DE19532231A1

DE19532231A1 - Meßgerät zum Messen einer anodischen Kapazität eines Überzugs

Info

Publication number: DE19532231A1
Application number: DE19532231A
Authority: DE
Inventors: Leon Vandervalk; Frank J Koch
Original assignee: Defelsko Corp
Current assignee: Defelsko Corp
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1996-03-07
Also published as: GB9518002D0; GB2293016A; US5623427A; GB2293016B

Description

Hintergrund

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Meßvorrich tungen und genauer Vorrichtungen, die die anodische Kapazität in metallischen Schichten messen.

Das Aufbringen leitender Überzüge auf mit Rippenstahl verstärk tem Beton ist eine Technik, die verwendet wird, um die Erosion verstärkter Betonstrukturen zu hemmen. Mittels dieser Technik wird ein leitender Überzug auf eine Betonstruktur aufgebracht, um einen galvanischen Opferüberzug zu bilden. Der Überzug dient als eine Anode sowohl beim passiv und aktiv ausgeübten (gleich gerichteter Wechselstrom) oder galvanischen (Gleichstrom) kathodischen Schutz. Typische leitende Überzüge, die heute in Verwendung sind, umfassen Zink und Zink/Aluminium-Legierungen. Diese Überzüge sind insbesondere zur Verwendung in Bereichen geeignet, in denen ein Elektrolyt in den Beton sickern kann, zum Beispiel in unterirdischen oder unter Wasser liegenden Strukturen. Die Überzüge werden typischerweise auf die Struktur aufgebracht, indem ein thermisches Sprühsystem verwendet wird, in dem der Überzug bei starker Erhitzung verschmolzen und auf die Targetstruktur getrieben wird, damit er sich verfestigt.

Die Nutzungsdauer oder "anodische Kapazität" des Überzugs kann grob durch die Dicke des Überzugs abgeschätzt werden. Demgemäß können während des Aufbringens des Überzugs Messungen der aufgebrachten Überzugsdicke nützlich beim Abschätzen, ob eine ausreichende anodische Kapazität aufgebracht wird, sein. Ähnlich kann während der Nutzungsdauer einer beschichteten Struktur der verbleibende anodische Schutz abgeschätzt werden, indem in regelmäßigen Abständen die verbleibende Schichtdicke gemessen wird.

Da so viele verstärkte Betonstrukturen Nutzen aus dieser Art des Schutzes haben, gibt es ein zunehmendes Bedürfnis, genauer die verbleibende anodische Schutzkapazität solcher Überzüge an verschiedenen Punkten während der Lebensdauer der anodischen Schicht zu messen. Herkömmlich jedoch umfaßte das Messen der aufgebrachten anodischen Kapazität und der verbleibenden anodischen Kapazität typischerweise das Messen der Anodendicke, wobei zerstörende Techniken verwendet wurden, bei denen die Schutzüberzüge verletzt und nachher geschlossen wurden. Mehrere solche zerstörende Techniken sind unten beschrieben.

Ein Weg, auf dem die Anfangsdichte einer anodischen Schicht herkömmlicherweise gemessen worden ist, ist es, ein Maskie rungsband über den unbeschichteten Beton zu legen, Zink auf den Beton aufzubringen und dann das mit Zink bedeckte Band abzuzie hen. Die Dicke der Zinkschicht kann dann gemessen werden, indem das Band von dem Beton entfernt wird, Schieblehren oder ein Mikrometer verwendet werden, um die Dicke des Zinks und des Bandes zu messen und die Dicke des Bandes subtrahiert wird. In derselben Weise kann ein Stahlcoupon vor dem Aufsprühen des Zinks an den Beton geklebt und anschließend entfernt werden. Die Dicke von Zink und Stahl wird dann gemessen, wobei ein elektronisches oder magnetisches Meßgerät verwendet wird oder wobei die mechanischen Meßgeräte verwendet werden, die zuvor zum Messen des Zinks auf dem Maskierungsband beschrieben worden sind.

Ein weiterer Weg, auf dem die Dicke eines leitenden Überzuges bestimmt werden kann, ist durch Messen des elektrischen Widerstandes. Wenn man eine Vier-Leiter-Sonde verwendet, die so gestaltet ist, daß der Oberflächenwiderstand gemessen wird, kann man genau die Dicke eines leitenden Überzuges messen, der auf ein nicht leitendes Substrat aufgebracht ist. Die Vier- Kontakt-Oberflächensonde kann verwendet werden, um einen bekannten Strom auf die Oberfläche des Überzugs aufzugeben, und der spezifische Widerstand kann bestimmt werden, indem der Spannungsabfall über eine bekannte Entfernung gemessen wird. Die Dicke des Überzugs kann dann zum spezifischen Widerstand korrelliert werden. Jedoch erfordert diese Technik, daß der elektrische Kontakt mit der Oberfläche des Überzugs hergestellt ist, was sich als schwierig herausstellen kann, wenn beispiels weise die verbleibende anodische Kapazität von teilweise korrodierten Überzügen gemessen wird, die mit nicht leitendem Korrosionsmaterial überzogen sind. Somit wurde, um die verblei bende anodische Kapazität einer Anode zu messen, die benutzt worden ist, erfordern, daß der Überzug für die visuelle Unter suchung entfernt wird, um zu bestimmen, wieviel der reinen Zinkschicht verbleibt.

