陰極保護斷電電位同步監測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型的名稱是陰極保護斷電電位同步監測儀，涉及埋地鋼制管道斷電電位的陰極保護斷電電位同步監測儀。它主要是解決石油石化輸油管道使用的便攜式參比電極測量管道保護電位是通電電位，有一定的誤差的問題。本實用新型是管道的參比電位信號和恒電位儀的電流信號通過電位和電流信號濾波調理轉換電路連接在集成處理器電路的輸入端上，在集成處理器電路的輸入端上分別連接有液晶和按鍵人機接口界面電路、GPS授時電路、存儲電路和隔離功率模塊電路。本實用新型可將全線多臺恒電位儀同時同步通斷，實時記錄管道電位衰減曲線，計算出管道在有陰極保護時的極化電位，減小管道因電化學腐蝕穿孔的隱患；本實用新型操作方便，所有數據自動存儲，節約人力物力。
【專利說明】陰極保護斷電電位同步監測儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種陰極保護斷電電位同步監測儀，具體是涉及一種埋地鋼制管道斷電電位的陰極保護斷電電位同步監測儀。
【背景技術】
[0002]根據GBT214482008埋地鋼制管道陰極保護技術規范要求，石油石化輸油管道達標的依據是要求極化電位處于-0.85疒-1.20V之間。而目前使用的便攜式參比電極測量的管道保護電位則是通電電位，與規范要求的極化電位相比有一定的誤差(IR降)，已知大部分石油石化管理部門，仍然使用通電電位作為管道陰極保護是否達標的依據，使用通電電位作為管理電位，存在如下問題:1)無法真正實現管道保護率100%，SYT5919-2009對管道陰極保護運行指標控制提出管道保護率100%的要求，使用通電電位無法真正實現管道保護率100%，管道保護電位應為_850mV到-1200mV之間(帶下劃線的刪除掉)，計算保護率時，應使用極化電位而不是通電電位作為判斷標準，否則計算得出的管道保護率的數值有一定的誤差；2)影響IR降的因素較多，管道電位測量中的IR降大小受較多因素影響，主要有:土壤電阻率、參比電極位置、陰極保護電流、涂層缺陷處電阻、涂層容抗、感抗等。目前對IR降與各影響因素的相對關系無明確行業標準，對各種防腐層在各種環境下IR降的大小也無相關數據，因此，難以根據經驗直接判斷管道IR降的大小；3) IR降對恒電位投用的影響較大，目前長輸管道一般使用強制電流陰極保護，恒電位儀所用參比電極一般放置于通電點附近，此處容易受到陽極地床、鋅接地電池、鍍鋅接地極等干擾，造成恒電位儀預置電位時局限較大；4 )各種測量方法局限性較多，標準對斷電電位測述模糊，現場量的各種方法描應用存在局限。
[0003]
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是針對上述不足之處，而提出的一種可將全線多臺恒電位儀同時同步通斷，實時記錄管道電位衰減曲線，計算出管道在有陰極保護時的極化電位，消除測量誤差，保證管道陰極保護電位測量準確，減小管道因電化學腐蝕穿孔隱患的陰極保護斷電電位同步監測儀。
[0005]本實用新型的技術解決方案是:陰極保護斷電電位同步監測儀是管道的參比電位信號和恒電位儀的電流信號通過電位和電流信號濾波調理轉換電路連接在集成處理器電路的輸入端上，在集成處理器電路的輸入端上分別連接有液晶和按鍵人機接口界面電路、GPS授時電路、存儲電路和隔離功率模塊電路。
[0006]本實用新型的技術解決方案中所述的電位和電流信號濾波調理轉換電路是電位信號通過熱敏電阻PTCl和PTC2及瞬時抑制器TVSl，其輸出經過電阻Rl、R5和電容Cl穩壓電路輸入低通濾波電路IC1，低通濾波電路ICl的輸出經過電阻R 3接運算放大器IC3，運算放大器IC3輸出電流信號ADC-V到集成處理器電路；電流信號是通過閉環霍爾電流隔離傳感器Ml后，再經過電阻R9和電容C3組成的濾波電路接低通濾波器IC4，低通濾波器IC4的輸出經過電阻R8和電容C4穩壓電路后，電流信號ADC-1輸入到集成處理器電路。[0007]本實用新型的技術解決方案中所述的集成處理器電路是72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成處理器。
