际中很难操作，而且在日常管理工作中也 不方便。地埋PCCP管道为延长使用寿命一般均采用防腐涂料加阴极保护的联合防蚀措施 进行控制。通常管道周围的环境状况较为复杂，有时还存在交流和直流杂散电流影响。另 外，长距离的PCCP管道与其它地下构筑物相碰的几率也很高，如有发生金属连接，电位测 试就成问题；由于PCCP管横向电阻过大，多采用牺牲阳极保护，通常不可能在测量时全部 断开，使得管道真实的阴极保护电位测量变得更加复杂和困难。目前，采用的排除或减小IR降的方法主要有断电法、试片断电法、脉冲技术、极 化探头法、原位参比法(近参比法)、土壤电位梯度技术、交流电技术等。只要条件允许，采用 断电法可以测出管道的真实电位，但在实践中，受管道周围条件所限，断电法却往往也不尽 人意。阴极保护电位测量中的IR降也会影响电位测量结果，为了消除IR降，最佳的方法是 断电法，然而断电法也受到有些条件的限制，采用常规的断电法由于杂散电流和补偿电流 的影响难以监测到真实的管道阴极保护电位。
发明内容本实用新型的主要目的在于解决上述地埋管路中监测存在的问题，提供一种阴极 保护监测探头及阴极保护监测探头监测系统。为延长地埋PCCP管道的使用寿命一般均采用防腐涂料加阴极保护的联合防蚀措 施进行控制。通常管道周围的环境状况较为复杂，有时还存在交流和直流杂散电流影响，在 这种干扰条件下如何来测量PCCP管道阴极保护的真实电位就显得尤为重要。以往对于地面测量电位的表达式为PQN = Pt + IR ；但表达式忽略了一个非IR降 误差；实际的表达式应为Pon = Pt + Δ P= Pt + IR + V0(1)[0010]式中Pw——地面通电电位；Pt——管道真实极化电位；ΔΡ—测点处管/地电位误差；I——流经防腐层缺陷处的保护或其它无法知道的电流；R——测量回路中的电阻；V0——土壤中电位梯度降形成的非欧姆降压降。理想状态下钢质管道所测的最大负电位应是-1150mV，因为超过_1150mV，会发生 析氢反应，电位不再负移，而实际中很难测到，其原因是——Vtl值不随I断开而变化，影响Vtl的变量有二次电流造成的IR降，参比电极 的位置、土壤电阻率、覆盖层电阻、测点相对于整流器的位置等。——管道沿线土壤电阻率不均导致保护电流密度不同，其Pt也不相同；——切断电流后在覆盖层的缺陷处会产生一个补偿电流，其梯度将影响测试结 果；——管网越大、覆盖层越不均勻或管道经过不同电阻率的土壤，其补偿电流越大；——当大地中有杂散电流、大地电流时或有来自被测管道以外的电场干扰时，所 测得的断电电位是无效的；——经验表明，低电阻率下浙青管道的断电电位比较令人满意，而在高电阻率下 优质防腐层时误差可达几百mV。PCCP管采用的保护准则是极化电位，对于采用牺牲阳极保护的PCCP管极化电位 的测量现场不好操作，按新国标的要求，不但要测出探头的断电电位还要测出钢筋的自然 电位，本发明在测试数据中排除Vtl。测试探头的目的就是在阴极保护电位测试数据中排除Vtl和各种IR降影响。本发明是判断PCCP管阴极保护效果的模拟PCCP管测试探头，该探头将PCCP管的 自然腐蚀电位测试、阴极保护通/断电电位测试功能集成与一体。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是探头主体整体呈筒状，是由探头芯体、自腐蚀电极、阴极电极、参比电极、面层、引 线、电极穿线孔、阴极穿线孔、封闭层、固定层、探头芯腔、参比极和引线电缆组成，探头芯体 整体呈筒状，中空盲孔，中空孔为探头芯腔。探头芯体的上部设置电极穿线孔，电极穿线孔贯穿探头芯体的筒壁，与探头芯腔 贯通。探头芯体的下部设置阴极穿线孔，阴极穿线孔贯穿探头芯体的筒壁，与探头芯腔贯 通。探头芯腔内设置参比电极，参比电极与探头芯体的筒壁之间设置固定层，把参比电极稳 固在探头芯体内。把参比电极放置到探头主体的中心部，参比电极放置在探头主体的中心部使参比 电极的安装空间扩大，可以选择稳定性高、可靠性高的参比电极，保障探头主体的测量准确 性，提高参比电极的使用寿命。避免参比电极电解液渗漏对砂浆层及钢丝可能存在的污染， 最大限度地回避了阴极保护电场对电位测量的影响。将缠绕在探头芯体上电极分为上下两段，即自腐蚀电极和阴极电极，分别用来测 量在预应力状态下钢丝的自腐蚀电位和阴极保护电位。阴极电极模拟了电极的实际工况， 自腐蚀状态下的自腐蚀电极也完全模拟了实际工况。