专利名称：牺牲阳极发生电流监测探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种牺牲阳极发生电流监测探头。
背景技术：
为了保护钢结构物在海洋环境中免遭腐蚀破坏，通常利用牺牲阳极对全浸区和 海泥区钢结构(即阴极)进行阴极保护(见图l)。由于结构形式和环境条件对材 料的腐蚀行为影响很大，特别是对于缺乏腐蚀实测数据的新开发海区，现有的牺牲 阳极阴极保护设计标准与实际情况往往会有一定出入，造成阴极保护系统设计上的 缺陷。为了验证和检验阴极保护设计是否合理、工作状态是否正常，现阶段最有效 的技术手段是在牺牲阳极腿上安装电流探头，对牺牲阳极的发生电流进行监测，以 便了解牺牲阳极能否在初始极化、维持和末期三个阶段，达到设计规定的保护电流 密度。
在现有的海洋石油平台阴极保护监测系统中，监测装置均采用分流器(标准电 阻)法测量牺牲阳极发生电流，即通过测量流经标准电阻的电压降求得牺牲阳极发 生电流。由于测量时必须使牺牲阳极工作电流全部流经分流器，才能准确地测得牺 牲阳极发生电流，安装时必须首先切断牺牲阳极与被保护钢结构(即阴极)之间的
电连接(见图2)，将牺牲阳极发生电流先接入电流监测探头13，流经探头内的分 流器后，再流入作为阴极的被保护体(见图3)，对阴极实施防腐保护。海洋钢结 构(即阴极)的牺牲阳极都是通过与结构同材质的阳极腿焊接到钢结构上的，为了 切断牺牲阳极与被保护钢结构(即阴极)之间的电连接，必须分别将牺牲阳极两端 与导管架连接的钢结构阳极腿从中间割断，再在截断的阳极腿断面两端焊接上绝缘 法兰，利用绝缘法兰将截断的阳极腿接续好，使牺牲阳极重新坐落在被保护的钢结 构上。电流探头的连线分别连接到绝缘法兰的两端，使保护电流流经跨接在绝缘法 兰的电流探头后，再进入被保护体，实施保护。上述介入式测量方法有以下两个方
面的缺陷
1)由于牺牲阳极、电流探头以及阴极之间是串联连接，牺牲阳极发生电流必须 先流经电流探头才能进入被保护体， 一旦电流探头损坏，特别是暴露在海水中的探 头电缆发生断裂时，直接造成牺牲阳极和被保护结构之间的电连接断路，使牺牲阳极无法对被保护结构实施保护，导致所设计的阴极保护系统失效，从而降低结构的 设计寿命。
2)切割阳极腿，利用绝缘法兰对阳极腿实施连接，直接破坏了牺牲阳极整体结 构，降低了牺牲阳极本身的结构强度。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种牺牲阳极发生电流监测探头。
为实现上述目的，本实用新型可以采用以下技术方案牺牲阳极发生电流监测 探头14，其特征在于探头包括如下组件霍尔传感器组件、水密电缆5、填充材 料6、绝缘封装壳体7和磁屏蔽外护套8;所述霍尔传感器组件由霍尔传感器2、导 磁环3和霍尔传感器电路4组成；
导磁环3是具有一个开口的环体，霍尔传感器2设于导磁环的开口中，霍尔传
感器电路4与霍尔传感器2电连接；不分流通过牺牲阳极支撑腿电流的磁屏蔽外护
套8包覆于绝缘封装壳体7外，霍尔传感器组件设于绝缘封装壳体7内；水密电缆 5—端与所述霍尔传感器电路4电连接，另一端伸出所述磁屏蔽外护套8;所述装
置中部设有一个穿过导磁环内且和导磁环形状相匹配的通道，所述通道的轴心与导
磁环的轴心重合；除霍尔传感器组件和所述通道外，绝缘封装壳体7内的空间充满 填充材料6。
所述探头还可包括用于将霍尔传感器和1导磁环2固定在牺牲阳极支撑腿1上 的支架9。
所述探头中，当所述导磁环为圆环结构时，所述通道也为圆形通道，且所述通 道穿过所述导磁环的内环。
牺牲阳极发生电流监测探头14的制备方法如下
1) 将具有一个开口的导磁环3套设于牺牲阳极支撑腿1上；
