專利名稱：測(cè)量腐蝕速度的腐蝕探頭和方法
這是我在1985年6月3日提交的序列號(hào)為740，497的共同未決專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)。1985年6月3日提交的序列號(hào)為740，497的共同未決專利申請(qǐng)是1984年8月31日提交的序列號(hào)為646，236的我的共同未決專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)。
本發(fā)明涉及腐蝕速度測(cè)量方法的改進(jìn)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的腐蝕探頭和在腐蝕性液體介質(zhì)中快速測(cè)量金屬或其類似物的腐蝕速度的方法。
在開采原油時(shí)，原油中常包含有腐蝕性成分，如含有溶解的CO2或H2S的鹽水。天然存在的或用作“氣升”(“gas lift”)來(lái)幫助原油開采的二氧化碳就是一種腐蝕性成分，它進(jìn)一步增加了原油的腐蝕性。腐蝕將破壞生產(chǎn)管道，從而導(dǎo)致生產(chǎn)損失和油井昂貴的返工。
并非所有腐蝕性鹽水液體介質(zhì)，如鹽水/原油/氣體混合物，對(duì)金屬都產(chǎn)生同樣的腐蝕速度。某些腐蝕性液體介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕速度比其他腐蝕性液體要快。用緩蝕劑處理腐蝕性液體介質(zhì)，比如某些鹽水/原油/氣體混合物，比較理想而且價(jià)格可行，這些腐蝕性液體若不處理，其腐蝕性相當(dāng)顯著，若對(duì)這種處理進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，其腐蝕性將可忽略不計(jì)。只有把壓力、溫度和可能是腐蝕的氣體和流體組分結(jié)合起來(lái)才可能預(yù)測(cè)哪些金屬和緩蝕劑體系的腐蝕將趨于最小?？煽康念A(yù)測(cè)和伴隨的材料選擇，只有當(dāng)快速的、精確的和可靠的腐蝕速度測(cè)量，是在與油田的情況相同或非常接近的可控環(huán)境和化學(xué)條件下進(jìn)行時(shí)才是可能的。所以，如果沒(méi)有必要，腐蝕速度的測(cè)量最好直接在腐蝕性液體介質(zhì)中進(jìn)行，以便獲得關(guān)于哪些金屬合金和緩蝕劑可以防止腐蝕或使腐蝕保持最小的可靠預(yù)測(cè)。
電化學(xué)極化測(cè)量法廣泛用來(lái)測(cè)量金屬在鹽水中的腐蝕速度。這種方法迅速而精確，所以是監(jiān)測(cè)腐蝕性的最好方法。但是，油/鹽水混合物的電阻比鹽水本身大很多數(shù)量級(jí)，這引起IR電壓校正值(電流×極間電阻)比腐蝕過(guò)程中的電壓大很多倍(例如，10伏對(duì)0.01伏)。這導(dǎo)致數(shù)據(jù)很大的分散和誤差，從而限制了電化學(xué)極化法在測(cè)量油/鹽水混合物的腐蝕性中的應(yīng)用。
Marsh等人的美國(guó)專利(專利號(hào)3，331，021)涉及測(cè)量試樣暴露在腐蝕性電解質(zhì)中的瞬時(shí)腐蝕速度的方法和儀器。Nestor在美國(guó)專利3，337，440號(hào)中講述了新穎的和改進(jìn)的儀器，它可用來(lái)研究金屬物質(zhì)的腐蝕特性和/或在不溶于水的非導(dǎo)電介質(zhì)中緩蝕劑的效率。Chittum等人在美國(guó)專利3，361，660號(hào)中提供了一種測(cè)量鹽水貯罐的內(nèi)表面電化學(xué)位的儀器。該儀器包括一種管狀部件，它可通過(guò)出入孔插入，為此目的可安裝，例如閘閥，或一種已經(jīng)通用的部件，以使其與罐中的鹽水溶液電解接觸。Marsh在美國(guó)專利3，436，320號(hào)中公開了在氧化還原溶液中測(cè)定氧化還原電流和腐蝕電流的方法和儀器。電極包括被試驗(yàn)的可腐蝕的金屬電極和參比電極。在測(cè)量電流時(shí)同樣的直流電壓被加到惰性電極和參比電極。Kilpatrick的美國(guó)專利3，406，101號(hào)涉及金屬的極化特性和金屬的腐蝕速度的相關(guān)關(guān)系，以及涉及一種小型和簡(jiǎn)單儀器的設(shè)計(jì)，它可以容易和迅速的用極化測(cè)量法測(cè)定金屬在電解溶液中的腐蝕速度。Annand在美國(guó)專利號(hào)3，486，996中公開了一種用極化測(cè)量法測(cè)定金屬結(jié)構(gòu)材料在腐蝕性電解質(zhì)中腐蝕速度的腐蝕試驗(yàn)探頭組件。Wilson在美國(guó)專利3，518，530號(hào)中講述了金屬極化特性的獲得和應(yīng)用，如當(dāng)安裝在地下結(jié)構(gòu)中時(shí)，既可直接地也可與結(jié)構(gòu)的其它電性質(zhì)相配合測(cè)定結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和/或結(jié)構(gòu)的流體含量。Seyl在美國(guó)專利3，607，673號(hào)中公開了當(dāng)在電極間加上一個(gè)小的dc(直流)電壓來(lái)測(cè)量電極的腐蝕速度時(shí)的電極間IR降的校正系統(tǒng)。Wilson的美國(guó)專利4，040，931號(hào)是關(guān)于用來(lái)測(cè)量和試驗(yàn)腐蝕過(guò)程的儀器和電化學(xué)技術(shù)。
上述的現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有講述或提出本發(fā)明測(cè)量金屬在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的特殊腐蝕探頭、儀器或方法。
本發(fā)明的目的是提供一種腐蝕探頭，以快速和精確的測(cè)量腐蝕性液體介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的方法，這種方法比通用的失重法臁 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種腐蝕探頭，它可以直接插入腐蝕性液體介質(zhì)中，以便就地獲得腐蝕性液體介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕性的電化學(xué)測(cè)量。
由本發(fā)明的下列敘述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚地看出本發(fā)明的其它目的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，上述目的可以實(shí)現(xiàn)。概括地說(shuō)，本發(fā)明包括一種腐蝕探頭裝置，它用來(lái)測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度。腐蝕探頭至少有一個(gè)第一電極、一個(gè)第二電極和一個(gè)第三電極。在第一和第二電極之間、第二和第三電極之間置有電介質(zhì)。電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面。
