DE2033619B2 - Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen und korrosiven Medien - Google Patents
Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen und korrosiven MedienInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein leßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwinigkeit
von Metallen in korrosiven Medien, besteend aus einem Meßkopf mit einer Proben-, einer
IiIfs- und einer Bezugselekrode, von welchen die
'robenelektrode und die Hilfselektrode in einem tromkreis liegen, welcher neben einem der Anzeige
der Korrosionsgeschwindigke'it dienenden Meßinstrument einen der Einstellung des in demselben fließenden
Stromes dienenden Differenzverstärker aufweist, dessen einem Eingang die zwischen der Bezugselektrode
und der Probenelektrode auftretende Polarisatiaonsspannung als Istwert zugeführt ist, während
dem anderen Eingang ein zeitlich veränderliches Spannungssignal als Sollwert zugeführt ist.
Das Korrosionsverhalten von Metallen in korrosiven Medien kann bekanntlicherweise au* elektrochemische
Weise durch Bestimmung von Stromdichte/Potentialkurven beurteilt werden( s. beispielsweise
schweizer Archiv, November 1967, S. 339 bis 363). Derartige Stiomdichte/Potentialkurven von
passivierbaren Metallen weisen dabei ein ausgeprägtes Stromdichtemaximum im anodischen Bereich bei
eintretender Passivierung auf. Insbesondere anhand dieses Maximums läßt sich dann das Korrosions verhalten der untersuchten Metalle erkennen
Die Festlegung der Stromdichte/Potentialkurven
wird in der Regel mit Hilfe von Potentiometerkreisen durchgeführt. Dabei wird die zu untersuchende Metallprobe
zusammen mit zwei weiteren Elektroden (s. USA.-Patentschrift 3 406 101) in einer geeigneten
elektrochemischen Zelle mit Hilfe eines elektronischen Regelgerätes auf ein vorgegebenes Potential
polarisiert, worau; der zugehörige Zellenstrom gemessen
wird. In diesem Zusammenhang unterscheidet man zwischen den stationären Methoden, bei welchen
das Potential bis zur Einstellung des stationären Zellenstromes konstant gehalten wird und den pote:itiodynamischen
Methoden, bei welchen das Potential in der Regel kontinuierlich mit der Zeit verändert
wird. Es ist dabei einleuchtend, daß die potentiodynamischen Methoden den stationären Methoden
wegen der höheren Meßgeschwindigkeit überlegen sind. Dabei erweist es sich jedoch als nachteilig, daß
eine automatische Registrierung des Zellenstromes vorgenommen werden muß und daß die Bestimmung
der Korrosionsgeschwindigkeit nur durch Auswertung dieser Registrierung möglich ist.
Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es demzufolge Ziel der vorliegenden Erfindung, ein auf
dem potentiodynamischen Meßprinzip arbeitendes Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit
von Metallen in korrosiven Medien zu schaffen, welches in der Vermeidung einer automatischen
Registrierung innerhalb kürzester Zeiträume eine direkte Ablesung der Korrosionsgeschwindigkeit gestattet.
Erfindungsgemäß wird es dadurch erreicht, daß der Sollwert ein sich mit einer e-Funktion änderndes
Spannungssignal ist, dessen Zeitkonstante in etwa gleich derjenigen der Polarisationsspannung ist.
Dieses erfindungsgemäße Meßgerät bringt den Vorteil mit sich, daß durch die Verwendung eines exponentiell
sich verändernden Spannungssignals als Sollwertsignal eine automatische Kompensation für die
ebenfalls zeitlich sich verändernde Pölarisationsspannung vorgenommen wird. Am Ausgang des verwendeten
Differenzverstärkers tritt somit ein zeitlich im wesentlichen unveränderliches Ausgangssignal auf,
welches einem entsprechend geeichten Meßgerät zugeführt wird, an welchem die Korrosionsgeschwindigkeit
direkt abgelesen werden kann. Es ergibt sich somit, daß für die Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit
statische Bedingungen noch gar nicht erreicht werden müssen.
Eine relativ einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgerätes ergibt sich dadurch, daß
das dem Sollwert entsprachende Spanungssignal mit Hilfe eines Kompensationskreises gebildet ist, welcher
ein einstellbares 7?C-Glied (C, /?.,) und eine Spannungsquelle
(43) enthält.
Durch geeignete Verstellung des Widerstandes des ÄC-Gliedes kann dabei die gewünschte Einstellung
auf die Zeitkonstante der Polarisationsspannung vorgenommen werden.
Um andererseits ein Abgleich des Differenzverstärkers und eine Aufladung des .RC-Gliedes durchführen
zu können, erweist es sich als zweckmäßig, daß zusätzlich ein doppelpoliger Umschalter vorgesehen
ist, welcher in der einen Schaltstellung einerseits durch Trennen des Stromkreises, jedoch unter Verwendung
eines hochohmigen Spanungsmessers einen Abgleich des Differenzverstärkers ermöglicht, andererseits
durch Verbinden des Kondensators (C1) des RC-Gliedes
(R.„ C1) mit der Spannungsquelle eine Aufladung
des Kondensators (C1) bewirkt, während in der anderen Schaltstellung einerseits durch Schließen des
Stromkreises ein Stromfluß durch die Probenelektrode und die Hilfselektrode zustandekommt, andererseits
anstelle der Spannungsquelle der Widerstand 2;
(R.,) des RC-Gliedes (R.,, C1) mit dem Kondensator
(C) in Verbindung gebracht ist.
In der Regel erweist t:s sich ferner als vorteilhaft, wenn der Kompensationskreis weiterhin eine einstellbare
Spannungsquelle aufweist, welche eine Verstärker-Abgleichsspannung
Vs abgibt.
Um ein derartiges Meßgerät universell verwenden zu können, erweist es sich ferner als zweckmäßig,
wenn dem Differenzverstärker als Sollwert wahlweise positive und negative exponentiell veränderliche Spannungssignale
zuführbar sind, demzufolge sowohl kathodische als auch anodische Polarisationen der
Probenelektrode mit entsprechenden positiven bzw. nega'.iven exponentiell veränderlichen Polarisationsspannungen auswertbar sind.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeiöpielen in Verbindung
mit der Zeichnung näher erläutert. In dieser ist
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Meßkopfes für das Gerät in Verbindung mit einem
Rohrleitungssystem,
F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht einer der Elektroden aus dem Meßkopf nach Fig. 1,
Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild des sich auf elektro-chemischem Wege auf der Elektrode nach So
F i p. 2 bildenden Filme,
Fig. 4 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Meßgeräts,
F i g. 5 ein Diagramm, in dem mehrere durch die Schaltung nach Fig. 4 an der Probenelektrode hervorgerufene
Stromverläufe gezeigt sind, und
F i g. 6 ein Schaltbild! einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgeräts, mit
dem sowohl kathodische als auch anodisehe Korrosionsgeschwindigkeitsmessungen
erfolgen können. go
Das in F i g. 1 gezeigte Leitungssystem führt in Richtung des Pfeiles 12 ein korrodierendes Medium,
wie etwa eine wäßrige Flüssigkeit. Es besteht aus zwei Rohren 13 und 14, die durch ein T-Stück L6 miteinander
verbunden sind. Ein Meßkopf 17 ist in den ^5
einen Schenkel des T-Stücks eingeschraubt und kann, abgesehen davon, irgendeine beliebige geeignete Gestalt
besitzen, U'ispielsweise eine solche, wie sie in
30
35
40
45 der USA,-Patentschrift 3 406 101 angegeben ist. Der
Meßkopf besitzt einen metallischen Körper, der die Gestalt eines Verschlußstopfens haben kann und drei
Elektroden 18, 19 und 2t trägt, die voneinander und gegenüber dem Körper isoliert sind. Über ein Kabel
22 mit Leitern 23, 24 und 26, die zu den einzelnen Gründen vorzugsweise gleich aufgebaut. Dennoch
Elektroden führen, ist der Meßkopf mit deui ei3ndungsgemäßen
Meßgerät verbunden. Die Elektroden 18, 19 und 21 sind einander aus elektro-chemischen
Gründen vorzugsweise gleich gebaut. Dennoch erscheint es sinnvoll, sie für die nachfolgende Beschreibung
in der Reihenfolge von rechts nach links mit »Bezugselektrode« (Elektrode 19), »Probenelektrode«
(Elektrode 21) und »Hilfs-« oder »dritte Elektrode« (Elektrode 18) zu bezeichnen. Soll beispielsweise
die Korrosionsgeschwindigkeit bei Stahl ermittelt werden, so muß die Probenelektrode 21 aus
diesem Stahl bestehen.
