阴极保护断电电位同步监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型的名称是阴极保护断电电位同步监测仪，涉及埋地钢制管道断电电位的阴极保护断电电位同步监测仪。它主要是解决石油石化输油管道使用的便携式参比电极测量管道保护电位是通电电位，有一定的误差的问题。本实用新型是管道的参比电位信号和恒电位仪的电流信号通过电位和电流信号滤波调理转换电路连接在集成处理器电路的输入端上，在集成处理器电路的输入端上分别连接有液晶和按键人机接口界面电路、GPS授时电路、存储电路和隔离功率模块电路。本实用新型可将全线多台恒电位仪同时同步通断，实时记录管道电位衰减曲线，计算出管道在有阴极保护时的极化电位，减小管道因电化学腐蚀穿孔的隐患；本实用新型操作方便，所有数据自动存储，节约人力物力。
【专利说明】阴极保护断电电位同步监测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种阴极保护断电电位同步监测仪，具体是涉及一种埋地钢制管道断电电位的阴极保护断电电位同步监测仪。
【背景技术】
[0002]根据GBT214482008埋地钢制管道阴极保护技术规范要求，石油石化输油管道达标的依据是要求极化电位处于-0.85疒-1.20V之间。而目前使用的便携式参比电极测量的管道保护电位则是通电电位，与规范要求的极化电位相比有一定的误差(IR降)，已知大部分石油石化管理部门，仍然使用通电电位作为管道阴极保护是否达标的依据，使用通电电位作为管理电位，存在如下问题:1)无法真正实现管道保护率100%，SYT5919-2009对管道阴极保护运行指标控制提出管道保护率100%的要求，使用通电电位无法真正实现管道保护率100%，管道保护电位应为_850mV到-1200mV之间(带下划线的删除掉)，计算保护率时，应使用极化电位而不是通电电位作为判断标准，否则计算得出的管道保护率的数值有一定的误差；2)影响IR降的因素较多，管道电位测量中的IR降大小受较多因素影响，主要有:土壤电阻率、参比电极位置、阴极保护电流、涂层缺陷处电阻、涂层容抗、感抗等。目前对IR降与各影响因素的相对关系无明确行业标准，对各种防腐层在各种环境下IR降的大小也无相关数据，因此，难以根据经验直接判断管道IR降的大小；3) IR降对恒电位投用的影响较大，目前长输管道一般使用强制电流阴极保护，恒电位仪所用参比电极一般放置于通电点附近，此处容易受到阳极地床、锌接地电池、镀锌接地极等干扰，造成恒电位仪预置电位时局限较大；4 )各种测量方法局限性较多，标准对断电电位测述模糊，现场量的各种方法描应用存在局限。
[0003]
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对上述不足之处，而提出的一种可将全线多台恒电位仪同时同步通断，实时记录管道电位衰减曲线，计算出管道在有阴极保护时的极化电位，消除测量误差，保证管道阴极保护电位测量准确，减小管道因电化学腐蚀穿孔隐患的阴极保护断电电位同步监测仪。
[0005]本实用新型的技术解决方案是:阴极保护断电电位同步监测仪是管道的参比电位信号和恒电位仪的电流信号通过电位和电流信号滤波调理转换电路连接在集成处理器电路的输入端上，在集成处理器电路的输入端上分别连接有液晶和按键人机接口界面电路、GPS授时电路、存储电路和隔离功率模块电路。
[0006]本实用新型的技术解决方案中所述的电位和电流信号滤波调理转换电路是电位信号通过热敏电阻PTCl和PTC2及瞬时抑制器TVSl，其输出经过电阻Rl、R5和电容Cl稳压电路输入低通滤波电路IC1，低通滤波电路ICl的输出经过电阻R 3接运算放大器IC3，运算放大器IC3输出电流信号ADC-V到集成处理器电路；电流信号是通过闭环霍尔电流隔离传感器Ml后，再经过电阻R9和电容C3组成的滤波电路接低通滤波器IC4，低通滤波器IC4的输出经过电阻R8和电容C4稳压电路后，电流信号ADC-1输入到集成处理器电路。[0007]本实用新型的技术解决方案中所述的集成处理器电路是72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成处理器。
[0008]本实用新型的技术解决方案中所述的GPS授时电路是连接在GPS授时电路上的GPS卫星信号通过运放电路IC6接授时专用GPS模组M2，将标准时间信号TXD、RXD和时间延迟信号TP、GPS RES输入到集成处理器电路，GPS授时电路还包括有系统采样TCXO温度补偿晶体振荡器IC5，由交流电源BTl、二极管Dl、D2与电阻R2、R4、R7构成GPS授时电路的供电整流稳压电路，并为温度补偿晶体振荡器IC5提供时钟谐振信号。
[0009]本实用新型的技术解决方案中所述的存储电路是采用2GB SD卡实现数据实时读写，由集成处理器电路将采集的数据进行A/D转换后，将数字信号传输到存储电路。
[0010]本实用新型的技术解决方案中所述的隔离功率模块电路是功率模块M5的驱动侧和输出侧分别采用磁隔离驱动，输出端采用多个功率场效应管并联输出，采用光电隔离器01与集成处理器电路进行数据通讯，由集成处理器电路对隔离功率模块电路提供通断信号 1-1NT 。