本發(fā)明還包括一種測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的儀器，它包括組合在一起的至少一個(gè)第一導(dǎo)線與其相連的至少一個(gè)第一電極、至少一個(gè)第二導(dǎo)線與其相連的至少一個(gè)第二電極和至少一個(gè)第三導(dǎo)線與其相連的至少一個(gè)第三電極。電介質(zhì)置于第一和第二電極之間及第二和第三電極之間。電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面。至少一個(gè)用來(lái)傳輸電流的裝置與至少一個(gè)第一、至少一個(gè)第二和至少一個(gè)第三導(dǎo)線連接，以傳輸電流通過(guò)各第一電極，經(jīng)過(guò)各個(gè)第一電極和各第三電極之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面，并通過(guò)各第三電極回到傳輸電流的裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，傳輸電流的裝置用至少一個(gè)施加電位差的裝置代替，它傳輸電位差通過(guò)各第一電極，經(jīng)過(guò)各第一電極和第二電極之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面，并通過(guò)各第二電極回到施加電位差的裝置。儀器還包括至少一個(gè)測(cè)量各第一電極和各第二電極之間的電位差的裝置和/或至少一個(gè)測(cè)量通過(guò)第一電極和第三電極的電流的裝置。
此外，本發(fā)明還包括測(cè)量金屬或其類似物等在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的方法。這個(gè)方法包括把腐蝕探頭連接到輸送電流或施加電位差的裝置上。第一和第二電極間的歐姆電阻是已知的。第二電極和通常微觀接近它的周圍腐蝕性液體區(qū)域之間的電動(dòng)勢(shì)也是已知的，即使未知，在腐蝕速度測(cè)定期間它也是恒定值，因?yàn)楸仨殰y(cè)定的只是在第一電極和第三電極間傳輸電流的附加emf(超電壓)。腐蝕探頭插入腐蝕性液體介質(zhì)中，或者將預(yù)定的已知電流輸送通過(guò)第一電極和第三電極，并通過(guò)第三電極返回輸送電流的裝置;或者將預(yù)定的已知電位差經(jīng)第一電極和第一電極與第二電極間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面進(jìn)行傳輸，并通過(guò)第二電極回到施加電位差的裝置。如果將預(yù)定的已知電流作為信號(hào)時(shí)，則測(cè)定第一電極和第二電極間與此信號(hào)同時(shí)發(fā)生的電動(dòng)勢(shì)。如果將預(yù)定的已知電位差作為信號(hào)時(shí)，則測(cè)定與此信號(hào)同時(shí)發(fā)生的電流，此電流是通過(guò)第一電極，經(jīng)過(guò)第一電極和第三電極間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面，并通過(guò)第三電極回到施加電位差的裝置。根據(jù)預(yù)定的已知電流或測(cè)量的電流，以及在第一和第二電極之間的預(yù)知的歐姆電阻，可以計(jì)算通常微觀接近第一電極的腐蝕性液體區(qū)域和微觀接近第二電極的腐蝕性液體區(qū)域之間的電動(dòng)勢(shì)。第一電極和微觀接近它的腐蝕性液體之間的電動(dòng)勢(shì)是由測(cè)定的電動(dòng)勢(shì)、或第二電極與通常微觀接近它的周圍流體之間的預(yù)定的電位差、預(yù)定的已知電動(dòng)勢(shì)和根據(jù)預(yù)定的已知電流或測(cè)量電流，以及第一電極與第二電極之間預(yù)知的歐姆電阻計(jì)算而得的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行減法運(yùn)算而確定的。第一電極上的腐蝕電流可從預(yù)定的已知電流或測(cè)量的電流，以及從第一電極與微觀接近它的周圍腐蝕性液體介質(zhì)間的所測(cè)定的電動(dòng)勢(shì)計(jì)算得到。腐蝕電流可以轉(zhuǎn)化為腐蝕速度。
在腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施方案中，該腐蝕探頭具有一個(gè)第一電極、一個(gè)第二電極和一個(gè)第三電極。電介質(zhì)置于第一電極與第二電極之間，以及第二電極與第三電極之間。置于第一電極與第二電極之間的電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面。在該腐蝕探頭的這個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施例中，該腐蝕探頭具有一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，兩電極間具有電介質(zhì)，該電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面。
本發(fā)明還包括用來(lái)測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的儀器的另一個(gè)實(shí)施方案，此儀器包括組合在一起的連接有第一導(dǎo)線的第一電極、連接有第二導(dǎo)線的第二電極和連接有第三導(dǎo)線的第三電極。電介質(zhì)置于第一和第二電極之間及置于第二和第三電極之間。置于第一和第二電極間的電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面。恒電位器連接到第一、第二和第三導(dǎo)線上，以傳送電流通過(guò)第一電極、腐蝕性液體介質(zhì)和第三電極，回到恒電位器。這個(gè)用來(lái)測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中腐蝕速度的儀器的實(shí)施方案的另一實(shí)施例，包括組合在一起的連接有第一導(dǎo)線的第一電極、連接有第二導(dǎo)線的第二電極，電介質(zhì)置于第一和第二電極之間并具有離子導(dǎo)電表面。電流導(dǎo)線由第三導(dǎo)線構(gòu)成。恒電位器與第一、第二和第三導(dǎo)線連接以傳送電流通過(guò)第一電極、腐蝕性液體介質(zhì)和電流導(dǎo)線回到恒電位器。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，恒電位器傳送或施加電位差通過(guò)第一電極、經(jīng)第一電極和第二電極之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面，并通過(guò)第二電極回到恒電位器。儀器也包括至少一個(gè)裝置用來(lái)測(cè)量第一電極和第二電極之間的電位差和/或至少一個(gè)裝置用來(lái)測(cè)量和確定傳導(dǎo)通過(guò)第一電極和第三電極的電流。至少包括一個(gè)用來(lái)向恒電位器發(fā)出信號(hào)的裝置，電位差和/或電流信號(hào)同樣由此裝置傳送。
此外本發(fā)明還包括用來(lái)測(cè)量金屬或其類似物，在腐蝕性液體介質(zhì)中的的腐蝕速度的方法的另一實(shí)施方案。這個(gè)方法包括把腐蝕探頭連接到恒電位器上。第二電極和通常微觀接近的周圍腐蝕性液體區(qū)域之間的電動(dòng)勢(shì)是已知的。腐蝕探頭插入腐蝕性液體介質(zhì)中?；蛘呤且灶A(yù)定的已知電流向恒電位器發(fā)出信號(hào)，它傳送此電流通過(guò)第一電極、腐蝕性液體介質(zhì)和通過(guò)第三電極或電流導(dǎo)線回到恒電位器;或者以預(yù)定的已知電位差向恒電位器發(fā)出信號(hào)，恒電位器傳送和/或施加此電位差由第一電極，經(jīng)過(guò)第一電極和第二電極之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面和通過(guò)第二電極回到恒電位器。如果以預(yù)定的已知電流發(fā)出信號(hào)，則測(cè)定與此信號(hào)同時(shí)在第一和第二電極之間發(fā)生的電動(dòng)勢(shì)。如果以預(yù)定的已知電位差發(fā)出信號(hào)，則測(cè)定與此信號(hào)同時(shí)發(fā)生的電流，此電流被傳導(dǎo)通過(guò)第一電極、腐蝕性液體介質(zhì)和通過(guò)第三電極或電流導(dǎo)線回到恒電位器。第一電極和通常微觀接近第一電極的腐蝕性液體介質(zhì)區(qū)域之間的電動(dòng)勢(shì)，可以從測(cè)定的電動(dòng)勢(shì)或從發(fā)出信號(hào)的預(yù)定的已知電位差減去第二電極與通常微觀接近它的腐蝕性液體區(qū)域之間的預(yù)定的已知電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定。第一電極的腐蝕電流從預(yù)定的已知電流或測(cè)定的電流以及從第一電極和與其一般微觀接近的腐蝕性液體介質(zhì)的區(qū)域之間測(cè)定的電動(dòng)勢(shì)來(lái)計(jì)算。腐蝕電流可以轉(zhuǎn)化成腐蝕速度。
