测量实时腐蚀的装置和方法

专利名称：测量实时腐蚀的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于检测同一传感器或试样(coupon)上的全面腐 蚀(general corrosion )和局部腐蚀的腐蚀才企测器和方法。
技术领域
各种工业过程包括腐蚀性流体和工艺。这样的环境退化和侵蚀包括管 道、容器、热交换器等的工业设备，其由此增加生产成本、造成延期、增加 保养成本且危及安全操作。为了减轻这些问题，腐蚀监控是有价值的工具。
目前，利用各种传统技术来评估退化和腐蚀。在一个例子中，腐蚀试样 暴露于腐蚀性环境，以测量在例如流体容器的机器零件上的实际腐蚀。这样 的试样被周期性地检查和分析，典型地每个月一次。通过测量由于腐蚀造成 的试样的重量减轻，并归一化每单位时间的重量减轻，该技术量化了全面腐 蚀率。腐蚀的试样还在显微镜下检查，以确定任意蚀坑或"局部腐蚀，，的深 度。该方法比较麻烦且很难提供把片段腐蚀(episodic corrosion)与实时扰 乱关联的方法。
另一传统技术是要测量导线或传感器的电阻的变化。腐蚀过程导致材料 的退化，且对于金属管道和容器，其转化为重量减轻。该材料的损失以限定 的方式影响电阻。
在另一已知为线性极化电阻(LPR)的传统技术中，腐蚀的电极的极化 电阻被测量，以确定腐蚀电流，其为腐蚀率的直接测量。量级为10-20mV 的低电势被施加跨越腐蚀传感元件，且得到的感生电流被测量。极化电阻基 于电势和电流而被计算，其被认为是均匀腐蚀率的倒数。线性极化电阻技术 没有直接测量管或容器壁的退化，且要求假定材料恒定以及环境温度恒定， 其把不确定性引入测量的腐蚀率和腐蚀量。
另 一传统技术是电化学噪声测量，其典型地用在流体环境中以测量局部 腐蚀。该技术检测在腐蚀过程中发生的电流或电势的局部随机脉冲的变化。
这些传统技术没有提供对于全面腐蚀和局部腐蚀实时的可靠的监控。因
此，需要改进的技术。

发明内容
因此，本发明提供腐蚀传感器或试样，以及在单一传感器中测量全面腐 蚀和局部腐蚀的方法。
本发明还提供用于实时测量全面腐蚀和局部腐蚀的传感器和方法。如此 处使用的，"实时"包括连续地测量腐蚀和/或以预定的时间周期连续测量，
如每分钟、每第n分钟、每小时、每天等。
本发明的传感器适于测定全面腐蚀和局部腐蚀。该传感器包括至少一个 能导电的特征阻抗腐蚀元件，以及多个分布在腐蚀元件上的电极。在两个预 定的电极之间测量的腐蚀元件的段的阻抗与该段上的腐蚀相关，且这些段的 阻抗被比较，以区别全面腐蚀和局部腐蚀。
一个或多个腐蚀元件可以是线性的或非线性的，如蜿蜒的或螺旋的，且 可具有不同的横截面面积。腐蚀元件可嵌入电绝缘材料中。腐蚀元件具有至 少一个维度与预定冶金的点腐蚀尺寸特征相当。该传感器可设置在MEMs 芯片上，且现场中央单元可与每个芯片无线通讯。
特性阻抗可以是电阻或反应阻抗，其包括电容和电感。腐蚀元件还可以 是大致二维元件。
腐蚀元件的至少一个表面可具有大致类似于容器的内表面的粗糙度的 粗糙度，传感器部署在该容器内部。另一腐蚀元件可具有增加的表面粗糙度。 一个腐蚀元件或传感器可作为参考传感器而部署，其暴露到与测量传感器类 似的环境状况，但没有暴露到腐蚀性流体。


参考附图阅读下面的说明，可更好地理解本发明的这些和其它特征、方 面和优点，在整个附图中类似的标号表示类似的零件，其中
图1是作为传感器的表面的函数的阻抗的变化的示意图。图1A是本发 明的具有电阻、电容和电感的典型阻抗电路的示意图2显示了根据本发明的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 线性电阻腐蚀传感器的简化示意图。图2A是图2所示传感器的另一配置。 图2B是二维替换实施例；
