Способ и устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения

Авторы патента:

G01N27/26 - путем определения электрохимических параметров; путем электролиза или электрофореза (определение коррозионной стойкости G01N 17/00; путем разделения на составные части с использованием адсорбции, абсорбции или подобных процессов или с использованием ионного обмена, например хроматографии G01N 30/00; иммуноэлектрофорез G01N 33/561; электрохимические процессы и аппараты вообще B01J; стандартные элементы H01M 6/28)

G01N17/02 - электрохимические измерительные системы для измерения действия атмосферы, коррозии или степени защиты от коррозии (G01N 17/04 имеет преимущество)

C23F13/22 - регулирование или управление

C23F13/04 - управление или регулирование требуемыми параметрами

Владельцы патента RU 2750847:

Общество с ограниченной ответственностью "Техохрана" (RU)

Изобретение относится к обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта электрохимической коррозии металла подземных сооружений. Техническим результатом изобретения является обеспечение поддержания стабильного электродного потенциала электрода сравнения. Способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения заключается в том, что по цепи между защищаемым объектом и электродом сравнения пропускают постоянный ток, стабилизированный до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода. Устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, содержащее электрод сравнения, подключенный к защищаемому объекту, источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор, при этом источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор тока последовательно подключены в цепь между защищаемым объектом и электродом сравнения, при этом электрод сравнения характеризуется тем, что постоянный электродный потенциал электрода сравнения эквивалентен потенциалу медно-сульфатного электрода. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Для достижения максимальной защиты от коррозии необходимо непрерывно контролировать значение электродного потенциала «сооружение-грунт». Электродный поляризационный потенциал представляет собой скачок потенциала, и определяет характер и скорость электрохимических процессов. Скачок потенциала пространственно локализован в области двойного электрического слоя на границе «металл-электролит». Для контроля электродного потенциала сооружения применяются электроды сравнения. При этом часто используют медно-сульфатный электрод сравнения. В практических условиях электрод сравнения не может быть подведен к границе двойного электрического слоя, он располагается на значительном расстоянии от нее. Поэтому в измеряемую величину включается омическая составляющая разности потенциалов, которая возникает за пределом двойного электрического слоя и электрода сравнения. Это падение напряжения не является перенапряжением, оно не определяет ни характер, ни скорость электродных реакций на металле. Поэтому при измерениях, связанных с контролем минимальных или максимальных поляризационных потенциалов, падение потенциала за пределами двойного электрического слоя необходимо исключать. Присутствие омической составляющей приводит во многих случаях к ошибочным заключениям относительно защищенности трубопровода от электрохимической коррозии. В связи с этим дополнительно применяется электрохимический поляризационный стальной электрод, который располагается в непосредственной близости от медно-сульфатного электрода.

Из уровня техники известен ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ [RU 2307338 С1, опубл. 27.09.2007], содержащий заполненный электролитом диэлектрический корпус, в котором размещен стержень, датчик потенциала, закрепленный снаружи корпуса, ионообменную мембрану, установленную над пористой диафрагмой, отличающийся тем, что электролит выполнен в виде двух слоев, при этом в качестве нижнего слоя, расположенного над ионообменной мембраной, выбран матричный электролит со структурой молекулярного сита, а датчик потенциала закреплен на выступающей из дна корпуса части пористой диафрагмы.

Недостатками аналога являются сложная конструкция электрода, диффузия грунтового электролита через корпус, что приводит к уменьшению эксплуатационного ресурса электрода, омеднение стального датчика поляризационного потенциала из-за попадания ионов меди в грунтовый электролит, приводящие кроме того, к загрязнению почвы и грунтовых вод.