因此，按本發(fā)明的實(shí)施，為測(cè)量金屬或其類似物在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度提供了一種腐蝕探頭、儀器和方法，克服了諸如烴/鹽水混合物的歐姆電阻比鹽水本身大很多，從而導(dǎo)致電壓校正值比與腐蝕過(guò)程相關(guān)的電壓大得多等問(wèn)題。


圖1是腐蝕探頭插入并與輸送腐蝕性液體的導(dǎo)管連接的透視圖，以及用來(lái)測(cè)量金屬在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度的儀器線路圖;
圖2是腐蝕探頭一個(gè)實(shí)施例的部件分解透視圖，它利用許多長(zhǎng)方形板作電極;
圖3是圖2腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖，包括包圍在腐蝕探頭周圍的園筒外殼和固定腐蝕探頭在殼內(nèi)的固定材料;
圖4是電介質(zhì)部份分解垂直剖面示意圖，包括很多導(dǎo)電的負(fù)離子與電介質(zhì)表面化學(xué)結(jié)合并成行的排列在電介質(zhì)表面上;
圖5是電介質(zhì)部份分解垂直剖面示意圖，包括嵌有很多交替排列的負(fù)離子和正離子的電介質(zhì)表面;
圖6是腐蝕探頭一個(gè)實(shí)施例的部分垂直剖面圖，三個(gè)園筒形電極周圍是一個(gè)園筒形外殼;
圖7是圖6腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖8是腐蝕探頭另一個(gè)實(shí)施例的部分垂直剖面圖，具有三個(gè)園筒形電極，沒(méi)有園筒形外殼裝置;
圖9是圖8腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖10是腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例，有三個(gè)園筒形電極，沒(méi)有園筒形外殼裝置;
圖11是腐蝕探頭的又一個(gè)實(shí)施例，有一個(gè)園筒形外殼包住三個(gè)園筒形電極;
圖12是腐蝕探頭一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，包括帶導(dǎo)線的工作電極和參比電極，第三導(dǎo)線由高壓釜的側(cè)壁引出，如斷面部分;
圖13是腐蝕探頭一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，也包括帶導(dǎo)線的工作電極和參比電極，第三導(dǎo)線裝在輸送腐蝕性液體的導(dǎo)管上，如圖中剖面所示;
圖14是改進(jìn)腐蝕探頭的一個(gè)實(shí)施例的部分縱剖面圖，它具有圍繞在參比電極周圍的園筒形工作電極;
圖15是圖14腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖，是沿著圖13中15-15線的平面和箭頭方向的剖面;
圖16是腐蝕探頭另一個(gè)實(shí)施例的部分縱剖面圖，有參比電極和工作電極，其間具有負(fù)離子嵌入的離子表面，一個(gè)園筒形外殼包在兩個(gè)電極的周圍;
圖17是圖16腐蝕探頭實(shí)施例的部分縱剖面圖，但沒(méi)有外殼，示意地表示負(fù)離子和正離子交替地嵌在其中;
圖18是按照?qǐng)D12中的箭頭方向和沿著18-18線的平面的水平剖面圖;
圖19是按照?qǐng)D16中的箭頭方向和沿著19-19線的平面的水平剖面圖;
圖20是腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例，具有一個(gè)園筒形外殼，包在參比和工作電極周圍;
圖21是圖20腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖22是腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例的部分縱剖面圖，具有三個(gè)電極，不帶園筒形外殼;
圖23又是另一個(gè)探頭的部分縱剖面圖，有三個(gè)電極和園筒形外殼;
圖24是具有三個(gè)電極和園筒形外殼的腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例部分縱剖面圖;
圖25是圖24腐蝕探頭的實(shí)施例的底平面圖;
圖26仍然是腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例的部分縱剖面圖，具有三個(gè)電極，沒(méi)有園筒形外殼裝置;
圖27是圖26腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖28是腐蝕探頭的部分縱剖面圖，有三個(gè)不同金屬的工作電極;
圖29是圖28腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖30是腐蝕探頭的部分縱剖面圖，在參比電極和對(duì)電極之間有兩個(gè)不同金屬的工作電極;
圖31是腐蝕探頭的部分縱剖面圖，在參比電極和對(duì)電極之間有三個(gè)不同金屬的工作電極;
圖32是圖28腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例，它具有三個(gè)不同金屬的工作電極;
圖33是圖32腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖;
圖34是圖6、7和11的探頭，其表面用熱KOH處理成為離子導(dǎo)電前后的腐蝕電流/電位曲線;
圖35是原油在185°F、760psig(磅/吋2表壓)二氧化碳存在下，改變鹽水的百分含量得到的腐蝕電流/時(shí)間圖;
圖36是在二氧化碳為760psig的185°F的原油中改變鹽水的百分含量，用平行電極探頭得到的腐蝕電流/時(shí)間圖;
圖37是N80鋼在含40%鹽水和760psig二氧化碳的原油中，在185°F時(shí)的腐蝕電流與時(shí)間的關(guān)系曲線;
圖38是N80鋼在含40%鹽水和760psig二氧化碳的原油中，在185°F時(shí)的腐蝕速度(重量損失)與時(shí)間的關(guān)系圖;
圖39是改進(jìn)的圖24和圖25的探頭在表面用熱KOH處理成為離子導(dǎo)電前后的腐蝕電流/電位曲線;
圖40是圖24-25的改進(jìn)的腐蝕探頭和圖6和7的腐蝕探頭在含40%鹽水和760psig二氧化碳的原油中，在185°F時(shí)的腐蝕速度(密耳/年(mpy))/時(shí)間(小時(shí))圖和試件重量損失;