自腐蚀电极紧紧缠在探头芯体上，与混凝土和砂浆为直接接触，符合PCCP实际结构特点，性能更加安全。参比电极的顶端部设置参比极，参比极的端部与引线电缆的一端相连接，引线电 缆从探头芯腔的端口引出，将参比电极设置在探头主体的探头芯腔内保障测试的准确性和 延长参比电极的使用寿命。参比电极是探头主体核心部件，其电极电位的稳定性决定了测量结果的稳定性， 它的使用寿命决定了探头主体的使用寿命，选择合适的参比电极对PCCP管阴极保护电位 的探头主体至关重要。铜/饱和硫酸铜电极，以其高的电极电位稳定性和良好的抗极化性 能，成为优选的参比电极。但是，将铜/饱和硫酸铜电极直接安装在PCCP管探头主体的混 凝土中，则存在硫酸铜溶液渗出污染混凝土，导致铜对自腐蚀电极和阴极电极出现析出的 危险；同时也存在参比电极与混凝土接触面太小，引起测量回路电阻太高导致影响电位的 测量，因此必须对传统的铜/饱和硫酸铜电极结构进行必要的改进。参比电极分为上下两个腔室，上腔室为铜/饱和硫酸铜电极腔室，下腔室为过渡 保湿腔室，上下腔室间用导电盐桥连接，下腔室用混凝土模拟孔隙液与膨润土调配而成，电 极与外界间用导电砂浆封闭。参比电极没有直接与混凝土接触，而是通过混凝土模拟孔隙 液与混凝土接触，渗出的硫酸铜电极与强碱性混凝土模拟孔隙液反应生成氢氧化铜沉淀， 能避免电极液渗出污染测试探头混凝土以及自腐蚀电极和阴极电极析出的危险；同时，通 过保湿腔体与外界接触，给铜/饱和硫酸铜电极提供一个相对潮湿的环境，有利于延长参 比电极的使用寿命；下腔体通过导电混凝土与外界接触，扩大了电极与外界混凝土的接触 面，降低了参比电极与混凝土的接触电阻，提高了电位测量的准确性。探头芯体外壁的上部环绕筒壁设置预应力金属线材的自腐蚀电极，至少环绕2 圈，自腐蚀电极固定嵌在探头芯体的外壁上，自腐蚀电极的端部连接引线的一端，引线的另 一端从探头芯腔的外壁穿过电极穿线孔，进入探头芯腔内，自腐蚀电极的引线的另一端与 引线电缆相连接，且从探头芯腔的上端口引出，测量预应力状态下的自腐蚀电极的自腐蚀 电位。探头芯体外壁的下部环绕筒壁设置预应力金属线材的阴极电极，至少环绕2圈， 阴极电极固定嵌在探头芯体的外壁上，阴极电极的端部连接引线的一端，引线的另一端从 探头芯腔的外壁穿过阴极穿线孔，进入探头芯腔内，阴极电极的引线沿探头芯腔的内壁向 探头芯腔的上端口引出，阴极电极的引线的另一端与引线电缆相连接，且从探头芯腔的上 端口引出，测量预应力状态下的阴极电极的阴极保护电位。探头芯体外壁上的电极分为上下两部分，分别用来测量在预应力状态下的自腐蚀 电位和阴极保护电位。上部为自腐蚀电极用于测量自腐蚀电位，下部为阴极电极用于测量 阴极保护电位。自腐蚀电极和阴极电极采用与PCCP管相同材质的线材，两组电极分开缠 绕，应均勻缠绕在探头芯体的外壁上，间距至少15mm，保持恒定并紧密缠绕探头芯体上尤为 重要的是自腐蚀电极和阴极电极上不能有锈蚀，在喷射水泥砂浆的时候也不能锈蚀。自腐蚀电极的引线与引线电缆的黄色导线相连接，阴极电极的引线与引线电缆的 绿色导线相连接，参比电极的参比极与引线电缆的红色导线相连接，引线电缆从探头芯腔 的端口引出，引线电缆与接线测试盒相连接。探头主体的自腐蚀电极、阴极电极和参比极通过引线分别与引线电缆的导线相 连接，引线电缆从探头主体引出，引线电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆(YJV 0.6/1 kV3X2. 5mm2)，三芯颜色为红、黄、绿三色，其中红色导线与参比电极相连接，绿色导线与阴极 电极相连接，黄色导线与自腐蚀电极相连接，引线电缆的三芯分别接在接线测试盒的三个 接线柱上。探头芯腔的上部设置封闭层，封闭层封闭探头芯腔的上部密封隔绝与外界的连 通，封闭层连同自腐蚀电极的引线、阴极电极的引线、参比电极的参比极和引线电缆的端部 一起密封，跟外界隔离。自腐蚀电极的引线、阴极电极的引线、参比极的引线和引线电缆的连接引线的端 部均设置在封闭层内，为了让自腐蚀电极的引线、阴极电极的引线、参比极的引线和引线电 缆的连接引线的端部与外界隔离，向封闭层内灌入环氧树脂，把自腐蚀电极的引线、阴极电 极的引线、参比电极的参比极和引线电缆的端部包裹住，待环氧树脂固化后，自腐蚀电极的 引线、阴极电极的引线、参比电极的参比极和引线电缆的端部与外界密封隔离。探头芯体的外部设置面层，面层包裹住探头芯体的外部保护自腐蚀电极、阴极电 极和探头芯体的外壁。