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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于温度补偿的电阻探针腐蚀监测原理的研究与仪器的开发应 用 姓名：柏任流 申请学位级别：硕士 专业：物理化学 指导教师：郭兴蓬;董泽华 20070118 I 摘 要 电阻探针腐蚀监测原理：在直流电的作用下，腐蚀中的敏感元件金属量的减少就 是其电阻增加。与电化学极化法相比，电阻法不仅适用电解质溶液，还适用非电解质 的气体、固体颗粒、有机物等；与磁阻法相比，电阻法灵敏度相应较低，但测试设备 简单、价格实惠，更广乏地应用在石油化工和天然气的腐蚀监测中。 本文基于温度补偿的电阻探针腐蚀监测系统装置开发，研究电阻探针，了解其内 部结构及电阻探针制造工艺，测试 RCS2600T
2、 的引脚之间的电阻，弄清参考电阻和被 测电阻及效验电阻之间连接的关系，就是为了掌握研制适用于气田环境中的腐蚀监测 仪器的技术和方法。 采用了高精度 AV 电桥的方式来测量电阻探针在不同温度下的电阻的变化值，发 现了电阻探针线路中异种金属之间的接界电势、温差电势，以及焊接效应所导致的测 量误差，并探讨各种测量误差的校正机制。基于以上机理研究，对电阻探针腐蚀监测 仪器的电路设计、数据采集与分析、电池供电系统以及通讯协议进行了优化。同时提 出对温度补偿的三种原理和方法，比较优劣找到了通过交变电流补偿电路来补偿由于 环境温度变化所导致的测量电阻变化。 腐蚀监测装置能自动定时（每 124 小时）唤醒，并
3、采用可控的稳压芯片来最大 限度延长电池使用寿命，使电阻探针在线腐蚀监测在性能上更具有优势。 利用所设计的 ER400 电阻探针腐蚀监测仪通过不同温度下的室内试验， 其结果与 电化学极化方法进行对比， 表明电阻探针的监测结果数据可靠， 灵敏度高， 稳定性好。 在中 20 站 G21-21 和南 17 站 G31-12 进行的 3 个月现场试验，结果表明：电阻法与失 重挂片和 MKr 磁阻测试系统测量结果相比，其数据变化趋势一致，电阻监测结果与 失重试验较为接近。 本文的创新点：对影响电阻探针温度漂移的接触电势、温差电势机理进行研究并 对电阻温漂进行温度补偿。 关键词：电阻探针，腐蚀机理 ，接触电
4、势，温差电势，交变电路，靖边气田 II Abstract The principle of electrical resistance probe corrosion monitoring: Loss of metal by corrosion or erosion gives increased resistance in Ohms for the sensor-element which is charged with DC current, Compared with polarization method, electrical resistance method is not onl
5、y applied in solution of electrolyte but also non electrolyte 、 gases、 solid particles and organic stance etc. Compared with magnetic resistance method, electrical resistance test equipment is simple and price is inexpensive. So it is widely used by corrosion monitoring of the petrochemical industri
6、es and natural gas. This article develops system instrument of electrical resistance probe corrosion monitoring based on the principle of temperature compensation, the internal structure and manufacturing process of electrical resistance probe were learned through anatomizing the probes. In order to
7、 learn the technology and method of making the corrosion monitoring equipment, electric resistance between guide edges of RCS2600T was tested which was for studying the relations among reference electrical resistance and tested electrical resistance and checked electrical resistance. Using high accu
8、racy AV electric bridge to test the changing value of electrical resistance probe in different temperature and finding that contact potential and temperature difference potential are among different metal of electrical resistance probe and the measuring error was caused by weld effect, discussing th
9、e correction method to different measuring error. Optimizing the circuit design, data collecting and analyzing, current supply of batteries and communication agreement based on principles above. Meanwhile three principles and method to temperature compensation were improved, comparing which to find
10、that alternating current compensating circuit compensated the electric resistance caused by environmental temperature changing. The corrosion monitoring equipment automatically woke at every one to twenty-four hours, stabilized slug was used to extend the serviceable life of batteries, which made th
11、e corrosion monitor of electrical resistance probe is more advantaged. Using the designed ER400 electrical resistance probe to do experiments in different III temperature, the results showed that data were more reliable, the sensitivity was higher, the stability was better comparing with electrochem
12、ical polarization method. The experiments in Centre Stage G21-21 and South Stage G31-12 were for three months and the results among the electrical resistance method and iron-rod corrosion method and MKr magnetic reluctance system showed that measuring data were almost the same in the altering tenden
13、cy. This article innovating point: studying on mechanism of contact potential and temperature difference potential which is affected on temperature excursion of electrical resistance probe and introduced means of temperature compensation to resistance temperature excursion. Keywords： electrical resi
14、stance probe，corrosion mechanism，contact potential， temperature difference potential，alternate circuit，Jingbian gas field 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使
15、用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪 论 1.1 引言 腐蚀监测与腐蚀控制是防腐蚀的两个重要组成部分，但长期以来在我国并未得到 均衡发展和获得同等重视。随着我国大
16、型油气田的开发，特别是高压高含硫天然气的 陆续开采，对气田的安全性提出了更高的要求，腐蚀监检测作为腐蚀防护的基础工作 越来越得到了大型油气田企业的关注和重视1。而电阻探针腐蚀监测技术是通过测量 金属元件在工艺介质中腐蚀时的电阻值的变化，计算金属在工艺介质中的腐蚀速度在 线监测，由于它适用于包括气相、液相、固相和流动颗粒等气田介质工作环境和测量 迅速，能及时反映出设备管道的腐蚀情况，使设备管道的腐蚀始终处于监控状态的特 点，有别于其它腐蚀监测的优势，常被用来对油气管线进行实时、连续、网络化远程 监测2，预报管线或设备腐蚀程度，评估油气管道腐蚀损坏程度和管道预期寿命，保 证输油气管道长期安全生产提供了支持。 1.2 电阻探针腐蚀监测国内外研究现状 电阻探针技术近几年发展比较快，尽管不可避免地有它的不足(如灵敏度不够高， 腐蚀产物的导电性有时对测量结果产生影响等)， 但是这一经典技术其原理直观， 数据 稳定可靠，对各种腐蚀介质广泛适用，因此它仍然腐蚀监测中占有一席之地3,4。国外 在 20 世纪 5060 年代就