圖41是改進(jìn)的腐蝕探頭的電流計(jì)讀數(shù)對(duì)時(shí)間(天)的關(guān)系曲線以及腐蝕速度(mpy)對(duì)時(shí)間(天)、測(cè)定的水量%對(duì)時(shí)間(天)和先有技術(shù)裝置的腐蝕讀數(shù)對(duì)時(shí)間(天)的關(guān)系曲線，所有數(shù)據(jù)都是從油井每天流出的含12%CO2和200ppmH2S的12500桶(bbls)原油，在200psig和150°F時(shí)得到的;
圖42是按原試樣(a.r)四氫呋喃和原試樣四氫呋喃加0.8%水計(jì)算的校正曲線，每一條曲線代表所測(cè)量的響應(yīng)外加電壓的微安電流(μa);
圖43是四氫呋喃(THF)中水的百分含量(%H2O)對(duì)所測(cè)量的與外加電壓響應(yīng)的電流(μa)所畫出的一組恒壓曲線;
圖44是含有0.01%水的純THF溶液中加入干燥劑(Linde4A分子篩)后所測(cè)量的電流隨時(shí)間降低的曲線;
圖45是潤(rùn)滑油中水的濃度固定時(shí)信號(hào)電流隨外加電壓變化的曲線;
圖46是在-0.2V時(shí)，潤(rùn)滑油中水的ppm濃度對(duì)測(cè)量的電流所作的恒壓曲線，并用圖說(shuō)明外加電壓恒定時(shí)電流信號(hào)與水量的關(guān)系;
圖47是低合金碳鋼電極的腐蝕探頭在含40%(體積)鹽水和760psigCO2的原油混合物中得到的循環(huán)伏安曲線;
圖48是具有工作電極、對(duì)電極和插入并與輸送腐蝕性液體導(dǎo)管連接的腐蝕探頭透視圖，以及測(cè)量在腐蝕性液體中金屬的腐蝕速度的儀器的線路圖;
圖49是改進(jìn)的腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例的部分縱剖面圖，有一個(gè)圍繞對(duì)電極的園筒形工作電極;
圖50仍是腐蝕探頭的另一個(gè)實(shí)施例，有一個(gè)園筒形外殼包圍著位于中心的工作電極和一個(gè)對(duì)電極，它位于工作電極和外殼之間;
圖51是圖50腐蝕探頭實(shí)施例的底平面圖。
現(xiàn)在詳細(xì)地談?wù)摬鍒D，發(fā)明的相同部分用同樣的參考數(shù)字代表，例如用來(lái)測(cè)量金屬或類似物在腐蝕性液體如烴/鹽水混合物中的腐蝕速度的儀器，通常用號(hào)數(shù)10表示。儀器10包括通常以12表示的腐蝕探頭，該探頭插入裝在導(dǎo)管14、高壓釜15、或類似裝置內(nèi)的腐蝕性液體介質(zhì)中。
腐蝕探頭12的一個(gè)實(shí)施例中(見圖2-11)，腐蝕探頭12包括至少一個(gè)工作電極16、至少一個(gè)參比電極18和至少一個(gè)對(duì)電極20。絕緣體或電介質(zhì)22被置于每個(gè)工作電極16和參比電極18之間以及每個(gè)參比電極18和對(duì)電極20之間。電極16、18和20是嵌入電介質(zhì)22中。在腐蝕探頭12的此實(shí)施例中，在全部電極間的電介質(zhì)22，特別是電介質(zhì)22的端面具有離子導(dǎo)電而電子絕緣的表面23;參比電極18位于工作電極16和對(duì)電極20之間。本發(fā)明的離子導(dǎo)電表面23通常起二維的魯金(Luggin)毛細(xì)管作用。
工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20分別終止于工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28，這些電極端面最好彼此之間基本處于共平面關(guān)系。電極16、18和20一般分別具有平面的端面24、26和28，它們基本上成行的排列在平面上，橫截電極16、18和20的縱向軸。電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23也最好是與工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28成共平面的關(guān)系。電介質(zhì)22，特別是離子導(dǎo)電表面23大體上分別與電極16、18和20的端面24、26和28同高(或者與同高差非常小的有限的距離)，達(dá)到具有共同的末端平面表面的程度。如果電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23基本上并不分別與電極16、18和20的端面24、26和28共平面或同高，不是凹進(jìn)就是凸出，則本發(fā)明的腐蝕探頭12就可用來(lái)研究裂隙腐蝕，這是一種本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的現(xiàn)象。腐蝕探頭12可以另外包含一個(gè)外殼30(見圖6、7和11)，它終止于外殼端面32。電介質(zhì)22，最好沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，也可以置于對(duì)電極20和外殼30之間。外殼端面32和在對(duì)電極20與外殼30之間的電介質(zhì)22相對(duì)于離子導(dǎo)電表面23、工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28最好也是共平面。
圖1中的導(dǎo)線34、36和38分別接到工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20，并且將腐蝕探頭12與任一裝置或器件(一般用39表示)相互連接，該器件可以給探頭12供給、施加或傳送恒電壓或恒電流。器件39最好是包括恒電位器40(它是一種通用裝置)和信號(hào)發(fā)生器42(它也是通用裝置)。信號(hào)發(fā)生器42經(jīng)由導(dǎo)線44-44與恒電位器40連接，把預(yù)定的已知電流或安培數(shù)，或預(yù)定的已知電位差或電壓向恒電位器40發(fā)出指令或信號(hào)，恒電位器40通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線34、36和38把同樣的信號(hào)傳送到腐蝕探頭12，下文將加以說(shuō)明。應(yīng)該了解無(wú)論什么時(shí)候本文提及“安培”和“電壓”時(shí)，“安培”意指電流，“電壓”意指電位差。
可變電阻46與導(dǎo)線34串聯(lián)。電壓表48與電阻46兩端并聯(lián)它與可變電阻46組合在一起是一個(gè)安培計(jì)，用來(lái)測(cè)定通過(guò)導(dǎo)線34的電流。例如，如果可變電阻46定位在1兆歐，則按歐姆定律，電壓表48的伏特讀數(shù)即微安電流。電壓表50氳枷 4和36連接以測(cè)量這兩個(gè)導(dǎo)線之間的電位差。
在圖6、7、8、9、10和11中描繪的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16具有園柱體形狀;參比電極18基本上是園筒形的環(huán)，同心的配置在工作電極16的周圍。對(duì)電極20也基本上是園筒形的環(huán)，也是同心配置在參比電極18、工作電極16的周圍。在圖8、9和10的實(shí)施例中，對(duì)電極20除作電極外，還可看作是腐蝕探頭12敞口的外殼、套筒或外壁，并且比參比電極18和工作電極16長(zhǎng)得多。在圖6、7和11的實(shí)施例中，對(duì)電極20的長(zhǎng)度與參比電極18和工作電極16大致相同或稍長(zhǎng)，外殼30(起敞口外殼的作用)具有一般結(jié)構(gòu)，它基本上是一個(gè)園筒形外殼，圍繞在對(duì)電極20和同心的配置在工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20周圍。在電介質(zhì)22頂上放置墊圈21如圖6和8所描繪。
工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28在結(jié)構(gòu)上分別與工作電極的對(duì)端52、參比電極的對(duì)端54以及對(duì)電極的對(duì)端56相對(duì)置。
