專利名稱：一種基于振動頻率的新型腐蝕探頭及其測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腐蝕監(jiān)測探頭領(lǐng)域，特別涉及一種基于振動頻率的新型腐蝕監(jiān)測探頭及其測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了實時測量腐蝕，現(xiàn)在煉廠廣泛使用電阻探針、電感探針、氫通量監(jiān)測技術(shù)等。電阻探針直接安放在工藝介質(zhì)中，能比較真實地反映工藝介質(zhì)的均勻腐蝕狀態(tài)，而且能在氣、液相，甚至固相中都適合使用，適用于在煉油廠、油氣田等許多場合。因此在環(huán)烷酸均勻腐蝕的條件下，可根據(jù)生產(chǎn)需求，選擇電阻探針或掛片探針(掛片)方法來進行監(jiān)測。但是電阻探針和電感探針通常難以兼顧高精度和長使用壽命，限制了它們的應(yīng)用。氫通量監(jiān)測技術(shù)是按照環(huán)烷酸腐蝕機理，腐蝕過程產(chǎn)生氫原子，氫原子可穿過金屬壁向外界釋放氫氣，通過測量釋放氫氣的量就可以推算環(huán)烷酸腐蝕程度?？稍诟邷?00°C的鋼表面上測量，適合用于煉制高酸值原油裝置的環(huán)烷酸腐蝕監(jiān)測，同時其測量方法跟超聲波測厚相類似，不需在設(shè)備或管道上安裝特殊的裝置，其缺點是測量的數(shù)據(jù)只是氫的釋放量，而不是腐蝕速度，需要通過復(fù)雜的相應(yīng)關(guān)聯(lián)關(guān)系式才能確定其腐蝕速度。這種關(guān)聯(lián)關(guān)系與多方面的因素有關(guān)，比如溫度、材質(zhì)、材料厚度等，使用極不方便。理論研究表明音叉的振動頻率和音叉足的粗細(質(zhì)量)直接相關(guān)。這種關(guān)系可以被利用來設(shè)計一種可兼顧高精度、長壽命兩方面的新型腐蝕探頭。國際上已經(jīng)有相關(guān)的實際經(jīng)驗，實驗室和現(xiàn)場試驗都表明，音叉探針將是下一代高精度，長周期腐蝕探測儀，特別適合煉化過程中的高溫腐蝕監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過音叉振動頻率和音叉尖端質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過測量音叉振動頻率反映音叉尖端質(zhì)量的變化，從而測定腐蝕速度，設(shè)計了一種能夠兼顧高精度、長壽命的新型腐蝕探頭，并可直接根據(jù)音叉振動頻率的變化，推算出音叉質(zhì)量的變化，從而實時監(jiān)測管道內(nèi)的腐蝕速率。主要研究開發(fā)內(nèi)容涉及到音叉的設(shè)計及制造、音叉固有振動信號的檢測、信號處理及振動頻率的獲取、振動頻率與音叉尖端質(zhì)量的關(guān)系。本發(fā)明提供一種基于振動頻率的新型腐蝕監(jiān)測探頭，至少包括音叉和隔膜，該音叉頂端為一方形片狀探頭，用待測試的材質(zhì)制作，片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監(jiān)測探頭時，與加速度傳感器緊貼設(shè)置。使用所述腐蝕監(jiān)測探頭的測量系統(tǒng)，包括所述腐蝕監(jiān)測探頭，加速度傳感器，信號采集卡和計算機。所述腐蝕監(jiān)測探頭安置在流動的腐蝕性介質(zhì)中，其音叉頂端向上，所述隔膜下方緊貼設(shè)置加速度傳感器，所述加速度傳感器另一端連接信號采集卡和計算機；所述音叉被流動的腐蝕性介質(zhì)擾動，以固有頻率振動，帶動隔膜共同振動，所述加速度傳感器感應(yīng)到振動信號，將振動信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給信號采集卡，所述信號采集卡將電信號經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換送入計算機處理。所述加速度傳感器優(yōu)選為PCB 352C34型加速度傳感器。所述信號采集卡優(yōu)選為NI USB 4431振動信號采集卡。首先，利用所述的腐蝕監(jiān)測探頭系統(tǒng)測定音叉總質(zhì)量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監(jiān)測探頭的質(zhì)量-頻率工作曲線；在實施監(jiān)測時，利用所述質(zhì)量-頻率工作曲線反算出該監(jiān)測所用音叉尖端被測試部分由于腐蝕造成的質(zhì)量損失量，從而測定腐蝕速率。在現(xiàn)有在線腐蝕監(jiān)測手段中，電阻探針和電感探針難以兼顧高精度和長使用壽命。用于高溫管道中監(jiān)測環(huán)烷酸腐蝕的氫通量監(jiān)測手段所測數(shù)據(jù)又需要通過復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系式才能夠換算成腐蝕速率，且會有較多不確定因素。本專利發(fā)明的基于音叉振動頻率的新型腐蝕探頭制造簡單，且能夠在較長的使用壽命內(nèi)保持高精度；且可由音叉振動頻率的變化，經(jīng)數(shù)據(jù)處理直接換算顯示出管道內(nèi)的腐蝕速率，操作方便。


圖1為本發(fā)明所述的基于音叉振動頻率的新型腐蝕監(jiān)測探頭系統(tǒng)示意圖，其中，1、腐蝕監(jiān)測探頭；2、加速度傳感器-PCB 352C34型；3、信號采集卡(NI USB 4431振動信號采集卡);4、計算機；圖2為本發(fā)明所述音叉三視圖；圖3為利用NI LabVIEff 2010開發(fā)者套件為開發(fā)工具，編制的音叉固有頻率測試軟件；圖4為典型音叉腐蝕探頭的工作曲線。