蜿蜒形腐蚀传感器；
图4显示了根据本发明的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 涡旋形腐蚀传感器；
图5A显示了图3的蜿蜒传感器的另一配置。图5B是从图5A分出的线 性电阻腐蚀传感器的一部分，显示了理想化的局部腐蚀。图5C是图5B的 侧视图。图5D是图5B和5C的传感器的等效电路的示意图。图5E是局部 腐蚀的深度和电阻的理想化图表；
图6A显示了芯片上的总的整体腐蚀传感器的横截面视图，包括根据本 发明的实施例构造的传感元件和电子器件。图6B显示了带有示意性电路元 件的图6A的底视图7是部署在管道中的图6A和6B所示的传感器的示意图8是在现场与多个图6A和6B所示的腐蚀传感器一起使用的中央控 制器或CPU的示意图9A是示出作为基材的函数的凹陷的变化的深宽比的图表。图9B是 表示本发明的传感器和在现场部署后的试样传感器的灵敏度的图表。
具体实施例方式
本发明的一个方面涉及一种腐蚀传感器，当设置在需要腐蚀检测和/或分 析的目标系统或装置内、与其接触或靠近时，该腐蚀传感器具有检测至少两 个不同类型腐蚀的能力。本发明的传感器能检测全面腐蚀和局部或局部化腐 蚀，如下进一步所述。尽管目标系统可由任意材料制造，典型的目标系统包 括但不限于金属管道、容器、贮存器、热交换器等，腐蚀性流体流动/循环通 过其中。
目标系统内的流体通过化学方式(如腐蚀)或机械破坏(如侵蚀)可导 致系统的损坏。在一些实施例中，这些状况可包括但不限于增力口/降低压力、 增加/降低温度、相对较高/相对较低流速等以及其组合。这些腐蚀性流体典 型地是含水的，且最常见的是有力的水。然而腐蚀性流体还可包括任意液体、 气体或其组合。另外，在一些实施例中，腐蚀性流体可包括不同类型的成分， 例如特定固体颗粒、胶体等。例如，腐蚀性流体可以是水、碳氢化合物、有 机溶剂等，或其组合。水可包括例如废水、净化水、自来水、诸如盐水或海
水这样的水盐溶液，等等。在一些实施例中，碳氢化合物可包括有机化合物 的混合物，如油/石油反应物、中间产物和/或副产物。
工业容器和管道典型地由金属或金属合金制造，如铜、铜合金、诸如钢 这样的铁合金、镍合金、铬镍铁合金、钛、钛合金、铝、铝合金、镁合金、 铬合金、钴合金、钽合金、钨合金、锌合金、锆合金等，或其组合。目标管 道和容器可替换地由非金属材料或由金属和非金属的组合制造。
在优选实施例中，至少腐蚀传感器的一部分，特別是传感元件，具有基 本上与目标系统的管道或其它流体容纳表面的化学成分类似的化学成分。在 任何情况下，腐蚀传感器可有利地由上述合金或金属制造。优选地，传感元 件具有与目标系统的流体容纳表面或管道类似的表面光洁度。这确保了在目
标系统上将发生与传感器上的腐蚀类似的腐蚀作用。
当传感器、容器或管道的金属化表面被侵蚀，其表面电阻或阻抗作为表 面的几何形状的函数而变化，如图1所示。电阻中的变化可根据下面的方程
量化<formula>formula see original document page 7</formula>頃修正因数
该方程可被一般化以通过下式计算更一般的电路阻抗；<formula>formula see original document page 7</formula>
其中Rs是跨预选段的电阻(且Zs是阻抗)；VI和V2是跨相同段的电 压；且I是穿过相同段的电流，如图]示意性的表示。该电压可以是直流或 交流。实验已经显示电阻的变化可利用标准装置在毫欧姆范围内测量。下面 描述了本发明的电路的电阻特性的变化；然而，同一原理还可用于传感元件 阻抗的电抗部分(reactive component),如本领域技术人员可以认识的。对 于阻抗的所有部分，电阻的或电抗的，是电极的几何形状的函数，改变电极