Während der Messung der Korrosionsgeschwindigkeit kann die Probcnelektr -de 21 in dem korrodierenden
Medium einen Film bilde:., der eine beträchtliche Kapazität darstellt. In Fig. 2 ist die Ausdehnung
dieses Filmes 27 durch die gestrichelte Linie 28 angedeutet, welche die Elektrode 21 umgibt. Wie bereits
vorher erwähnt, kann der Film aus verschiedenen Substanzen bestehen, zu denen positive Ionen 29
des korrodierenden Metalls und negative Ionen 31 aus dem korrodierenden Medium gehören, welches die
Korrosion der Elektrode 21 hervorruft. Wo dem korrodierenden Medium Korrosionshemmungsmittel
zugesetzt sind, um die Metalloberfläche zu schützen kann der Film 27 von einem zweiten Film 32 aus dem
Korrosionshemmungsmittel umgeben sein. So können die Filme um die Elektrode 21 beträchtliche Größer
eines Widerstandes und einer Kapazität darstellen die bei der KoriOsionsgeschwindigkeitsbestimmum
auf elektro-chemischem Wege in Betracht gezoger werden müssen.
Man glaubt, daß bei einer ausgedehnten, derr korrodierenden Medium ausgesetzten Metallfläche
vvie derjenigen der Probenelektrode 21, der Wider stand und die Kapazität elektrisch am besten durcl·
die Ersatzschaltung nach Fig. 3 dargestellt werdet können. Der Gesamtwiderstand und die Gesamtkapa
zität an der Elektrode 21 stellt sich demgemäß al: eine Serienschaltung von mehreren parallelgeschal
teten Widerständen und Kapazitäten dar. Wie bereit: erwähnt, kann die Anwendung zu großer Ströme zt
einer Zerstörung oder Neuorientierung der Filme un die Elektrode 21 führen. Die erfindungsgemäßi
Methode zur exakten Bestimmung der Kororsions geschwindigkeit an der Elektrode 21 erfordert jedocl
nicht die Anwendung solcher Ströme, die ausreichen um an den Filmen Veränderungen hervorzurufen.
In Fig. 4 ist, wie gesagt, eine beispielhafte Schal Hing dargestellt. Die Belastung33 wild von den mi
der gestrichelten Linie umgebenden Schaltelemente! gebildet. Sie bestellt beispielsweise aus dem Lo
sungswiderstand 34 des korrodierenden Mediums zwi sehen den Elektroden 18 und 21 sowie dem Polari
sierungswiderstand R und der Polarisierungskapazi tätC in Verbindung mit den die Elektrode 21 umge
benden Filmen 27 und 28. Eine Spannungsquelle mi einer Batterie 37 als Stromversorgungseinrichtung is
in Gestait des Verstärkers 36 vorgesehen, um einer Strom /, durch einen Stromkreis mit der Belastung
33 hindurchzutreiben. Der Verstärker 36 bestimmt di<
Größe des in diesem Kreis fließenden Strome"; in Abhängigkeit
von einem elektrischen Eingangssignal. Der dem Verstärker entstammende Strom ruft an der
Belastung 33 eine Polarisierungsspannung hervor, die sich exponentiell mit einer Zeitkonstanten R1C1
ändert. Das elektrische Eingangssignal erhält der Verstärker aus einer Steuereinrichtung mit einem Signalerzeuger.
Dieses Signal ändert sich nach einer Funktion mit der Zeitkonstanten RC der Belastung
33 von einem ersten zu einem zweiten Wert, bis durch den im wesentlichen konstanten Strom an der Belastung
eine bestimmte Spannung erreicht worden ist. Der Strom, der mithin bezeichnend für die elektrischen
Eigenschaften der Belastung 33 ist, kann an einem in dem Stromkreis liegenden Strommesser 38
abgelesen werden, während sich das Signal exponentiell ändert.
Die Elektroden 18, 19 und 21 des Meßkopfes 17 sollen über die Leiter 23, 24 und 26 mit den Klemmen
A, R und T der Schaltung aus F i g. 4 verbunden sein. Der Verstärker 36 kann ein Differentialverstärker
sein, der einen ersten (negativen) Eingang 39, einen zweiten (positiven) Eingang 41 und einen gemeinsamen
Ausgang 42 besitzt. In herkömmlicher Weise sind entsprechende Anschlüsse des Verstärkers
mit der Batterie verbunden, von der eine Stromrückleitung zur Klemme T ausgeht. Der Verstärker ist für
einen hohen Verstärkungsfaktor, beispielsweise einen solchen von 50000 bis 100000, in Verbindung mit
der zugehörigen Schaltung ausgelegt, um einen Ausgangsstrom in Abhängigkeit von einem Spannungssignal am Eingang zu erzeugen, der sich in dem
Stromkreis als konstanter Strom äußert.
Der erste Eingang 39 und der Ausgang 42 des Verstärkers (der die Batterie 37 als Gleichstromquelle
enthält) liegen in einem Stromkreis, mit dem der meßbare Polarisationsstrom/, über die Probenelektrode
21 und die Hilfselektrode 18 geleitet werden kann. Dieser Strom kann an dem Strommesser 38 abgelesen
werden. Der Widerstand 45 dient zur Begrenzung des Stromes auf einen Wert, mit dem die die Elektrode
21 umgebenden Filme nicht beeinträchtigt werden. Durch das Eingangssignal an dem Verstärker 36 wird
der Strom auf einen Wert eingestellt, der ausreicht, um an der Elektrode 21 eine bestimmte Polarisierungsspannung
solcher Größe hervorzurufen, daß die Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit im Bereich
linearer Abhängigkeit von der Polarisierungsspannung erfolgen kann. Unabhängig von seiner
Größe ruft der fießende Strom eine Polarisierungsspannung
an der Probenelektrode 21 hervor, die sich exponentiell mit einer Zeitkonstanten R1C1 ändert.
Weiterhin tritt ein Spannungskreis unter Einbeziehung der Klemmen/? und T sowie der Probenelektrode
21 und der Bezugselektrode 19 auf, in dem der zweite Eingang 41 des Diffcrentialverstärkers 36 liegt.