[0011]本实用新型可将全线多台恒电位仪同时同步通断，实时记录管道电位衰减曲线，计算出管道在有阴极保护时的极化电位，消除日常测量误差，保证了管道阴极保护电位测量的准确性，为阴极保护的有效性提供严谨的数据支持，减小管道因电化学腐蚀穿孔的隐患；本实用新型的阴极保护断电电位同步监测仪操作方便，所有数据自动存储，节约人力物力，采样精度高于已有设备，准确度高于标准要求，数据完整，能准确的测得管道断电电位。
[0012]本实用新型还具有如下特点:
[0013]1、具有闻精度的时钟同步，本实用新型针对使用以太网控制延迟闻的缺点，可以实现高精度时钟同步装置，选用GPS卫星标准时间，更快速的传播方式，对各场站恒电位仪进行同步和对时；2、具有通断的一致性，本实用新型使用隔离功率模块及其驱动电路，对恒电位仪输出电流进行可靠通断，导通时提供可靠低阻抗通路，关断时漏电流极小，导通和关闭时间均为uS级，并且具有高度一致性；3、高频率采集，管道和参比之间的电位信号接入阻抗高达200ΜΩ的精准仪表放大器，进行阻抗变换及电平转换后进入16位模拟数字转换器，转换器芯片的基准电压精度0.05%，采样速率高达50次/S，能够高速、精准记录电位变化过程，进行断电电位分析；4、本实用新型大幅度提高了同步通断误差小于0.ls，同步采集断电后0.5s的时间精度，大幅度减小断电电位测量误差，能非常准确的反应出管道的真实极化电位。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的方框图。
[0015]图2是本实用新型的电原理图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，管道的参比电位信号和恒电位仪的电流信号通过电位和电流信号滤波调理转换电路I连接在集成处理器电路3的输入端上，在集成处理器电路3的输入端上分别连接有液晶和按键人机接口界面电路2、GPS授时电路4、存储电路5和隔离功率模块电路6 ;在GPS授时电路4的输入端上连接有GPS信号，在隔离功率模块电路6的输入端上连接有阴极保护电流。
[0017]如图2所示，电位和电流信号滤波调理转换电路I的输入端与管道的参比电位信号和恒电位仪的电流信号连接，管道的参比信号中叠加的各种瞬态尖峰脉冲和交流干扰信号通过热敏电阻PTCl和PTC2及瞬时抑制器TVSl保护措施处理后，经过电阻Rl、R5，电容Cl稳压电路后，再输入低通滤波电路IC1，低通滤波电路ICl的输出经过电阻R 3接零温漂运算放大器IC3，低通滤波器ICl采用切比雪夫二阶低通滤波器，可有效滤除管道中的交流工频干扰信号，采用高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、零温漂运输放大器IC3把参比信号调理到模拟数值转换器接受的信号范围，输入阻抗大于100ΜΩ，参比信号进行隔离、滤波、运放后，将ADC-V信号输入到集成处理器电路3集中处理器芯片；电流信号是恒电位仪的电流信号通过闭环霍尔电流隔离传感器Ml处理后，再经过电阻R9和电容C3组成的滤波电路接切比雪夫二阶低通滤波器IC4，可有效滤除交流电流中的高频干扰信号，低通滤波器IC4的输出经过电阻R8和电容C4稳压电路后，将电流信号ADC-1输入到集成处理器电路3集中处理器芯片。
[0018]液晶和按键人机接口界面电路2采用市场上通用的128*64点阵OLED液晶屏；OLED屏具有低温特性好、发光效率高、低功耗、抗震性好的优点，液晶和按键人机接口界面电路2为集中芯片IC2提供卫星搜索、时钟对时、通断设置、实验编号等设置信号。
[0019]集成处理器电路3主要部件为72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成处理器，通过配套上位机软件及程序，对其余电路数据进行集成与处理，集成处理器电路3采用16bits二路独立输入Λ-Σ数模转换器，转换速率最大可达5.6KHz，可满足对信号的高精度快速采样；采集参比信号、恒电位仪电流参考信号，二路模拟数字转换器物理上完全独立，二路信号可同步采样；模拟数字转换器采用外部参考源，参考电压源精度达到0.05%，温度系数5PPM。
[0020]GPS授时电路4是通过GPS卫星信号到达GPS授时电路4，GPS卫星信号通过运放电路IC6对收集到的GPS信号进行放大处理，运放电路IC6放大处理后的信号经过UBLOX授时专用GPS模组M2对时钟信号进行校准后，将标准时间信号TXD、RXD,时间延迟信号TP、GPS RES输入到集成处理器电路3，使不同设备的集成处理器电路3获得高精度同步标准时间；授时专用GPS模组M2模组可提供IPPS和10MPPS精准校时信号，信号输出精度可达15ns ；GPS授时电路4还包括有系统采样TCXO温度补偿晶体振荡器IC5，保证系统运算的时钟精度和多台设备间的时间一致性；由交流电源BT1、二极管Dl、D2与电阻R2、R4、R7构成GPS授时电路4的供电整流稳压电路，并为温度补偿晶体振荡器IC5提供约为3.3v的时钟谐振信号。