的形状、间隔、方位等的任意处理都将影响阻抗。在图l中示出了一般化的
电路且其由以下方程支配
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中Z是阻抗，Rs是电路电阻，Ls是电路电感，Cs是电路电容，且w 是角频率。
如上所述，全面腐蚀和局部腐蚀可在一个传感器上测量。全面腐蚀通常 是广泛分布的且发生在相对较大范围或相对较大面积上。全面腐蚀在目标系 统内的容器或管道的表面上或传感器上相对较均匀。全面腐蚀破坏和去除金 属体积，其改变几何，如表面厚度，且导致原始材料的损耗和退化。全面腐 蚀危及管道或容器的结构刚度和完整性。典型的全面腐蚀可包括但不限于较 大范围的表面氧化，如形成金属氧化物。另一方面，局部腐蚀可以是广泛分 布的或仅限于目标系统的较小面积，但一般相对不均匀且发生在相对较小的 范围。典型局部腐蚀可包括但不限于点腐蚀、环境应力裂紋(ESC)，(氢) 脆化等，以及其组合。
在单一传感器上的全面腐蚀和局部腐蚀的同时测量可利用线性电阻腐 蚀系统完成，例如图2所示的一个。图2显示了腐蚀传感器1，其包括线性 电阻腐蚀元件10、引线12a、 12b,和测量杆或电才及14 (下文为电极14)。 腐蚀元件10可以以点腐蚀22的形式展现全面腐蚀20和局部腐蚀22。传感 器引线12a、 12b连接腐蚀元件IO到电源(AC或DC),以提供电能给传感 器l。多个电极14以线性阵列设置，且与腐蚀元件10电连接，且大致延伸 远离腐蚀元件10。腐蚀元件10的相邻一对电极14之间的单元或段;波设计为 段16。优选地，电极14包括相对较细的导线，使得从腐蚀元件IO抽离的电 量被最小化。沿腐蚀元件10的相邻电极14之间的间隔18,还已知为节距 18，被选择以与用于特殊冶金的预期腐蚀的特征尺寸大致相同。图9A示出 了在不同冶金中的点腐蚀的深宽比。
当电流经由传感器引线12a和12b穿过腐蚀元件10时，每个段16的一 个或多个电特性，如上文方程所述，优选的为电阻，可被在成对的电极14 之间测量，共同地用Ri表示，其中i的范围从1到(n-l )，其中n是设置在 腐蚀元件IO上的电极的数目。换句话说，对于电极数目n,可测量n-l个段 16的电阻。
成对的测量电极14可彼此相邻，但不相邻的电极也可^皮使用，以改变 间隔或节距18。换句话说，间隔18可通过选择用于测量的电极而变化，该 电极例如是相邻电极、每隔一个的电极、每隔三个的电极等或随机的电极。
例如，腐蚀元件10的电阻可通过施加已知的DC或AC电流穿过传感器 引线2a和12b和测量跨成对的电极14的得到的电压而被测量。替换地， 已知的AC或DC电压可被施加到引线12a和12b,且穿过腐蚀元件10的段 16的电流可被测量。沿整个腐蚀元件IO，即在每个段16处，的阻抗可被确 定。在任意腐蚀发生在腐蚀元件IO上以前，对于腐蚀元件IO上的任意段16, 初始电阻Ro应大致相等。在腐蚀元件10被浸入腐蚀性流体给定的时间t之 后，发生的任意腐蚀减少腐蚀元件10的横截面面积，且增加发生腐蚀处的 电极的电阻，如下进一步讨论且如图5B-5E所示。