In diesem Spannungskreis befindet sich eine Spannungssignalquelle,
die hierin ein Spannungssignal hervorruft. Dieses letztere ändert sich mit der Zeitkonstanten
R1C1 der Probenelektrode 21 von einem
ersten zu einem zweiten Wert. Die Spannungssignalquelle kann, wie gezeigt, aus einem veränderlichen
Widerstand/?, und einem dazu parallelen Kondensator C2 bestehen. An den Widerstand R2 und den
Kondensator C2 wird aus einer Bezugsspannungsquelle
in Gestalt der Batterie 43 eine Polarisierungsbezugsspanung VR angelegt, bis die aufgedrückte Signalspannung
im wesentlichen gleich VK ist, worauf die Balteric43 von dem Widerstand/?., und dem Kon
densatorC2 abgeklemmt werden kann. Die Bezugs
spannung VR kann jeden gewünschten Wert annch
men, jedoch wird (in bezug auf die Elektrode 19 einer Spannung zwischen etwa 5 und 25 Millivolt
insbesondere aber von etwa 10 Millivolt, der Vorzuj gegeben, da eine solche die besten Meßergebnisse er
zielen läßt. Diese in der Spannungssignalquell· (Widerstand R2 und Kondensator C.,) gespeicherti
ίο Spannung VK gelangt an den zweiten "Eingang 41 de
Verstärkers 36.
Es ist erkennbar, daß bei von dem Kondensator C abgeklemmter Batterie 43 das an den Eingang 41 ge
langende Spannungssigiial exponentiell mit einer Zeit
konstanten aus dem Widerstand R2 und dem Kon densatorC, abnimmt. Diese Zeitkonstante kanr
durch den veränderbaren Widerstand R2 auf prak
tisch den gleichen Wert eingestellt werden, den di< Zeitkonstante der Belastung RxC1 besitzt. Ein be
stimmter konstanter Wert des Stromes t, am Ausgang 42 des Verstärkers 36 ruft an der Probenelekirode 21
eine Änderung der Polarisierungsspannung hervor die einer Exptonentialfunktion mit der Zeitkonstanter
Zi1C1 entspricht. Das dem Eingang 41 des Verstär
kers36 zugeführte Spannungssignal ist gleich der ar der Elektrode 21 auftretenden Polarisationsspan·
nungsänderung, die dem Eingang 39 des Verstärken 36 mitgeteilt wird. Infolgedessen bleiben die beider
Signale an den Eingängen 39 und 41 des Verstär· kers 36 auf einem konstanten Wert (gewöhnlich Null)
wenn ein bestimmter konstanter Wert des Stromes/, auftritt, um die Elektrode 21 nach der Exponentialfunktion
mit der Zeitkonstanten R1C1 zu polarisieren.
Jedes Ungleichgewicht an den beiden Eingängen
39 und 41 des Verstärkers ruft eine Änderung des Stromes am Verstärkerausgang hervor, die genügt,
um eine Polarisierungsspannungsänderung herbeizuführen, mit der ein neues Gleichgewicht am Verstärkereingang
erzielt werden kann.
Die an der Elektrode 21 auftretende Änderung det Polarisierungsspannung erreicht schließlich dt:n Wert
aus der Spannungsquelle. Bei der beschriebenen Ausführungsform stellt diese zuletzt erreichte Spannung
die Bezugsspannung VR dar, doch kann sie ebenso"
gut auch von einer Funktion der Bezugsspann jng VR
gebildet werden, je nach den Betriebsparametsrn des Verstärkers 36, insbesondere dem in seinem Schaltkreis
auftretenden Verstärkungsfaktor. Es ruft also das Spannungssignal aus der Spannungssipnalquelle
mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator C.„ das
an den Eingang 41 des Verstärkers 30 gelangt, in" dem Stromkreis einen Strom Z1 mit einem bestimmten konstanten
Wert hervor, der eine Polarisierungsspannungsänderung zur Folge hat, die sich exponentiell
an dem Widerstand/?, und dem KondensatorC1 einstellt
und derjenigen der sich exponentiell ändernden Spannung aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator
C2 entspricht. Auf Grund der Parameter an dem
Verstärker 36 tritt unter diesen Umständen in dem Spannungskreis kein Strom auf.
Der Strommesser 38 kann so geeicht werden, daß an ihm unmittelbar Einheiten der Korrosionsgeschwindigkeit abgelesen werden können, da die
letztere eine Funktion des Stromes i, ist, welcher der Korrosionsgeschwindigkeit an der Elektrode 21 entspricht.
An diesem Strommesser sind sofortige Ablesungen möglich, da der Strom in dem Stromkreis
mit der Probenelektrode 21 und der Hilfselektrode
18, wie <?cs;ii!l. einen konstanten Wert besitzt, während
sich ein-> dem Verstärker 36 /ugeiiihite Spannungssignal
exponentiell ändert. Die Größe de-Stromes/,
entspricht also, eine !'rollenelektrode 21
bestimmter Abmessungen vorausgesetzt, iimnittelbar
der daran auftretenden Korrosionsgeschwindigkeit.
In der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 sind schlicßiiJi Schaltmittel vorgesehen, um den Verstärker
36 für eine unmittelbare Ablesung des konstanten Stromes /, für die Polarisierung der !'rollenelektrode m
21 bis zu einem bestimmten Wert abgleichen zu können. Zu diesem Schaltmittel gehört ein dem Stromwie
dem Spannungskreis angehörender doppelpoliger Schalter 44. Dieser ermöglicht in einer ersten (oberen)
Stellung (nach Fig. 4) den Abgleich des Verstärkers.
Tn dieser Abgleichstcllung gelangt die Bezugsspannung Vn an den Kondensator C1. in dem sie gespeichert
wird. Gleichzeitig verbindet der Schalter 44 den Ausgang 42 des Verstärkers 36 mit einem Spannungsmesser
46, mit dem das am Verstärkerausgang auftretende Spannungssignal ermittelt werden kann. Vorzugsweise
ist mit dem Spannungsmesser 46 ein hochohmiger Widerstand 47 in Serie geschaltet, um den
im Stromkreis des Verstärkers auftretenden Strom in den gewünschten Grenzen zu hallen. Der Abgleich
des Verstärkers kann auf jede beliebige geeignete Weise durch Einstellungen in dem Spanmingskreis
derart erfolgen, daß der Spanungsmesscr46 ein minimales
A usgangssignal zeigt.
Die elektro-chcmischen Vorgänge an der Elektrode 3» 21 führen durch einen Halbzellcnclfckt an diese
Elektrode eine kleine Poteniialvcrschiebiin.; bzw.
Spannung Vn herbei. Dieser läßt sich in der »Belastung«
33 als mit der Probcnclcktrodc 21 in Serie geschaltete Spannungsquclle darstellen. Sie erscheint
mithin als Spannungssignal in dem Spannungskreis mit den Eingängen 39 und 41 des Verstärkers, so daß
sie an dessen Ausgang einen kleinen Strom zur Folge hat. Jedoch liegt eine einstellbare Spannungsquclle
48. etwa in Gestalt einer Batterie oder eines cinstellbaren
Potentiometers, die eine Abgleichsspannung Vx liefert, in Serie mit der Spannungssignalquelle.
Die Abgleichsspannung Vs wird so eingestellt, daß
die Differenz der an den Hingängen 39 und 41 des
Verstärkers mit der in dem Kondensator C1 auftretenden
Bezugsspannung VK Null erreicht. Ist dies der
Fall, so zeigfder Spannungsmesser 46 an seinem Ausgang
ein Spanmingssignal VA von Null an.