[0021]存储电路5为数据存储电路，采用2GB SD卡实现数据实时读写，集成处理器电路3将其他电路的采集数据进行A/D转换后，将数字信号传输到存储电路5存储。
[0022]隔离功率模块电路6采用军工级高压隔离电磁驱动固态功率模块M5 ;该功率模块M5的驱动侧和输出侧分别采用磁隔离驱动，输出端采用多个功率场效应管并联输出，具有导通电流大、导通电阻小、导通-关断动作快、可靠性高的优点；为保证信号通断一致性，本实用新型采用光电隔离器01，与集成处理器电路3进行数据通讯，芯片对隔离功率模块电路6提供通断信号1-1NT，保证隔离模块M5准确通12s断3s。[0023]工作原理:
[0024]本实用新型通过GPS授时电路4进行GPS信号捕捉，将捕捉的GPS授时信号传输到集成处理器电路3集成处理器中，集成处理器对授时信号进行解码，通过授时卫星与设备间距离进行时间延迟换算，将时钟信号和时钟延迟信号传输到GPS授时电路4的时钟电路，完成GPS的授时功能。通过液晶和按键人机接口界面电路2完成对设备的参数设置，设置设备实验编号、通断起始时间、工作持续时间、通断时间间隔等信号；设置参数进入集成处理器电路3集成处理器中，通过集成处理器对其他电路进行控制。集成处理器电路3控制隔离功率模块电路6功率模块的通断，完成对阴极保护电流的接续和断路，保证阴极保护电流在通12s时，功率模块导通电阻足够小，一般为ΙΟπιΩ ;保证阴极保护电流在断3s时，功率模块完全隔离电流，电路可实现在40ms内完全断路电流。电位和电流信号滤波调理转换电路I实时采集阴极保护电流、管道通电电位、管道断电电位，采集频率达到50次/s，采集的信号进行A/D转换，传输到集成处理器电路3集成处理器中，集成处理器对采集的信号进行分析，生成excel表格，存储到存储电路5中。设备采集数据完毕后，由液晶和按键人机接口界面电路2设置设备关机，并取存储电路5中的SD卡进行数据读取和分析。
【权利要求】
1.一种阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:管道的参比电位信号和恒电位仪的电流信号通过电位和电流信号滤波调理转换电路(I )连接在集成处理器电路(3)的输入端上，在集成处理器电路(3)的输入端上分别连接有液晶和按键人机接口界面电路(2)、GPS授时电路(4 )、存储电路(5 )和隔离功率模块电路(6 )。
2.根据权利要求1所述的阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:所述的电位和电流信号滤波调理转换电路(I)是电位信号通过热敏电阻PTCl和PTC2及瞬时抑制器TVS1，其输出经过电阻Rl、R5和电容Cl稳压电路输入低通滤波电路ICl，低通滤波电路ICl的输出经过电阻R 3接运算放大器IC3，运算放大器IC3输出电流信号ADC-V到集成处理器电路(3);电流信号是通过闭环霍尔电流隔离传感器Ml后，再经过电阻R9和电容C3组成的滤波电路接低通滤波器IC4，低通滤波器IC4的输出经过电阻R8和电容C4稳压电路后，电流信号ADC-1输入到集成处理器电路(3)。
3.根据权利要求1所述的阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:所述的集成处理器电路(3)是72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成处理器。
4.根据权利要求1所述的阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:所述的GPS授时电路(4)是连接在GPS授时电路(4)上的GPS卫星信号通过运放电路IC6接授时专用GPS模组M2，将标准时间信号TXD、RXD和时间延迟信号TP、GPS RES输入到集成处理器电路(3)，GPS授时电路(4)还包括有系统采样TCXO温度补偿晶体振荡器IC5，由交流电源BT1、二极管D1、D2与电阻R2、R4、R7构成GPS授时电路(4)的供电整流稳压电路，并为温度补偿晶体振荡器IC5提供时钟谐振信号。
5.根据权利要求1所述的阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:所述的存储电路(5)是采用2GB SD卡实现数据实时读写，由集成处理器电路(3)将采集的数据进行A/D转换后，将数字信号传输到存储电路(5 )。
6.根据权利要求1所述的阴极保护断电电位同步监测仪，其特征是:所述的隔离功率模块电路(6)是功率模块M5的驱动侧和输出侧分别采用磁隔离驱动，输出端采用多个功率场效应管并联输出，采用光电隔离器01与集成处理器电路(3)进行数据通讯，由集成处理器电路(3)对隔离功率模块电路(6)提供通断信号1-1NT。
【文档编号】C23F13/22GK203700528SQ201420042849
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】熊锦林, 陈勇, 解新民, 李国 , 孙晓妹, 聂肖虎, 郭勇, 梁志勇, 谢德俊, 尚仲虎, 黄强 申请人:中国石油化工股份有限公司