自腐蚀电极和阴极电极固定缠绕在探头芯体上，在探头芯体的外壁上设置面层， 面层保护探头芯体、自腐蚀电极和阴极电极，面层起到保障自腐蚀电极和阴极电极不受外 部的侵蚀。参比电极是由参比电极管腔、电极腔室、分隔板、导电盐桥、保湿腔室和导电砂浆 封底组成，参比电极整体呈筒状，参比电极的参比电极管腔整体呈中空筒状，参比电极管腔 的中部设置分隔板，把参比电极管腔分隔成电极腔室和保湿腔室，参比电极管腔的上部为 电极腔室，电极腔室内填充饱和硫酸铜溶液，电极腔室内插入纯铜制的参比极，参比极浸泡 在饱和硫酸铜溶液内，参比极的上端部引出电极腔室的上部。上腔室应尽量填满分析纯硫酸铜，然后加入适量蒸馏水；纯铜棒经表面处理后应 尽快浸没在硫酸铜溶液中，电极上部组装完，应进行参比电极的电位检测，其电极电位误差 应控制标准值的士5mV范围内，同批次参比电极的电位值波动应控制在士2mV内。参比电极管腔的下部为保湿腔室，保湿腔室的下端部设置导电砂浆封底，封闭住 参比电极管腔的底部，导电砂浆封底与探头芯腔的底部紧密接触，保湿腔室内填充混凝土 孔隙液与膨润土调制的混合物。下腔室的导电砂浆采用水泥、砂和导电炭黑配制成的料浆，下腔室内的填充物采 用混凝土孔隙液与膨润土调制的混合物，填充下腔室。电极腔室与保湿腔室之间的分隔板上设置导电盐桥，导电盐桥的两端分别与电极 腔室和保湿腔室相连接，导电盐桥贯通电极腔室和保湿腔室，电极腔室内的饱和硫酸铜溶 液通过导电盐桥向保湿腔室过渡。探头主体设置在地表面下的管道旁，管道相互连接构成的管路，管路沿线每Ikm 至少设置1处探头埋设点，每处探头埋设点在管道周围至少设置1-2组探头主体，探头主体 沿管道四周平行埋设，探头主体距离管道0. 2-0. 8m,电流的流动在探头主体跟管道之间的 土壤内产生较小的电压降。探头主体放置在地表面下的地埋管道旁，无论管道埋设在地表面下多深，探头 主体始终在地表面下与管道平行放置，探头主体不与地埋管道接触，与管道的距离为 0. 2-0. Sm。管道与管道相连接构成管路，根据管道的设计要求沿管路每Ikm至少设置1处探头埋设点，每处探头埋设点的管道周围放置探头主体的数量要依据埋设的管道的管径面 积和地表下土质条件确定，通常单排较小管径的管道至少埋设1个探头主体，对于单排或 多排管径较大的管道或者大口径管道至少埋设2个探头主体。对于地表下管道周围的土质 条件比较好一些的情况以及地表下管道周围的土质条件比较差一些的情况结合管径的大 小确定埋设探头主体的位置和数量，满足监测的要求。地表下管道周围的土质条件包括土 质酸碱度和地下水位的情况等。通过探头主体进行监测，反映出探头主体附近的管体电位。无论是单排、双排或多 排管路，要根据具体工程的设计要求、工程规模以及所处环境等条件设置探头埋设点和探 头主体放置数量，以满足监测要求为原则。探头主体、接线测试盒、主控制器、工程阳极电极和管道电极构成阴极保护监测探 头监测系统，其中一组探头主体的引线电缆的一端部与接线测试盒的其中一组接线端子排 上的接线柱相连接，引线电缆的一端部的自腐蚀电极的黄色导线、阴极电极的绿色导线和 参比电极的红色导线分别各自与其中一组接线端子排上的接线柱相连接。另一组探头主体的引线电缆的一端部与接线测试盒的其中一组接线端子排上的 接线柱相连接，引线电缆的一端部的自腐蚀电极的黄色导线、阴极电极的绿色导线和参比 电极的红色导线分别各自与其中一组接线端子排上的接线柱相连接。至少1-2组探头主体的引线电缆接续到接线测试盒内，引线电缆的自腐蚀电极的 黄色导线、阴极电极的绿色导线和参比电极的红色导线分别接续到其中一组接线端子排的 接线柱上，主控制器从接线测试盒内的接线柱上获取地表下探头主体的数字信息。把地埋的管道相互连接构成的管路，在相邻的管道与管道的端部之间设置金属跨 接件，金属跨接件把管道与管道的端部相连接，通过金属跨接件将管道与管道连接成一条 连续导通的管路，管道通过线路与接线测试盒的其中一组接线端子排上的接线柱相连接构 成管路电极，导通的管路综合反映出电位情况，通过探头主体监测电位异常情况，判明管道 阴极保护系统运行情况，检测不同位置的探头主体的电位，则反应出管道相应位置的电位 和电流分布情况。管节之间的本身连接为承插形式，为提高管道的电连通性，还需采用金属跨接件 及跨接电缆进行电连接，确保阴极保护电流的连续性，提高管道与管道之间导通性能，通过 探头主体的监测出的数据分析出整体监测管路的情况，导通的管路会综合反映出整体电位 情况。