Diese zerstörenden Ansätze sind natürlich nicht wünschenswert, da sie die Wirksamkeit der schützenden Zinkschicht durch Erzeugen von Öffnungen verringern. Um dieses Problem zu überwinden, sind zerstörungsfreie Verfahren zum Bestimmen von Zinkschichteigenschaften vorgeschlagen worden. Zum Beispiel sind Wirbelströme verwendet worden, um Dicken von leitendem Material selbst in einer zerstörungsfreien Weise zu messen.

Dieses Verfahren verwendet eine erste Spule, um ein magneti sches Feld zu erzeugen, welches in dem leitenden Material einen Wirbelstrom induziert. Der Wirbelstrom erzeugt dann ein zweites magnetisches Feld, das von einer zweiten Spule erfaßt wird. Die in der zweiten Spule induzierte Spannung kann dann zu der Dicke des leitenden Materials korrelliert werden. Einfache Kenntnis der Dicke des Materials jedoch ist nicht ausreichend, um genau seine verbleibende anodische Kapazität zu bestimmen, da andere Faktoren, so wie die Dichte des Materials, auch bei dieser Bestimmung eingehen.

Somit versagen herkömmliche Verfahren und Geräte dabei, einen zerstörungsfreien Weg zu bieten, um zu bestimmen, wieviel länger der Schutz, der von der Zinkschicht bei dem Beton gegeben wird, dauern wird. Darüberhinaus messen bekannte Instrumente nicht die anodische Kapazität einer Anode und zeigen diese Größe in standardisierten Einheiten, die für einen Bediener nützlich sind.

Weiterhin können herkömmliche Wirbelstromvorrichtungen nicht kalibriert werden, um die anodische Kapazität einer Anode zu messen, wobei beispielsweise die Überzugseigenschaften des aufgebrachten leitenden Materials verwendet werden.

Zusammenfassung

Diese und weitere Nachteile und Begrenzungen, die mit herkömm lichen Techniken verbunden sind, werden gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden. Beispielhafte Ausführungsformen davon wenden Wirbelstromtechniken an, um zerstörungsfrei die anodi sche Kapazität einer Anode zu messen, die beim kathodischen Schutz verwendet wird. Beispielhafte Ausführungsformen veran schaulichen, wie die vorliegende Erfindung auf Instrumente angewendet werden kann, die in bestimmter Weise gestaltet und kalibriert werden können, um die anodische Kapazität eines Materials, so wie thermisch aufgesprühtem Zink oder Zinklegie rungen zu messen und Abweichungen aufgrund von Korrosion, Rauhigkeit, Grubenbildung und verschiedener Überzugseigenschaf ten zu kompensieren. Beispielhafte Instrumente können kali briert werden, um die äquivalente anodische Kapazität für reines Zink für einen unreinen Überzug in standardisierten Einheiten zu messen, beispielsweise mils Zink (oder µm Zink). Alternative Maßeinheiten können von dem Instrument angezeigt werden, wie vom Bediener gefordert. Der Bediener des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit die anodische Kapazität des Überzuges in Ausdrücken messen, die leicht verstanden und weitervermittelt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeich nungen verstanden werden, in denen:

Fig. 1 ein beispielhaftes zerstörungsfreies Meßgerät für anodische Kapazität gemäß einer beispielhaf ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 eine Sonde des Meßgerätes für die anodische Kapazität der Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Zinkdicke gegenüber der Sekundärspannung veranschaulicht; und

Fig. 4 beispielhaft gespeicherte Kurven und eine Neukalibrierkurve veranschaulicht.

Genaue Beschreibung

Die folgenden beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in Hinblick auf Zinküberzüge und Geräte und Verfahren zum Messen der anodischen Kapazität solcher Überzüge gekennzeichnet. Jedoch werden Fachleute leicht verstehen, daß die vorliegende Erfindung auch in einer ähnlichen Weise auf andere Typen von Überzügen angewendet werden können, so wie Titan-Überzüge und Zink/Aluminium-Überzüge.