Nach dieser Einstellung der Abgleichsspannung Vs
wird der Schalter 44 in seine zweite (untere) Stellung. 5"
d. h. die Betriebsstellung, umgelegt. Nun beginnt die in dem Kondensator C, gespeicherte Spannung VR sofort
nach einer Exponentialfunktion mit einer Zeitkonstanicn 7\, =/?.,C, als Spannung V,<,,,.,_ zu
schwinden, deren Vcrfauf praktisch demjenigen der Polarisicrungsspannung gleicht, die indessen als Spannung
FA., r, "in der Belastung 33 mit einer Zeitkon-Ktantcn
T1 --= R1C1. für welche die mit der Probenelekirodc
21 verbundenen Widerstände R1 und C1
verantwortlich sind, ansteigt. Infolgedessen setzen sich die beiden Spannungen an den Eingängen des
Verstärkers 30 zu Null zusammen, so daß am Verstärkeraussana
42 der erwähnte konstante Strom auftritt. Sein Wert/, ist genau derjenige, der für eine exponentiell
Spannunssänderung mit der Zeitkonstantcn T1 = R1C1 an der Elektrode 21 erforderlich
ist.
Die in der Schaltung nach Fig. 4 auftretenden elektrischen Parameter können leicht durch Analy
sieren der Spannungssignale festgestellt werden, dii
in dem Spannungskreis auftreten, wenn der Schalte 44 nacheinander in die Abgleichs- und die Betriebs
stellung gebracht wird. Befindet sich der Schalter ii der Abgleichsstellung, so wird die Abglcichsspannunj
Vx so eingestellt, daß der Strom/, am Ausgang4;
des Verstärkers zu Null wird, während der Kondcn satorC, mit einer Spannung V1 ., aufgeladen wird, dii
i?ri wesentlichen der Bezugsspannimg V11 uleich
kommt.
Zu dieser Zeit ist das an dem Spannungsmesser 4< abgelesene Spannungssignal V.{ = Null was zu de:
folgenden Beziehung im eingespielten Zustand führ (wobei V111 ,·, die Polarisieruniisspannune an de:
Elektrode 21 ist):
IV-^trfri^, (Ο
da VKlUl in diesem Fall wegen /, = 0 am Ausganc
42 des Verstärkers ebenfalls 0 ist.
Damit ist
V =
y ο
Vr (2)
V=V — V (3)
im eingespielten Zustand, wobei der Spannungsmesser 46 V,\ = anzeigt.
Wird der Schalter 44 in die Betriebsstellung gebracht,
so wird dadurch der Kondensator C, von dei Cu''e;ic43 (Quelle der Bezugsspannung Vn) gelrcnni
und entlädt sich, wobei die Spannung VR.,r., mit dci
Zeitkonstanten T., -- CJi., exponentiell abnimmt. Die sich ändernde Polarisierungsspannung F/it Cl dci
Elektrode 21. die an dem Widerstand R1 und derr KondensatorC1 anliegt, folgt dem Spanmingssignal
ι«.,,., von dem Widerstand Rn und dem Kondensator
C.„ da der Verstärker36 in dem Stromkreis j.~
den konstanten Strom/, liefern muß, um die Differenz der Signale an den Eingängen 39 und 41 zu Null
/u machen. Dies ist der Fall, wenn die beiden Zeitkonstanten T1 und Tn einander im wesentlichen gleich
sind. Dabei tritt am Verstärkerausgang der korrekte 'Konstante Strom/, auf.
Durch Beobachtung des Stromes/, an dem Strommesser 38 weiß man, ob die Zeitkonstante 7"., durch
Einstellung des Widerstandes /?., vergrößert oder verkleinert
werden muß. Eine graphische Darstellung des Stromes ;, bei verschiedenen Werten der Zeitkonstonten
7\, ist in F i g. 5 wiedergegeben, worin / den in in dem Stromkreis fließenden Strom bedeutet, dei
über der Zeit aufgetragen ist. Die Kurve« zeigt einen zeitlich veränderlichen Strom /, der zunächst" seinen
nach der Zeit/., erreichten stationären Wert übertrifft,
in dem die Zeitkonstante Tn kleiner als Ti ist. Die
Kurve b gibt einen Strom / an, der sich seinem endgültigen Wert von unten her asymptotisch nähert,
um ihn praktisch zur Zeit/., zu erreichen, wenn die Zeitkonstante Tn größer als T1 ist. Die Kurve c
schließlich zeigt den korrekten Strom /, mit einem zur Zeit?, praktisch abgeschlossenen Anstieg auf seinen
endgültigen Wert, wenn die Zeitkonstanten T„ und T1
einander gleich sind. Für alle praktischen Zwecke kann angenommen werden, daß der Strom Z1 gemäß
der Kurve c während des gesamten Mcßintervalls zwischen den Zeitpunkten /, und /., konstant ist.
Die von der Polarisierung abhängige Zeitkonstante
Die von der Polarisierung abhängige Zeitkonstante
409 531/178
T1 liefert dem Fachmann wertvolle Informationen
über die Dicke und Zusammensetzung des Polarisationsfilmcs
um die Elektrode 21. Der Polarisationswidcrstand kann auf bekannte Weise leicht gemessen
werden und erlaubt die Bestimmung der Polarisierungskapazilät. für w.iche die Formel gilt:
C1
R,
Wie aus F i g. 5 zu erkennen, besitzt der Polarisiei
ungsstrom /, bei richtig gewählter Zeitkonslante
T2 gemäß Kurve c Rechteckwellencharakter. Am Koordinatenursprung
wächst er sehr rasch zu einem konstanten Wert an, der zur Zeit r, für alle praktischen
Zwecke als erreicht gelten kann. Stimmen die beiden Zeilkonstanten jedoch nicht überein, so folgt
der Strom beispielsweise der Kurve« oder b, um erst nach einer Zeit f, den gleichen endgültigen Wert zu
erreichen. In diesem Fall ist also die zusätzliche Zeit f2 —Ι erforderlich. Im Einzelfalle hängt die Länge
der Zeit von der Zeitkonstanten T1 ab. Sie kann bis zu mehreren Stunden betragen. Ist jedoch T1=T1, so
erreicht der Strom /', seinen konstanten Wert praktisch sogleich, ungeachtet dessen, daß sich die Polarisiening
und das Spannungssignal exponentiell ändern und dieser Vorgang weiterhin stattfindet. Auf diese
Weise wird durch die Erfindung ein Korrosionsgeschwindigkeitsmesser
geschaffen, der praktisch sofortige Ablesungen des für die Korrosionsgeschwindigkeit
bezeichnenden Stromes Z1 ermöglicht, selbst
wenn an der Probcnelektrode beträchtliche Widerstands- und Kapazitätserscheinungen auftreten. Da
die Korrosion ein dynamischer Vorgang ist, kommt es darauf an, die Ablesungen an dem Gerät so schnell
wie möglich durchführen zu können, da sonst bis zur Ablesung bereits Änderungen der Korrosionsbedingungen an der Probenelektrodc eingetreten sein
können.