在地表面下管道旁埋设工程阳极电极，通过线路与接线测试盒的其中一组接线端 子排的接线柱相连接，构成工程阳极电极的接线柱。地表下的管道旁设置工程阳极电极，由线路连接到接线测试盒的接线柱上，构成 工程阳极电极的接线柱，主控制器对工程阳极电极实施监测获取数据信息。接线测试盒整体呈盒体状，接线测试盒内至少设置2排接线端子排，接线端子排 上至少设置10个接线柱，2排接线端子排之间设置开关。接线测试盒内安设接线端子排，在接线端子排上设置接线柱，探头主体的阴极电 极、自腐蚀电极和参比电极通过引线电缆接续到接线端子排上的接线柱，工程阳极电极和 管路电极分别接续到接线端子排上的接线柱上，由主控制器的检测设备实施监测。其中一组接线端子排上连接的两组探头主体的阴极电极分别与另一组接线端子排的接线柱相连接，在与另一组接线端子排的接线柱连接的线路上分别设置开关，日常情 况下开关开启连通线路。其中一组接线端子排上连接的管路电极与另一组接线端子排上连接的接线柱相 连接，在与另一组接线端子排的接线柱连接的线路上设置开关，日常情况下开关开启连通 线路。另一组接线端子排的接线柱上两组探头主体的阴极电极分别与另一组接线端子 排上的管路电极相连接，其中一组接线端子排上的工程阳极电极通过线路与其中一组接线 端子排上的管路电极相连接，工程阳极电极与管路电极相连接的线路上设置开关，日常情 况下开关开启连通线路。接线测试盒内的阴极电极、自腐蚀电极、参比电极、工程阳极电极和管路电极通过 线路和开关构成线路，在日常情况下开关为开启状态，线路连同。在检测时作断电测试关闭 开关实施监测。主控制器设置检测设备和运算设备，主控制器的检测设备设有断电测试仪和万用 表，主控制器的运算设备设有计算机或PC单板机，主控制器的检测设备按照设计要求分别 对接线测试盒内接线端子排上的接线柱检测，主控制器的运算设备对检测设备所检测到的 数据信息分别记录、存储、分析数据信息、处理数据信息，检测的数据信息经主控制器数据 处理判定阴极保护系统的工作状态和安全性。主控制器的检测设备对接线测试盒内的接线端子排上的接线柱分别实施监测数 据信息，主控制器的运算设备记录、存储、分析、处理数据信息，并打印出数据信息报告。本实用新型是阴极保护监测探头及阴极保护监测探头监测系统。设计科学，结构 合理，性能可靠，应用范围广，稳定性高、抗极化能力强，探头质量稳定，满足了 PCCP管工作 状态下的真实保护电位和自然电位测量的需要，采用硫酸铜参比电极为参考电极，减少了 单位换算，便于测量数据处理工作量。参比电极选用传统饱和硫酸铜参比电极，并把参比电 极设置在探头的中心部位，最大限度地回避了测量回路和极化回路的相互干扰问题，解决 了电极液可能存在的对混凝土及钢丝的污染问题，为参比电极的稳定性和长寿命建立了一 个良好的环境。工程现场测试的结果表明，测试探头能很好地反映管道预应力钢丝的阴极 保护状态，PCCP阴极保护监测探头的应用对于保证PCCP管阴极保护技术的有效实施、确 保管道的安全运行具有重要的实际意义。管道腐蚀状况的原位检测，能够及时了解工业设 备的腐蚀现状、评定防腐蚀措施的有效性，对工业实践具有指导作用。本发明广泛的应用于 公路、铁路、水运、航空和工农业等领域中用于原油、天然气、自来水、城市液化气等各种流 体物料的管道输送。
以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明。
图1阴极保护监测探头的剖视示意图图2阴极保护监测探头的探头芯体的剖视示意图图3阴极保护监测探头的探头芯体的示意图图4阴极保护监测探头监测系统的示意图图5阴极保护监测探头监测系统的示意图。
10[0073]1探头芯体，2自腐蚀电极，3阴极电极，4参比电极，5面层，6引线，7电极穿线孔， 8阴极穿线孔，9封闭层，10固定层，11参比电极管腔，12电极腔室，13导电盐桥，14保湿腔 室，15导电砂浆封底，16接线测试盒，17探头主体，18探头芯腔，19参比极，20工程阳极电 极，21管道，22金属跨接件，23地表面，24引线电缆，25分隔板，26接线端子排，27接线柱， 28开关，29管道电极，30主控制器。
具体实施方式