外殼端面32在結(jié)構(gòu)上與外殼對(duì)端58相對(duì)置。圖6中參比電極18和對(duì)電極20的結(jié)構(gòu)外形是破損的，其對(duì)端54和56實(shí)質(zhì)上垂直于參比電極18和對(duì)電極20的主結(jié)構(gòu)。導(dǎo)線34，36和38分別與對(duì)端52、54和56連接。
在圖8、9和10腐蝕探頭12的實(shí)施例中，對(duì)電極20的對(duì)端56在結(jié)構(gòu)上配置在離對(duì)電極端面28較遠(yuǎn)的位置上，其距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)端54和52分別與參比電極端面26和工作電極端面24的距離，如此可在對(duì)電極20的園筒形內(nèi)壁形成一個(gè)空隙空間。在本實(shí)施例中，這個(gè)空隙空間被規(guī)定為有效空間，其范圍分別自工作電極16和參比電極18的對(duì)端52和54、和自位于工作電極16和參比電極18之間以及位于參比電極18和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22，直到與對(duì)電極20的對(duì)端56對(duì)齊的空間盡頭(見圖10)。
在圖6、7和11的腐蝕探頭的最佳實(shí)施例中，外殼30的長(zhǎng)度比工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20長(zhǎng)，以至外殼對(duì)端58在結(jié)構(gòu)上配置在離外殼端面32較遠(yuǎn)的位置上，此距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)端52、54和56分別與工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28的距離，這樣就在外殼30的園柱形內(nèi)壁內(nèi)形成空隙空間。在本實(shí)施例中，這個(gè)可以稱為有效空間的空隙空間，其范圍分別從工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20的對(duì)端52、54和56，和從置于工作電極16和參比電極18及置于參比電極18和對(duì)電極20，以及置于對(duì)電極20和外殼30之間的電介質(zhì)22，直至與外殼30的對(duì)端58對(duì)齊的空間盡頭。
圖8、9和10及圖6、7和11的實(shí)施例中用60表示的固定材料一般被置于空隙空間。導(dǎo)線34和36分別從對(duì)端52和54伸出，穿過(guò)并超出固定材料60;在圖6、7和11最佳的實(shí)施例中，導(dǎo)線38也從對(duì)電極的對(duì)端56伸出，穿過(guò)并超出固定材料60。
在圖2和3描繪的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20實(shí)質(zhì)是長(zhǎng)方形板，彼此平行地排列。雖然就本實(shí)施例而言，電極16、18和20各只需一個(gè)，但最好是如下次序方式利用眾多的電極16、18和20工作電極16、參比電極18、對(duì)電極20、參比電極18、工作電極16、參比電極18、對(duì)電極20、參比電極18和工作電極16。所有這些電極如圖2和3中所示，均被包在電介質(zhì)22中，這些電極的端面24、26和28限定為直角邊緣，彼此之間采取相對(duì)平行的方式，并且彼此以及與它們之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23實(shí)質(zhì)上是位于共平面中。正如圖6-11中腐蝕探頭的實(shí)施例的情況，參比電極18最好位于工作電極16和對(duì)電極20之間。眾多的導(dǎo)線34、36和38分別連接到對(duì)端52、54和56并從電介質(zhì)22伸出(見圖2)，并各自合并成單一的導(dǎo)線34、36和38。也如同圖6-11的實(shí)施例的情況，導(dǎo)線34、36和38穿過(guò)并超出固定材料60，像圖3所描繪的，固定材料也圍繞在電介質(zhì)22的周圍，以使電介質(zhì)及插入其中的電極16、18和20固定在外管30的園筒壁內(nèi)。
圖6-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16的直徑小于0.25吋，最好是從約0.01吋到約0.20吋。工作電極的直徑最好是約0.175吋。園筒形參比電極18和園筒形對(duì)電極20的厚度，特別是包括它們各自的園筒形參比電極端面26和園筒形對(duì)電極端面28，最好小于約0.25吋。這些電極18和20，以及特別是包括它們各自的電極端面26和28的厚度較好為從約0.01到約0.15吋;最好的厚度是約0.05吋。當(dāng)然，電極端面26和28的厚度可能與電極18和20各自其余的結(jié)構(gòu)厚度不同。對(duì)于本發(fā)明重要的厚度是電極端面26和28的厚度，因?yàn)檫@些是傳輸電流和電位差的場(chǎng)所。
圖2和3的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極端面24、參比電極端面26和對(duì)電極端面28的長(zhǎng)方形邊界的寬度約小于0.25吋;較好的是約從0.01到0.15吋;最好是約0.05吋。正如園筒形電極18和20的情況那樣，電極端面24、26和28的長(zhǎng)方形邊界的厚度或?qū)挾瓤赡芘c長(zhǎng)方形電極16、18和20各自其余的結(jié)構(gòu)的厚度或?qū)挾炔煌?。此外，電極端面24、26和28的長(zhǎng)方形邊界的厚度或?qū)挾仁侵匾摹?br> 電極端面24、26和28之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度或者換另一方式表示，即電極端面24和26之間及電極端面26和28之間的間距也是重要的。根據(jù)圖2-11的腐蝕探頭的此實(shí)施例，位于所有電極端面24、26和28之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度，或用另一方式表示，即電極端面24和26之間及電極端面26和28之間的間距最好約為0.35吋或更小。顯然，所有電極端面24、26和28之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度，或用另一說(shuō)法，電極端面24和26之間及電極端面26和28之間的間距，可能與電極16、18和20各自其余的結(jié)構(gòu)之間任一電介質(zhì)22的寬度，或者電極16和18各自其余的結(jié)構(gòu)之間及電極18和20各自其余的結(jié)構(gòu)之間的間距是不同的，但這點(diǎn)并不很重要。圖2-11腐蝕探頭的更佳實(shí)施例中，所有電極端面之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度或所有電極端面之間的間距是從約0.01吋到約0.20吋，最好是約0.09吋。
在圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，所有電極之間的電介質(zhì)22有一個(gè)離子導(dǎo)電表面23。下面將更詳細(xì)的加以說(shuō)明，當(dāng)此腐蝕探頭12插入腐蝕性液體介質(zhì)中時(shí)，用器件39傳送預(yù)定已知電流試件或工作電極16，經(jīng)過(guò)工作電極16和參比電極18之間的離子導(dǎo)電介電表面23及參比電極18和對(duì)電極20之間的離子導(dǎo)電介電表面23，并通過(guò)對(duì)電極20回到器件39，假定參比電極18的端面26表面的歐姆電阻與電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23的歐姆電阻相比可以忽略。正如下文將要討論的，通過(guò)參比電極18的端面26事實(shí)上存在著歐姆電動(dòng)勢(shì)并且時(shí)常不能忽略。此歐姆電動(dòng)勢(shì)用常規(guī)的電子反饋電路或常規(guī)的ac(交流)電橋/導(dǎo)電率測(cè)量法測(cè)不到，所以將包括在圖2-11的腐蝕探頭12實(shí)施例所測(cè)量到的腐蝕電動(dòng)勢(shì)中，造成腐蝕電流在數(shù)值上精度和靈敏性的降低。腐蝕探頭12的另一個(gè)實(shí)施例(見圖22-27)交換了工作電極16和參比電極18的位置并保證參比電極18和工作電極16之間的電介質(zhì)22具有離子導(dǎo)電表面23，從而消除了通過(guò)參比電極18端面26的歐姆電動(dòng)勢(shì)的影響。工作電極16和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22可能有也可能沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，雖然最好是有。用圖22-27的腐蝕探頭的實(shí)施例，可以更精確和更靈敏的檢測(cè)腐蝕電流。
圖22-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，腐蝕探頭12包括參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20。絕緣體或電介質(zhì)22配置在參比電極18和工作電極16之間及工作電極16和對(duì)電極20之間。如前面所述，在參比電極18和工作電極16之間的電介質(zhì)22具有離子導(dǎo)電的和電子絕緣的表面23，而在工作電極16和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22則沒(méi)有或不必須有離子導(dǎo)電表面23。與圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例相似，腐蝕探頭12在這個(gè)實(shí)施例中用的離子導(dǎo)電表面23，也和所有別的腐蝕探頭12的實(shí)施例一樣，起二維魯金(Luggiu)毛細(xì)管作用。工作電極16最好配置在參比電極18和對(duì)電極20之間。參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20分別終止于參比電極端面26，工作電極端面24和對(duì)電極端面28。參比電極端面26和工作電極端面24彼此實(shí)際是處于共平面的關(guān)系。對(duì)電極端面28相對(duì)于參比電極端面26并不必須是共平面，但是對(duì)電極端面28最好與參比電極端面26和工作電極端面24大體上處于共平面。參比電極端面26和工作電極端面24之間的電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23，相對(duì)于參比電極端面26和工作電極端面24最好也大體處于共平面的關(guān)系。正如在圖2-11中看到的腐蝕探頭12的實(shí)施例，圖22-27的腐蝕探頭12可以附加外殼30，它終止于外殼端面32。電介質(zhì)22最好沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，也可以配置在對(duì)電極20和外殼30之間。外殼端面32和對(duì)電極20與外殼30之間的電介質(zhì)22最好，但不是必須，也與對(duì)電極端面28、參比電極端面26、工作電極端面24、以及參比電極端面26和工作電極端面24之間的離子導(dǎo)電表面23大體上處于共平面的關(guān)系。
導(dǎo)線36、34和38分別與參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20連接，并將圖22-27的腐蝕探頭12與器件39連接起來(lái)，如前所述，器件39可以把恒電壓或恒電流輸送、施加或傳導(dǎo)到腐蝕探頭12。器件39最好包括恒電位器40和信號(hào)發(fā)生器42。信號(hào)發(fā)生器42的作用與圖22-27的腐蝕探頭12等同，實(shí)際上圖2-11的腐蝕探頭12也是這樣，信號(hào)發(fā)生器42通過(guò)導(dǎo)線44-44與恒電位40連接，向恒電位器40指示或發(fā)出預(yù)定的已知電流或預(yù)定的已知電位差的信號(hào)，恒電位器把此信號(hào)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)的導(dǎo)線34、36和38傳到圖22-27的腐蝕探頭12，下文將加以說(shuō)明。同樣地，如前面對(duì)圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例的說(shuō)明，可變電阻46串聯(lián)在導(dǎo)線34內(nèi)，測(cè)量?jī)x表48與電阻46并聯(lián)，通過(guò)測(cè)量電阻46兩端的電壓降來(lái)測(cè)定通過(guò)導(dǎo)線34的電流。圖22-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，電壓表50與導(dǎo)線34和36連接以測(cè)量這兩個(gè)導(dǎo)線之間的電位差。
圖22、23、24、25、26和27描述的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，參比電極18是園柱形，工作電極16基本上是園筒形的環(huán)，圍繞在參比電極18的周圍，并且相對(duì)作同心配置。對(duì)電極20也基本是園筒形的環(huán)，圍繞在工作電極16的周圍，也相對(duì)于參比電極18和工作電極16作同心配置。在圖22、26和27的實(shí)施例中，對(duì)電極20除了是電極外，還可作為外殼，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作電極16和參比電極18。在圖23、24和25的實(shí)施例中，對(duì)電極20的長(zhǎng)度與工作電極16和參比電極18的長(zhǎng)度大約相同或稍長(zhǎng)，并且外殼30具有一種規(guī)定為園筒形套筒的普通結(jié)構(gòu)，圍繞在對(duì)電極20周圍，并且相對(duì)于參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20作同心配置。墊圈21如圖24和26描繪的配置在電介質(zhì)22的頂上。必須了解本發(fā)明的腐蝕探頭12的這個(gè)實(shí)施例和它的目的，如果對(duì)電極20是在參比電極18的位置和具有與它相應(yīng)的形狀和大小，以及如果參比電極18是在對(duì)電極20的位置和有與它相應(yīng)的形狀和大小，則本發(fā)明的腐蝕探頭12的作用是同樣有效的。
如圖22-27所說(shuō)明的，參比電極端面26、工作電極端面24及對(duì)電極端面28在結(jié)構(gòu)上分別與參比電極對(duì)端54、工作電極對(duì)端52及對(duì)電極對(duì)端56相對(duì)置。同樣，外殼端面32在結(jié)構(gòu)上與外殼對(duì)端58相對(duì)置。在圖24中，工作電極16和對(duì)電極20的結(jié)構(gòu)外貌是破損的，該對(duì)端52和56基本是垂直于工作電極16和對(duì)電極20的主體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)線36、34和38分別與對(duì)端54，52和56連接。