具體實施例方式本發(fā)明所涉及的基于音叉振動頻率的在線腐蝕監(jiān)測探頭系統(tǒng)，包括音叉腐蝕監(jiān)測探頭1，PCB 352034型加速度傳感器2，[ USB 4431振動信號采集卡3和計算機4。將單足或雙足的音叉腐蝕監(jiān)測探頭I安置在流動的腐蝕性介質(zhì)中，用于收集振動信號，介質(zhì)流動對音叉尖端造成一個擾動，音叉以固有的頻率振動，并帶動下面的隔膜共同振動；緊貼在隔膜下面的加速度傳感器2感應(yīng)到振動信號，將其轉(zhuǎn)化成電信號，并傳送到信號采集卡3(器)；信號采集卡3 (器)接收監(jiān)測探頭I傳來的信號，并經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成計算機可以處理的數(shù)字信號，送入計算機處理。計算機采用Iabview軟件，對收集到的數(shù)據(jù)信號處理，得到音叉的真實振動頻率。所述音叉腐蝕監(jiān)測探頭的音叉頂端為一方形片狀探頭，用擬測試的材質(zhì)制作，方形片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監(jiān)測探頭時，與加速度傳感器緊貼設(shè)置。如附圖3所示，實施時，以NI LabVIEff 2010開發(fā)者套件為開發(fā)工具，編制音叉固有頻率測試軟件，通過設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡(NI USB 4431振動信號采集卡)參數(shù)，在軟件中顯示測得的振動信號的時域圖和頻譜圖，分析振動信號的時域圖和頻譜圖，利用Prony模型算法計算固有頻率等模態(tài)參數(shù)，計算出音叉的固有振動頻率。當音叉頂部被測試部分由于腐蝕造成質(zhì)量損失時，測定的音叉固有振動頻率發(fā)生變化。首先，利用所述腐蝕監(jiān)測探頭系統(tǒng)測定音叉總質(zhì)量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監(jiān)測探頭的質(zhì)量-頻率工作曲線，如圖4所示；在實施監(jiān)測時，利用所述質(zhì)量-頻率工作曲線反算出該監(jiān)測所用音叉尖端被測試部分由于腐蝕造成的質(zhì)量損失量，從而測定腐蝕速率。如圖4中所示，通過模擬腐蝕過程，人為去除音叉頂端被測材料的部分材料,并測試對應(yīng)不同音叉重量下的音叉頻率，得到了圖中的4個數(shù)據(jù)點。根據(jù)理論研究，音叉的固有頻率與首叉質(zhì)量存在以下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種基于振動頻率的新型腐蝕監(jiān)測探頭，其特征在于，所述腐蝕監(jiān)測探頭(I)至少包括音叉和隔膜，該音叉頂端為一方形片狀探頭，用待測試的材質(zhì)制作，方形片狀探頭下方連接一圓柱形音叉足，圓柱形音叉足的下表面緊貼所述隔膜，所述隔膜在使用所述腐蝕監(jiān)測探頭(I)時，與加速度傳感器緊貼設(shè)置。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述腐蝕監(jiān)測探頭的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括所述腐蝕監(jiān)測探頭(1)，加速度傳感器(2)，信號采集卡(3)和計算機(4)，其特征在于，所述腐蝕監(jiān)測探頭(I)安置在流動的腐蝕性介質(zhì)中，其音叉頂端向上，所述隔膜下方緊貼設(shè)置加速度傳感器(2 )，所述加速度傳感器(2 )另一端連接信號采集卡(3 )和計算機(4 );所述音叉被流動的腐蝕性介質(zhì)擾動，以固有頻率振動，帶動隔膜共同振動，所述加速度傳感器(2)感應(yīng)到振動信號，將振動信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給信號采集卡(3 )，所述信號采集卡(3 )將電信號經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換送入計算機處理。
3.如權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器優(yōu)選為PCB352C34型加速度傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集卡優(yōu)選為NIUSB 4431振動信號采集卡。
5.利用權(quán)利要求2-4任一所述測量系統(tǒng)測定腐蝕速率的方法，首先，利用如權(quán)利要求2-4任一所述的測量系統(tǒng)測定音叉總質(zhì)量與音叉固有振動頻率的變化，得出音叉腐蝕監(jiān)測探頭的質(zhì)量-頻率工作曲線；在實施監(jiān)測時，利用所述質(zhì)量-頻率工作曲線反算出該監(jiān)測所用音叉尖端被測試部分由 于腐蝕造成的質(zhì)量損失量，從而測定腐蝕速率。
全文摘要
本發(fā)明通過音叉振動頻率和音叉尖端質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過測量音叉振動頻率反映音叉尖端質(zhì)量的變化，從而測定腐蝕速度，設(shè)計了一種能夠兼顧高精度、長壽命的新型腐蝕探頭，并可直接根據(jù)音叉振動頻率的變化，推算出音叉質(zhì)量的變化，從而實時監(jiān)測管道內(nèi)的腐蝕速率，包括音叉腐蝕監(jiān)測探頭，加速度傳感器，信號采集卡和計算機，所述新型腐蝕探頭制造簡單，且能夠在較長的使用壽命內(nèi)保持高精度；且可由音叉振動頻率的變化，經(jīng)數(shù)據(jù)處理直接換算顯示出管道內(nèi)的腐蝕速率，操作方便。
文檔編號G01N29/24GK103076400SQ20121040600
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者屈定榮, 劉小輝, 蔣秀, 宮慶想 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院