Также известен СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ [RU 2376401 С2, опубл. 20.12.2009], включающий установку в грунт устройства измерения поляризационного потенциала, содержащего электрод сравнения, подключение устройства к подземному металлическому сооружению и определение поляризационного потенциала, при этом используют электрод сравнения, выполненный из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома, а перед началом измерений создают электрическую цепь для наводораживания электрода сравнения и проводят его наводораживание. Устройство для измерения поляризационного потенциала подземных металлических сооружений, содержащее металлическую штангу с заостренным наконечником, в котором размещены диэлектрик и электрод сравнения, подключенный к одному из выводов вольтметра, и переключатель, один из контактов которого подключен к подземному металлическому сооружению, при этом электрод сравнения выполнен из пористой нержавеющей стали, или никеля, или хрома и подключен к другому контакту переключателя, а второй вывод вольтметра соединен с подземным металлическим сооружением.

Недостатком аналога является повышение хрупкости и снижение прочности электрода сравнения в процессе наводораживания, а также необъективность результатов измерений за счет смещения электродного потенциала при растворении металла. Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПОДЗЕМНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ [RU 2499270 С1, опубл. 20.11.2013], основанный на установке в грунт вспомогательного электрода, подключенного к входу вольтметра и подземному металлическому сооружению, и электрода сравнения, подключенного к другому входу вольтметра, и проведении измерений после отключения вспомогательного электрода от подземного металлического сооружения, отличающийся тем, что при подключенном к подземному металлическому сооружению вспомогательному электроде через равные промежутки времени осуществляют первый цикл измерений динамики поляризационного потенциала, по результатам которого проводят оценку флуктуации результатов измерения от времени, определяют минимальную частоту спектра флуктуации, выбирают время задержки, равное длительности периода минимальной частоты спектра флуктуации, отключают вспомогательный электрод от подземного металлического сооружения и по истечении времени, равного времени задержки, проводят второй цикл измерений поляризационного потенциала через промежутки времени, длительность которых составляет не менее чем время задержки, а значение поляризационного потенциала определяют путем экстраполяции результатов измерений второго цикла. Основной технической проблемой прототипа является нормируемое значение потенциала электрода сравнения (-1000 мВ), что приводит к необходимости пересчета измеренного значения потенциала относительно медно-сульфатного электрода, длительное наводораживание электрода, а также необходимость корректировки электродного потенциала из-за растворения цинкового противоэлектрода.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении поддержания стабильного электродного потенциала электрода сравнения.

Указанный технический результат достигается тем, что способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, отличающийся тем, что по цепи между защищаемым объектом и электродом сравнения пропускают постоянный ток, стабилизированный до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, содержащее электрод сравнения, подключенный к защищаемому объекту, источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор, отличающееся тем, что источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор тока последовательно подключены в цепь между защищаемым объектом и электродом сравнения, при этом электрод сравнения характеризуется тем, что постоянный электродный потенциал электрода сравнения эквивалентен потенциалу медно-сульфатного электрода.

В частности, электрод сравнения выполнен из металла с электродным потенциалом выше, чем у водорода.

В частности, стабилизатор тока выполнен в виде источника опорного тока.

В частности, регулятор тока в стабилизаторе тока выполнен в виде переменного резистора.

На фиг. 1 показано устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения.

На фиг. 2 показано устройство для калибровки безэлектролитного электрода сравнения.

На фигурах обозначено: 1 - электрод сравнения, 2 - стабилизатор тока, 3 - регулятор тока, 4 - источник тока, 5 - защищаемый объект, 6 - медно-сульфатный электрод, 7 - милливольтметр.

Осуществление изобретения.

Способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения реализован в устройстве стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, которое включает в себя электрод сравнения 1 (см. Фиг. 1), выполненный из металла с электродным потенциалом выше, чем у водорода. Электрод сравнения 1 последовательно соединен со стабилизатором тока 2, положительной клеммой источника тока 4, отрицательная клемма которого соединена с защищаемым объектом 5.

Стабилизатор тока 2 выполнен в виде источника опорного тока, например, LM234 и снабжен регулятором задаваемого тока, выполненным в виде переменного резистора 3. Стабилизацию электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения осуществляют следующим образом.