实施例1探头主体(17)整体呈筒状，是由探头芯体(1)、自腐蚀电极(2)、阴极电极(3)、参 比电极(4)、面层(5)、引线(6)、电极穿线孔(7)、阴极穿线孔(8)、封闭层(9)、固定层(10)、 探头芯腔(18)、参比极(19)和引线电缆(24)组成，探头芯体(1)整体呈筒状，中空盲孔，中 空孔为探头芯腔(18)。探头芯体(1)的上部设置电极穿线孔(7)，电极穿线孔(7)贯穿探头芯体(1)的筒 壁，与探头芯腔(18)贯通。探头芯体(1)的下部设置阴极穿线孔(8)，阴极穿线孔(8)贯穿 探头芯体(1)的筒壁，与探头芯腔(18)贯通。探头芯腔(18)内设置参比电极(4)，参比电极 (4)与探头芯体(1)的筒壁之间设置固定层(10)，把参比电极(4)稳固在探头芯体(1)内。参比电极(4)的顶端部设置参比极(19)，参比极(19)的端部与引线电缆(24)的 一端相连接，引线电缆(24)从探头芯腔(18)的端口引出，将参比电极(4)设置在探头主体 (17)的探头芯腔(18)内保障测试的准确性和延长参比电极(4)的使用寿命。探头芯体(1)外壁的上部环绕筒壁设置预应力金属线材的自腐蚀电极(2)，至少 环绕2圈，自腐蚀电极(2)固定嵌在探头芯体(1)的外壁上，自腐蚀电极(2)的端部连接引 线(6)的一端，引线(6)的另一端从探头芯腔(18)的外壁穿过电极穿线孔(7)，进入探头芯 腔(18)内，自腐蚀电极(2)的引线(6)的另一端与引线电缆(24)相连接，且从探头芯腔(18) 的上端口引出，测量预应力状态下的自腐蚀电极(2 )的自腐蚀电位。探头芯体(1)外壁的下部环绕筒壁设置预应力金属线材的阴极电极(3)，至少环 绕2圈，阴极电极(3)固定嵌在探头芯体(1)的外壁上，阴极电极(3)的端部连接引线(6) 的一端，引线(6)的另一端从探头芯腔(18)的外壁穿过阴极穿线孔(8)，进入探头芯腔(18) 内，阴极电极(3)的引线(6)沿探头芯腔(18)的内壁向探头芯腔(18)的上端口引出，阴极 电极(3)的引线(6)的另一端与引线电缆(24)相连接，且从探头芯腔(18)的上端口引出， 测量预应力状态下的阴极电极(3)的阴极保护电位。自腐蚀电极(2)的引线(6)与引线电缆(24)的黄色导线相连接，阴极电极(3)的 引线(6)与引线电缆(24)的绿色导线相连接，参比电极(4)的参比极(19)与引线电缆(24) 的红色导线相连接，引线电缆(24)从探头芯腔(18)的端口引出，引线电缆(24)与接线测试 盒(16)相连接。探头芯腔(18)的上部设置封闭层(9)，封闭层(9)封闭探头芯腔(18)的上部密封 隔绝与外界的连通，封闭层(9)连同自腐蚀电极(2)的引线(6)、阴极电极(3)的引线(6)、 参比电极(4)的参比极(19)和引线电缆(24)的端部一起密封，跟外界隔离。探头芯体(1)的外部设置面层(5 )，面层(5 )包裹住探头芯体(1)的外部保护自腐 蚀电极(2 )、阴极电极(3 )和探头芯体(1)的外壁，如图1、图2、图3所示。[0083]实施例2参比电极(4)是由参比电极管腔(11)、电极腔室(12)、分隔板(25)、导电盐桥
(13)、保湿腔室(14)和导电砂浆封底(15)组成，参比电极(4)整体呈筒状，参比电极(4)的 参比电极管腔(11)整体呈中空筒状，参比电极管腔(11)的中部设置分隔板(25)，把参比电 极管腔(11)分隔成电极腔室(12)和保湿腔室(14)，参比电极管腔(11)的上部为电极腔室 (12)，电极腔室(12)内填充饱和硫酸铜溶液，电极腔室(12)内插入纯铜制的参比极(19)， 参比极(19)浸泡在饱和硫酸铜溶液内，参比极(19)的上端部引出电极腔室(12)的上部。参比电极管腔(11)的下部为保湿腔室(14)，保湿腔室(14)的下端部设置导电砂 浆封底(15)，封闭住参比电极管腔(11)的底部，导电砂浆封底(15)与探头芯腔(18)的底部 紧密接触，保湿腔室(14)内填充混凝土孔隙液与膨润土调制的混合物。电极腔室(12)与保湿腔室(14)之间的分隔板(25)上设置导电盐桥(13)，导电盐 桥(13)的两端分别与电极腔室(12)和保湿腔室(14)相连接，导电盐桥(13)贯通电极腔室 (12)和保湿腔室(14)，电极腔室(12)内的饱和硫酸铜溶液通过导电盐桥(13)向保湿腔室
(14)过渡，如图1、图2、图3所示。实施例3探头主体(17)设置在地表面(23)下的管道(21)旁，管道(21)相互连接构成的管 路，管路沿线每Ikm至少设置1处探头埋设点，每处探头埋设点在管道(21)周围至少设置1 组探头主体(17)，探头主体(17)沿管道(21)四周平行埋设，探头主体(17)距离管道(21)
0.2-0. 8m,电流的流动在探头主体(17)跟管道(21)之间的土壤内产生较小的电压降，如图