2) 将霍尔传感器2和霍尔传感器电路4进行电连接；将霍尔传感器电路4与 水密电缆5的一端进行电连接，水密电缆5的另一端游离；将霍尔传感器2置于导 磁环3的开口中并固定在牺牲阳极支撑腿1上；
3) 将设有开口 10的绝缘封装壳体套设于牺牲阳极支撑腿1上，形成空腔体， 将霍尔传感器组件封装于绝缘封装壳体内；
4) 将填充材料6通过所述开口 IO灌满所述空腔体；
5) 填充材料6凝固后，将磁屏蔽外护套8包覆在绝缘封装壳体7外，磁屏蔽外护套8不分流通过牺牲阳极支撑腿的电流；水密电缆5的游离端伸出磁屏蔽外护 套8;
得到安装于牺牲阳极支撑腿1上的牺牲阳极发生电流监测探头14。 为实现上述目的，本实用新型还可以采用以下技术方案牺牲阳极发生电流监 测探头15，其特征在于探头包括如下组件牺牲阳极支撑腿l、霍尔传感器组件、
水密电缆5、填充材料6、绝缘封装壳体7和磁屏蔽外护套8;霍尔传感器组件由霍 尔传感器2、导磁环3和霍尔传感器电路4组成；
导磁环3是具有一个开口的环体，套设于牺牲阳极支撑腿1上；霍尔传感器2 设于导磁环的开口中，且固定于牺牲阳极支撑腿1上；霍尔传感器电路4与霍尔传 感器2电连接；所述霍尔传感器组件封装于绝缘封装壳体7内；绝缘封装壳体7套 设于牺牲阳极支撑腿l上，形成密封腔；不分流通过牺牲阳极支撑腿的电流的磁屏 蔽外护套8包覆于绝缘封装壳体7夕卜;水密电缆5 —端与霍尔传感器电路4电连接， 另一端伸出磁屏蔽外套8;除了所述霍尔传感器组件，所述密封腔内充满填充材料 6。
所述探头还可包括将霍尔传感器和1导磁环2固定在牺牲阳极支撑腿1上的支 架9。
牺牲阳极发生电流监测探头15的制备方法如下-
1) 将具有一个开口的导磁环3套设于牺牲阳极支撑腿1上；
2) 将霍尔传感器2和霍尔传感器电路4进行电连接；将霍尔传感器电路4与 水密电缆5的一端进行电连接，水密电缆5的另一端游离；将霍尔传感器2置于导 磁环3的开口中并固定在牺牲阳极支撑腿1上；
3) 将设有开口 10的绝缘封装壳体套设于牺牲阳极支撑腿1上，形成空腔体， 将霍尔传感器组件封装于包装绝缘封装壳体内；
4) 将填充材料6通过所述开口 IO灌满所述空腔体；
5) 填充材料6凝固后，将磁屏蔽外护套8包覆在绝缘封装壳体7外，磁屏蔽 外护套8不分流通过牺牲阳极支撑腿的电流；水密电缆5的游离端伸出磁屏蔽外护 套8;
得到牺牲阳极发生电流监测探头15。
任何用于霍尔测量的导磁材料均可用于制备所述导磁环，如软铁、硅钢或坡莫 合金，优选硅钢。任何满足如下条件的材料均可用作填充材料绝缘胶状液体，加入固化剂一定 时间后可以凝固成固体，且不影响磁场，不与其他部件发生化学反应，凝固后可起 到水密和抗压作用。所述填充材料具体可为环氧树脂；所述环氧树脂可以采用购买 的环氧树脂也可以采用任何常规方法配制的环氧树脂。
所述绝缘封装壳体的材质具体可为聚氯乙烯PVC;
所述磁屏蔽外护套的材质可为D36钢、DH36钢、软铁或硅钢，优选为D36钢或 DH36钢。
所述磁屏蔽外护套由导电材料制成，所述磁屏蔽外护套上设有阻断其分流通过 牺牲阳极支撑腿的电流的缝隙。
所述探头中，导磁环的内径，绝缘封装壳体、磁屏蔽外护套、支架的大小均取 决于牺牲阳极支撑腿的管径。霍尔传感器电路可选厂家提供的与传感器配套的电路 装置，也可以根据实际需要自行开发。
所述探头可应用于检测牺牲阳极发生电流和阴极保护中。
使用本实用新型的探头时，将水密电缆游离的一端与水下其它传输电缆对接， 最终将信号传入被监测阳极附近的阴极保护监测系统分线盒。
本实用新型提供的牺牲阳极发生电流监测探头中，各组件的作用如下
1) 导磁环3
将流经牺牲阳极支撑腿中的电流所产生的磁场聚集起来，以提高感应灵敏度和 测量精度。