在任意给定时间，分别用Ri (t)表示的，相应成对电极14之间的段16 的多个阻抗数值可被用于腐蚀分析或可被与腐蚀前(general corrosion) Ro 比较，以得到不同的差值ARi (t)，用于腐蚀分析。替换地，包括基本上类 似的传导元件10ref (未示出)的参考传感器lref (未示出)可被装入绝缘基 底，以把参考传感器与腐蚀环境隔开，但将其暴露到与测量传感器类似的环 境状况中，例如温度和压力。该参考传感器lref可提供用于与Ri (t)比较 的非腐蚀Rx (t)数值。当Ro测量时的腐蚀前环境和Rx (t)被测量时的腐 蚀环境之间的环境状况类似时，Rx (t)应与腐蚀前Ro相同或基本上类似。 此外，Rx (t)和Ro之间的差异可表示这样的状况，如温度漂移。这样，温 度漂移可被校正，以用于更准确的读取。替换地，热电偶可被加到传感器， 以直接测量传感器的温度。
每个段]6的数值△ Ri (t)或Ri (t)可被绘在时间片柱状图或条线图的 y轴上，例如x轴表示段16沿腐蚀元件10的长度的位置。如果使用Ri(t), Ro或Rx (t)也可被绘为柱状图上的水平线用于比较。全面腐蚀20可被以 两种方式确定。全面腐蚀可由Ri (t)和Ro或Rx (t)之间的相对较小的差 异表示，或电极对之间的均匀变化表示。局部腐蚀典型地由Rx (t)和Ro 或Rx (t)之间相对较大的差异表示，或由仅在特定的、离散的电极对中的 变化表示。由于电阻是第i个和第(i+l)个电极14之间的段16i的横截面 面积的函数，第(i+l)和第(i)个电极之间的局部腐蚀22的出现意味着其 之间的段16的较小的横截面面积和因此较高的测量电阻。换句话说，通过
把一个或多个段16的电阻Ri (t)与另 一段16的Ri (t)数值比较相对较高， 可检测局部腐蚀。另一方面，通过沿更高数目的段16的电阻的广泛增加， 可检测全面腐蚀。
另夕卜，局部腐蚀22的单一发生可显著地降低电流流过局部腐蚀的能力， 如果局部腐蚀大大減少或刺穿腐蚀元件10的厚度。这产生非常强的信号， 即腐蚀已完全侵蚀电极的深度。
图3是显示图2中的腐蚀传感器1的蜿蜒变式的顶视图。这里，线性电 阻腐蚀元件IO在电绝缘基底上形成为二维蜿蜒图案。该绝缘基底30延伸到 腐蚀元件10的蜿蜒图案之间的空间，以确保电流沿腐蚀元件IO的长度且没 有短路发生。在该实施例中，有多个传感器引线，12a、 12b、 12c等，以最 小化隔开或刺穿腐蚀元件10的局部腐蚀的潜在问题。例如，如果示出在引 线12f和12g之间的腐蚀元件被侵蚀穿透，剩余的传感器仍可通过引线 12a-12f以及12g-12i等供应电流。从图3的透^J图中没有示出的是沿垂直于 所示平面的方向定向的多个电极4。蜿蜒图案还最小化了保持腐蚀元件0 的期望长度所需的空间，且还在使用线性元件的同时提供了 2-D传感器。
图4显示了图2中的腐蚀传感器1的2-D涡旋形变化。这里，腐蚀元件 10在绝缘基底30 (未示出)上形成二维螺旋图案。如图3所示，电连接到 腐蚀元件10的电极14 (未示出)大致沿垂直与所示平面的方向定向。传感 器引线12也被连接到腐蚀元件10,以供应AC或DC电流。
腐蚀元件10的尺寸，例如横截面面积，可有利地被定制以适应目标系 统的腐蚀的特征尺寸以及传感器的动态范围，如先前在显示对于不同材料的 不同蚀坑深宽比的图表中所述。该尺寸典型地依赖于目标系统的具体材料； 在腐蚀检测/分析过程中存在的腐蚀液；目标系统内的流动类型，如层流或湍 流；和预期的腐蚀量。通过改变多个腐蚀元件IO的横截面面积，如图5A的 传感器，例如局部腐蚀的特征尺寸可被确定。这可通过几种方法完成。 一个 方法涉及通过加速系统的腐蚀速度评估长期局部腐蚀的尺寸，如通过增加温 度和/或通过增加流体的特定腐蚀性成分的浓度。这必然要求使用侧流取样装 置。另 一方法涉及根据在操作状况下腐蚀性流体造成的实时腐蚀的简短测量 来推断局部腐蚀的长期尺寸。长期的局部腐蚀的预期尺寸与腐蚀元件10的 尺寸相关。