圖22、26和27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，對(duì)電極20的對(duì)端56在結(jié)構(gòu)上配置在離對(duì)電極端面28較遠(yuǎn)的位置上，此距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)端52和54分別與工作電極端面24及參比電極端面26的距離，這樣在對(duì)電極20的園筒形壁內(nèi)形成了一個(gè)空隙空間。在本實(shí)施例中，該空隙空間可定義為有效空間，其范圍分別從參比電極18和工作電極16的對(duì)端54和52及位于參比電極18和工作電極16之間以及工作電極16和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22，直到與對(duì)電極20的對(duì)端56齊平的空間盡頭(見圖22和26)。
圖23、24和25的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，外殼30的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20，這樣，外殼對(duì)端58在結(jié)構(gòu)上就配置在遠(yuǎn)離外殼端面32的位置上，此距離比對(duì)端54、52和56分別與參比電極端面26、工作電極端面24及對(duì)電極端面28的距離大得多，這樣就在外殼30園筒形內(nèi)壁之內(nèi)形成了空隙空間。在這個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)空隙空間可以稱為有效空間，其范圍分別從參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20的對(duì)端54、52和56，和從位于參比電極18和工作電極16之間、及工作電極16和對(duì)電極20之間、及對(duì)電極20和外殼30之間的電介質(zhì)22，直到與外殼30的對(duì)端58齊平的空間盡頭。
圖22、26和27及圖23，24和25的實(shí)施例中，固定材料60一般置于各空隙空間。導(dǎo)線36和34分別從對(duì)端54和52引出，穿過(guò)并超出固定材料60;在圖23、24和25的實(shí)施例中，導(dǎo)線38也從對(duì)電極的對(duì)端56引出，并穿過(guò)和超出固定材料60。
在本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例中，圖16-21描繪的腐蝕探頭12只包括參比電極18和工作電極16，它們之間是具有離子導(dǎo)電表面23的電介質(zhì)22。除參比電極18、工作電極16和在它們之間的具有離子導(dǎo)電表面23的電介質(zhì)22之外，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的腐蝕探頭12，還可以包括外殼30，它終止于外殼端面32(見圖16、19、20和21)。電介質(zhì)22或任何類似材料或沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23的材料，均可以配置在工作電極16和外殼30之間。參比電極18和工作電極16分別終止于參比電極端面26和工作電極端面24。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，不需要對(duì)電極20，但是它被另一個(gè)與腐蝕性液體介質(zhì)接觸的傳導(dǎo)電流的裝置所代替。傳導(dǎo)電流的裝置可以是能夠從腐蝕性液體介質(zhì)中導(dǎo)電的任何適當(dāng)?shù)难b置，它包括但不限于如圖12和13所說(shuō)明的裝有腐蝕性液體的高壓釜15的壁，或傳送腐蝕性液體的導(dǎo)管14的管壁。傳導(dǎo)電流的裝置可以用任何導(dǎo)電的材料制造，如鐵、鐵合金、鋼、鋼合金、或銅、銅合金等。
如圖12-21所說(shuō)明的，導(dǎo)線36和34分別與對(duì)端54和52連接，導(dǎo)線38與傳導(dǎo)電流的裝置連接，它在圖12中是高壓釜15的壁，而在圖13中是導(dǎo)管14的管壁。對(duì)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，參比電極18是園柱體，工作電極16基本是園筒形的環(huán)，圍繞著參比電極18并且彼此作同心的配置。工作電極16除是電極外，還作為套筒，它比參比電極18長(zhǎng)得多。在 8、19、20和21的最佳實(shí)施例中，工作電極16的長(zhǎng)度與參比電極大約相同或比它稍長(zhǎng)，外殼30具有一般的結(jié)構(gòu)，基本是園筒形套筒，圍繞在工作電極16周圍并對(duì)參比電極18和工作電極16作同心配置。墊圈21如圖20所述可安置在電介質(zhì)22的頂上。
圖16和18-21的外殼30比參比電極18和工作電極16長(zhǎng)，這樣就使外殼對(duì)端58在結(jié)構(gòu)上配置在離外殼端面32較大距離的位置上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)端54和52分別和參比電極端面26和工作電極端面24的距離，這樣就在外殼30的園筒形內(nèi)壁里面形成了空隙空間。在這個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)空隙空間可以稱為有效空間，其范圍分別自參比電極18和工作電極16的對(duì)端54和52，和自位于參比電極18和工作電極16及外殼30之間的電介質(zhì)22，直到與外殼30的對(duì)端58齊平的空間盡頭。圖14、15和17的實(shí)施例中，固定材料60一般置于工作電極16的壁內(nèi)空隙空間中;在圖16及18-21的實(shí)施例中，固定材料則放在外殼30的壁之內(nèi)。圖14、15和17的實(shí)施例中，導(dǎo)線36從對(duì)端54引出穿過(guò)并超出固定材料60;在圖16、18和19的實(shí)施例中，導(dǎo)線36和34分別從對(duì)端54和52引出，并穿過(guò)和超出固定材料60。
在圖22-27的腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例中，參比電極18的直徑小于0.25吋，較好的是從約0.01吋到約0.20吋。參比電極18的直徑最好是約0.175吋。園筒形工作電極16和園筒形對(duì)電極20、特別是包括它們各自的園筒形工作電極端面24和園筒形對(duì)電極端面28的厚度最好小于0.25吋。這些電極16和20，特別是包括它們各自的電極端面24和28的厚度較好是從約0.01到約0.15吋;最好厚約0.02吋。應(yīng)該了解，電極端面24和28的厚度可能不同于電極16和20各自其余結(jié)構(gòu)的厚度。對(duì)本發(fā)明重要的厚度是電極端面24和28的厚度，因?yàn)檫@些是傳輸電流和電位差的場(chǎng)所。
圖14-21的腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例中，參比電極18的直徑也小于0.25吋，較好的是從約0.01吋到約0.20吋，正如在圖22-27的腐蝕探頭12實(shí)施例中所看到的。圖14-21中參比電極的直徑最好是約0.175吋。園筒形工作電極16的厚度，包括它的園筒形工作電極端面24，約小于0.25吋。電極16和特別是包括它的電極端面24的厚度，較好的是從約0.01到約0.15吋;最好的厚度是約0.02吋。如同圖14-21的腐蝕探頭12實(shí)施例的情況，電極端面24的厚度可以不同于電極16其余的結(jié)構(gòu)的厚度。對(duì)于腐蝕探頭12的這個(gè)實(shí)施例，正如前面所指出的圖22-27中腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例，重要的厚度是電極端面24的厚度，因?yàn)檫@是傳輸電流和電位差的場(chǎng)所。