Die Korrosion von metallischen Verstärkungselementen ("Rippen stahl", "rebars"), die verwendet werden, um Betonstrukturen zu verstärken, tritt auf, wenn der Rippenstahl in Kontakt mit einem Elektrolyten kommt, zum Beispiel Natriumchlorid, in Wasser gelöst. Die Unterschiede im elektrischen Potential, die sich zwischen lokalisierten Bereichen der Rippenstahloberfläche entwickeln, bewirken, daß Ströme von den kathodischen (weniger reaktiven) Bereichen zu den anodischen (reaktiveren) Bereichen durch den Rippenstahl fließen und von den anodischen zu den kathodischen Bereichen durch den Elektrolyten. Im Fall des gelösten Natriumchlorids, zum Beispiel, wandern Natriumionen der negativen Elektrode, und die Chloridionen wandern zu der positiven Elektrode, was bewirkt, daß ein Elektrizitätsstrom fließt. Wenn der Strom aus dem Rippenstahl in den Elektrolyten eintritt, gehen Metallionen in Lösung. Die Metallionen bilden Verbindungen mit den umliegenden Atomen, wodurch anodische Korrosion verursacht wird. In dem Fall des Rippenstahls kann eine bei spielhafte chemische Reaktion wie folgt beschrieben werden:

4 Fe + 3 02 + 6 H₂O → 4 Fe (OH)₃

Das Eisen verbindet sich sowohl mit Wasser als auch mit Sauerstoff, um Eisenhydroxid zu bilden, das ein relativ schwaches und sprödes Material ist. Da etwas von dem verstär kenden Stahl in Eisenhydroxid umgewandelt ist, wird die Gesamt struktur geschwächt. Es können jedoch verschiedene Techniken angewendet werden, um solche Korrosion zu verringern. Zum Beispiel kann der Eisen-Rippenstahl mit Chrom oder Chrom und Nickel legiert werden, um einen Rippenstahl aus rostfreiem Stahl zu bilden. Obwohl dieses gut funktionieren würde, ist der Aufwand aus wirtschaftlichen Gründen hinderlich.

Eine weitere Möglichkeit ist, den Rippenstahl beispielsweise aus galvanisiertem Eisen zu bilden, d. h. Eisen oder Stahl, beschichtet mit einer Zinkschicht für den Schutz gegen Korro sion. Mit diesem Verfahren wird beim Vorliegen korrodierender Lösungen ein elektrisches Potential zwischen dem Zink und dem Eisen eingerichtet. Der Zinküberzug bildet eine Anode und wird somit vor dem Eisen korrodieren. Diese Technik ist im allgemei nen attraktiver als das Erzeugen von Rippenstahl mit rostfreiem Stahl, da Zink leichter und mit geringeren Kosten aufgetragen werden kann als andere metallische Überzüge, so wie Zinn, Chrom, Nickel oder Aluminium.

Eine weitere Möglichkeit ist es, einen leitenden Überzug, so wie Zink, auf die Betonstruktur aufzubringen. Zum Beispiel kann geschmolzenes Zink in der Form eines feinen Sprühnebels auf mehreren Wegen auf Beton mit Rippenstahl aufgebracht werden. Ein solches Sprühsystem benutzt einen elektrischen Bogen, um die zu versprühenden Materialien zu schmelzen. Bei diesem Typ des Systems wird Zink oder Zinklegierung als Draht in eine Bogenkammer geführt, wo ein positiv geladener Draht, zum Beispiel ein Zinkdraht, in enge Nähe mit einem negativ geladenen Draht, zum Beispiel einem Draht aus Zink/Aluminium- Legierung gebracht wird. Wenn es ein ausreichendes Potential (z. B. 26 Volt bei 300 Ampere) zwischen den Drähten gibt, wird ein Bogen gebildet. Die starke Hitze, die von dem Bogen erzeugt wird, wird dann die Drähte verflüssigen. Ein Luftstrom unter hohem Druck (z. B. 517 kPa (75 PSI)) wird verwendet, um das flüssige Metall auf die Targetstruktur zu treiben. Das Metall verfestigt sich dann, wodurch ein leitender Überzug gebildet wird. Um einen Überzug aufzubauen, kann der Bediener der Sprühvorrichtung die Bogenspannung, Sprühentfernung und die Entfernung zwischen überlappenden Läufen steuern. Der Überzug wird eine Opferanode für den kathodischen Schutz, die elek trisch mit dem Rippenstahl verbunden ist, so daß die Anode anstelle des Rippenstahls korrodiert.

Wenn die Struktur in Kontakt mit einem Elektrolyten kommt, gibt die Zinkanode Zinkionen in die Lösung frei. Wenn der Elektrolyt zum Beispiel gelöstes Natriumchlorid ist, dann werden Chloridionen in Richtung auf die Zinkanode wandern und mit den Zinkionen reagieren, um Nebenprodukte zu bilden, so wie Zinkchlorid (ZnCl₂). ZnCl₂ ist nicht leitend und bildet sich auf der Oberfläche des Zinks, das zum Elektrolyten freiliegt. Die Anode bietet somit für den Rippenstahl innerhalb der verstärkten Betonstruktur Schutz.

