专利名称：牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到牺牲阳极阴极保护系统中使用的测试桩的改进，属于电化学领域。
背景技术：
阴极保护也称为电化学保护。它的工作原理是利用外界的电源提供电子，使得被保护介质中的金属结构避免腐蚀。阴极保护分为外加电流保护和牺牲阳极保护两种。测试桩是阴极保护工程中不可缺少的配套设施。
测试桩的作用是监测显示阴极保护系统中被保护的金属结构的保护电位(或保护电流)，从而得到被保护金属结构的保护参数信息。1999年1月，胡士信主编并由化学工业出版社出版的《阴极保护手册》，对于测试桩构造、类型和使用范围进行了详细说明。
外加电流阴极保护的方法大多利用了工业电网电源，经过整流提供电流实施阴极保护。外加电流保护中测试桩(站)的仪器直接显示了保护电位、保护电流和输出电压等(根据要求选定)被保护金属结构的保护参数信息，正是因为外加电流保护中测试桩(站)的仪器使用了工业电网电源，才实现了测量目的。而在牺牲阳极阴极保护系统中，也可以借用外加电流阴极保护设备测量仪器中测量的成熟技术，但是主要问题在于牺牲阳极阴极保护系统的特点是用于荒漠野外，远离市电，牺牲阳极阴极保护测试桩没有外电源驱动仪表，故牺牲阳极阴极保护系统中被保护金属结构的保护参数信息的测量仪器的电源供给是个难点。
所以以往牺牲阳极阴极保护测试桩只设置了测量仪器测量时接线用的接线端子，没有固定的仪器来显示被保护金属结构的保护参数信息。而是在进行被保护金属结构日常管理维护巡检时，必须由技术人员需要携带测量被保护金属结构的保护参数信息的仪器、开启测试桩的工具和打磨端子的工具材料。测量前要打开测试桩小门，对端子进行打磨，再连接仪器进行测量，测量完后还要恢复原状。这种方法主要不足在于①技术人员巡检时需要携带测量金属结构的保护参数信息的仪器；②技术人员巡检时需要带开启测试桩的工具，要进行开箱，对锈蚀的端子的部分打磨，用仪器表笔接触端子进行连接，测量数据，进行记录，最后关箱、恢复原状。操作起来比较麻烦；③由于用仪器表笔接触端子进行连接时存在接触点，容易产生较大的测量误差。
发明内容
本实用新型的目的和任务为了克服现有技术存在①技术人员巡检时需要携带设备；②技术人员巡检时操作麻烦，③接触点产生的测量误差，④测试桩电源供电困难的不足；特提出使用的太阳能供电式测试桩的技术解决方案。
本实用新型的基本思路是参考了外加电流阴极保护设备测量仪器原理和优点，保留了外加电流保护中测试桩的仪器直接显示被保护金属结构的保护参数信息的结构特征。在无法使用工业电网电源条件下，利用了太阳能给充电电池充电来提供电源。从而解决牺牲阳极阴极保护系统中测量仪器的电源问题。
本实用新型所提出的牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩，其系统包括测试桩[1]、牺牲阳极[2]、参考电极[3]、被保护的阴极[4]、电缆线[5]、测试桩外壳[6]、阴极接线端子[7]、阳极接线端子[8]、参考电极接线端子[9]和接线板[10]。其特征在于测试桩外壳[6]的顶部还开设有透光窗口[15]，在透光窗口[15]的上方安装有透明的玻璃板[14]，在玻璃板[14]下方的透光窗口[15]中，设有太阳能电池[22]，并与测量仪器[12]相连接；太阳能电池[22]在接受太阳能之后，向充电电池[24]充电，充电电池[24]直接向测量仪器[12]提供直流电源，并驱使阻抗变换电路[21]和数字电压表[11]工作；而完成被保护金属结构的保护参数信息显示，电路连接关系是太阳能电池[22]的正、负输入端分别接到充电电池[24]的正、负极上为其充电，并储存电能，而充电电池[24]的输出端[35]，接到工作开关[13]的输入端[36]，并由工作开关[13]控制，测量时，接通工作开关[13]，充电电池便向测量仪器[12]提供所需要的5V直流电压，工作开关[13]的输出端[37]，接到阻抗变换电路[21]电源端[38]和数字电压表[11]的电源端[34]，为其提供电能；测试桩[1]中接线板[10]上的参考电极接线端子[9]，连接到阻抗变换电路[21]的输入端[31]，经过具有高阻抗输入特征的阻抗变换电路[21]阻抗变换后，与参考电极[9]阻抗匹配，具有较高的测量精确性，然后，阻抗变换电路的输出端[32]连接到数字电压表[11]的信号输入端[33]，在数字电压表[11]的显示板上，就显示出被保护金属结构的保护参数信息，而阴极接线端子[7]和阳极接线端子[8]短路连接。