在一个实施例中，电极14之间的段16的间隔18，和电极的尺寸和形状处于局部腐蚀的尺寸和所需的或测量的动态范围的数量级。工业系统内的典型腐蚀速度在图9B中示出，用不同电极几何形状的灵敏度范围覆盖。图9B显示了来自现场部署的实际传感器数据。传感器的灵敏度可通过选择适当的 电极几何形状而被选4奪。电连接到腐蚀元件10的电极14的数目可变化，如基于间隔18和基于 腐蚀元件10的长度L，或更一般地基于腐蚀传感器1的绝对尺寸。通常， 对于设置在灵巧试样(smart coupon)上的电极的数目没有限制。然而，对 于部署在标称l-2"的直径的管道中的特定装置，需要实现适当的电力消耗， 和许多电极的良好的统计抽样以解决局部和全面腐蚀，16个电极是优选的实 施例。在另一实施例中，腐蚀传感器1包括从约3到约250个电极，优选的 是从约3个到约100个电极，且更优选的是从约5个到约20个电极。然而， 可使用任意数目的电极。再参考图5A，腐蚀传感器1包括多个具有变化的横截面面积的腐蚀元 件10,且每个腐蚀元件IO都设置在所示的电极的对12之间。在该例子中， 腐蚀元件具有变化的或进展中的横截面32、 34、 36、 38,其中横截面32最 小而横截面38最大。在图5A所示的一个实施例中，传感器引线12供应电 能，并测量每个腐蚀元件中的电阻Rs。'由于腐蚀对于腐蚀元件的侵袭，具 有最小横截面面积32的腐蚀元件经被首先切断(cut-off),不能继续导电， 或其电阻太高或接近无穷大。随着腐蚀继续，腐蚀元件10可逐渐地停止导 电，这与其横截面面积的尺寸直接相关。因此，当具有横截面面积32的腐 蚀元件10停止导电时，则腐蚀的尺寸基本上与横截面32相同。当具有横截 面面积34的腐蚀元件IO停止导电时，则腐蚀基本上与其尺寸相等，依次类 推。在图5A所示的传感器的例子中，电极14是可选的，因为传感器引线 12可被用于提供电能和测量电流和电压。腐蚀元件IO的横截面面积还影响 腐蚀元件的电阻，即较d、的横截面面积将产生较高的测量电阻。在图5A所示的另一实施例中，腐蚀元件IO与类似于图2的电极14(未 示出) 一起使用。在图5B和5C中，腐蚀元件10具有局部腐蚀22的部分 被放大示出。由于发生局部腐蚀22，腐蚀元件10的横截面面积减少。在图 5C和5D中示出了确定腐蚀22的位置和/或尺寸的方法。该部分腐蚀元件10 被例如分成电极14之间的3段16,、 162和163,其中局部腐蚀22位于段 162中。每个段16的电阻在图5D中通过等效电路示意性地表示。段16,和
163，的电阻，即R-16,和R-163是恒定的或基本上恒定，其上没有发生局部 腐蚀。段162的电阻是变化的，这是因为腐蚀的尺寸随时间增加。而且，R-162 比R-16,和R-163高，因为腐蚀22造成横截面减少。图5E所示的图表示意 性地示出了由于腐蚀的深度增加，电阻增加。
图6A和6B示出了另一实施例，其中腐蚀元件10在微机电(MEMs) 系统的的芯片上结合有获取、处理和通讯电子设备。如所示，传感器l包括 设置在顶部的腐蚀元件10,其示出了腐蚀20、 22。多个电极14通过顶部电 连接层40和底部电连接层42将腐蚀元件IO连接到CPU和其它电路，如本 领域已知的那样。如图6B所示，处理和通讯模块包括但不限于中央处理单 元(CPU),测量模块(包括伏特计、欧姆计和/或安培计)、用于选择要测量 的特定腐蚀元件10的信号开关、电池和无线通讯模块，该通讯模块优选地 使用射频信号如RFID技术。可设计传感器引线，使得每个引线在谐振电路 中是有源元件，每个引线响应特定的频率。当腐蚀发生在传感器引线的表面 时，特定谐振频率或其振幅改变，该改变然后被接收器(远远地设置在管道 的外部)检测。该接收器还是无线电波发生器，因此该传感器不需要电源。 一系列的传感器引线还可被设计，以响应一系列的谐振频率，因此通过把腐 蚀程度与谐振频率关联，可获得腐蚀曲线。抗腐蚀涂层或外壳44可被使用， 以保护电极和电路不被腐蚀。