[0008]本實用新型的技術解決方案中所述的GPS授時電路是連接在GPS授時電路上的GPS衛星信號通過運放電路IC6接授時專用GPS模組M2，將標準時間信號TXD、RXD和時間延遲信號TP、GPS RES輸入到集成處理器電路，GPS授時電路還包括有系統采樣TCXO溫度補償晶體振蕩器IC5，由交流電源BTl、二極管Dl、D2與電阻R2、R4、R7構成GPS授時電路的供電整流穩壓電路，并為溫度補償晶體振蕩器IC5提供時鐘諧振信號。
[0009]本實用新型的技術解決方案中所述的存儲電路是采用2GB SD卡實現數據實時讀寫，由集成處理器電路將采集的數據進行A/D轉換后，將數字信號傳輸到存儲電路。
[0010]本實用新型的技術解決方案中所述的隔離功率模塊電路是功率模塊M5的驅動側和輸出側分別采用磁隔離驅動，輸出端采用多個功率場效應管并聯輸出，采用光電隔離器01與集成處理器電路進行數據通訊，由集成處理器電路對隔離功率模塊電路提供通斷信號 1-1NT 。
[0011]本實用新型可將全線多臺恒電位儀同時同步通斷，實時記錄管道電位衰減曲線，計算出管道在有陰極保護時的極化電位，消除日常測量誤差，保證了管道陰極保護電位測量的準確性，為陰極保護的有效性提供嚴謹的數據支持，減小管道因電化學腐蝕穿孔的隱患；本實用新型的陰極保護斷電電位同步監測儀操作方便，所有數據自動存儲，節約人力物力，采樣精度高于已有設備，準確度高于標準要求，數據完整，能準確的測得管道斷電電位。
[0012]本實用新型還具有如下特點:
[0013]1、具有聞精度的時鐘同步，本實用新型針對使用以太網控制延遲聞的缺點，可以實現高精度時鐘同步裝置，選用GPS衛星標準時間，更快速的傳播方式，對各場站恒電位儀進行同步和對時；2、具有通斷的一致性，本實用新型使用隔離功率模塊及其驅動電路，對恒電位儀輸出電流進行可靠通斷，導通時提供可靠低阻抗通路，關斷時漏電流極小，導通和關閉時間均為uS級，并且具有高度一致性；3、高頻率采集，管道和參比之間的電位信號接入阻抗高達200ΜΩ的精準儀表放大器，進行阻抗變換及電平轉換后進入16位模擬數字轉換器，轉換器芯片的基準電壓精度0.05%，采樣速率高達50次/S，能夠高速、精準記錄電位變化過程，進行斷電電位分析；4、本實用新型大幅度提高了同步通斷誤差小于0.ls，同步采集斷電后0.5s的時間精度，大幅度減小斷電電位測量誤差，能非常準確的反應出管道的真實極化電位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的方框圖。
[0015]圖2是本實用新型的電原理圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，管道的參比電位信號和恒電位儀的電流信號通過電位和電流信號濾波調理轉換電路I連接在集成處理器電路3的輸入端上，在集成處理器電路3的輸入端上分別連接有液晶和按鍵人機接口界面電路2、GPS授時電路4、存儲電路5和隔離功率模塊電路6 ;在GPS授時電路4的輸入端上連接有GPS信號，在隔離功率模塊電路6的輸入端上連接有陰極保護電流。