Hinzu kommt, daß dieses Gerät Korrosionsgeschwindigkeitsmcssungen
gestattet, wo an der Probenelektrodc als Teil ihrer Reaktanz eine beträchtliche
parallellicgende Kapazität erscheint. Unter solchen Bedingungen könnten in dem Stromkreis große
Ströme auftreten, die eine radikale Veränderung des die Elektrode umgebenden Films zur Folge haben
wurden. Der beschriebene Korrosionsgeschwindigkeitsmesser kann indessen leicht auf eine geeignete
Stromstärke eingestellt werden, die keine solchen negativen Erscheinungen zeitigt. In diesem Fall wird
der Widerstand R., so eingestellt, daß die Zeitkonstante T0 erheblich größer als T1 ist. Damit wächst
ller Strom Z gemäß Kurve b in F i g. 5 allmählich
Hon Null bis zu seinem endgültigen Wert an. Dann
reduziert man die Zeitkonstante T., schrittweise in Oiner Serie \on aufeinanderfolgenden Versuchen, bis
tie gleich der Zeitkonstanten T1 wird. Sodann steigt eier Strom Z1 in dem Stromkreis mit der erwähnten
Rechteckwellencharakteristik sehr plötzlich zu seinem endgültigen Wert an.
Die Polarisierungskapazität C1 kann nach obiger
Forme! leicht bestimmt werden. Da sie eine Funktion der Dicke des die Elektrode 21 umgebenden
Filmes ist und als Dielektrikum wirkt, kann rlrs
nach Fig. 4 ausgebildete Gerät so geeicht werden. daß der Strom Z1 Kapazitätswerte der Kapazi·^: Cx
ansibt. mit der sich die Filmdicke bestimmen läßt. Bei jedem korrodierenden Medium mit verhältnis
i5
30
40
50
6O mäßig gleichbleibendem Polarisicrungswideistand R1
ändert sich die Polarisicrungskapazität C1 proportional
zu (.'»r Filmdicke an der Elektrode 21.
Das in F i g. 4 wiedergegebene Gerät kann mit einer »festen« Spannungssignak|uclle innerhalb des
Spannungskreiscs arbeiten. Beispielsweise können verschiedene vorbestimmte Kombinationen der Kapazität
C1 und des Widerstandes R1 zu diesem
Zweck Verwendung finden. In diesem Falle kann man sich der Zeitkonstanten T1 der !'rollenelektrode
21 mit der Zeitkonstanten T1, dieser Kombinationen
schrittweise nähern. Die Korrosionsgeschwindigkeitsmessung
kann dann mit dem der Zeitkonstanten T1 am nächsten kommenden Wert C, erfolgen, wobei
der Verlauf des Stromes Z1 sich für praktische Zwecke hinreichend dem in F i g. 5 mit c wiedergegebenen
nähert.
Die Betriebsparameter der Schaltung nach V i g· 4 können durch die verschiedenen elektrischen Bauelemente
in dem Strom- und Spaniuingskreis in geeigneter
Weise gewählt werden. Im einzelnen wird der Spannungskreis so ausgebildet, daß an den Eingängen
39 und 41 des Verstärkers 36 unter allen Betriebsbedingungen im wesentlichen ein DilTereiusignal
von der Größe Null auftritt, da die Beziehung gilt, Vn -= Vn - Vl(. Da der Widerstand R1 und die
Kapazität C, einen Signalspannungsverlaui '/,·.(.■:
zur Folge haben, liefert der Verstärker 36 in dem
Stromkreis denjenigen bestimmten Strom Z1 mii 'lern
eben an den beiden Eingängen 39 und 41 kein 'ViJ·.1-rcnzsignal
auftritt. Dieser "Zustand bleibt amivchtcrhalten,
während die Probcnelektrodc 71 ,illmiih-Iich
ihre bestimmte Polarisierungsspannung cü ieht und selbst wenn die Signalspannung VK.,(.- i:i lVJ"
seitlichen zu Null wird. Infolgedessen ärbe:.: der
Verstärker 36 mit der vorgegebenen Spannung -ill!To—
renz an den Eingängen 39und 41. um einen W.;.'v--, Z.
mit einem bestimmten konstanten Wert her ^zubringen,
wenn die beiden Zeilkonstanten T1 unJ T,
im wesentlichen einander gleich sind.
In Fig. 6 ist eine andere Ausf.'ihrungsic!::' <'■'-'
Erfindung wiedergegeben, welche Körnig .>'.: -;:esehwindigkeitsmessungen
sowohl unter katho^^ier
als auch anodischen Bedingungen und entsprechende Ablesungen der Spannungsabweichung Vn \\\\ dei
Probcnelektrode 21 gestattet. Diese Ausl'iilr inform gleicht grundsätzlich derjenigen aus Fig. -'. ermöglicht
jedoch eine größere Vielseitigkeit 'iv' dei
Durchführung der Messungen.
Das in F i g. 6 gezeigte Gerät besitzt wierki-Lur
Klemmer,/). R und T,"die über Leiter 23. 24 unc 26 mit den einzelnen Elektroden des Meßkop·-· Γ
(Fig. 1) verbunden werden können. Ein DiiTeren
tialverstärker 60 besitzt einen ersten (negaihen
Eingang 61, einen zweiten (positiven) Eingang «■
und einen gemeinsamen Ausgang 63. Die Anschluss* 66. 67 und 68 des Verstärken; stehen mit ehie
Stromversorgung (Batterie) bzw. einem gewöhn liehen Abgleichsystem in Verbindung, zu dem eii
Abgleichswiderstand 69 zwischen den Anschlüge; 66 und 67 gehört. Ein mehrpoliger Mehrfachschal
ter 71 mit den Kontaktbahnen A. B. C, D. E. F. (
und H gestattet die rasche Verbindung verschiedene damit zusammenwirkender Schaltkreise mit den
Verstärker 60, je nach dem gewünschten Betriebs zustand. Ein zweiter mehrpoliger Mehrfachschahe
72 steuert zum einen eine Rückkopplung zwische: dem Ausgang 63 und dem Eingang 61 des Verstär
kcrs 60 und erlaubt zum anderen, den Meßbereich
des mit '.lern Verstärker verbundenen Anzeigegerätes
entsprechend den verschiedenen zu messenden KorlOsionsgeschwindigkeitsbfireicheii
einzustellen.
Der erste Eingang fil und der Ausgang 63 des
Verstärkers liegen zusammen mit einer Gleichstromquelle in Ciestalt der Batterien 73 und 74 in einem
Stromkreis, mit dem ein meßbarer Polarisierungsstrom über die Hilfselektrode 18 und die Probeiielcktrode
21 geleitet wird, dessen Größe ausreicht. um die Elektrode 21 in einem bestimmten Maße
zu polarisieren. Dieser Stromkreis wird über den Schalter 71, d. h. dessen Kontaktbahnen A, II, C. F
und G geschlossen. Der von dem Ausgang 63 des Verstärkers ausgehende Strom Hießt über ein Anzeigegerät,
wie über den gezeigten Strommesser 76. in Verbindung mit einem Strombegrenzungswiderstand
77 zur Kontaktbahn A des Schalters 71, wenn dieser eine seiner Positionen 4, 5 und 6 einnimmt,
und von dort über die Klemme A, den Leiter 23. die Hilfselektrode 18, das korrodierende Medium,
die Probenclektrode 21, den Leiter 26 zu der Klemme T und von dort über die Kontaktbahn C
des Schalters 71 in einer der Positionen 2 bis 6 zu der Gleichstromquelle aus den Batterien 73 und 74.
Dem Strommesser 76 ist ein Widerstand 78 und ein Kondensator 79 parallelgeschaltet, womit Wechselstromanteile
aus den Signalen am Ausgang 63 des Verstärkers ausgefiltert werden können.