重要的是要注意，小型MEMs传感元件可以是类似于前述的那些结构， 或电极可设置在片状材料上。同样，电极测量和绘制表面电流的变化，而不 是在离散的电极中流动的电流。该类型的传感器所基于的这些技术和装置在 美国专利No.6922641中有描述。该电极还在本领域中已知为"芯片上的 RCM"。
'421专利全部合并于此以作参考。
腐蚀传感器/芯片1的典型配置在图7中示出。典型位置包括角落或弯曲 处，其中流动可以是湍流，但不阻碍传感器设置在于容纳传感器物理封套的 任意位置。传感器/芯片l连接到管塞46,使得传感器1处于流动流中。处 理和通讯模块可重复使用且优选地嵌入塞子46中。由于无线通讯能力，多 个腐蚀传感器/芯片1可无线地设置。每个传感器/芯片可在现场与数据分析 模块48通讯，如图8所示。除了无线通讯能力，场模块48可具有其自己的 CPU和数据处理模块，如所示。场模块48可通过以太网或局域网连接到远 程模块50，其可包括计算机和数据记录装置或数据存储器。
如上所述，传感元件的表面光洁度应类似于目标系统的冶金
(metallurgy)的光洁度。优选地，传感器成对使用，即类似于目标系统的 理想的合适的抛光的传感器、具有稍微磨损的活性元件(active element)的 另 一个传感器。这样的损坏的或有缺陷的试样倾向于比标称试样在更短的时 间范围内侵蚀或遭受腐蚀侵袭，因为局部腐蚀侵袭通常在保护性表面氧化层 破损且基体金属上的直接侵袭可被开始时开始。因而，标称传感器，像管道 或容器壁一样，必须在腐蚀开始侵袭基体金属之前使得保护性表面层退化。 如果在管道或容器内存在物理缺陷将对腐蚀速度估计不足，该缺陷由于在管 道或容器的制造、运输、安装等过程中由例如刮擦、损坏的机械损坏或任意 物理损坏造成。通过使用具有一些表面损坏的破损或有缺陷的试样可测量更 快速的侵袭，在该表面损坏处保护性氧化层遭到破坏。因此，该对试样的测 量将提供发生在系统内的腐蚀侵袭的范围，包括最坏的情况(即保护性氧化 薄膜损坏)和最好的情况(即保护性氧化薄膜没有损坏)。参考传感器，如 上所述，也可使用这样的对。
由于传感器和关联的处理电子装置较小，其可被设置在许多位置，以及 嵌入其自身基础结构中。即，其可被设置到基底内或管道或容器的壁内，且
成为基础结构的一部分。换句话说，该传感器可嵌入到管道或容器材料内， 而不要求另外的机械将其固定在管道或容器内。
依赖于期望要测量和/或分析的电学特性，以及依赖于可用的电力供应， 直流和/或交流电可通过传感器引线12供应。无论什么电能被通过引线12 供应，其可包括DC分量和/或变化的或周期性的AC分量。可能的供应的电 的例子可包括但不限于具有相对恒定的最大振幅和频率的正弦电压/电流、具 有相对恒定的最大振幅和频率的方波或斜波电压/电流、具有变化的频率/周 期的正弦电压/电流、具有变化的频率/周期的方波或斜波电压/电流、具有变 化的振幅的正弦电压/电流、具有变化的振幅的方波或斜波电压/电流等，或 其任意组合和/或其重复的图样。由于常用的电源，如工业电源和/或电池， 被典型地用于给传感器引线12供电，传感器引线12可采用电极和/或连接到 传感元件12的硬导线形式。虽然如此，其它电源，如用于产生/聚焦磁场的 感应线圈和用于把射频转换为电流/电压的电路，也被预期用于给传感器引线 12供电。
电绝缘基底30可包括但不限于介电材料，例如金属氧化物、金属氮