[0017]如圖2所示，電位和電流信號濾波調理轉換電路I的輸入端與管道的參比電位信號和恒電位儀的電流信號連接，管道的參比信號中疊加的各種瞬態尖峰脈沖和交流干擾信號通過熱敏電阻PTCl和PTC2及瞬時抑制器TVSl保護措施處理后，經過電阻Rl、R5，電容Cl穩壓電路后，再輸入低通濾波電路IC1，低通濾波電路ICl的輸出經過電阻R 3接零溫漂運算放大器IC3，低通濾波器ICl采用切比雪夫二階低通濾波器，可有效濾除管道中的交流工頻干擾信號，采用高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、零溫漂運輸放大器IC3把參比信號調理到模擬數值轉換器接受的信號范圍，輸入阻抗大于100ΜΩ，參比信號進行隔離、濾波、運放后，將ADC-V信號輸入到集成處理器電路3集中處理器芯片；電流信號是恒電位儀的電流信號通過閉環霍爾電流隔離傳感器Ml處理后，再經過電阻R9和電容C3組成的濾波電路接切比雪夫二階低通濾波器IC4，可有效濾除交流電流中的高頻干擾信號，低通濾波器IC4的輸出經過電阻R8和電容C4穩壓電路后，將電流信號ADC-1輸入到集成處理器電路3集中處理器芯片。
[0018]液晶和按鍵人機接口界面電路2采用市場上通用的128*64點陣OLED液晶屏；OLED屏具有低溫特性好、發光效率高、低功耗、抗震性好的優點，液晶和按鍵人機接口界面電路2為集中芯片IC2提供衛星搜索、時鐘對時、通斷設置、實驗編號等設置信號。
[0019]集成處理器電路3主要部件為72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成處理器，通過配套上位機軟件及程序，對其余電路數據進行集成與處理，集成處理器電路3采用16bits二路獨立輸入Λ-Σ數模轉換器，轉換速率最大可達5.6KHz，可滿足對信號的高精度快速采樣；采集參比信號、恒電位儀電流參考信號，二路模擬數字轉換器物理上完全獨立，二路信號可同步采樣；模擬數字轉換器采用外部參考源，參考電壓源精度達到0.05%，溫度系數5PPM。
[0020]GPS授時電路4是通過GPS衛星信號到達GPS授時電路4，GPS衛星信號通過運放電路IC6對收集到的GPS信號進行放大處理，運放電路IC6放大處理后的信號經過UBLOX授時專用GPS模組M2對時鐘信號進行校準后，將標準時間信號TXD、RXD,時間延遲信號TP、GPS RES輸入到集成處理器電路3，使不同設備的集成處理器電路3獲得高精度同步標準時間；授時專用GPS模組M2模組可提供IPPS和10MPPS精準校時信號，信號輸出精度可達15ns ；GPS授時電路4還包括有系統采樣TCXO溫度補償晶體振蕩器IC5，保證系統運算的時鐘精度和多臺設備間的時間一致性；由交流電源BT1、二極管Dl、D2與電阻R2、R4、R7構成GPS授時電路4的供電整流穩壓電路，并為溫度補償晶體振蕩器IC5提供約為3.3v的時鐘諧振信號。
[0021]存儲電路5為數據存儲電路，采用2GB SD卡實現數據實時讀寫，集成處理器電路3將其他電路的采集數據進行A/D轉換后，將數字信號傳輸到存儲電路5存儲。
[0022]隔離功率模塊電路6采用軍工級高壓隔離電磁驅動固態功率模塊M5 ;該功率模塊M5的驅動側和輸出側分別采用磁隔離驅動，輸出端采用多個功率場效應管并聯輸出，具有導通電流大、導通電阻小、導通-關斷動作快、可靠性高的優點；為保證信號通斷一致性，本實用新型采用光電隔離器01，與集成處理器電路3進行數據通訊，芯片對隔離功率模塊電路6提供通斷信號1-1NT，保證隔離模塊M5準確通12s斷3s。[0023]工作原理:
[0024]本實用新型通過GPS授時電路4進行GPS信號捕捉，將捕捉的GPS授時信號傳輸到集成處理器電路3集成處理器中，集成處理器對授時信號進行解碼，通過授時衛星與設備間距離進行時間延遲換算，將時鐘信號和時鐘延遲信號傳輸到GPS授時電路4的時鐘電路，完成GPS的授時功能。通過液晶和按鍵人機接口界面電路2完成對設備的參數設置，設置設備實驗編號、通斷起始時間、工作持續時間、通斷時間間隔等信號；設置參數進入集成處理器電路3集成處理器中，通過集成處理器對其他電路進行控制。