Da jedoch das Zink mit Elektrolyten reagiert, wird der Überzug ein unreines Hydrid von Zink und Reaktionsprodukten. Wenn dies auftritt verringert sich das Vermögen der Zinkschicht, dem Rippenstahl Schutz zu geben. Wenn das gesamte reine Zink verschwunden ist, wird dann der Rippenstahl beginnen, mit Elektrolyten zu reagieren. Dieses Vermögen der Zinkschicht, Schutz zu geben, wird hierin "anodische Kapazität" genannt. Die Messung der anodischen Kapazität gemäß der vorliegenden Erfindung liefert das wünschenswerte Ergebnis, daß Prüfern eine quantifizierbare und verständliche Ausgabe gegeben wird, die genau anzeigt, wieviel mehr Schutz die Zinkschicht geben kann.

Gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Wirbelstromtechnik verwendet, um die anodische Kapazität von Zink zu messen, das auf strukturell verstärkte Betonstrukturen aufgegeben wird. Die anodische Kapazität des Überzuges wird bestimmt, indem die Menge an reinem Zink unterhalb des Wirbelstromsensors gemessen wird und indem jegliche Abweichungen, erzeugt beispielsweise durch Nebenprodukte, so wie ZnCl₂, kompensiert werden. Die Menge an reinem Zink, die vorliegt, wird dann in äquivalente Zn-Dicken einheiten umgewandelt, die beispielsweise in mils Zn oder µm Zn angegeben werden. Als Alternative können Einheiten g/m² Zn oder oz/ft² Zn verwendet werden, um die anodische Kapazität auszu drücken. Obwohl noch kein spezifischer Standard für die Messung des anodischen Schutzes in der Industrie verbreitet worden ist, wird vermutet, daß in dieser standardisierten Einheit implizit Peinige Dichteparameter enthalten sein werden. Somit kann das mil Zn als eine Referenz verwendet werden, um Zinküberzugs dicken mit bekannten Kalibrierungsstandards zu vergleichen, und ein Bediener kann die Zinkdicke in Maßeinheiten messen, die leicht verstanden und weitergegeben werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 1 einen Oszillator 101, der verwendet werden kann, um ein stabiles sinusartiges Signal zu liefern. Dieses Signal wird in dem Verstärker 102 verstärkt und der Primärspule 201 in der Sonde 107 zugeführt. Die Primärspule 201 ist so gestaltet, daß sie ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das dem Zink aufgegeben wird. Eine Sekundärspule 202 ist vorgesehen, um die magnetischen Felder zu erfassen, die von den Wechsel strömen erzeugt werden, die sich in dem Zink und der Primärspule 201 entwickeln. Die beiden Felder werden dann kombiniert. Die sich ergebende Spannung, die an den Anschlüssen der Sekundärspule 202 entsteht, stellt die kombinierten magnetischen Felder dar. Mit Bezug nun auf Fig. 2, um einen konstanten magnetischen Fluß an den Prüfgegenstand zu liefern, wird die Primärspule 201 mit einem konstanten Spitze-zu-Spitze- Sinusstrom betrieben. Ein ferromagnetisches Kernmaterial 203 wird verwendet, um das magnetische Feld, das von der Primär spule 201 erzeugt wird, zu konzentrieren und das Feld zu fokussieren, das von der Sekundärspule 202 empfangen wird. Eine nicht leitende Verschleißschutzplatte 204 gibt eine konstante Auflage des Teils und schützt die Wicklungen der Sekundärspule.

Nun zurück zu Fig. 1, in der die Sekundärspule 202 mit einem Differentialverstärker 103 hoher Impedanz verbunden ist, um asymmetrisches Rauschen auszuschalten und das Signal zu verstärken. Indem ein Differentialverstärker mit hoher Impedanz verwendet wird, wird die Spannung, die in der Sekundärspule 202 induziert wird, dort nicht durch Änderungen im Drahtwiderstand beeinflußt. Ein RMS-Gleichspannungs-Wandler 104 wird verwendet, um die Effektivwert-(Wurzel aus dem quadratischen Mittel- bzw. RMS-Amplitude) der Sekundärspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln, die dann in eine digitale Darstellung umgewandelt wird, wobei eine einer Anzahl herkömmlicher Analog-zu-Digital- Wandlertechniken verwendet wird. Ein Prozessor 106 wird verwen det, um die RMS-Amplitude der Sekundärspannung aufzuzeichnen. Bei Verwendung der unten beschriebenen Techniken wird die RMS- Amplitudeninformation von dem Prozessor 106 in Bezug zu äquiva lenten Zn-Dickeneinheiten gebracht, und die Zn-Dickeneinheiten werden über die Schnittstelle 105 angezeigt oder in anderer Weise weitergegeben. Die Operation des Prozessors 106, die Amplitudensignale in Signale zu transformieren, die die Zn- Dicke angeben, ebenso wie beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die für die Abweichungskompensation und Kalibrierung liefern, werden nun beschrieben werden.