1、图4所示。实施例4探头主体(17)设置在地表面(23)下的管道(21)旁，管道(21)相互连接构成的管 路，管路沿线每Ikm至少设置1处探头埋设点，每处探头埋设点在管道(21)周围至少设置2 组探头主体(17)，探头主体(17)沿管道(21)四周平行埋设，探头主体(17)距离管道(21)
0.2-0. 8m,电流的流动在探头主体(17)跟管道(21)之间的土壤内产生较小的电压降，如图
1、图5所示。实施例5探头主体(17)、接线测试盒(16)、主控制器(30)、工程阳极电极(20)和管道电极 (29)构成阴极保护监测探头监测系统，其中一组探头主体(17)的引线电缆(24)的一端部 与接线测试盒(16)的其中一组接线端子排(26)上的接线柱(27)相连接，引线电缆(24)的 一端部的自腐蚀电极(2)的黄色导线、阴极电极(3)的绿色导线和参比电极(4)的红色导线 分别各自与其中一组接线端子排(26)上的接线柱(27)相连接。另一组探头主体(17)的引线电缆(24)的一端部与接线测试盒(16)的其中一组接 线端子排(26)上的接线柱(27)相连接，引线电缆(24)的一端部的自腐蚀电极(2)的黄色 导线、阴极电极(3)的绿色导线和参比电极(4)的红色导线分别各自与其中一组接线端子 排(26)上的接线柱(27)相连接。把地埋的管道(21)相互连接构成的管路，在相邻的管道(21)与管道(21)的端部 之间设置金属跨接件(22)，金属跨接件(22)把管道(21)与管道(21)的端部相连接，通过金 属跨接件(22)将管道(21)与管道(21)连接成一条连续导通的管路，管道(21)通过线路与接线测试盒(16)的其中一组接线端子排(26)上的接线柱(27)相连接构成管路电极(29)， 导通的管路综合反映出电位情况，通过探头主体(17)监测电位异常情况，判明管道(21)阴 极保护系统运行情况，检测不同位置的探头主体(17)的电位，则反应出管道(21)相应位置 的电位和电流分布情况。在地表面(23)下管道(21)旁埋设工程阳极电极(20)，通过线路与接线测试盒 (16)的其中一组接线端子排(26)的接线柱(27)相连接，构成工程阳极电极(20)的接线柱
(27)。接线测试盒(16)整体呈盒体状，接线测试盒(16)内至少设置2排接线端子排 (26)，接线端子排(26)上至少设置10个接线柱(27)，2排接线端子排(26)之间设置开关
(28)。其中一组接线端子排(26)上连接的两组探头主体(17)的阴极电极(3)分别与另 一组接线端子排(26)的接线柱(27)相连接，在与另一组接线端子排(26)的接线柱(27)连 接的线路上分别设置开关(28)，日常情况下开关(28)开启连通线路。其中一组接线端子排(26)上连接的管路电极(29)与另一组接线端子排(26)上连 接的接线柱(27)相连接，在与另一组接线端子排(26)的接线柱(27)连接的线路上设置开 关(28)，日常情况下开关(28)开启连通线路。另一组接线端子排(26)的接线柱(27)上两组探头主体(17)的阴极电极(3)分别 与另一组接线端子排(26)上的管路电极(29)相连接，其中一组接线端子排(26)上的工程 阳极电极(20)通过线路与其中一组接线端子排(26)上的管路电极(29)相连接，工程阳极 电极(20 )与管路电极(29 )相连接的线路上设置开关(28 )，日常情况下开关(28 )开启连通 线路。主控制器(30)设置检测设备和运算设备，主控制器(30)的检测设备设有断电测 试仪和万用表，主控制器(30)的运算设备设有计算机或PC单板机，主控制器(30)的检测 设备按照设计要求分别对接线测试盒(16)内接线端子排(26)上的接线柱(27)检测，主控 制器(30)的运算设备对检测设备所检测到的数据信息分别记录、存储、分析数据信息、处理 数据信息，检测的数据信息经主控制器(30)数据处理判定阴极保护系统的工作状态和安全 性，如图1、图4、图5所示。
