专利名称：一种基于振动频率的新型腐蚀探头及其测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及腐蚀监测探头领域，特别涉及一种基于振动频率的新型腐蚀监测探头及其测量系统。
背景技术：
为了实时测量腐蚀，现在炼厂广泛使用电阻探针、电感探针、氢通量监测技术等。电阻探针直接安放在工艺介质中，能比较真实地反映工艺介质的均匀腐蚀状态，而且能在气、液相，甚至固相中都适合使用，适用于在炼油厂、油气田等许多场合。因此在环烷酸均匀腐蚀的条件下，可根据生产需求，选择电阻探针或挂片探针(挂片)方法来进行监测。但是电阻探针和电感探针通常难以兼顾高精度和长使用寿命，限制了它们的应用。氢通量监测技术是按照环烷酸腐蚀机理，腐蚀过程产生氢原子，氢原子可穿过金属壁向外界释放氢气，通过测量释放氢气的量就可以推算环烷酸腐蚀程度。可在高温500°C的钢表面上测量，适合用于炼制高酸值原油装置的环烷酸腐蚀监测，同时其测量方法跟超声波测厚相类似，不需在设备或管道上安装特殊的装置，其缺点是测量的数据只是氢的释放量，而不是腐蚀速度，需要通过复杂的相应关联关系式才能确定其腐蚀速度。这种关联关系与多方面的因素有关，比如温度、材质、材料厚度等，使用极不方便。理论研究表明音叉的振动频率和音叉足的粗细(质量)直接相关。这种关系可以被利用来设计一种可兼顾高精度、长寿命两方面的新型腐蚀探头。国际上已经有相关的实际经验，实验室和现场试验都表明，音叉探针将是下一代高精度，长周期腐蚀探测仪，特别适合炼化过程中的高温腐蚀监测。
发明内容
本发明通过音叉振动频率和音叉尖端质量之间的关联关系，通过测量音叉振动频率反映音叉尖端质量的变化，从而测定腐蚀速度，设计了一种能够兼顾高精度、长寿命的新型腐蚀探头，并可直接根据音叉振动频率的变化，推算出音叉质量的变化，从而实时监测管道内的腐蚀速率。主要研究开发内容涉及到音叉的设计及制造、音叉固有振动信号的检测、信号处理及振动频率的获取、振动频率与音叉尖端质量的关系。本发明提供一种基于振动频率的新型腐蚀监测探头，至少包括音叉和隔膜，该音叉顶端为一方形片状探头，用待测试的材质制作，片状探头下方连接一圆柱形音叉足，圆柱形音叉足的下表面紧贴所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蚀监测探头时，与加速度传感器紧贴设置。使用所述腐蚀监测探头的测量系统，包括所述腐蚀监测探头，加速度传感器，信号采集卡和计算机。所述腐蚀监测探头安置在流动的腐蚀性介质中，其音叉顶端向上，所述隔膜下方紧贴设置加速度传感器，所述加速度传感器另一端连接信号采集卡和计算机；所述音叉被流动的腐蚀性介质扰动，以固有频率振动，带动隔膜共同振动，所述加速度传感器感应到振动信号，将振动信号转化为电信号传送给信号采集卡，所述信号采集卡将电信号经过数/模转换送入计算机处理。所述加速度传感器优选为PCB 352C34型加速度传感器。所述信号采集卡优选为NI USB 4431振动信号采集卡。首先，利用所述的腐蚀监测探头系统测定音叉总质量与音叉固有振动频率的变化，得出音叉腐蚀监测探头的质量-频率工作曲线；在实施监测时，利用所述质量-频率工作曲线反算出该监测所用音叉尖端被测试部分由于腐蚀造成的质量损失量，从而测定腐蚀速率。在现有在线腐蚀监测手段中，电阻探针和电感探针难以兼顾高精度和长使用寿命。用于高温管道中监测环烷酸腐蚀的氢通量监测手段所测数据又需要通过复杂的关联关系式才能够换算成腐蚀速率，且会有较多不确定因素。本专利发明的基于音叉振动频率的新型腐蚀探头制造简单，且能够在较长的使用寿命内保持高精度；且可由音叉振动频率的变化，经数据处理直接换算显示出管道内的腐蚀速率，操作方便。
图1为本发明所述的基于音叉振动频率的新型腐蚀监测探头系统示意图，其中，1、腐蚀监测探头；2、加速度传感器-PCB 352C34型；3、信号采集卡(NI USB 4431振动信号采集卡);4、计算机；图2为本发明所述音叉三视图；图3为利用NI LabVIEff 2010开发者套件为开发工具，编制的音叉固有频率测试软件；图4为典型音叉腐蚀探头的工作曲线。