牺牲阳极阴极保护系统工作原理，是利用埋地金属结构和比它自然电位更低的金属(称为牺牲阳极)在介质中产生的电位差，该电位差经过外导线的连接，偶合生成腐蚀电流。结果腐蚀了(牺牲了)那种电位更低的金属，保护了埋地金属结构。
牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩利用了太阳能，太阳能电池给充电电池充电来提供电源，直流电压再送到阻抗变换电路[21]和数字电压表[11]的电源输入端。为着两部分电路提供的电能，完成对保护电位和保护电流的测量显示。
本实用新型测试桩主要优点是①本测试桩建成后可以在牺牲阳极有效期内不进行保养修理，巡检人员不必携带仪器设备，直接读取被保护金属结构的保护参数信息；②技术人员巡检时不必带开启测试桩的工具，进行开箱、连接导线和关箱工作，只需要按动工作开关[13]，即可读取数据；③因为不存在用仪器表笔接触端子进行连接，不会产生测量误差；④利用了天然洁净取之不尽的太阳能给电池充电提供测量仪表电源，经济适用。
图1是本实用新型所设计的牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩正视剖面结构示意图图中显示，本实用新型是由测试桩外壳[6]和设在其内部的接线板[10]、测量仪器[12]，在测量仪器上还设有数字电压表[11]和工作开关[13]，在测试桩外壳[6]的顶部开设有透光窗口[15]，在透光窗口[15]的上部安装有透明玻璃板[14]，在透明玻璃板的下方的透光窗口[15]中设有太阳能电池[22]，并与测量仪器[12]相连接，在与测量仪器相连接的接线板[10]上，设计有连接电缆线[5]的阴极接线端子[7]、阳极接线端子[8]和参考电极接线端子[9]，而阴极接线端子[7]和阳极接线端子[8]短路连接。
图2是牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩电路原理结构框图示意图由阻抗变换电路[21]；数字电压表[11]；工作开关[13]；充电电池[24]，而构成测量仪器[12]，其测量仪器电源是利用太阳能，太阳能电池[22]的正、负输入端分别接到充电电池[24]的正、负极为其充电，并储存电能，充电电池[24]由工作开关[13]控制，当需求测量时，接通工作开关[13]，充电电池[24]从输出端[35]输出到工作开关[13]的输入端[36]，便向测量仪器提供了所需求的5V直流电压，工作开关[13]的输出端[37]连接到阻抗变换电路[21]电源端[38]和数字电压表[11]的电源端[34]，5V直流电压为着该两部分电路提供的电能；测试桩[1]中接线板[10]上的参考电极接线端子[9]，连接到阻抗变换电路[21]的输入端[31]，经过具有高阻抗输入特性的阻抗变换电路[21]阻抗变换后，具有高阻抗输入特性的阻抗变换电路[21]与参考电极的阻抗相匹配了，具有了高的测量精确性。然后，阻抗变换电路[21]的输出端[32]连接到数字电压表[11]的信号输入端[33]，在数字电压表[11]的显示板就显示出被保护金属结构的保护参数信息。符号[7]、[8]分别为阴极接线端子和阳极接线端子，两接线端子之间短路连接。实线箭头表示供电方向，虚线箭头表示腐蚀信息数据传输方向。
图3是牺牲阳极阴极保护系统结构示意图系统结构是由测试桩[1]、牺牲阳极[2]、参考电极[3]、被保护的阴极[4]和各个电极至测试桩的连接电缆线[5]所构成。称为“被保护的阴极”的埋地金属结构物，在自然状态下，很容易受到腐蚀，实行阴极保护后，阴极接线端子和阳极接线端子在测试桩[1]内部短路连接偶合。在牺牲阳极[2]的作用下，牺牲阳极[2]为保护的阴极[4]提供了保护电流，这时的金属结构就成为被保护阴极，因此能够防止腐蚀。参考电极[3]的作用是测量保护电位。
图4是现有技术中牺牲阳极阴极保护系统中使用测试桩剖面示意图其中符号[6]是测试桩的外壳，各个电极至测试桩的连接电缆线[5]连接到接线板[10]上的阴极接线端子[7]、阳极接线端子[8]和参考电极接线端子[9]，参考电极接线端子[9]供测量被保护金属结构的保护参数信息连接测量仪器的表笔使用，阴极接线端子[7]和阳极接线端子[8]短路连接。
具体实施方式