Die elektrischen Eigenschaften von Zink machen dieses Metall zu einem idealen Kandidaten für die Wirbelstromprüfung. Bei 20°C hat Zink einen spezifischen Widerstand von 5,9 µΩ cm und eine Leitfähigkeit von 1,07 Siemens/m (d. h. 29% IACS (Interna tional Annealed Copper Standard)). Wenn die RMS-Spannung über der Zinkdicke für eine Anzahl unterschiedlicher Anregungsfre quenzen aufgetragen wird, sieht man, daß die Kurven angepaßt werden können, um die RMS-Spannung zur Zinkdicke in Beziehung zu setzen. Wenn diese Kurven aufgestellt werden, indem Zink dicken-Proben verwendet werden, welche in einer kontrollierten Weise mit Zink einer bekannten Dichte hergestellt worden sind, dann kann die sich ergebende Zinkdicke, die aus den Kurven abgeleitet wird, verwendet werden, um die anodische Kapazität des Überzuges in äquivalenten Zinkdickeneinheiten zu bestimmen.

Eine beispielhafte Kurve, die die RMS-Sekundärspannung zu verschiedenen Zinkdickenproben mit einer Dichte von 85% in Beziehung setzt, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Um die Kurve aus den genommenen Proben zu erzeugen, kann eine Polynomkurven anpassung bei den Daten durchgeführt werden, wobei bekannte Techniken verwendet werden, um eine Polynom-Approximation an die Kurve festzulegen, die dargestellt werden kann als:

y = a + bx + cx² + dx³ + . . .

wobei:
x = RMS-Sekundärspannung;
y = Überzugsdicke; und
a, b, c, d . . . Konstanten sind, die so bestimmt werden sollen, daß die Kurve an die Datenproben angepaßt ist.

Wenn einmal eine Beziehung zwischen der RMS-Spannung in der Sekundärspule und der Zinkdicke aufgestellt ist, kann die Polynom-Formel in dem Prozessor 106 gespeichert werden, so daß die RMS-Sekundärspannungen in äquivalente Zn-Dickeneinheiten übersetzt werden können, z. B. mils Zn, um die anodische Kapazi tät des Überzuges anzuzeigen. Wenn somit die beispielhafte Kurve der Fig. 3 beim Messen der anodischen Kapazität verwen det wurde, würde die mil Zn-Messung auf Zinküberzüge mit einer Zinkdichte von 85% standardisiert sein.

Als Alternative kann die Formel für einige vorbestimmte Werte wahrscheinlicher RMS-Sekundärspannungen gelöst werden, und die sich ergebenden Zn-Dickenwerte können in dem Prozessor 106 in einer Nachschlagetabelle (nicht gezeigt) gespeichert werden. Wenn eine relativ kleine Nachschlagetabelle vorgesehen ist und eine größere Auflösung gewünscht wird, kann der Prozessor 106 zwischen gespeicherten Werten interpolieren, wenn eine RMS- Spannung empfangen wird, die nicht einem bestimmten gespeicher ten Wert entspricht.

Wenn alle Zinküberzüge identisch und unkorrodiert wären, dann würden Systeme und Verfahren ähnlich denen, die oben beschrie ben sind, d. h. eine einzelne Kurve, die die RMS-Spannung zu der Zinkdicke in Beziehung setzt, ohne Abweichungskompensation, genügen. Unglücklicherweise unterscheiden sich Zinküberzüge sowohl, wie sie aufgegeben werden, zum Beispiel in der Zink dichte, und später, nachdem die oben beschriebenen korrosiven Effekte auftreten. Somit veranschaulichen die folgenden beispielhaften Ausführungsformen, wie diese Änderungen bei den Überzügen berücksichtigt werden können, um einen Bediener mit konsistenten und bedeutungsvollen Messungen des anodischen Schutzes zu versorgen.

Die elektrischen Eigenschaften von thermisch aufgespritztem Zink ändern sich nicht in einer atomaren Skala, jedoch beein flußt die Dichte des aufgetragenen Zinks den spezifischen Widerstand beschichteter Proben. Abhängig von der Sprühtechnik kann die Zinkdichte des Überzuges beispielsweise nur bei 80% oder so hoch wie 95% der Volumendichte (d. h. Drahtdichte) liegen. Der spezifische Widerstand des Überzuges wird somit in einer ähnlichen Weise beeinflußt. Zum Beispiel hat die Prüfung gezeigt, daß flammengesprühtes Zink bei einer Überzugsdicke von 102 µm (4 mils) eine Dichte von 98% der Drahtdichte und einen spezifischen Widerstand von 7 µΩ cm hat.

Änderungen in der Dichte des Zinküberzuges werden auch die anodische Kapazität beeinflussen. Eine höhere Dichte des Zinks in dem Überzug wird einen größeren Schutzgrad liefern. Da die Größe der RMS-Sekundärspannung mit sinkendem spezifischen Widerstand (zunehmender Dichte) abnimmt, kann der Prozessor 106 die Schichtdicke in äquivalenten Ausdrücken anodischen Schutzes an der Schnittstelle 105 anzeigen. Wenn zum Beispiel ein 254 µm (10 mil) Überzug von 90% dichtem Zn ausgemessen wird, wobei ein Instrument verwendet wird, das kalibriert ist, indem 85% dichtes Zn als Dickenstandard verwendet wird, wird das Instru ment anzeigen, daß die Dicke des Überzuges dicker ist als 254 µm (10 mil). Während solch eine Messung nicht notwendigerweise einen tatsächlichen Zinkdickenwert angibt, ist eine Messung relativ zu einem Standard dahingehend wertvoll, daß sie einen anodischen Schutz in Ausdrücken einer einzigen Variablen, der Dicke, charakterisiert, wobei die andere Variable, die Dichte, angenommen wird. In dem obigen Beispiel hat das Instrument somit angegeben, daß der Überzug ein äquivalent von 254⁺ µm (10⁺ mils) anodischen Schutzes in bezug auf den 85% dichten Zn Überzugstandard hat.