2) 霍尔传感器2和霍尔传感器电路4
利用霍尔效用测量流经牺牲阳极支撑腿的牺牲阳极发生电流。
3) 水密电缆5
将传感器电路处理过的电信号传送到水面上的信号采集设备。
4) 绝缘封装壳体7
对霍尔传感器起保护作用；同时使测量位置的电流通路(密闭段牺牲阳极支撑 腿)以及感应该段通路电流磁场的霍尔传感器与磁衰减强的海水介质隔离，确保霍 尔元件能够测得到经海水衰减之前磁场，以提高测量的精度和灵敏度。
5) 填充材料6
确保绝缘封装壳体形成的密封腔水密、同时为壳体提供支撑并提高其水下抗压 强度。6)磁屏蔽外护套8
作用防止外部磁场干扰测量，并保护壳体免遭碰撞。 本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点-
1) 由于采用霍尔传感器组件检测通过牺牲阳极腿的电流(即牺牲阳极发生电 流)，所以不需切割阳极腿、不改变牺牲阳极和被保护结构之间的机械连接，因此 不会破坏牺牲阳极结构。
2) 由于采用霍尔传感器组件检测通过牺牲阳极腿的电流(即牺牲阳极发生电
流)，所以不改变牺牲阳极和被保护结构之间的电连接通路，即使探头发生故障或 损坏，也不会影响被监测牺牲阳极的正常工作，不会导致阴极保护系统失效。
3) 由于采用霍尔传感器组件检测通过牺牲阳极腿的电流(即牺牲阳极发生电 流)，所以不需要切割阳极腿，大大降低了重工作业和焊接作业量，降低了施工成 本和安全成本。
本实用新型的探头是基于霍尔效应原理设计的，霍尔效应原理如下当把通有 小电流1。的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中时，半导体内的载流子受洛仑 兹力作用批而发生偏转，使半导体两侧产生电势差(见图4)，该电势差即为霍尔 电压Vh，满足如下关系式^=》5x/e，式中Rh为霍尔系数，d为霍尔器件厚度。
根据毕奥-萨伐尔定律，当牺牲阳极发生电流经钢材料柱状支撑腿流向平台导 管架结构时，将在支撑腿周围产生磁场，磁场强度与电流大小成正比。这一磁场可 以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场与霍尔器件的输出有 良好的线性关系，因此可利用霍尔器件测得的讯号大小，直接反应出电流的大小， 即1^BocVh。其中I为通过导线的电流，B为导线通电流后产生的磁场，Vh为霍 尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。
本实用新型提供的牺牲阳极发生电流监测探头克服了现有监测探头的缺陷，无 需破坏牺牲阳极的结构，非介入式测量牺牲阳极的发生电流。使用本实用新型的探 头，可以在不降低海洋钢结构牺牲阳极阴极保护监测系统设计安全的前提下，实施 牺牲阳极工作电流监测，并且即使探头发生故障或损坏，也不会影响被监测牺牲阳 极的正常工作。
以下的实施例便于更好地理解本实用新型，但并不限定本实用新型。
图1为现有牺牲阳极阴极保护系统结构示意图图2为切割牺牲阳极支撑示意图。
图3为应用现有探头接入式测量牺牲阳极发生电流示意图。
图4为霍尔效应原理示意图。
图5为牺牲阳极发生电流监测探头15的正视图。
图6为牺牲阳极发生电流监测探头15的AA剖视图。
图7为牺牲阳极发生电流监测探头15的BB剖视图。
图8为绝缘封装壳体示意图。
图9为用牺牲阳极发生电流监测探头15(14)测量牺牲阳极发生电流的示意图。
具体实施方式