集成處理器電路3控制隔離功率模塊電路6功率模塊的通斷，完成對陰極保護電流的接續和斷路，保證陰極保護電流在通12s時，功率模塊導通電阻足夠小，一般為ΙΟπιΩ ;保證陰極保護電流在斷3s時，功率模塊完全隔離電流，電路可實現在40ms內完全斷路電流。電位和電流信號濾波調理轉換電路I實時采集陰極保護電流、管道通電電位、管道斷電電位，采集頻率達到50次/s，采集的信號進行A/D轉換，傳輸到集成處理器電路3集成處理器中，集成處理器對采集的信號進行分析，生成excel表格，存儲到存儲電路5中。設備采集數據完畢后，由液晶和按鍵人機接口界面電路2設置設備關機，并取存儲電路5中的SD卡進行數據讀取和分析。
【權利要求】
1.一種陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:管道的參比電位信號和恒電位儀的電流信號通過電位和電流信號濾波調理轉換電路(I )連接在集成處理器電路(3)的輸入端上，在集成處理器電路(3)的輸入端上分別連接有液晶和按鍵人機接口界面電路(2)、GPS授時電路(4 )、存儲電路(5 )和隔離功率模塊電路(6 )。
2.根據權利要求1所述的陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:所述的電位和電流信號濾波調理轉換電路(I)是電位信號通過熱敏電阻PTCl和PTC2及瞬時抑制器TVS1，其輸出經過電阻Rl、R5和電容Cl穩壓電路輸入低通濾波電路ICl，低通濾波電路ICl的輸出經過電阻R 3接運算放大器IC3，運算放大器IC3輸出電流信號ADC-V到集成處理器電路(3);電流信號是通過閉環霍爾電流隔離傳感器Ml后，再經過電阻R9和電容C3組成的濾波電路接低通濾波器IC4，低通濾波器IC4的輸出經過電阻R8和電容C4穩壓電路后，電流信號ADC-1輸入到集成處理器電路(3)。
3.根據權利要求1所述的陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:所述的集成處理器電路(3)是72MHz高速C0RTEX-M4核心ARM集成處理器。
4.根據權利要求1所述的陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:所述的GPS授時電路(4)是連接在GPS授時電路(4)上的GPS衛星信號通過運放電路IC6接授時專用GPS模組M2，將標準時間信號TXD、RXD和時間延遲信號TP、GPS RES輸入到集成處理器電路(3)，GPS授時電路(4)還包括有系統采樣TCXO溫度補償晶體振蕩器IC5，由交流電源BT1、二極管D1、D2與電阻R2、R4、R7構成GPS授時電路(4)的供電整流穩壓電路，并為溫度補償晶體振蕩器IC5提供時鐘諧振信號。
5.根據權利要求1所述的陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:所述的存儲電路(5)是采用2GB SD卡實現數據實時讀寫，由集成處理器電路(3)將采集的數據進行A/D轉換后，將數字信號傳輸到存儲電路(5 )。
6.根據權利要求1所述的陰極保護斷電電位同步監測儀，其特征是:所述的隔離功率模塊電路(6)是功率模塊M5的驅動側和輸出側分別采用磁隔離驅動，輸出端采用多個功率場效應管并聯輸出，采用光電隔離器01與集成處理器電路(3)進行數據通訊，由集成處理器電路(3)對隔離功率模塊電路(6)提供通斷信號1-1NT。
【文檔編號】C23F13/22GK203700528SQ201420042849
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】熊錦林, 陳勇, 解新民, 李國 , 孫曉妹, 聶肖虎, 郭勇, 梁志勇, 謝德俊, 尚仲虎, 黃強 申請人:中國石油化工股份有限公司