Fn dem Spannungskreis liegen die Klemme R. der
Leiter 24, die Bezugselektrode 19. die Kontaktbahn B des Schalters 71 und der erste Hingang 61
des Verstärkers 60, weiterhin die Klemme T mit dem Leiter 26 und der Probenclektrode 21. eine Spannungssignalquclle
— allgemein mit 81 bezeichnet — und der zweite Eingang 62 des Verstärkers.
Zu der Spannungssignalquellc 81 gehören eine Quelle für die Abgleichsspannung Kv und eine solche
für die Bezugsspannung VR, sowie eine RC-Schaltung,
die zur Bestimmung der Zeitkonstanten T„ in weitem Umfange eingestellt werden kann, um
sämtlichen möglichen Werten der Zeitkonstanten T1
zu entsprechen, die von dem Widerstand und der Kapazität an der Elektrode 21 abhängt. Die Spannungssignalquclle
weist eine Briickenschaltung aus Widersländen auf, mit der der Verstärker 60 abgeglichen
und für kathodische oder anodischc Messungen der Kornsionsgeschwindigkeit in verschiedenen
Größenbereichen eingestellt werden kann. Eine Batterie 82 in der Briickenschaltung liefert
die erforderliche Ausgangsspannung sowohl für die Bezugsspannung VK als auch die Abgleichsspannung
Vx. Die Batterie 82 steht über die Kontaktbahnen B
und C in Position 3 des Schalters 71 mit den Eingängen 61 und 62 des Verstärkers in Verbindung.
Zwei feste Widerstände 83 und 84 in Serienschaltung mit einem veränderlichen Widerstand 86 bilden
zusammen mit festen Widerständen 83' und 84' eine Brücke. Nimmt der Schalter 71 seine Position 3
(Abgleich) ein, so wird die Spannungssignalquelle 81 mit den Kontaktbahnen D und E überbrückt,
so daß am Eingang 62 des Verstärkers nur die Abgleichsspannung Vs erscheint. Durch Einstellung des
Widerstandes 36 kann das Spannungssignalniveau an den Eingängen 61 und 62 des Verstärkers in
bezug auf die freie Korrosionsspannung V0 der Probenelektrode 21 eingestellt werden, bis die Beziehung
gilt Vn = Fv -r VR. Die Ausgangsspan-
nuiig am Verstärker wird mittels des Widerstandes
86 beim Abgleichen so eingestellt, daß der Strommesser 76 praktisch den Wert Null angibt. Das bedeutet,
daß an den Vcrstärkercingängen 61 und 62 im wesentlichen keine Differenzspannung auftreten
darf. Zwischen die Klemmen /I und T ist ein Widerstand 69 geschaltet, um PotentialdifTcrcnzen auf
Grund der Hilfselektrode 18 während des Abgleiche
Vorganges auszuschließen.
Die freie Korrosioiisspannung oder Potentialvcrschiebung
an der Probenclektrode 21. Kn kann dadurch
ermittelt werden, daß der .Schaller Ti nach
erfolgtem Abgleich in die Position 2 gebracht wird. In dieser liegt der Eingang 61 des Verstärkers in
dem Stromkreis. Der an der Probenelektrode 21 auftretende Widerstand wird durch den Widerstand 68
überbrückt. Der an den Widerständen 83 und 84 nach der Einstellung des Widerstandes 86 auftretende
Spannungsabfall hat in einem Abglcichswiderstand 87 einen proportionalen Stromfluß zur Folge,
über den der Eingang 61 ein die beiden Eingänge aus dem Gleichgewicht bringendes Spannungssignal
erhält. Auf dieses letztere antwortet der Verstärker 60 durch Erzeugung eines Ausgangsstromes, welcher
für die freie Korrosionsspannung Kn dei Probenelektrode
bezeichnend ist und an dem Strommesser 76 abgelesen werden kann. Bei geeigneter Wahl des
Widerstandes 87 kann der Strommesser 71 unmittelbar die Spannung K0 in Millivolt angeben.
In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den
Korrosionsgeschwindigkeitsmesser mit anderen Spannungssignalen an seinem Eingang zu betreiben, als
denen, welche beim Abgleich auftreten. Beispielsweise kann der Verstärker 60 mit einem bestimmien
Differenzsignal (abweichend von Null) arbeiten, so daß Korrosionsgeschwindigkeitsmessungen erfolgen
können, ausgehend von einem bestimmien Anfangs-Polarisierungspotential
an der Probenelektrode 21. Zu diesem Zweck wird der Schalter 71 in die Position
5 gebracht, 'n welcher die einzelnen über die Klemmen /), R und T mit dem Eingang und dem
Ausgang des Verstärkers verbundenen Elektroden miteinander verbunden werden. Gleichzeitig wird
die Spannungssignalquelle 81 in den Kontaktbahnen D und E überbrückt. Dann wrd der Widerstand
86 so eingestellt, daß der Strommesser 76 (in Millivolt) die gewünschte Differenzspannung zwischen
den Eingängen 61 und 62 des Verstärkers angibt. Wird nun der Schalter 71 in die Position 4
oder 6 gebracht, so ergeben sich bei den ansc1 :.eßenden
Messungen Spannungsdilferenzsignalc auf Grund der Beziehung Kn ± VK - I\ - V1.. wobei
VK die gewünschte DifTerenzspannung darstellt, mit
v.elcher die Verstärkereingänge 61 und 62 aus dem Gleichgewicht gebracht werden. Auf diese Weise
können Korrosionsgeschwindigkcitsmessungen erfolgen, wobei die Probenclektrode 21 dem Einfluß
einer zusätzlichen Polarisierungsspannung ± VK zn
der freien Korosionsspannung Vn unterliegt. Damit
können verschiedenartige Ausgangslagen der Polarisierungsspannung erfaßt werden, und der Anwendungsbereich
des erfindungsgemäßen Korrosionsgeschwindigkeitsmessers bei elektrochemischen Untersuchungen
erweitert sich.
Nachdem die Schaltung entweder in der Position 3 abgeglichen oder in der Position 5 eingestelt worden
ist. kann die Korrosionsgeschwindigkeit an der Probenelektrode 21 kathodisch oder anodisch er-
mittelt werden. Dazu wird der Schalter in die Position 4 bzw. 6 gebracht. Die Spannungssignalquelle
81 tritt wieder in Funktion, da die Kurzschlüsse in den Kontaktbahnen D und E aus den Positionen 2,3
und 5 entfallen.
Die Spanriungssignalquelle 81 enthält Widerstände zur Bestimmung der Zeitkonstanten in Gestalt der
Gleichgewichtswiderstände 91 und 92, eines festen Bereichswiderstandes 93 und eines veränderlichen
Widerstandes 94, in Verbindung mit einer Kapazitätsbrücke aus den Kondensatoren 96 und 97 an
der Batterie 82. Die Verbindungsstelle dieser Kondensatoren steht mit dem Abgriff des Widerstandes
94 in Verbindung. In den Positionen 2 bis 6 des Schalters 71 liegen die beiden Kondensatoren 96
und 97 über die Kontaktbahn C parallel zu den Widerständen 83' und 84'.
Befindet sich der Schalter 71 in der Position 4. so gerät die Brücke aus dem Gleichgewicht durch
den Widerstand, der zu dem veränderlichen Widerstand 93 und dem Gleichgewichtswiderstand 91 hinzutritt.