化物、金属氮氧化物、SiLK等；非导电聚合物树脂，例如环氧树脂、酚醛 树脂、聚a-稀烃(poly ( alpha-olefln ) s)(特别是那些具有较高结晶度的, 如HDPE、 i-PP等)、部分或全部卣化聚a-稀烃(如PVC、 PVDC、 PVDF、 PTFE、 FEP、聚全氟乙丙稀(poly (perfluoroacrylate) s)等、或其共聚物或 混合物)、聚砜、聚酰亚胺(polyimide)、三聚氰胺曱醛树脂(melamine resin )、 醇酸树脂热固树脂(alkyd thermoset resin)等、或其共聚物或混合物；增强 剂，例如非导电或半导体纤维；渗透/扩散改性剂，如诸如选择性改良蒙脱石 这样的添入的粘土；其它非导电或半导体纤维等；和其混合物。
在图2B所示的替代实施例中，多个电极14中的每个可自己作为传感器 引线12。任意两个电极14i和14ii可被选择性地连接到电源52。测量装置 54可包括在电路内以测量电流或电压或两者。电极i4i和14ii之间的电阻值 Ri-ii可被确定。在图2B所示的另一实施例中，传感器l包括二维矩形腐蚀 元件IO，具有多个电极14从其上悬垂，如图IO所示。在这种情况下，所有 电极在腐蚀元件IO上或通过腐蚀元件IO彼此电连接。包括相邻电极的任意 两个电极14i和14ii可被选择性地连接到电源52和仪表54。在图2A和2B 所示的实施例中，如果所有相邻对电极14被测量，全面腐蚀和局部腐蚀可 被确定，如上所述。任意随机电极对14可被查询，以产生关于任意目标区 域的信息。
本发明的另一方面涉及一种方法，该方法利用至少一个如上所述的腐蚀 传感器1实时检测至少两种不同类型的腐蚀(如，诸如表面金属氧化这样的 全面腐蚀和诸如点腐蚀这样的局部腐蚀)。
在一个实施例中，本发明的方法包括步骤提供如上所述的至少一个腐 蚀传感器1,其包括一个或多个腐蚀元件10、传感器引线12、设置在腐蚀元 件10上的电极14、和可选的绝缘基底30;提供至少一个电源，用来给传感 器供电；把腐蚀元件电划分为预定对的电极14之间的段16;以及收集、处 理、解释、监控、传送、和/或储存关于段16的电阻的数据，以确定关于全 面腐蚀和局部腐蚀的信息。该方法还提供实时腐蚀曲线。
此外，不断地或重复/规律间隔的时间间隔地获取/取样各种腐蚀数据可 产生关于目标系统和腐蚀性流体环境的增加的腐蚀信息。这样的腐蚀检测系 统与典型地每个月不超过一次的现场工程师检查腐蚀试样和确定重量减轻 相比较是一个改善。本发明的前述实施例具有许多优点，其可包括但不限于一下任意一个或
多个
收集、监控、和/或储存腐蚀数据以供传送、处理、和/或远离目标系统 位置解释，允许在没有可视检测的情况下确定腐蚀事件；
在任意时间数据取样、或在重复/规律间隔的时间间隔取样数据，提供实 时腐蚀信息和历史信息，其允许腐蚀事件直接与关键目标系统事件关联(独 立或综合监控)；和
测量准确度/精度能力的增加，因为被测量的是基底上的导电传感元件的 一个或多个电化学性能的变化，这允许与腐蚀行为的直接关联；在现有技术 的一些情况中，仅腐蚀流体环境的特性，例如电化学噪音(ECN)技术，仅 允许与腐蚀行为的直接关联。
虽然本发明的仅特定特征在此被示出且描述，本领域技术人员可进行各 种修改和变化。因此，应理解，所附的权利要求书是要覆盖落在本发明的实 质精神内的所有修改和变化。
权利要求
1.一种传感器，其适于测定全面腐蚀和局部腐蚀，该传感器包括至少一个能导电的特征阻抗腐蚀元件，以及多个分布在该腐蚀元件上的电极，其中在两个预定的电极之间测量的腐蚀元件的段的阻抗与所述段上的腐蚀相关，且其中测量每个段的阻抗与其它段中的阻抗的比较关系，以区别全面腐蚀和局部腐蚀。
2. 如权利要求1所述的传感器, 其中所述腐蚀元件是大致线性的.