如图5-图7所示，本实用新型所提供的牺牲阳极发生电流监测探头15包括牺牲 阳极支撑腿l、霍尔传感器组件、水密电缆5、填充材料6、绝缘封装壳体7、磁屏蔽 外护套8和支架9;霍尔传感器组件由霍尔传感器2、导磁环3和霍尔传感器电路4组 成；导磁环3是具有一个开口的环体，套设于牺牲阳极支撑腿l上，通过支架9固定； 霍尔传感器2设于导磁环的开口中，且通过支架9固定于牺牲阳极支撑腿1上；霍尔 传感器电路4与霍尔传感器2电连接；所述霍尔传感器组件封装于绝缘封装壳体7内；
绝缘封装壳体7套设于牺牲阳极支撑腿1上，绝缘封装壳体上有一个开口10;不分流
通过牺牲阳极支撑腿的电流的磁屏蔽外护套8包覆于绝缘封装壳体7外；水密电缆5
一端与霍尔传感器电路4电连接，另一端伸出磁屏蔽外套8;除了所述霍尔传感器组
件，所述绝缘封装壳体7内充满填充材料6。
本实用新型所提供的牺牲阳极发生电流监测探头14，是用通孔取代牺牲阳极发 生电流监测探头15中的牺牲阳极支撑腿1。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1、牺牲阳极发生电流监测探头的组装和应用
一、牺牲阳极发生电流监测装置的组件的准备
霍尔传感器购自南京中霍传感器科技有限公司；
导磁环材质为硅钢，为两个半环型的导磁环；
霍尔传感器电路购自南京中霍传感器科技有限公司；
水密电缆购自沈阳自动化研究所；
填充材料通用型灌封胶系列环氧树脂201,购自东莞市金鑫化工有限公司； 绝缘封装壳体材质为PVC，为两个半壳体，其中一个半壳体上具有一个开口 (见图8);磁屏蔽外护套材质为D36钢，为两个半壳体。 支架材质为D36钢。
二、 牺牲阳极发生电流监测探头的组装和应用
在陆地上进行安装，分别在两个牺牲阳极支撑腿上进行牺牲阳极发生电流监测 探头的组装。
1、 利用紧固螺丝将支架固定在Al-Zn-In牺牲阳极支撑腿上(支撑腿直径和壁厚 为114(() X 8.5)上。
2、 将两个半环形的导磁环套设于支架上，形成具有一个开口的导磁环。
3、 将霍尔传感器和霍尔传感器电路进行电连接；将霍尔传感器电路与水密电 缆的一端进行电连接。
4、 将霍尔传感器置于导磁环的开口中并固定在支架上。
5、 利用螺丝将硬塑料绝缘封装壳体的两个部分套设于牺牲阳极支撑腿上，形 成空腔体，将霍尔传感器组件封装于包装绝缘封装壳体内，开口朝上。
6、 将环氧树脂沿封装壳体上的开口慢慢灌入，直至灌满空腔体。
7、 待环氧树脂基本凝固后，将磁屏蔽外护套的两部分分别安装封装壳体上， 形成磁屏蔽外护套，外护套上设有防止牺牲阳极发生电流流经磁屏蔽外护套而造成 分流的缝隙。两部分之间留有空隙，确保两部分断路。水密电缆的游离端伸出磁屏 蔽外护套8。
应用时，分别通过两个牺牲阳极发生电流监测探头15的牺牲阳极支撑腿1连 接牺牲阳极11与保护阴极12 (见图9)，将水密电缆伸出磁屏蔽外护套的一端接 入被监测阳极附近的阴极保护监测系统分线盒。两个探头测量的电流和即为被测牺 牲阳极的发生电流。
三、 牺牲阳极发生电流监测探头的组装和应用
在陆地上进行安装，将的一个牺牲阳极支撑腿截断后又用绝缘法兰连接，在一 个牺牲阳极支撑腿上进行牺牲阳极发生电流监测探头的组装。 牺牲阳极发生电流监测探头的组装方法同步骤二。
应用时，通过用绝缘法兰连接的牺牲阳极支撑腿连接牺牲阳极与保护阴极，同 时通过牺牲阳极发生电流监测探头15的牺牲阳极支撑腿连接牺牲阳极11与保护阴 极12，将水密电缆伸出磁屏蔽外护套的一端接入被监测阳极附近的阴极保护监测系 统分线盒。探头测量的电流即为被测牺牲阳极的发生电流。