Infolgedessen fließt in den beiden Brückenzweigen ein Strom aus der Batterie 82. der an den
Kondensatoren 96 und 97 und den Widerständen 83' und 84'. die die RC-Schaltungen bilden, ein Spannungssi;
nal hervorruft. Dieses Spannungssignal gelangt zum Eingang 62 des Verstärkers. Die Signal- ,
spannung ändert sich mit der an dem Widerstand 94 einstellbaren Zeitkonstanten 7"., exponentiell von
einem ersten zu einem zweiten Wert. Auch ändert sie sich in ihrer Polarität, so daß der den Verstärkerausgang
63 verlassende Strom an der Elektrode 21 eine kathodische Veränderung der Polarisicrungsspannung
hervorbriiigt. Die damit ermittelte Korrosionsgeschwindigkeit
kann »kathodische Korrosionsgeschwindigkeit« genannt werden.
Nimmt der Schalter 71 seine Position 6 ein, so gerät die Brücke aus dem Gleichgewicht durch den
Widerstand, der zwischen dem Widerstand 94 und dem Gleichgewichtswiderstand 91 hinzutritt. Infolgedessen
wird in der Brücke durch den aus der Batterie 82 über die Kondensatoren 96 und 97 sowie
die Widerstände 83' und 84' fließenden Strom ein Spannungssignal erzeugt, das wiederum an den Verstärkereingang
62 gelangt. Auch dieses Signal ändert sich exponentiell mit der am Widerstand 94 einstellbaren
Zeitkonstanten T., von einem ersten zu einem zweiten Wert, wobei sich allerdings seine
Polarität so ändert, daß der am Verstärkerausgang 63 erscheinende Strom eine anodischc Änderung
der Polarisierungsspannung an der Elektrode 21 hervorruft. Eine in diesem Falle ermittelte Korrosionsgeschwindigkeit kann als »anodische Korrosionsgeschwindigkeit« bezeichnet werden.
Die Werte der einzelnen Widerstände der Spannungssignalquclle
81 werden so gewählt, daß die Signaispannungsandcrung zwischen dem ersten und
dem zweiten Wert zu einer gewünschten Änderung der Polarisierungsspannung an der Elektrode 21
führt. Beispielsweise kann die Spannungsändcrung im Verhältnis zu der Bezugselektrode 19 etwa 5 bis
25 Millivolt, vorzugsweise aber etwa 10 Millivolt, betragen.
Der Schalter 72 schafft die Möglichkeit, daß in jedem einer Anzahl verschiedener Meßbereiche für
die Korrosionsgeschwindigkeit jeweils die gesamte Skala des Strommessers ausgenutzt werden kann.
Zu diesem Zweck kann in der Kontaktbahn A in den Positionen 2 bis 9 eine Anzahl verschiedener Widerstände
zu dem Strommesser 76 parallel geschaltet werden, wenn der Schalter 71 (Kontaktbahn H) eine
seiner Stellungen 4, 5 und 6 einnimmt, um Messungen auf kathodischem Wege, im abgeglichenen Zustand
und auf anodischem Wege durchzuführen.
Mit der Kontaktbahn B des Schalten 72 werden verschiedene Widerstände über die Kontaktbahnen D
und E des Schalters 71 mit der Spannungssignalquelle 81 verbunden. In Position 1 (Kontaktbahn B)
ermöglicht es der Schalter 72, daß die an den Widerständen 83' und 84' auftretende Abgleichsspannung
Fy dem Eingang 62 des Verstärkers 60 zugeführt werden kann. In den Stellungen 2 bis S wird
durch die Kontaktbahn B des Schalters 72 der Widerstand 96' parallel zu einem der Widers*ände 83'
und 84' aeleyt. Mit diesem zusätzlichen Widerstand erhöht sich die am Verstärkereingang auftretende
Abaleichsspannung Vx für außerordentlich grni.'.e
Korrosionsgeschwindigkeiten. In der Position 9 des
Schalter*- 72 (Kontakibahn B) kommt in gleicher Weise der Widerstand 97' bei außerordentlich großen
Korrosionsgeschwindigkeiten zum Einsatz. ·.()
daß der Verstärker 60 genügend Abgleichsspannuui
I"., erhält. Es ist zu beachten, daß mit zunehmender Korrosionsceschwinuigkeit die freie Korrosionsspannung
F., an der Probenelektrode 21 in gleichem Maße rasch anwächst, womit sich die Abgleichsspannung
Vx nach der Formel Vx = Kn — V1, erhöht.
Daher stellt der Schalter 72 mit seiner Kontaktbahn B ein Mittel dar. um die Größe der an den
Verstärker 60 zu liefernden Abgleichsspannung Vx
entsprechend Änderungen der Polarisierungsspannung V0 variieren zu können.
Bei einer sehr geringen Korrosionsgeschwindigkeit ist das über die Kontaktbahn A des Schalters 72
fließende Rückkopplungssignal an dem Verstärker 60 sehr klein, um einen großen Verstärkungsgrad,
beispielsweise von 50 000. zu erhalten. In der Position 1 tritt an dem Verstärker lediglich ein dem
Stromkreis mit dem Strommesser 76 und der Impedanz eines Kondensators 85 entstammendes Rückkopplungssignal
auf, der Frequenzabweichungen der Rückkopplungssignale begrenzt. Mit seiner Kontaktbahn
A schaltet "der Schalter 72 in seinen Positionen
2 bis 9 stufenweise kleinere Widerstände in ilen
Rückkopplungskrcis des Verstärkers 60 ein. Bei der Messung außerordentlich großer Korrosionsgeschwindigkeiten,
für welche die Position 8 oder 9 gewählt wird, tritt nur noch ein kleiner Widerstand
98 "uf, um cm verhältnismäßig großes Rückkopplungssignal
zum Eingang des Verstärkers 60 gelangen zu lassen und den Verstärkungsfaktor klein zu
halten.
Der in F i g. 6 gezeigte Korrosionsgeschwindigkeitsmesser kann leicht von solchen Personen betrieben
werden, die normalerweise mit routinemäßigen Korrosionsgeschwindigkeitsmessungen in Raffinerien,
chemischen Werken u. dgl. betraut sind. Zu Beginn der Arbeit nimmt der Schalter 71 seine Position
1, die Ausstellung, und der Schalter 72 die Position 9 ein. Darauf wird der Schalter 71 in die
Position 3 geführt und der veränderliche Widerstand 86 so lange verstellt, bis der Strommesser 76 Null
oder einen Minimalwert anzeigt, was bedeutet, daß der Strom am Ausgang 63 des Verstärkers 60 Null
ist. Gleichzeitig ist auch die Differenz zwischen den beiden Spannimgssignalen an den Eingängen 61 und
62 des Verstärkers 60 praktisch Null. Nun wird der
Schalter 71 m die Position 4 gebracht, um eine kathodische K-orrosionsgeschwindigkeitsmessung durchzuführen.
Gleichzeitig wird der Schalter 72 in eine der Pos.tionen 1 bis 9 geführt, welcher der Strommesser
76 angibt, daß die Korrosionsgeschwindigkeit aufrechterhalten bleibt. Dabei gibt der Strommesser
76 einen Strom an, der bei Null oder einem Minimalwert beginnt und auf einen Endwert ansteigt Aus
F. g. 3 geht hervor, daß, wenn der Strom nach der
Kurve α zunächst über den endgültigen Wert hinauswachst,
der Abgriff des Widerstandes 94 (nach Fig. 6) zu weit nach rechts verschoben ist Wenn
sich der Strom hingegen nach der Kurve b nur schleppend seinem Endwert nähert, ist der Aber ff
des Widerstandes 94 zu weit nach links verschoben Die Bedienungsperson kann also den Schalter 71
mehrfach zwischen den Positionen 3 und 4 hin- und herführen, um gleichzeitig den Widerstand 94 einzustellen
und den entsprechenden Strom an dem Stror"- ao messer 76 zu verfolgen. Ist der Widerstand 94
ichlicMich so eingestellt, daß die Zeitkonstante 7.,.
mit der sich das Spannungssignal (aus der Span-
uungssignalquelle 81) exponentiell ändert, der Zeitkonstante
T1 der Probenelektrode 21 entspricht, so zeigt der Strommesser 76 einen Stromverlauf gemäß
der Kurve r in F i g. 5 mit der erwähnten Rechteckwellencharakteristik.