3. 如权利要求2所述的传感器, 其中所述腐蚀元件以非线性图样设置.
4. 如权利要求3所述的传感器, 其中所述腐蚀元件以蜿蜒或螺旋的样式设置.
5. 如权利要求1所述的传感器，包括多个具有变化横截面尺寸的腐蚀元件.
6. 如权利要求所述的传感器，其中所述特征阻抗包括电阻阻抗或电抗 阻抗(reactive impedance)。
7. 如权利要求6所述的传感器，其中所述腐蚀元件被嵌入电绝缘材料 中，使得所述电阻腐蚀元件不会与自身电接触。
8. 如权利要求1所述的传感器，其中至少两个传感器引线连接到所述腐 蚀元件，以为所述传感器供电。
9. 如权利要求1所述的传感器，其中所述传感器设置在芯片上。
10. 如权利要求9所述的传感器，其中所述芯片与无线通讯模块相关联。
11. 如权利要求9所述的传感器，其中所述芯片与中央处理单元相关联。
12. 如权利要求9所述的传感器，其中所述芯片与电测量模块相关联。
13. 如权利要求9所述的传感器，其中所述芯片与电源相关联。
14. 如权利要求9所述的传感器，其中所述芯片与现场分析模块相关联。
15. 如权利要求1所述的传感器，其中所述腐蚀传感元件为大致二维元件。
16. 如权利要求1所述的传感器， 定冶金的点腐蚀尺寸特征相当的尺寸，
17. 如权利要求1所述的传感器，其中所述腐蚀元件具有至少 一个与预其中所述腐蚀元件的至少一个表面具有与部署所述传感器的容器的内表面的粗糙度基本相似的粗糙度。
18. 如权利要求1所述的传感器，其中所述腐蚀元件的至少一个表面具 有增加的粗糙度。
19. 如权利要求1所述的传感器的阵列，其中所述传感器包括不同材料 或不同表面处理，以确定具有宽动态范围和多种冶金的腐蚀测量。
20. 如权利要求1所述的传感器的阵列，其中第一传感器是参考传感器，第二传感器是与所述第 一传感器基本类似的传感器，其中所述参考传感器没 有暴露到腐蚀性环境，而所述第二传感器暴露到所述腐蚀性环境，且其中两 个传感器都暴露到大致类似的环境状况，且所述参考传感器补偿环境影响。
21. 如权利要求1所述的传感器，传感器被嵌入要被所述传感器测量的管道或容器的壁内。
22. —种用于确定全面腐蚀和局部腐蚀的方法，包括步骤(a) 提供至少一个如权利要求1所述的传感器；(b) 收集关于所有段的阻抗的数据；和(c) 比较所述阻抗数据，以确定所述传感器上的全面腐蚀和局部腐蚀。
全文摘要
本发明一般涉及测量实时腐蚀的装置和方法。腐蚀传感器具有一个或多个电阻抗腐蚀元件，该元件能检测全面腐蚀和局部腐蚀。本发明还公开了一种用于检测全面腐蚀和局部方式的方法。
文档编号G01N17/04GK101341390SQ200680044928
公开日2009年1月7日 申请日期2006年11月27日 优先权日2005年11月30日
发明者何高荣, 布赖恩·W·拉修克, 瑜 张, 彼得·S·艾利森, 王生先, 伟 蔡, 瑶 陈, 陈伟国, 顾一康, 昌 魏 申请人:通用电气公司