Перед началом эксплуатации безэлектролитного электрода сравнения 1 осуществляют его калибровку. Для этого устанавливают поверенный медно-сульфатный электрод 6 в непосредственной близости от калибруемого электрода сравнения (см. Фиг. 2), а между медно-сульфатным электродом 6 и электродом сравнения 1 подключают высокоомный милливольтметр 7. Переменным резистором 3 регулируют величину тока, протекающего в цепи до достижения нулевого показания разности потенциалов между медно-сульфатным электродом 7 и электродом сравнения 1 на шкале милливольтметра 7, при этом стабильный потенциал электрода сравнения равный, например, +0,3 В достигается при токе стабилизации 0,5-3 мкА на квадратный сантиметр. После калибровки электрода сравнения 1 отключают милливольтметр 7 и медно-сульфатный электрод сравнения 6. С источника тока 4 ток подают на стабилизатор тока 2 которым, исходя из заданного переменным резистором 3 при калибровке сопротивления, поддерживают электродный потенциал электрода сравнения 1 равным потенциалу медно-сульфатного электрода 7, тем самым компенсируют перенапряжение на поверхности электрода сравнения 1 и исключают гидратацию ион-атомов металла электрода сравнения 1 при контакте с грунтовым электролитом, при этом учитывая зависимость поляризационного сопротивления от плотности подаваемого тока для условий коррозии с кислородной деполяризацией в условиях грунтового электролита, устанавливают значение поляризационного сопротивления, влияющее на погрешность определяемого потенциала:

где а, b - коэффициенты уравнения Тафеля для катодного процесса ионизации кислорода;

i - плотность внешнего тока, А/м²;

i_a - плотность диффузионного тока по кислороду для заданных условий, А/м².

Технический результат изобретения - обеспечение стабильного электродного потенциала на электроде сравнения достигается за счет компенсации перенапряжения на поверхности электрода сравнения 1 подачей в цепь между защищаемым объектом 5 и электродом сравнения 1 постоянного тока от источника тока 2 и его стабилизацией до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения 1 эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода. Полевые испытания описанного устройства показали, что его применение позволяет измерять значения электродного потенциала защищаемого объекта с допустимой погрешностью в пределах 0,006 В при собственном потенциале электрода сравнения 1, равном +0,3 В, что соответствует принятым технологическим нормам при проведении измерений во время эксплуатации электрохимзащиты подземных сооружений.

1. Способ стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, отличающийся тем, что по цепи между защищаемым объектом и электродом сравнения пропускают постоянный ток, стабилизированный до величины, необходимой для поддержания постоянного электродного потенциала электрода сравнения эквивалентным потенциалу медно-сульфатного электрода.

2. Устройство стабилизации электродного потенциала безэлектролитного электрода сравнения, содержащее электрод сравнения, подключенный к защищаемому объекту, источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор, отличающееся тем, что источник постоянного тока и регулируемый стабилизатор тока последовательно подключены в цепь между защищаемым объектом и электродом сравнения, при этом электрод сравнения характеризуется тем, что постоянный электродный потенциал электрода сравнения эквивалентен потенциалу медно-сульфатного электрода.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что электрод сравнения выполнен из металла с электродным потенциалом выше, чем у водорода.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что стабилизатор тока выполнен в виде источника опорного тока.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что регулятор тока в стабилизаторе тока выполнен в виде переменного резистора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризованного потенциала. Способ измерения поляризационного потенциала подземного металлического сооружения, характеризующийся циклическим повторением совокупности действий, именуемой циклом измерения, состоящим из фазы поляризации, фазы задержки и фазы измерения, применительно к импульсному характеру выходного сигнала катодной станции, в течение фазы поляризации, совпадающей с временем действия выходного импульса катодной станцией, осуществляют поляризацию датчика потенциала, а в течение фазы задержки и фазы измерения, совпадающими с паузой между выходными импульсами катодной станции, исключают возможность такой поляризации; при этом длительность фазы задержки устанавливают достаточной для исключения омической составляющей потенциала, а разность потенциалов, между электродом сравнения и датчиком потенциала, измеренную в течение фазы измерения, регистрируют в качестве поляризационного потенциала, наряду с этим, на протяжении всех фаз цикла измерения потенциала контролируют изменение сигнала помехи, а измерение поляризационной составляющей потенциала осуществляют, если значение сигнала помехи не превышает порог разрешения измерения потенциала.

Способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов // 2739749

Изобретение относится к способу определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов, заключающемуся в создании в исследуемом образце равномерного начального содержания распределенного в твердой фазе растворителя, приведении плоской поверхности образца в контакт с источником дозы растворителя, импульсном увлажнении в заданном направлении исследуемого ортотропного материала по прямой линии движущимся источником растворителя постоянной производительности, выполнении электродов гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков и размещении их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения и расположенных на одинаковом заданном расстоянии от нее, измерении изменения во времени ЭДС гальванического преобразователя, причем импульсное воздействие осуществляют дозой растворителя, рассчитываемой по формуле: , где ρ0 - плотность исследуемого образца в сухом состоянии; Up - равновесная концентрация растворителя в исследуемом образце при контакте с насыщенными парами растворителя при заданной температуре; r0 - расстояние между электродами гальванического преобразователя и линией воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия; L - длина линии импульсного воздействия; а моменты времени τ1 и τ2 фиксируют при достижении равных значений сигнала гальванического преобразователя в окрестности значения 0.8 Еp, где Еp - ЭДС гальванического преобразователя при концентрации Up.

Способ качественного и количественного определения антибиотиков тетрациклинового и пенициллинового ряда в молоке и молочных изделиях // 2739074

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ качественного и количественного определения антибиотиков тетрациклинового и пенициллинового ряда в молоке и молочных изделиях.

Устройство для электрохимического исследования трубчатых топливных элементов, способ подготовки к электрохимическому исследованию и способ исследования // 2735584

Использование: для исследований электрохимических устройств на основе высокотемпературных трубчатых керамических топливных элементов, в том числе и микротрубчатых твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Сущность изобретения заключается в том, что устройство для электрохимического исследования высокотемпературных трубчатых топливных элементов включает защитный реактор с фланцами и размещенные в нем коаксиально несущую трубчатую основу с секторным вырезом и две газоподводящие трубки, при этом в обоих фланцах выполнены отверстия под токосъемные провода, газоподводящие трубки и соответственно для подвода и отвода кислородсодержащего агента, а по меньшей мере один фланец оснащен резьбовым фиксатором.

Комбинация электрофореза в геле и переноса с использованием проводящих полимеров и способ использования // 2723936

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен аппарат для электрофоретического разделения и блоттинга (варианты), система для электрофоретического разделения и блоттинга макромолекул, а также способ разделения и переноса макромолекул на мембрану для блоттинга после разделения.

Способ определения родственных примесей в 4,4'-(пропандиамидо)дибензоате натрия с методом капиллярного электрофореза // 2721908

Изобретение относится к способу определения родственных примесей в 4,4'-(пропандиамидо)дибензоате натрия, который осуществляют капиллярным зонным электрофорезом, включающем подготовку растворов сравнения - раствора родственных примесей: 4-аминобензойной кислоты и 4-(3-оксо-3-этоксипропаноил)амино)бензойной кислоты, и испытуемых растворов - субстанции и таблеток 4,4'-(пропандиамидо)дибензоата натрия, введение пробы в систему капиллярного электрофореза (гидродинамический ввод пробы, 210 мбар×с), проведение электрофоретического разделения с боратным буфером в качестве ведущего электролита (раствор натрия тетраборнокислого 10-водного концентрацией 50 ммоль/л, колонка кварцевая, общая длина колонки 60 см, эффективная длина колонки 50 см, внутренний диаметр 75 мкм, прилагаемое напряжение +20 кВ), спектрофотометрическое детектирование пиков при длине волны 270 нм и обработку результатов анализа.