Wie die Dichte von Überzügen variiert, so tun es auch die Beziehungen zwischen den RMS-Spannungen und den Zn-Dickenwer ten. Dies wird aus den verschiedenen beispielhaften Kurven deutlich, die in Fig. 4 veranschaulicht sind. Obwohl die beispielhafte Kurve A (501) für die meisten Anwendungen geeignet sein mag, um Messungen relativ zu einer Standarddichte zu liefern, kann es auch Anwendungen geben, bei denen die Angabe einer tatsächlichen Überzugsdicke wünschenswert ist. Somit kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Bediener das Instrument einstel len, um einen Überzug mit einer unbekannten Dichte zu messen, indem eine Probe des Überzuges mit einer bekannten Dicke verwendet wird, um eine Einzelpunkt-Neukalibrierung durchzu führen, wie es nun beschrieben werden wird.

Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist der geometrische Ort der Kurven A und B bei der Dicke 0. Zwei Kurven können von dem Mikroprozessor 106 verwendet werden, um die Neukalibrierung abzugrenzen. Zum Beispiel kann die Kurve B (502) aufgestellt werden, indem ein Standard für einen Überzug mit Zink geringer Dichte, zum Beispiel 79%, verwendet wird, während die Kurve A (501) gebildet werden kann, indem ein Standard für Überzüge mit Zink hoher Dichte, zum Beispiel 85% verwendet wird. Obwohl spezifische Prozentanteile angegeben sind, um diesen Punkt zu veranschaulichen, werden die Fachleute leicht verstehen, daß der Standard des Überzugs mit Zink niedriger Dichte innerhalb jeglichen Bereiches statistisch vernünftiger Dichten variiert werden kann, z. B. 70-85%, und in ähnlicher Weise kann der Standard für die hohe Dichte auch variieren, zum Beispiel zwischen 80-95%.

Wenn die Kurven 501 und 502 als Grenzen verwendet werden, ist ein gültiger Operationsbereich durch den Bereich 503 definiert. Innerhalb des Bereiches 503 sind Benutzer-Kalibriereinstellun gen erlaubt. Zum Beispiel kann die Kurve A beschrieben werden als:

fA(x) = yA = aA + bAx + cAx² + dAx³ . . . ,

und die Kurve B kann beschrieben werden als:

fB(x) = yB = aB + bBx + cBx² + dBx³ . . . ,

wobei x die Dicke der Probe ist, die für die Neukalibrierung verwendet wird.

Dann kann in dem Prozessor 106 ein Einzelpunkt-Neukalibrier- Anpassungsfaktor bei der Dicke x berechnet werden durch:

α = (Bedienerablesung - fA(x))/(fB(x) - fA(x)).

Wenn somit die beispielhafte Vorrichtung der Fig. 1 die Probe gemessen hat, bestimmt der Prozessor 106 α und wendet diesen Anpassungsfaktor auf nachfolgende Überzugsmessungen wie folgt an:

Dickenablesung = fA(x) + α X (fB(x) - fA(x)).

Auf diese Weise wird eine tatsächliche Zinkdickenablesung an der Schnittstelle 105 geliefert, entweder als eine Alternative zu oder gleichzeitig mit einer Ablesung, die relativ zu einem bekannten Dichtestandard ist. In der Praxis könnte der Bediener somit einen Einzelpunkt auf der Struktur destruktiv messen, wobei beispielsweise das Maskierungsbandverfahren, das oben beschrieben worden ist, benutzt wird. Das Meßgerät könnte dann angepaßt werden, um die gewünschte Dicke x abzulesen. Das Instrument bestimmt dann α. Weitere Ablesungen werden somit korrigiert, wie es durch die Kurve C (504) veranschaulicht ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann α anfangs auf Null gesetzt und eine Eingabemöglichkeit an der Schnittstelle 105 für den Bediener vorgesehen sein, α auf Null für nachfolgende Einzelpunkt-Neukalibrierungen rückzusetzen.

