ячейка для измерения электрохимических свойств сыпучих и пластичных влагонасыщенных сред

Формула изобретения

Ячейка для измерения электрохимических свойств сыпучих и пластичных влагонасыщенных сред, содержащая корпус и основание, выполненные из диэлектрического материала, рабочий и вспомогательный электроды и электрод сравнения, отличающаяся тем, что корпус ячейки выполнен в виде полого цилиндра, а основание выполнено съемным и соединяется с корпусом при помощи резьбовых крепежных элементов через уплотнительное резиновое кольцо, ячейка снабжена крышкой из диэлектрического материала, которая крепится к корпусу при помощи резьбовых крепежных элементов, в крышку посредством резьбы установлен электрод сравнения, рабочий и вспомогательный электроды размещены в основании, при этом вспомогательный электрод изготовлен из металла, электрохимически инертного к размещенной в ячейке среде, а рабочий электрод - из металла, электрохимические свойства которого определяются.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для изучения поляризации металлических электродов при коррозионных исследованиях с целью уменьшения материальных потерь при эксплуатации трубопроводов, резервуаров, котлов, деталей машин, судов, мостов и т.д., а также при разработке новых материалов для повышения надежности оборудования, которое в результате коррозии может разрушиться.

Ввиду того что коррозия имеет электрохимическую природу, коррозионные исследования проводятся с помощью измерения электрических характеристик поверхности раздела металл-раствор. Эти измерения проводятся в специальных электрохимических ячейках.

Известна стеклянная электрохимическая ячейка, содержащая металлический электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, в которой для уменьшения погрешности измерения, связанной с омическим падением напряжения, предусмотрен капилляр Луггина. Эта ячейка принята в качестве стандартной поляризационной ячейки в ASTM (американское общество по испытанию материалов) [Коррозия. Справ. изд. Под ред. Шрайера. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1981, 632 с.]. Эти электрохимические ячейки хорошо подходят для коррозионных исследований в электролитах или газовых средах, но совершенно не пригодны для сыпучих и пластичных сред, например грунтов.

Наиболее близкой по конструкции является ячейка прямоугольной формы, представленная в ГОСТ 9.602-89, содержащая рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения. Ячейка предназначена для проведения коррозионных исследований в грунтах. ГОСТ 9.602-89 определяет объем пробы грунта, размеры рабочего и вспомогательного электродов, а также взаимное положение указанных электродов и электрода сравнения при проведении измерений. Недостатком указанной в ГОСТ 9.602-89 ячейки является то, что конструкция ее предусматривает постепенное заполнение грунтом ячейки послойно с последующим уплотнением. Процедура уплотнения изменяет аэрацию грунта по сравнению с естественной, при этом возникает погрешность при определении потенциала свободной коррозии и изменятся зависимость потенциал-ток при изучении поляризации электродов. Кроме этого, вспомогательный электрод в данной ячейке выполнен из углеродистой стали, которая не является электрохимически инертной к грунтовым средам, что вносит погрешность при проведении измерений за счет продуктов коррозии, образующихся на поверхности вспомогательного электрода. Исполнение данной ячейки в виде открытого контейнера приводит к испарению влаги из грунта, что изменяет электропроводность среды и вносит дополнительную погрешность.

Задачей изобретения является определение электрических характеристик поверхности раздела металл-раствор и оперативности при проведении коррозионных исследований в сыпучих и пластичных влагонасыщенных средах.

Достигаемый технический результат состоит в обеспечении точности определения электрических характеристик поверхности раздела металл-раствор с сохранением естественной аэрации среды.

Технический результат достигаются тем, что ячейка для измерения электрохимических свойств сыпучих и пластичных влагонасыщенных сред, содержащая корпус и основание, выполненные из диэлектрического материала, рабочий и вспомогательный электроды и электрод сравнения, отличается от прототипа тем, что корпус ячейки выполнен в виде полого цилиндра, а основание выполнено съемным и соединяется с корпусом при помощи резьбовых крепежных элементов через уплотнительное резиновое кольцо, ячейка снабжена крышкой из диэлектрического материала, которая крепится к корпусу при помощи винтовых крепежных элементов, в крышку посредством резьбы установлен электрод сравнения, рабочий и вспомогательный электроды размещены в основании, при этом вспомогательный электрод изготовлен из металла, электрохимически инертного к размещенной в ячейке среде, а рабочий электрод - из металла, электрохимические свойства которого определяются.