Система и способ динамического измерения редокс-потенциала в течение химической реакции // 2719284

Использование: для динамического изменения химического потенциала электронов и редокс-потенциала в жидкости во время протекания химической реакции. Сущность изобретения заключается в том, что система для динамического измерения редокс-потенциала в электролите с ограниченным объемом включает погруженные в электролит и связанные с внешней цепью как минимум один электрод сравнения и как минимум один индикаторный электрод, при этом электрод сравнения выполнен с возможностью свободного обмена электронами с электролитом и имеет низкое значение импеданса по отношению к импедансу индикаторного электрода, электрод сравнения подключен к источнику постоянного напряжения или общему потенциалу «земли» и на него подается смещение напряжения от внешней цепи; при этом индикаторный электрод имеет высокое значение импеданса по отношению к импедансу электрода сравнения, препятствующее электронному обмену с раствором электролита, индикаторный электрод подключен к внешней цепи для измерения на нем потенциала; причем отношение импеданса измерительного электрода к импедансу электрода сравнения составляет не менее 5; при этом расстояние между электродом сравнения и индикаторными электродами не более 1 см, объем электролита составляет не более 10 см3 и сосуд, ограничивающий объем электролита, обеспечивает высокое значение импеданса электролит – нулевой потенциал «земли» по отношению к импедансу индикаторного электрода, с отношением не менее 5.

Устройство для обнаружения и распознавания аналитов в многокомпонентной среде и способ его изготовления // 2713099

Использование: для обнаружения и распознавания с высокой чувствительностью и селективностью летучих соединений в газообразной среде, а также растворенных соединений в водных растворах. Сущность изобретения заключается в том, что интегральная схема предназначена для обнаружения и распознавания аналитов в многокомпонентной среде и содержит по меньшей мере один первый микрофлюидный канал, интегрированный в по меньшей мере части поверхности интегральной схемы, по меньшей мере один ион-селективный транзистор с чувствительной поверхностью и схему обработки сигналов с транзисторов, при этом первый микрофлюидный канал имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, по меньшей мере часть внешней поверхности первого микрофлюидного канала выполнена в виде пористой гидрофобной мембраны, причем чувствительная поверхность ионоселективного транзистора расположена в первом микрофлюидном канале под пористой гидрофобной мембраной, а по меньшей мере одна площадка чувствительной поверхности упомянутого транзистора функционализирована по меньшей мере одним типом биологического рецептора для связывания представляющего интерес аналита.

Лабильные линкеры для выявления биомаркера // 2712245

Группа изобретений относится к области аналитической химии. Раскрыт способ выявления присутствия или отсутствия целевой молекулы в образце, предусматривающий введение образца в контакт с молекулой, содержащей расщепляемый линкер, при этом указанный расщепляемый линкер специфически расщепляется в присутствии указанной целевой молекулы; загрузку указанного образца в устройство, содержащее нанопору; создание конфигурации устройства с возможностью пропускания каркаса, выбранного из нуклеиновых кислот, пептидной нуклеиновой кислоты (PNA), дендримеров, линеаризованных белков или пептидов, через указанную нанопору, расщепляемого линкера, содержащего первый домен, который связывается с указанным каркасом, и второй домен, который связывается с молекулярным грузом, тем самым образуя комплекс, и при этом устройство содержит датчик для измерения тока; и определение с помощью датчика, был ли расщепляемый линкер расщеплен путем выявления индивидуальной сигнатуры тока при транслокации указанного комплекса через нанопору.

Способ потенциометрического определения антиоксидантной емкости раствора // 2711410

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к анализу растворов на предмет определения суммарной антиоксидантной емкости. Изобретение касается способа определения антиоксидантной емкости раствора с использованием потенциометрического метода, в котором предварительно готовят исходный фосфатный буферный раствор, в который вводят систему, содержащую одновременно окисленную и восстановленную формы металла в составе комплексного соединения K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6], а оценку антиоксидантной емкости проводят по изменению окислительно-восстановительного потенциала раствора, измеренного между рабочим платиновым электродом и хлорид-серебряным электродом сравнения, зарегистрированным до и после введения в исходный раствор анализируемого вещества.

Многоканальный датчик коррозии и эрозии, реализующий метод электрического сопротивления // 2744351

Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов нефтегазовой сферы и может быть использовано для измерения параметров процессов коррозии и эрозии металлов в промысловых средах с целью диагностики состояния технологического оборудования и трубопроводов. Техническим результатом изобретения является реализация мониторинга коррозионно-эрозионной активности транспортируемых многофазных промысловых сред по всему сечению трубопровода посредством одного устройства.