Nachdem Zinküberzüge mit sich ändernden Dichten behandelt worden sind, werden nun Korrosionswirkungen betrachtet werden. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Abweichungskompensation die Wirkungen der Oberflächenrauhigkeit und nicht leitender Korrosion verringern und verbleibende anodische Kapazität durch Korrosion messen. Wenn beispielsweise ein Bediener einen Zinküberzug nach der Hälfte seiner Nutzungsdauer messen sollte, der ursprünglich 406,4 µm (16 mils) dick war, sollte eine Ablesung von ungefähr 203,2 µm (8 mils) Zn an der Schnittstelle 105 angegeben werden, obwohl die tatsächliche Dicke des verbleibenden Zinks und Zinkchlorids, wenn mit einem Mikrometer gemessen wird, 406,4 µm (16 mils) oder mehr sein könnte.

Die Wirkungen der Abweichungen auf die Größe der RMS-Sekundär spannung (Zp) nehmen ab, wenn die ursprüngliche Zinkdicke der Probe abnimmt. Für eine genaue Diskussion der Effekte der Abweichungen und anderer Eigenschaften, die die Wirbelstromprü fung im allgemeinen beeinflussen, wird der Leser auf das "Manual on Eddy Current Method (Handbuch über das Wirbelstrom verfahren)" hingewiesen, veröffentlicht im November 1981 von Atomic Energy of Canada Limited, Autoren Cecco u. a., Seiten 69-78, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Als solche kann die Betriebsfrequenz des Oszillators 101 ausge wählt werden, zum Beispiel, um die maximale Empfindlichkeit in der Sekundärspule 202 für den Betrieb einer größten erwarteten Überzugsdicke zu liefern. Da thermisch aufgesprühtes Zink üblicherweise in Dicken zwischen 127-762 µm (5-30 mils) aufgebracht wird, kann die Frequenz gewählt werden, die eine maximale Empfindlichkeit bei 762 µm (30 mils) liefern wird.

Wenn der Wert des elektrischen spezifischen Widerstandes o als der niedrigste Wert, der bei einer Zinksprühanwendung möglich ist, gewählt wird, dann kann die Prüffrequenz so gewählt werden, daß die Empfindlichkeit der Sekundärspule selbst für den schlechtesten Fall der Sprüheigenschaften erhalten wird. Wie früher angesprochen hat die Feldprüfung gezeigt, daß die maximale Zinkdichte, die typischerweise in einem Überzug gefunden wird, ungefähr 89% Volumendichte ist, wenn Flammen sprühtechniken verwendet werden. Das o für einen Überzug dieser Dichte ist ungefähr 7 µΩ cm.

Eine optimale Frequenz kann basierend auf der erforderlichen Eindringtiefe berechnet werden. Eine gute Näherung wird durch t/δ = 0,8 gegeben, wobei t die Dicke ist und δ die Hauttiefe ist, d. h. es wird Bezug auf die Eindringtiefe der Wirbelströme genommen. Somit ist f = 2560 o/t² kHz, wobei f die Prüffrequenz in kHz ist, o der elektrische spezifische Widerstand in µΩ cm ist und t die Dicke in mils ist. Demgemäß kann für das oben be schriebene Beispiel die Prüffrequenz zu ungefähr 20 kHz für eine maximale Überzugsdichte von 762 µm (30 mils) berechnet werden. Obwohl das beispielhafte Gerät der Fig. 1 so veran schaulicht ist, daß es einen Oszillator 101 mit fester Frequenz umfaßt, könnte gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung die Prüffrequenz von dem Prozessor 106 geändert werden, um die Empfindlichkeit der Sekundärspule auf Überzüge bekannter oder angenäherter Dicken zu optimieren.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann Information in bezug auf die verwendete Sprühtechnik, um die Zinkschicht aufzubringen, in das Meßgerät eingegeben werden. Solche Information kann z. B. die Umgebungstemperatur umfassen, bei der die Zinkschicht aufgetragen worden ist, die verwendete Sprühtechnik (z. B. Bogenspannung) und irgendwelche anderen Faktoren, die die Eigenschaften der Zinkschicht beeinflussen könnten. Diese Information wird dann von dem Prozessor 106 verwendet, um eine geeignete Kalibrierkurve zur Verwendung in nachfolgenden Messungen auszuwählen.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die voran gehenden beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden die Fachleute erkennen, daß die vorliegende Erfindung in anderen Formen verkörpert werden kann. Zum Beispiel, obwohl das beispielhafte Gerät der Fig. 1 so veranschaulicht ist, daß ein RMS-Gleichspannungs-Wandler 104 verwendet wird- könnten sowohl Phasen- als auch Amplituden information zu dem Prozessor 106 zurückgeführt werden und verwendet werden, um die Überzugsdichte in bekannter Weise zu bestimmen. Darüber hinaus, wie zuvor erwähnt, kann die vorlie gende Erfindung in einfacher Weise bei anderen Typen von Überzügen, so wie Titan und Zinklegierungen, angewendet werden.