权利要求一种阴极保护监测探头，其特征是探头主体(17)整体呈筒状，是由探头芯体(1)、自腐蚀电极(2)、阴极电极(3)、参比电极(4)、面层(5)、引线(6)、电极穿线孔(7)、阴极穿线孔(8)、封闭层(9)、固定层(10)、探头芯腔(18)、参比极(19)和引线电缆(24)组成，探头芯体(1)整体呈筒状，中空盲孔，中空孔为探头芯腔(18)；探头芯体(1)的上部设置电极穿线孔(7)，电极穿线孔(7)贯穿探头芯体(1)的筒壁，与探头芯腔(18)贯通；探头芯体(1)的下部设置阴极穿线孔(8)，阴极穿线孔(8)贯穿探头芯体(1)的筒壁，与探头芯腔(18)贯通；探头芯腔(18)内设置参比电极(4)，参比电极(4)与探头芯体(1)的筒壁之间设置固定层(10)，把参比电极(4)稳固在探头芯体(1)内；参比电极(4)的顶端部设置参比极(19)，参比极(19)的端部与引线电缆(24)的一端相连接，引线电缆(24)从探头芯腔(18)的端口引出，将参比电极(4)设置在探头主体(17)的探头芯腔(18)内保障测试的准确性和延长参比电极(4)的使用寿命；探头芯体(1)外壁的上部环绕筒壁设置预应力金属线材的自腐蚀电极(2)，至少环绕2圈，自腐蚀电极(2)固定嵌在探头芯体(1)的外壁上，自腐蚀电极(2)的端部连接引线(6)的一端，引线(6)的另一端从探头芯腔(18)的外壁穿过电极穿线孔(7)，进入探头芯腔(18)内，自腐蚀电极(2)的引线(6)的另一端与引线电缆(24)相连接，且从探头芯腔(18)的上端口引出，测量预应力状态下的自腐蚀电极(2)的自腐蚀电位；探头芯体(1)外壁的下部环绕筒壁设置预应力金属线材的阴极电极(3)，至少环绕2圈，阴极电极(3)固定嵌在探头芯体(1)的外壁上，阴极电极(3)的端部连接引线(6)的一端，引线(6)的另一端从探头芯腔(18)的外壁穿过阴极穿线孔(8)，进入探头芯腔(18)内，阴极电极(3)的引线(6)沿探头芯腔(18)的内壁向探头芯腔(18)的上端口引出，阴极电极(3)的引线(6)的另一端与引线电缆(24)相连接，且从探头芯腔(18)的上端口引出，测量预应力状态下的阴极电极(3)的阴极保护电位；自腐蚀电极(2)的引线(6)与引线电缆(24)的黄色导线相连接，阴极电极(3)的引线(6)与引线电缆(24)的绿色导线相连接，参比电极(4)的参比极(19)与引线电缆(24)的红色导线相连接，引线电缆(24)从探头芯腔(18)的端口引出，引线电缆(24)与接线测试盒(16)相连接；探头芯腔(18)的上部设置封闭层(9)，封闭层(9)封闭探头芯腔(18)的上部密封隔绝与外界的连通，封闭层(9)连同自腐蚀电极(2)的引线(6)、阴极电极(3)的引线(6)、参比电极(4)的参比极(19)和引线电缆(24)的端部一起密封，跟外界隔离；探头芯体(1)的外部设置面层(5)，面层(5)包裹住探头芯体(1)的外部保护自腐蚀电极(2)、阴极电极(3)和探头芯体(1)的外壁。
2.根据权利要求1所述的阴极保护监测探头，其特征在于所述的参比电极(4)是由参 比电极管腔(11)、电极腔室(12)、分隔板(25)、导电盐桥(13)、保湿腔室(14)和导电砂浆封 底(15)组成，参比电极(4)整体呈筒状，参比电极(4)的参比电极管腔(11)整体呈中空筒 状，参比电极管腔(11)的中部设置分隔板(25)，把参比电极管腔(11)分隔成电极腔室(12) 和保湿腔室(14)，参比电极管腔(11)的上部为电极腔室(12)，电极腔室(12)内填充饱和硫 酸铜溶液，电极腔室(12)内插入纯铜制的参比极(19)，参比极(19)浸泡在铜/饱和硫酸铜 溶液内，参比极(19)的上端部引出电极腔室(12)的上部；参比电极管腔(11)的下部为保湿 腔室(14)，保湿腔室(14)的下端部设置导电砂浆封底(15)，封闭住参比电极管腔(11)的底部，导电砂浆封底(15)与探头芯腔(18)的底部紧密接触，保湿腔室(14)内填充混凝土孔隙 液与膨润土调制的混合物；电极腔室(12)与保湿腔室(14)之间的分隔板(25)上设置导电 盐桥(13)，导电盐桥(13)的两端分别与电极腔室(12)和保湿腔室(14)相连接，导电盐桥 (13)贯通电极腔室(12)和保湿腔室(14)，电极腔室(12)内的饱和硫酸铜溶液通过导电盐 桥(13)向保湿腔室(14)过渡。
