专利名称：钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统。涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。
背景技术：
随着国家经济的不断提升，国内各行业对石油、天然气的需求也在与日俱增。国家不仅对国内的石油、天然气资源的勘探进行了大规模的投入，并且积极与国外周边国家合作，购入大量的原油及天然气来满足国内的需求。在这样的环境下，作为输送原油、天然气主要手段的管道其建设也进入了一个新的发展时期，十一五期间国内已完成近10万千米的管道建设任务。如此快速的发展使得人们对管道的防腐质量更加关注。近年来，我国的大多数管道工程中普遍采用了先进的三层结构聚乙烯(3PE)涂层技术，取得了很好的应用效果。3PE涂层克服了单一环氧涂层和聚乙烯防腐层的不足，具有优良的综合性能。但近年来对在役管道进行开挖检测时，发现诸多由于防腐层失效所导致的管体腐蚀现象，有的管线在3-4年内管体的腐蚀深度就达到了 3-4mm，年平均腐蚀达lmm。如此快速的腐蚀不但影响了管道的质量和使用寿命，而且给生产运行管理留下了巨大的安全隐患。所以，防腐材料在管道防腐工程中的作用尤为重要。在实验室进行的防腐材料性能检测中，阴极剥离性能是管道防腐层材料的重要性能之一，它的优劣直接关系到涂层与阴极保护的联合效果。目前，国内使用的阴极剥离技术标准主要有两种，一种是SY/T0413《埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准》附录B规定的基本方法进行，一种是SY/T 0315-2005《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准》附录C规定的基本方法进行。测试在恒温干燥箱中进行，辅助电极为213型钼电极，参比电极为饱和甘汞电极(见图1)。通过改变几个主要实验参数来考察不同因素对3PE涂层阴极剥离性能的影响。测试过程中需不断调节电阻器来保证试验电压，并且在测试周期结束后需要人为地撬剥涂层直至防腐层表现出明显的抗撬剥性为止，这样，不仅降低了测试效率，还使得测试数据不够准确，不能客观地反映涂层的抗阴极剥离性能。为了使得阴极剥离试验数据更为准确，试验操作更为便利，应开发一种专门应用于管道涂层的阴极剥离测试数据采集系统。
发明内容
本发明的目的是发明一种拥有控制、采集、存储等主要功能，能够更为高效、准确、客观地反映测试数据的钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统。由于阴极剥离与电流、温度变化有一定的关系，因此可通过实验建立电流、温度变化与阴极剥离变化之间的关系，通过监测电流、温度变化，即可得到阴极剥离数值。本发明基于数据自动采集和分析技术，对通过电解液和试件阴极剥离实验进行实时监测。通过对控制系统进行采样周期设置，数据采集卡可不间断地采集试验温度、电流、电压等参数的数值，通过分析这些参数的变化，得出阴极剥离强度的数值，从而更为简单客观地评价涂层防腐质量。
本发明基于数据自动采集和分析技术，对通过电解液和试件阴极剥离检测进行实时监测。通过对控制系统进行采样周期设置，数据采集卡可不间断地采集试验温度、电流、电压等参数的数值，通过分析这些参数的变化，能够得出阴极剥离强度的数值，同时更为客观地评价涂层防腐质量。本发明的阴极剥离自动测试系统总体构成如图1所示，包括专用电压数据采集卡、电流数据采集卡、PCI总线、上位机、可变电阻箱、电压/电流数据采集探头、直流电源、可控温度系统、测试槽、电解液及电极；置于可控温度系统中的多个测试槽内由阀门控制注入电解液，电解液中插入钼电极、甘汞电极以及电流采集端，试件置于测试槽下；钼电极通过可变电阻后与直流电源的正极相连接，电流源的负极与试件相接；专用电压数据采集卡、电流数据采集卡通过PCI总线与分析控制系统-上位机连接，电压采集探头经与甘汞电极端相连接，电流采集探头伸入电解液中进行实时采集。可变电阻通过控制单元进行自动调节，以保证试件两端电压维持在-1.5V。电解液中插入另外一只电极用来实时采集测试过程中电解液电流数据，并实时存储数据便于测试结束后进行评价。其中:测试槽内的电解液由烘箱控制温度；用密封胶将预制好的塑料圆筒与试件同心连接，并在测试槽中加入浓度为3%的NaCl电解液，液位传感器放置于测试槽4/5处，当液位低于此位置时，系统能够自动加入蒸懼水以保持液位;电流数据采集卡及电压数据采集卡拥有多个数据采集通道，能够同时对多组试件同时进行测试；上位机开发专用的数据库及数据处理软件，对测试数据进行客观、科学、有效的评价。图2是本测试系统的测控及采集系统电路图，本测试系统采用NI电压采集卡PCI6221及电流采集卡PCI6239。PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有10通道的高速电压数据采集卡。PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有8通道的高速电流数据采集卡。电流采集端和钼电极接入PCI6221的一路通道，对测试时的电压保持随时采集。由于测试时溶液的电阻率发生变化，使得两端电压不能稳定，所以根据PCI6221采集的电压值对可变电阻器进行实时调节，以保证测试电压稳定为-1.5V。测试槽的电解液中插入甘汞电极和电流采集端接入PCI6239的一路通道，对电解液内电流进行实时采集，通过PCI端口由计算机处理后存储入磁盘系统。本发明的阴极剥离自动测试系统，拥有控制、采集、存储、分析等主要功能，上位机软件实现数据库支持、数据分析及下位机控制等功能，阴极剥离自动数据采集系统能够更为高效、准确、客观地反映实验数据，提供评价测试涂层抗阴极剥离性能是否有效的手段。本发明提供一种用于管道涂层阴极剥离测试的自动数据采集系统。该采集系统解决了长期以来实验室进行阴极剥离试验由人为因素所带来的数据不准确、效率较低等问题，能够对测试中的试件及测试结束后的试件进行更为有效、客观地评价。解决了国内管道防腐层检测机构的阴极剥离测试主要为人工操作，减小测试人员劳动强度，提高工作效率。将自动化技术应用于阴极剥离测试中，实现自动实时在线监测，且成本较低。该测试系统具有自动、连续、及时的特点，能够准确及时掌握阴极剥离测试时的状态，数据准确性、复现性高，为测试结果提供更为科学、客观准确的依据。所以，本发明的优点是:I)解决了国内管道防腐层检测机构的阴极剥离测试主要为人工操作，减小试验人员劳动强度，提高工作效率；2)将自动化技术应用于阴极剥离试验中，实现自动实时在线监测，且成本较低；3)本测试系统具有自动、连续、及时的特点，能够准确及时掌握阴极剥离测试时的状态，数据准确性、复现性高，为测试结果提供更为科学、客观准确的依据。
图1钢质管道防腐层耐阴极剥离性能数据自动采集测试系统原理框2测试系统电原理图
具体实施例方式实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。本例是一实验样机，其构成如图1所示，包括专用电压、电流数据采集卡、PCI总线、上位机(普通PC)、可变电阻箱、电压/电流数据采集探头、直流电源。专用电压、电流数据采集卡通过PCI总线与上位机连接，电压/电流数据采集探头通过可变电阻箱与辅助电极相连接并插入溶液，置于烘箱中的试件与直流电源的负极相连接。可变电阻通过控制单元进行自动调节，以保证试件两端电压维持在-1.5V。电解液中插入另外一只探头用来实时采集测试过程中电解液电流数据，并实时存储数据便于测试结束后进行评价。本测试系统(见图2)采用NI电压采集卡PCI6221及电流采集卡PCI62390PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有10通道的高速电压数据采集卡。PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有8通道的高速电流数据采集卡。由电压源输出的电压通过可变电阻器后与实验槽两端的电极相连，调整变阻器使得电极两端电压保持在-1.5VoPCI6221的13脚接测试槽Pl的电流采集端PF10/P1.0,15脚接测试槽P2的电流采集端PF13/P1.3，17脚接测试槽P3的电流采集端PF16/P1.6，32脚接测试槽P4的电流采集端PF11/P1.1，33脚接测试槽P5的电流采集端 PF12/P1.2 ；PCI6221 的 DGND14、DGND16、DGND18 接 P1-P5 的钼电极；PCI6239的32脚接测试槽Pl的甘汞电极PF11/P0.1 (input)，33脚接测试槽P2的甘汞电极PF12/P0.2 (input)，34脚接测试槽P3的甘汞电极PF14/P0.4(input)，13脚接测试槽P4的甘汞电极PF10/P0.0 (input)，15脚接测试槽P5的甘汞电极PF13/P0.03 (input)。由电压源输出的电压通过可变电阻器后与测试槽两端的电极相连，即电压源输出接可变电阻器Rl后再接Pl的PF10/P1.0，接可变电阻器R2后再接P2的PF13/P1.3，接可变电阻器R3后再接P3的PF14/P0.4(input)，接可变电阻器R4后再接P4的PF11/P1.1，接可变电阻器R5后再接P5的PF12/P1.2，调整变阻器使得电极两端电压保持在-1.5V。电极两端接入PCI6221的一路通道，对测试时的电压保持随时采集。由于测试时溶液的电阻率发生变化，使得两端电压不能稳定，所以根据PCI6221采集的电压值对可变电阻器进行实时调节，以保证测试电压稳定为-1.5V。测试槽的电解液中插入PCI6239的一路通道，对电解液内电流进行实时采集，通过PCI端口由计算机处理后存储入磁盘系统。其中电流采集卡及电压采集卡拥有24个数据采集通道，能够同时对24组试件同时进行测试；上位机开发专用的数据库及数据处理软件，对测试数据进行客观、科学、有效的评价。