Somit sind die oben beschriebenen beispielhaften Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung in jeder Hinsicht veranschaulichend anstatt beschränkend gedacht. Somit kann die vorliegende Erfindung von einem Fachmann bei detaillierten Implementationen vielfach abgeändert werden, wie es aus der hierin enthaltenen Beschreibung abgeleitet werden kann. Alle solche Abänderungen und Modifikationen werden so betrachtet, daß sie innerhalb des Rahmens und Gedankens der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

101 Oszillator
102 Verstärker
103 Verstärker
104 RMS-Gleichspannungs-Wandler
105 Schnittstelle
106 Prozessor
107 Sonde
201 Primärspule
202 Sekundärspule
203 ferromagnetisches Kernmaterial
204 Verschleißschutzplatte
501 Kurve A
502 Kurve B
503 Bereich
504 Kurve C

Claims

1. Meßgerät zum Messen einer anodischen Kapazität eines Überzugs, mit:
einem Oszillator (101) zum Aufgeben eines Prüfsignals bei einer vorbestimmten Frequenz;
einem Verstärker (102) zum Verstärken des Prüfsignals;
einer Sonde (107) mit einer Primärspule (201), zum Aufgeben des verstärkten Prüfsignales auf den Überzug, um darin Wirbelströme zu erzeugen, und einer Sekundärspule (202), die elektrische Wirkungen der Wirbelströme mißt;
einem Wandler (104) zum Empfangen eines Ausgabesignals von der Sekundärspule (202) und zum Umwandeln des Ausgabesignals in einen Digitalpulsstrom, der repräsentativ für die Spannung ist, die in der Sekundärspule (202) induziert wird;
einem Prozessor (106) zum Empfangen des Digitalpulsstromes, wobei der Prozessor umfaßt:
einen Speicher zum Speichern von Datenbeziehun gen zwischen der Spannung und der Überzugsdicke; und
eine Einrichtung zum Transformieren des Digital pulsstroms, wobei die gespeicherten Datenbeziehungen in Einheiten der anodischen Kapazität verwendet werden, die sowohl auf der Überzugsdicke und einer standardisierten Dichte basieren; und
einer Schnittstelle (105) zum Ausgeben der anodischen Kapazität.

2. Meßgerät nach Anspruch 1 für einen Überzug Zink, Titan und/oder Zink/Aluminium-Legierung.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, bei dem die gespei cherten Datenbeziehungen eine erste Kurve (501) umfassen, welche die Spannung zur Überzugsdicke für einen Überzug mit hoher Dichte in Bezug setzt, und eine zweite Kurve (502), die die Spannung zur Überzugsdichte für einen Überzug mit geringer Dichte in Bezug setzt.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der Überzug hoher Dichte innerhalb des Bereiches von 80-95% liegt und der Überzug geringer Dichte inner halb des Bereiches von 70-85% liegt.

5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Überzug hoher Dichte 85% hat, der Überzug niedriger Dichte 79% hat und die standardisierte Dichte entweder die hohe oder die niedrige Dichte ist, so daß die anodische Kapazität relativ dazu geliefert wird.

6. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Prozessor (106) auch dazu verwendet werden kann, einen tatsächlichen Überzugsdickenwert zu erzeugen, und der Speicher auch einen gemessenen Probenwert speichert, wobei der Prozessor weiter aufweist:
eine Einrichtung zum Bestimmen eines Korrekturfaktors,wobei der gemessene Probenwert und Werte der ersten und zweiten Kurve (501, 502) bei derselben Dicke als eine Probe verwen det wird, die benutzt wird um den gemessenen Probenwert zu erzeugen; und
eine Einrichtung zum Übersetzen der Spannung in einen Überzugsdickenwert, wobei die erste oder die zweite Kurve und der Korrekturfaktor verwendet werden,
wobei die Schnittstelleneinrichtung (105) auch die tatsäch liche Überzugsdicke ausgibt.

7. Verfahren zum Messen der anodischen Kapazität bei einem Überzug, mit den Schritten:
Speichern wenigstens zweier Kalibrierkurven (501, 502), jede unterschiedlichen Überzugsdichten zugeordnet;
Untersuchen des Überzugs, wobei Wirbelstrom-Untersuchungs techniken verwendet werden, um einen Wert der induzierten Spannung zurückzugeben;
Umwandeln des Wertes der induzierten Spannung in eine anodische Kapazitätsmessung, wobei eine der beiden Kali brierkurven (501, 502) verwendet wird; und
Ausgeben der anodischen Kapazitätsmessung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß es weiter die Schritte aufweist:
Ausmessen einer Probe des Überzugs mit einer bekannten Dicke;
Bestimmen eines Korrekturfaktors, der bei einer der Kali brierkurven (501, 502) angewendet werden soll, basierend auf dem Wert der induzierten Spannung und Werten der wenigstens zwei Kalibrierkurven (501, 502) bei der bekannten Dicke, um eine korrigierte Kalibrierkurve (504) zu erzeugen;
Verwenden der korrigierten Kalibrierkurve (504), um einen tatsächlichen Dickenwert des Überzuges zu bestimmen; und
Ausgeben sowohl der anodischen Kapazitätsmessung als auch des tatsächlichen Dickenwertes des Überzugs.