3. 一种阴极保护监测探头监测系统，其特征在于，根据权利要求1所述的探头主体 (17)设置在地表面(23)下的管道(21)旁，管道(21)相互连接构成的管路，管路沿线每 Ikm至少设置1处探头埋设点，每处探头埋设点在管道(21)周围至少设置1-2组探头主体 (17)，探头主体(17)沿管道(21)四周平行埋设，探头主体(17)距离管道(21)0. 2-0. 8m,电 流的流动在探头主体(17)跟管道(21)之间的土壤内产生较小的电压降；探头主体(17)、接 线测试盒(16)、主控制器(30)、工程阳极电极(20)和管道电极(29)构成阴极保护监测探头 监测系统，其中一组探头主体(17)的引线电缆(24)的一端部与接线测试盒(16)的其中一 组接线端子排(26)上的接线柱(27)相连接，引线电缆(24)的一端部的自腐蚀电极(2)的 黄色导线、阴极电极(3)的绿色导线和参比电极(4)的红色导线分别各自与其中一组接线 端子排(26 )上的接线柱(27 )相连接；另一组探头主体(17)的引线电缆(24)的一端部与接线测试盒(16)的其中一组接线端 子排(26)上的接线柱(27)相连接，引线电缆(24)的一端部的自腐蚀电极(2)的黄色导线、 阴极电极(3)的绿色导线和参比电极(4)的红色导线分别各自与其中一组接线端子排(26) 上的接线柱(27)相连接。把地埋的管道(21)相互连接构成的管路，在相邻的管道(21)与管道(21)的端部之间 设置金属跨接件(22)，金属跨接件(22)把管道(21)与管道(21)的端部相连接，通过金属跨 接件(22)将管道(21)与管道(21)连接成一条连续导通的管路，管道(21)通过线路与接线 测试盒(16)的其中一组接线端子排(26)上的接线柱(27)相连接构成管路电极(29)，导通 的管路综合反映出电位情况，通过探头主体(17)监测电位异常情况，判明管道(21)阴极保 护系统运行情况，检测不同位置的探头主体(17)的电位，则反应出管道(21)相应位置的电 位和电流分布情况；在地表面(23 )下管道(21)旁埋设工程阳极电极(20 )，通过线路与接线 测试盒(16)的其中一组接线端子排(26)的接线柱(27)相连接，构成工程阳极电极(20)的 接线柱(27);接线测试盒(16)整体呈盒体状，接线测试盒(16)内至少设置2排接线端子排(26)，接 线端子排(26)上至少设置10个接线柱(27)，2排接线端子排(26)之间设置开关(28);其 中一组接线端子排(26)上连接探头主体(17)的阴极电极(3)与另一组接线端子排(26)的 接线柱(27)相连接，在与另一组接线端子排(26)的接线柱(27)连接的线路上分别设置开 关(28)，日常情况下开关(28)开启连通线路；其中一组接线端子排(26)上连接的管路电极 (29)与另一组接线端子排(26)上连接的接线柱(27)相连接，在与另一组接线端子排(26) 的接线柱(27)连接的线路上设置开关(28)，日常情况下开关(28)开启连通线路；另一组接 线端子排(26)的接线柱(27)上两组探头主体(17)的阴极电极(3)分别与另一组接线端子 排(26)上的管路电极(29)相连接，其中一组接线端子排(26)上的工程阳极电极(20)通过 线路与其中一组接线端子排(26)上的管路电极(29)相连接，工程阳极电极(20)与管路电 极(29)相连接的线路上设置开关(28)，日常情况下开关(28)开启连通线路；主控制器(30)设置检测设备和运算设备，主控制器(30)的检测设备设有断电测试仪 和万用表，主控制器(30)的运算设备设有计算机或PC单板机，主控制器(30)的检测设备 按照设计要求分别对接线测试盒(16)内接线端子排(26)上的接线柱(27)检测，主控制器 (30)的运算设备对检测设备所检测到的数据信息分别记录、存储、分析数据信息、处理数据 信息，检测的数据信息经主控制器(30)数据处理判定阴极保护系统的工作状态和安全性。
专利摘要本实用新型是阴极保护监测探头及阴极保护监测探头监测系统。探头主体整体呈筒状，探头芯体整体呈筒状，中空盲孔，中空孔为探头芯腔，探头芯体的上部设置电极穿线孔，电极穿线孔贯穿探头芯体的筒壁，与探头芯腔贯通，探头芯体的下部设置阴极穿线孔，阴极穿线孔贯穿探头芯体的筒壁，与探头芯腔贯通；探头芯腔内设置参比电极，参比电极与探头芯体的筒壁之间设置固定层，把参比电极稳固在探头芯体内。本实用新型设计科学，结构合理，性能可靠，应用范围广，稳定性高、抗极化能力强，探头质量稳定，广泛的应用于公路、铁路、水运、航空和工农业等领域中用于原油、天然气、自来水、城市液化气等各种流体物料的管道输送。
文档编号G01N17/02GK201662525SQ20102015599
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者刘国庆, 刘学功, 吴树香, 张卫华, 曹野明, 李广智, 杜铁锁, 焦丽娜, 程庆臣, 罗莎, 许光禄, 赵考生 申请人:天津市水利科学研究院