具体实施例方式本发明所涉及的基于音叉振动频率的在线腐蚀监测探头系统，包括音叉腐蚀监测探头1，PCB 352034型加速度传感器2，[ USB 4431振动信号采集卡3和计算机4。将单足或双足的音叉腐蚀监测探头I安置在流动的腐蚀性介质中，用于收集振动信号，介质流动对音叉尖端造成一个扰动，音叉以固有的频率振动，并带动下面的隔膜共同振动；紧贴在隔膜下面的加速度传感器2感应到振动信号，将其转化成电信号，并传送到信号采集卡3(器)；信号采集卡3 (器)接收监测探头I传来的信号，并经过数/模转换，转化成计算机可以处理的数字信号，送入计算机处理。计算机采用Iabview软件，对收集到的数据信号处理，得到音叉的真实振动频率。所述音叉腐蚀监测探头的音叉顶端为一方形片状探头，用拟测试的材质制作，方形片状探头下方连接一圆柱形音叉足，圆柱形音叉足的下表面紧贴所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蚀监测探头时，与加速度传感器紧贴设置。如附图3所示，实施时，以NI LabVIEff 2010开发者套件为开发工具，编制音叉固有频率测试软件，通过设置数据采集卡(NI USB 4431振动信号采集卡)参数，在软件中显示测得的振动信号的时域图和频谱图，分析振动信号的时域图和频谱图，利用Prony模型算法计算固有频率等模态参数，计算出音叉的固有振动频率。当音叉顶部被测试部分由于腐蚀造成质量损失时，测定的音叉固有振动频率发生变化。首先，利用所述腐蚀监测探头系统测定音叉总质量与音叉固有振动频率的变化，得出音叉腐蚀监测探头的质量-频率工作曲线，如图4所示；在实施监测时，利用所述质量-频率工作曲线反算出该监测所用音叉尖端被测试部分由于腐蚀造成的质量损失量，从而测定腐蚀速率。如图4中所示，通过模拟腐蚀过程，人为去除音叉顶端被测材料的部分材料,并测试对应不同音叉重量下的音叉频率，得到了图中的4个数据点。根据理论研究，音叉的固有频率与首叉质量存在以下关系:
权利要求
1.一种基于振动频率的新型腐蚀监测探头，其特征在于，所述腐蚀监测探头(I)至少包括音叉和隔膜，该音叉顶端为一方形片状探头，用待测试的材质制作，方形片状探头下方连接一圆柱形音叉足，圆柱形音叉足的下表面紧贴所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蚀监测探头(I)时，与加速度传感器紧贴设置。
2.一种使用如权利要求1所述腐蚀监测探头的测量系统，其特征在于，包括所述腐蚀监测探头(1)，加速度传感器(2)，信号采集卡(3)和计算机(4)，其特征在于，所述腐蚀监测探头(I)安置在流动的腐蚀性介质中，其音叉顶端向上，所述隔膜下方紧贴设置加速度传感器(2 )，所述加速度传感器(2 )另一端连接信号采集卡(3 )和计算机(4 );所述音叉被流动的腐蚀性介质扰动，以固有频率振动，带动隔膜共同振动，所述加速度传感器(2)感应到振动信号，将振动信号转化为电信号传送给信号采集卡(3 )，所述信号采集卡(3 )将电信号经过数/模转换送入计算机处理。
3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述加速度传感器优选为PCB352C34型加速度传感器。
4.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述信号采集卡优选为NIUSB 4431振动信号采集卡。
5.利用权利要求2-4任一所述测量系统测定腐蚀速率的方法，首先，利用如权利要求2-4任一所述的测量系统测定音叉总质量与音叉固有振动频率的变化，得出音叉腐蚀监测探头的质量-频率工作曲线；在实施监测时，利用所述质量-频率工作曲线反算出该监测所用音叉尖端被测试部分由 于腐蚀造成的质量损失量，从而测定腐蚀速率。
全文摘要
本发明通过音叉振动频率和音叉尖端质量之间的关联关系，通过测量音叉振动频率反映音叉尖端质量的变化，从而测定腐蚀速度，设计了一种能够兼顾高精度、长寿命的新型腐蚀探头，并可直接根据音叉振动频率的变化，推算出音叉质量的变化，从而实时监测管道内的腐蚀速率，包括音叉腐蚀监测探头，加速度传感器，信号采集卡和计算机，所述新型腐蚀探头制造简单，且能够在较长的使用寿命内保持高精度；且可由音叉振动频率的变化，经数据处理直接换算显示出管道内的腐蚀速率，操作方便。
文档编号G01N29/24GK103076400SQ20121040600
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者屈定荣, 刘小辉, 蒋秀, 宫庆想 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院