[科普中国]-电阻探针测定

腐蚀性介质中，作为测量元件的金属丝被腐蚀后，金属丝长度不变、直径减小，电阻增大，通过测试电阻的变化来换算出金属丝的腐蚀减薄量。当所用金属丝的材质与所测量设备的材质相同时，就可用金属丝的腐蚀率近似地代表设备的腐蚀率。电阻探针测定技术是基于上述原理进行测试的。电阻探针测定方法的建立，能及时显示设备管道的腐蚀情况，及时发现腐蚀异常情况，避免设备腐蚀引起的安全生产情况，是有效的腐蚀检测手段。

电阻探针的工作原理电阻探针测量腐蚀速率是利用了在任意时刻，在电阻探针丝在长度不变的前提下，截面积与电阻的线形关系得出金属腐蚀速率的。同时，为消除温度引起的测量误差，在测量结构上增加了温度补偿元件。

如右图，长度一定的金属材料在腐蚀减薄后其截面积减少，电阻值增大，只要知其电阻的变化值，即可算出其减薄量。对于丝状探针，其腐蚀减薄量的计算公式如下：

对于丝状试片：；

由上式推导出腐蚀深度为：；式中：——丝状试片原始半径；——复试前电阻值；——腐蚀后电阻值。

腐蚀率计算公式：；式中：——两次测量时间间隔；——两次测量值的差值。1

电阻探针测定系统电阻探针腐蚀监测系统是由腐蚀电阻探针、紧固件、腐蚀数据采集器、连接电缆、数据转换器、计算机和在线监测软件系统组成，如右图。

耐高温电阻探针高温电阻探针探头如右图所示，由保护帽、测量元件、探头杆、信号接口组成。

由于金属材料电阻率随温度变化，为避免因介质温度变化引起的测量误差，在探头杆内置入温度补偿元件，并与测量元件串连在电路中，温度的影响可完全消除。保护帽套在探针的外面，以减缓介质高速流动对探针测量元件的冲击。卡槽用于安装和拆卸探头时与拆装装置连接与固定。研制高温电阻探针的关键是探针的密封及内部引线绝缘。采用玻璃陶瓷作密封材料，在1000℃以上高温烧结，采用瓷套管对探头杆内引线绝缘，连接部位全部采用激光焊接。将密封过的探针安装在自制的模拟工况装置中，其条件为450℃、2.0MPa、含硫柴油，经过72小时，未发现泄漏现象。探针的密封及耐高温性能均能满足设计要求。

此外，为提高耐压性能，探针密封填料部位设计成螺旋式内套底座。测量元件制成细丝状，与片状相比其优点：一是寿命长，二是丝状测量元件表面较均匀，不会像片状测量元件易产生边缘效应。从使用和安装角度，探针分带压可拆卸和法兰两种形式。一般来说，前者适用于管道压力小于2.0MPa以下环境，后者适用于管道压力大于2.0MPa的环境。2

监测仪（1）微弱信号的远距离采集、放大和数字量转换：运行在300℃以上的石油化工设备因腐蚀原因有着潜在的危险，现场测试应该远离危险区。以往人们曾了解的电阻探针测试仪（包括早期进口的ER8000和国内研制的），它与探针之间的引线很短，只有1~2m。为避免在高温区操作，RPM-1511仪器的设计采用测量元件和温度补偿元件独立差动放大和滤波降噪技术，使测量引线达50m以上，也使一台仪器对多探针测量成为可能。采集到原始信号并放大后进行模数转换，并由单片机完成运算、显示和存贮。

（2）数字信号的长距离传输，计算机软件系统设计：要进行实时在线测量监测仪必须同时具有信号自动采集和向监控室传输功能。计算机均配有RS-232标准通讯接口，但它的传输距离只有15m，对于工业现场来说不能满足要求。

为了延长传输距离，在现场监测仪和监控室计算机的RS-232之间接入RS-485接口模块，监测仪内也设计相应电路MAX487，使原来信号以电位形式传输变成电流环形式传输，传输距离达到1200m，适应了现场需要，如右图。计算机软件系统设计也是在线式测量所需要的，采用Visual Basic软件平台编写腐蚀在线监测系统的监控程序，实现了界面清晰、操作简便、数据管理规范等要求。

电阻探针测定的应用前景电阻探针测定可以跟踪金属表面在真实环境中的腐蚀行为、掌握腐蚀速率和腐蚀状况，从而适时地采取相应的工艺防腐蚀措施，及时采取措施控制腐蚀速率在合乎要求的范围内。电阻探针测定方法的建立，可以及时显示设备管道的腐蚀情况，快速发现腐蚀异常情况，避免设备腐蚀引起的安全生产情况，是有效的腐蚀检测手段。电阻探针测定数据处理软件设计简单、实用，有效地实用探针数据的管理，提高了数据处理的效率，方便对腐蚀数据进行查询。

电阻探针测定系统研制及应用，丰富了腐蚀监测手段，填补了国内空白，为设备的安全运行提供了有利的技术支持。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所