[发明专利]用于腐蚀测量的现场设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及腐蚀测量，尤其涉及用于腐蚀测量的低功率现场设备(field device)。

背景技术

现场安装的发送设备已经被广泛地应用于过程控制环境当中来提供过程变量信息给控制和/或数据获取设备。与实验室测量设备不同，在设备会经历极端温度和湿度的制造工厂、化学处理工厂、炼油厂等环境中需要使用密封的保护性外壳构成现场设备以便承受恶劣的环境条件。这样的设备会被典型地用在分布式控制系统中，用来感应用于控制进行中的过程的温度、流体压力、流动、以及其它变量，并且这样的设备一般地通过4-20mA控制回路连接到其它控制设备，发送器从4-20mA控制回路获得电能并且经过该4-20mA控制回路将感应到的过程变量提供给控制系统。由回路供电的发送器被广泛地应用于感应各种过程变量，并且通常将发送器配置为根据测量得到的过程变量使得回路电流在4mA至20mA之间变化(例如，4mA代表过程变量的0％，而20mA代表过程变量的100％)。其它发送器根据诸如HART等标准协议提供数字通信，发送器利用这些标准协议经由控制回路来发送并且接收数据、命令、以及其它信息。

许多化学过程涉及在管道、储罐、以及其它结构中存储或是通过这些管道、储罐、以及其它结构传送流体，上述这些结构会随着时间的推移由于与传送的或存储的流体发生接触而被腐蚀。在这些情况下，期望能够确定上述腐蚀的量和速率，以便实现为了维护而通知结构安全的评估，并且还可以识别出流体自身的、不想要的或不期望的腐蚀等级，其中在诸如抑制剂注入等补救措施中和/或确定并优化这些补救措施效率中使用腐蚀数据。其它腐蚀测量应用包括诸如混凝土中钢的腐蚀等暴露于非流体的结构的腐蚀，其中无论是处在固态、液态还是气态，引起腐蚀的材料通常被称为电解质(electrolyte)。然而，由于大多数化工过程环境的特性以及管道和流体储存容器的大小和位置，通常使得应用复杂并且昂贵的实验室级设备和测量系统来执行腐蚀测量是不切实际的。特别的，这种昂贵的系统不适用于实时地在线测量管道或存储容器的腐蚀条件。此外，在线测量设备必须能够在非常低的电能花费下操作，诸如可以从标准的4-20mA控制回路或是从电池获得电能。近来已经引入了现场腐蚀发送器来提供对于这些应用的腐蚀测量功能。然而，传统的现场腐蚀发送器都不能提供必要等级的腐蚀测量准确性和用来测量广泛类型的结构材料的腐蚀、所传送的流体类型、以及温度的通用性，因此需要改善现场发送器以测量一个或多个腐蚀相关值。

发明内容

现在总结本发明的发明内容的各个方面以帮助基本上理解本发明，其中，这里给出的发明内容并不是本发明的完整概括，并且既没有打算限制本发明的特定元件，也没有打算描绘本发明的范围。然而，发明内容的主要目的在于在随后给出具体实施方式之前以简化形式展示本发明的一些原理。本发明涉及用来实时地、准确地测量诸如腐蚀速率、局部化腐蚀(例如，凹陷)、溶液(电解质)电阻或电导等一个或多个腐蚀相关值的低功率现场设备，并且可在不适用昂贵的且精密的实验室仪器系统的现场环境中使用本发明提供的低功率现场设备。

根据本发明的一个或多个方面，提供了由回路供电的腐蚀测量设备，用于测量或监视暴露于电解质的结构的腐蚀。所述设备包括使用来自4-20mA回路、电池、太阳能板等的电能向所述设备供电的电源系统，和具有信号调节电路的探针接口系统，该信号调节电路与处在电解质中的两个或多个测量电极相接口。所述信号调节经由第一电极向电解质提供一个或多个激励信号并且包括经由所述电极中的至少第二个电极感应诸如电流、电压等一个或多个与腐蚀相关的电信号的感应电路。在特定实施例中，开关系统具有多个模拟开关，该多个模拟开关根据相对应的控制信号进行操作从而选择性互连所述激励和感应电路中的电路部件与多种不同配置下的电极，从而利用一种或多种类型测量实现了提供诸如电解质电阻或电导、腐蚀速率、局部化腐蚀指数等腐蚀相关值，其中测量类型包括但不局限于溶液(电解质)电阻(电导)测量(SRM)、谐波失真分析(HDA)、线性化极性电阻测量(LPR)、电化学噪声测量(ECN)等。所述开关系统还可操作地与激励电路的驱动放大器耦合，从而激励(辅助)和感应(工作)电极都处在驱动放大器的反馈路径当中，在所述电极之间流过的电流使得工作电极和参考电极之间的电压与所应用的激励电压相同。此外，在特定实施例中，所述开关系统还连接处在电流至电压转换器电路的反馈路径中的感应电路的限流电阻，从而所述限流电阻不会影响电流感应操作。