特别适合野外牺牲阳极阴极保护配套使用大连市1997年引碧入连的直径2米自来水输水管道牺牲阳极阴极保护工程，全长83公里的野外原来设立了20多座牺牲阳极阴极保护测试桩，巡检管道的工作人员要每周2次巡检。要携带测量被保护金属结构的保护参数信息的仪器和开启测试桩的工具和打磨端子的工具材料，每到一座测试桩处，工作人员测量前使用工具打开测试桩小门，对端子进行打磨，再连接仪器的表笔到各个端子，进行测量，测量完后还要恢复原状。然后记录数据，结果还可能出现测量误差，这个过程需要约20分钟。现在采用本实用新型的牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩，外型与原有的测试桩相似，在埋地金属结构物附近的地面上设置，高度1.5米左右，直径0.2米的圆柱体，或者0.3×0.2米左右的长方体盒子，一般采用金属，玻璃钢，水泥等材料。顶部设有朝向太阳的0.15×0.15左右的玻璃透光窗口，巡检时，不必携带仪器和工具，不必进行打磨和连线等，工作人员到一座测试桩处，按如下步骤收集数据①使用钥匙按下电源工作开关[13]，②读取显示仪表的数据，并记录数据，③然后，拔下钥匙即可。优点是，由于测量不用表笔接触端子进行连接，故不产生测量误差，这个过程只需要大约2分钟，节省时间10倍。还为无人巡检打下基础。
权利要求1.牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩，其系统包括测试桩[1]、牺牲阳极[2]、参考电极[3]、被保护的阴极[4]、电缆线[5]、测试桩外壳[6]、阴极接线端子[7]、阳极接线端子[8]、参考电极接线端子[9]和接线板[10]，在测试桩[1]的接线板[10]上，安装带有数字显示仪表[11]的测量仪器[12]，并设有向测量仪器供电的工作开关[13]，其特征在于a.测试桩外壳[6]的顶部还开设有透光窗口[15]，在透光窗口[15]的上方安装有透明的玻璃板[14]，在玻璃板下方的透光窗口[15]中，设有太阳能电池[22]，并与测量仪器[12]相连接；b.太阳能电池[22]在接受太阳能之后，向充电电池[24]充电，充电电池[24]直接向测量仪器[12]提供直流电源，并驱使阻抗变换电路[21]和数字电压表[11]工作；c.由阻抗变换电路[21]、数字电压表[11]、工作开关[13]和充电电池[24]所构成的测量仪器[12]，其电源是利用太阳能，而完成被保护金属结构的保护参数信息测量显示的，电路连接关系是太阳能电池[22]的正、负输入端分别接到充电电池[24]的正、负极上为其充电，并储存电能，而充电电池[24]的输出端[35]接到工作开关[13]的电源输入端[36]，由工作开关[13]控制，测量时，接通工作开关，充电电池便向测量仪器[12]提供所需要的5V直流电压，工作开关[13]的输出端[37]接到阻抗变换电路[21]电源端[38]和数字电压表[11]的电源端[34]，为其提供电能；测试桩[1]中接线板[10]上的参考电极接线端子[9]，连接到阻抗变换电路[21]的输入端[31]，经过具有高阻抗输入特征的阻抗变换电路[21]阻抗变换后，与参考电极[9]阻抗匹配，具有较高的测量精确性，然后阻抗变换电路的输出端[32]连接到数字电压表[11]的信号输入端[33]，在数字电压表[11]的显示板上就显示出被保护金属结构的保护参数信息；d.而阴极接线端子[7]和阳极接线端子[8]短路连接。
专利摘要电化学领域中的牺牲阳极阴极保护系统中使用的太阳能供电式测试桩，其系统包括测试桩[1]、牺牲阳极[2]、参考电极[3]、被保护的阴极[4]、电缆线[5]、测试桩外壳[6]、阴极接线端子[7]、阳极接线端子[8]、参考电极接线端子[9]和接线板[10]，其特征在于在测试桩[1]的接线板[10]上，安装带有数字显示仪表[11]的测量仪器[12]，并设有向测量仪器供电的工作开关[13]；充电电池[24]直接向测量仪器[12]提供电源，而充电电池[24]是由太阳能电池[22]给其充电的，优点是利用了太阳能提供电源，经济适用；有效期内不进行保养修理，巡检人员不必携带仪器设备和工具，只要按动工作开关，即可读取数据；节省时间10倍；因为不用仪器表笔接触端子进行连接，故不产生测量误差。
文档编号G01R19/00GK2918447SQ20062009167
公开日2007年7月4日 申请日期2006年6月19日 优先权日2006年6月19日
发明者任厚珉, 李永直 申请人:大连理工大学