Dies erlaubt es der Bedienungsperson, sogleich den für die betreffende kathodische
Korrosionsgeschwindigkeit bezeichnenden Strom abzulesen.
Danach kann der Schalter 71 in die Position 6 geführt werden, um eine anodische Korrosionsgeschwindigkeitsmessung
zu ermöglichen. Die Schaltelemente der Spannungssignalquelle 81 sind hinreichend stabil, um abwechselnd kathodische und
anodische Messungen durchführen zu können. Wenn der Strommesser 76 jedoch keinen Strom mehr am
Ausgang 63 des Verstärkers anzeigt, welcher der Rechteckwellencharakteristik der Kurve c in Fig.5
entspricht, kann der Widerstand 94 nachgestellt werden, bis der gewünschte Stromverlauf wieder erreicht
wird. Unterdessen tritt am Eingang 62 des Verstärkers ein Spannungssignal aus der Spannungssignalquelle
81 auf, das sich exponentiell mit dor Zeitkonstante T1 der Probenelektrode 21 ändert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Me-
dien, bestehend aus einem Meßkopf mit einer Proben-, einer Hilfs- und einer Bezugselektrode,
von welchen die Probenelektrode und die Hilfselektrode in einem Stromkreis liegen, welcher
neben einem der Anzeige der Korrosionsgeschwindigkeit dienenden Meßinstrument einen der Einstellung
des in demselben fließenden Stromes dienenden Differenzverstärker aufweist, dessen einem
Eingang die zwischen der Bezugselektrode und der Probenelektrode auftretende Polaritätsspannung
als Istwert zugeführt ist, während dem anderen Eingang ein zeitlich veränderliches Spannungssignal
als Sollwert zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert ein sich
mit einer e-runktion änderndes Spannungssignal ao ist, dessen Zeitkonstante in etwa gleich derjenigen
der Polaritätsspannung ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Sollwert entsprechende
Spannungssignal mit Hilfe eines Kornpensationskreises
gebildet ist, welcher ein einstellbares RC-Glied (C, R.,) und eine Spannungsquelle (43) enthält.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichni··,
daß zusätzlich ein doppelpoliger Umschalter (44) vorgesehen ist. welcher in der einen Schaltstellung einersei-^ durch Trennen des
Stromkreises jedoch unter Verwendung eines hochohmigen Spannungsmesser (46) einen Abgleich
des Differenzverstärkers (36) ermöglicht, andererseits durch Verbinden des Kondensators
(C2) des RC-Gliedes (R.,, C.,) mit der Spannungsquelle (43) eine Aufladung des Kondensators (C.,)
bewirkt, während in der anderen Schaltstellung einerseits durch Schließen des Stromkreises ein
Stromfluß durch die Probenelektrode (21) und die Hilfselektrode (18) zustande kommt, andererseits
an Stelle der Spannungsquelle (43) der Widerstand (R2) des RC-Gliedes (R2, C2) mit
dem Kondensator (C.,) in Verbindung gebracht ist.
4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskreis
weiterhin eine einstellbare Spannungsquelle (48) aufweist, welche eine Verstärker-Abgleichsspannung
Vn abgibt.
5. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Differenzverstärker (60) als Sollwert wahlweise positive und negative exponentiell veränderliche
Spannungssignale zuführbar sind, demzufolge sowohl kathodische als auch anodische Polarisationen
der Probenelektrode (21) mit entsprechenden positiven bzw, negativen exponentiell veränderlichen
Polarisationsspannungen auswertbar sind.
60
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US84973469A | 1969-08-13 | 1969-08-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2033619A1 DE2033619A1 (de) | 1971-11-11 |
DE2033619B2 true DE2033619B2 (de) | 1974-08-01 |
DE2033619C3 DE2033619C3 (de) | 1975-03-27 |
Family
ID=25306390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2033619A Expired DE2033619C3 (de) | 1969-08-13 | 1970-07-07 | Meßgerät zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindikeit von Metallen und korrosiven Medien |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3616417A (de) |
JP (1) | JPS4939038B1 (de) |
CA (1) | CA920664A (de) |
DE (1) | DE2033619C3 (de) |
FR (1) | FR2055050A5 (de) |
GB (1) | GB1313351A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3047782A1 (de) * | 1980-12-18 | 1982-07-08 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Schaltungsanordnung zur korrektur der sensorausgangsgroesse |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3711770A (en) * | 1971-07-19 | 1973-01-16 | Petrolite Corp | Resistance-capacitance meter |
US3766042A (en) * | 1972-10-06 | 1973-10-16 | Petrolite Corp | Corrosion ratemeter |
US4130464A (en) * | 1976-05-18 | 1978-12-19 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Method of evaluating the corrosion rates of metals |
US4667150A (en) * | 1982-07-23 | 1987-05-19 | Petrolite Corporation | Multielectrode probe and circuitry and process pertaining thereto |
DE3819900A1 (de) * | 1988-06-11 | 1989-12-14 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur bestimmung der korrosionsstabilitaet von tiefziehfaehigen eisenblechen fuer karosserieteile von kraftfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
IT215064Z2 (it) * | 1988-10-14 | 1990-07-30 | Il Gas S P A Soc It | Apparecchiatura per il controllo dell isolamento e o la protezione catodica di tubazioni metalliche interrate |
US5577083A (en) * | 1994-05-09 | 1996-11-19 | General Electric Company | Method and apparatus for electro-protection of piping systems and reactor-internals from stress corrosion cracking |
EP3075883B1 (de) * | 2015-03-31 | 2023-09-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Verfahren zur korrosionshemmung |
EP3743707A1 (de) * | 2018-01-23 | 2020-12-02 | Tyco Fire Products LP | Vorrichtung und verfahren zur überwachung von korrosion in einem rohr eines feuersprinklersystems |
-
1969
- 1969-08-13 US US849734A patent/US3616417A/en not_active Expired - Lifetime
-
1970
- 1970-06-15 CA CA085533A patent/CA920664A/en not_active Expired
- 1970-06-17 GB GB2948170A patent/GB1313351A/en not_active Expired
- 1970-07-07 DE DE2033619A patent/DE2033619C3/de not_active Expired
- 1970-07-10 JP JP45060017A patent/JPS4939038B1/ja active Pending
- 1970-07-10 FR FR7025817A patent/FR2055050A5/fr not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3047782A1 (de) * | 1980-12-18 | 1982-07-08 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Schaltungsanordnung zur korrektur der sensorausgangsgroesse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3616417A (en) | 1971-10-26 |
FR2055050A5 (de) | 1971-05-07 |
JPS4939038B1 (de) | 1974-10-22 |
GB1313351A (en) | 1973-04-11 |
CA920664A (en) | 1973-02-06 |
DE2033619A1 (de) | 1971-11-11 |
DE2033619C3 (de) | 1975-03-27 |
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