На чертеже представлен общий вид ячейки.

Ячейка состоит из корпуса 1 и основания 2, выполненных из диэлектрического материала. Основание 2 выполнено съемным и крепится к корпусу 1 с помощью резьбовых крепежных элементов 10. Между корпусом 1 и основанием 2 установлено уплотнительное резиновое кольцо 6. В ячейке размещены рабочий электрод 3 и вспомогательный электрод 4, снабженные электроизолированными токовводами 9, которые крепятся к основанию посредством резьбового соединения. Электроды 3, 4 установлены симметрично относительно продольной оси корпуса 1, их плоскости параллельны. Вспомогательный электрод 4 изготовлен из металла, электрохимически инертного к размещенной в ячейке среде, а рабочий электрод 3 - из металла, электрохимические свойства которого определяются. Согласно ГОСТ 9.602.89 электроды имеют размеры 20×20 мм и установлены на расстоянии 20 мм друг от друга и на расстоянии 50 мм от верха и низа корпуса. Ячейка снабжена крышкой 7, изготовленной из диэлектрического материала, которая крепится к корпусу 1 с помощью резьбовых крепежных элементов 11. В крышке посредством резьбового соединения установлен электрод сравнения 5. Для предотвращения смешивания электролита исследуемой среды и электролита электрода сравнения в дно электрода сравнения 5 установлена пористая мембрана 8. Конструктивное исполнение ячейки, снабженной разъемным основанием 2, позволяет размещать в ячейку исследуемую среду 12 с помощью поршневого толкателя непосредственно из керноотборника, что повышает оперативность работ при проведении коррозионных исследований, при этом сохраняется естественная аэрация исследуемой среды.

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением коррозионных исследований данную ячейку заполняют исследуемой средой 12. Перед заполнением ячейки резьбовые крепежные элементы 10, крепящие корпус 1 и основание 2 между собой, ослабляют, что приводит к разгерметизации ячейки. Образец среды извлекают из керноприемника с помощью поршневого толкателя непосредственно в ячейку. При этом воздух из ячейки выходит через щели между корпусом 1 и основанием 2, не препятствуя перемещению поршневого толкателя. При заполнении ячейки рабочий 3 и вспомогательный 4 электроды автоматически размещаются в исследуемой среде 12, так как они установлены в основании 2 ячейки. После полного заполнения ячейки резьбовые крепежные элементы 10, крепящие корпус 1 и основание 2, затягивают. Далее в исследуемую среду на глубину 1,0-1,5 см погружают электрод сравнения 5, вытесняя часть исследуемой среды 12 из ячейки. Затем на корпус электрода сравнения 5 навинчивают крышку 7, которая крепится к корпусу 1 при помощи резьбовых крепежных элементов 11, тем самым герметизируя внутренний объем ячейки. Измерения проводят по стандартной методике с автоматической компенсацией омического падения напряжения между рабочим электродом 3 и электродом сравнения 5. В качестве измерительного прибора использует потенциостат.

После выполнения измерений резьбовые крепежные элементы 10, крепящие основание ячейки 2 и корпус 1, вывинчивают, основание 2 отделяют от корпуса 1 вместе с рабочим 3 и вспомогательным 4 электродами, крышку ячейки 7 также отсоединяют от корпуса 1 вместе с электродом сравнения 5. Далее с помощью поршневого толкателя корпус ячейки освобождают от исследуемой среды.

Предлагаемое техническое решение позволяет провести коррозионные исследования в сыпучих и пластичных влагонасыщенных средах с сохранением физических свойств и химического состава исследуемой среды. Оно обеспечивает точность измерения электрических характеристик поверхности раздела металл-раствор при проведении исследований и повышает оперативность размещения исследуемой среды в ячейку и удобство извлечения среды из ячейки после проведения измерений. Применение электрохимически инертного к исследуемой среде вспомогательного электрода предотвращает образование продуктов коррозии на его поверхности и устраняет связанную с этим погрешность измерений. Исполнение ячейки в виде герметичного контейнера препятствует испарению влаги из среды, тем самым устраняется погрешность измерений, связанную с изменением электропроводности среды при испарении влаги.

Исполнение основных составляющих ячейки (корпуса, основания, крышки и корпуса электрода сравнения) в виде цилиндрических элементов позволяет повысить производительность труда при изготовлении деталей ячейки.

Изобретение может быть использовано в трассовых и лабораторных исследованиях.