权利要求1、牺牲阳极发生电流监测探头，其特征在于它包括如下组件霍尔传感器组件、水密电缆(5)、填充材料(6)、绝缘封装壳体(7)和磁屏蔽外护套(8)；所述霍尔传感器组件由霍尔传感器(2)、导磁环(3)和霍尔传感器电路(4)组成；导磁环(3)是具有一个开口的环体，霍尔传感器(2)设于导磁环的开口中，霍尔传感器电路(4)与霍尔传感器(2)电连接；不分流通过牺牲阳极支撑腿电流的磁屏蔽外护套(8)包覆于绝缘封装壳体(7)外，霍尔传感器组件设于绝缘封装壳体(7)内；水密电缆(5)一端与所述霍尔传感器电路(4)电连接，另一端伸出所述磁屏蔽外护套(8)；所述装置中部设有一个穿过导磁环内且和导磁环形状相匹配的通道，所述通道的轴心与导磁环的轴心重合；除霍尔传感器组件和所述通道外，绝缘封装壳体(7)内的空间充满填充材料(6)。
2、 如权利要求l所述的探头，其特征在于所述装置还包括用于将霍尔传感器(2)和导磁环(3)固定在牺牲阳极支撑腿(1)上的支架(9)。
3、 如权利要求1或2所述的探头，其特征在于所述导磁环(3)的材质为软铁、硅钢或坡莫合金；所述填充材料(6)为环氧树脂；所述绝缘封装壳体的材质为聚氯乙烯PVC;所述磁屏蔽外护套(8)的材质为D36钢、DH36钢、软铁或硅钢。
4、 如权利要求3所述的探头，其特征在于所述导磁环(3)的材质为硅钢;所述磁屏蔽外护套(8)的材质为D36钢或DH36钢。
5、 牺牲阳极发生电流监测探头，其特征在于它包括如下组件牺牲阳极支撑腿(1)、霍尔传感器组件、水密电缆(5)、填充材料(6)、绝缘封装壳体(7)和磁屏蔽外护套(8);所述霍尔传感器组件由霍尔传感器(2)、导磁环(3)和霍尔传感器电路(4)组成；导磁环(3)是具有一个开口的环体，套设于牺牲阳极支撑腿(1)上；霍尔传感器(2)设于导磁环的开口中，且固定于牺牲阳极支撑腿(1)上；霍尔传感器电路(4)与霍尔传感器(2)电连接；所述霍尔传感器组件封装于绝缘封装壳体(7)内；绝缘封装壳体(7)套设于牺牲阳极支撑腿(1)上，形成密封腔；不分流通过牺牲阳极支撑腿电流的磁屏蔽外护套(8)包覆于绝缘封装壳体(7)夕卜；水密电缆(5) —端与所述霍尔传感器电路(4)电连接，另一端伸出所述磁屏蔽外套(8);除了所述霍尔传感器组件，所述密封腔内充满填充材料(6)。
6、 如权利要求5所述的探头，其特征在于所述探头还包括将霍尔传感器(2)和导磁环(3)固定在牺牲阳极支撑腿(1)上的支架(9)。
7、 如权利要求5或6所述的探头，其特征在于所述导磁环(3)的材质为软铁、硅钢或坡莫合金；所述填充材料(6)为环氧树脂；所述绝缘封装壳体的材质为聚氯乙烯PVC;所述磁屏蔽外护套(8)的材质为D36钢、DH36钢、软铁或硅钢。
8、 如权利要求7所述的探头，其特征在于所述导磁环(3)的材质为硅钢；所述磁屏蔽外护套(8)的材质为D36钢或DH36钢。
专利摘要本实用新型公开了牺牲阳极发生电流监测探头。本实用新型提供的探头包括如下组件牺牲阳极支撑腿(1)、霍尔传感器组件、水密电缆(5)、填充材料(6)、绝缘封装壳体(7)和磁屏蔽外护套(8)；霍尔传感器组件由霍尔传感器(2)、导磁环(3)和霍尔传感器电路(4)组成；导磁环套设于牺牲阳极支撑腿上；霍尔传感器设于导磁环开口中；霍尔传感器电路与霍尔传感器电连接；霍尔传感器组件封装于绝缘封装壳体内；绝缘封装壳体套设于牺牲阳极支撑腿上；磁屏蔽外护套包覆于绝缘封装壳体外；水密电缆一端与霍尔传感器电路电连接，另一端伸出磁屏蔽外套；除了霍尔传感器组件，密封腔内充满填充材料。由于采用霍尔传感器组件检测电流，本实用新型的探头不破坏牺牲阳极结构，即使探头发生故障，也不影响牺牲阳极正常工作，不会导致阴极保护系统失效，并且降低了施工成本和安全成本。
文档编号C23F13/00GK201280595SQ200820122599
公开日2009年7月29日 申请日期2008年9月25日 优先权日2008年9月25日
发明者兰志刚, 刘立维, 刘育丰, 宋积文, 杨圣和, 王在峰 申请人:中国海洋石油总公司;中海油能源发展股份有限公司