其中电流采集卡及电压采集卡拥有24个数据采集通道，能够同时对24组试件同时进行测试；上位机开发专用的数据库及数据处理软件，对测试数据进行客观、科学、有效的评价。其中:电压采集卡选取NI公司PCI6221，其特点如下:2 路 16 位模拟输出(833kS/s)；24路数字I/O线；32位计数器；可溯源至NIST的校准证书，以及70多个信号调理选项；关联(Correlated)DIO (8 条时钟线，IMHz ；N1-MCal校准技术提高了测量精度；另有5倍采样速率的高速M系列和4倍分辨率的高精度M系列可供选择；N1-DAQmx驱动软件和NI LabVIEff SignalExpress LE交互式数据记录软件；附件:接线盒-螺栓端子SCB-68-776844-01 ；电缆-屏蔽SHC68-68-EPMCable(2m)-192061-02 ；电流采集卡选取NI公司PCI6239，其特点如下:60VDC无间断的组隔离，可承受5s的1，400Vrms/l, 950VDC通道至总线间隔离；2路模拟输出(OmA到20mA)，16位分辨率，采样率达500kS/s ；6路数字输入和4路数字输出，24V源极电压；2个计数器/定时器，32位分辨率，80MHz ;数字触发；N1-MCal校准技术提高了测量精度；N1-DAQmx驱动软件和NI LabVIEff SignalExpress交互式数据记录软件；附件:接线盒-螺栓端子CB-37F-HVD-779491-01 ;电缆-屏蔽SH37F-37MCable(Im)-778621-01。本例经试验，能够准确及时掌握阴极剥离测试时的状态，数据准确性、复现性高，实现了自动实时在线监测，且成本较低。
权利要求
1.一种钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统，其特征是它包括专用电压数据采集卡、电流数据采集卡、PCI总线、上位机、可变电阻箱、电压/电流数据采集探头、直流电源、烘箱、测试槽、电解液及电极；置于可控温度系统中的多个测试槽内由阀门控制注入电解液，电解液中插入钼电极、甘汞电极以及电流采集端，试件置于测试槽下；钼电极通过可变电阻后与直流电源的正极相连接，电流源的负极与试件相接；专用电压数据采集卡、电流数据采集卡通过PCI总线与分析控制系统-上位机连接，电压采集探头与甘汞电极端相连接； 可变电阻通过控制单元进行自动调节，使试件两端电压维持在-1.5V ;电解液中插入另外一只探头用来实时采集测试过程中电解液电流数据，并实时存储数据便于测试结束后进行评价。
2.根据权利要求1所述的钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统，其特征是用密封胶将预制好的塑料圆筒与试件同心连接，并在测试槽中加入浓度为3%的NaCl电解液，液位传感器放置于测试槽4/5处。
3.根据权利要求1所述的钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统，其特征是所述电流数据采集卡及电压数据采集卡拥有多个数据采集通道。
4.根据权利要求1所述的钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统，其特征是本测试系统采用NI电压采集卡PCI6221及电流采集卡PCI6239 ；PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有10通道的高速电压数据采集卡；PCI6221为16位、采样率250kS/s、具有8通道的高速电流数据采集卡；电流采集端和钼电极接入PCI6221的一路通道，对电压保持随时采集并保证测试电压稳定为-1.5V ;测试槽的电解液中插入甘汞电极和电流采集端接入PCI6239的一路通道，对电解液内电流进行实时采集，通过PCI端口由计算机处理后存储入磁盘系统。
全文摘要
本发明是一种钢质管道防腐层耐阴极剥离性能自动化测试系统。涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。它包括专用电压数据采集卡、电流数据采集卡、PCI总线、上位机、可变电阻箱、电压/电流数据采集探头、直流电源、烘箱、测试槽、电解液及电极；置于可控温度系统中的多个测试槽内由阀门控制注入电解液，电解液中插入铂电极、甘汞电极以及电流采集端，试件置于测试槽下；铂电极经可变电阻后与直流电源的正极连接，电流源的负极与试件连接；专用电压数据采集卡、电流数据采集卡通过PCI总线与分析控制系统-上位机连接，电压采集探头与甘汞电极端相连接。本发明拥有控制、采集、存储等功能，能够更为高效、准确、客观地反映测试数据。
文档编号G01N17/02GK103091242SQ20111034369
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者侯宇, 刘国豪, 李睿, 赵国星, 李云杰, 许铁, 赵吉诗, 吴长访, 许彦博, 李荣光 申请人:中国石油天然气股份有限公司