圖12中的高壓釜15有一個(gè)頂蓋5，它是用螺栓6固緊在高壓釜15側(cè)壁的頂部上。帶閥門3的導(dǎo)管4用來(lái)分配腐蝕性液體7(例如烴類流體加氣體)進(jìn)入高壓釜15?？梢苿?dòng)的接頭2保證腐蝕探頭12通過(guò)頂部5進(jìn)入高壓釜15內(nèi)部，使腐蝕探頭12的末端與腐蝕性液體7接觸。圖1和13中可移動(dòng)的接頭2把腐蝕探頭12連接到并通過(guò)輸送腐蝕性液體的導(dǎo)管14的頂部。
正如在圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中所看到的，重要的也是電極端面26和24之間離子導(dǎo)電表面23的寬度，或用另一種說(shuō)法為電極端面26和24之間的間距。圖12-27的腐蝕探頭12所有最佳的實(shí)施例中，電極端面26和24之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度，或用另一種說(shuō)法，電極端面26和24之間的間距最好約為0.35吋或更小。顯然，電極端面26和24之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度，或用另一種說(shuō)法即電極端面26和24之間的間距，也許不同于電極18和16其余的相應(yīng)結(jié)構(gòu)之間任一電介質(zhì)22的寬度，或電極18和16其余的相應(yīng)結(jié)構(gòu)之間的間距，但這點(diǎn)并不很重要。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，電極端面26和24之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度或電極端面26和24之間的間距是從約0.01吋到約0.20吋，最好是約0.02吋。
圖22-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，而工作電極16和對(duì)電極20之間的距離和/或間距與很多可變因素有關(guān)，如可以從器件39(或恒電位器40)傳送到腐蝕探頭12的功率大小、腐蝕性液體的導(dǎo)電性等。從經(jīng)濟(jì)來(lái)看，工作電極16和對(duì)電極20之間的距離和/或間距，對(duì)腐蝕探頭12的制造成本最有效者，均將為適當(dāng)?shù)木嚯x和/或間距，例如作為例子但不是限制，最好是不超過(guò)0.5吋。
圖12-21的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16和替代對(duì)電極20的導(dǎo)電裝置(例如高壓釜15的側(cè)壁或?qū)Ч?4的管壁)之間的距離也格外與前述的可變因素有關(guān)，如可以傳輸?shù)礁g探頭12的功率大小和腐蝕性液體的導(dǎo)電性等。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有對(duì)電極20，所以對(duì)探頭12有對(duì)電極20時(shí)的經(jīng)濟(jì)考慮，也就不是一個(gè)控制因素了。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，腐蝕探頭12包ú偽鵲緙 8和工作電極16;或參比電極18、工作電極16和外殼30;工作電極16和導(dǎo)電裝置間的距離和/或間距將是任何適當(dāng)?shù)木嚯x和/或間距，它應(yīng)是合理的并且可使電流從工作電極16傳導(dǎo)過(guò)腐蝕性液體(例如腐蝕性液體7)和導(dǎo)電裝置。顯然，工作電極16和導(dǎo)電裝置間的距離愈遠(yuǎn)，用腐蝕探頭12測(cè)量就變得愈困難;同時(shí)也使腐蝕探頭12的測(cè)量有較大的可能性出現(xiàn)誤差。為了方便起見，本發(fā)明建議工作電極16和導(dǎo)電裝置間的距離和/或間距最好小于約1呎。
腐蝕探頭12的又一個(gè)實(shí)施例(見圖28、29、30、31、32和33)中，腐蝕探頭12包含有一種以上的試件或各種不同金屬的工作電極16，這樣各個(gè)不同金屬的工作電極16在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度可以同時(shí)測(cè)量或按次序測(cè)量，如下文中的詳細(xì)說(shuō)明。腐蝕探頭12的這種實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明于圖28和29，其中腐蝕探頭12包括有工作電極16A、16B、和16C、工作電極16A、16B和16C由不同的金屬組成，依據(jù)它們測(cè)定在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度而定。圖28和29中腐蝕探頭12中的電極順序排列如下參比電極18，工作電極16A，對(duì)電極20，工作電極16B，參比電極18，工作電極16C，和對(duì)電極20，后者也起套筒的作用包圍住別的電極。腐蝕探頭這個(gè)實(shí)施方案的另一實(shí)施例中(見圖32和33)，腐蝕探頭12也包括工作電極16A、16B和16C，但排列順序?yàn)閷?duì)電極20，工作電極16A，參比電極18，工作電極16B，對(duì)電極20，工作電極16C和參比電極18，它像圖28和29中最后一個(gè)對(duì)電極20那樣，也起套筒作用包圍在別的電極周圍。電介質(zhì)22置于各工作電極16(即16A、16B和16C)和各對(duì)電極20之間，以及在工作電極16A、16B和16C和相應(yīng)的參比電極18之間。正如圖28、29、32和33中所說(shuō)明的離子導(dǎo)電的和電子絕緣的表面23是在電介質(zhì)22的表面上，而此電介質(zhì)是置于工作電極16A、16B和16C和相應(yīng)的參比電極18之間。在相應(yīng)的對(duì)電極20和工作電極16A、16B和16C之間的電介質(zhì)22的表面，沒(méi)有或不必須有離子導(dǎo)電表面23。工作電極16A、16B和16C分別終止于工作電極端面24A、24B和24C，它們相對(duì)于任一參比電極18的端面26實(shí)質(zhì)是處于共平面的關(guān)系。正如在圖22-27腐蝕探頭12的實(shí)施例中看到的一樣，相應(yīng)的對(duì)電極20的端面28在圖28和29中相對(duì)于任何參比電極18的端面26并不必須是共平面的，但是各對(duì)電極端面28相對(duì)于各參比電極端面26和工作電極端面24A、24B和24C，最好大體上是共平面的。在各參比電極端面26和工作電極端面24A、24B和24C之間的電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23，相對(duì)于各參比電極端面26和工作電極端面24A、24B和24C實(shí)際上也最好是處于共平面關(guān)系。正如在圖2-11和圖22-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中看到的，而在圖28、29、32和33中沒(méi)有表示出來(lái)的，腐蝕探頭12(圖28、29、32和33的)還額外包括了外殼30，它終止于外殼端面32。電介質(zhì)22最好沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，也可能置于外對(duì)電極20和外殼30之間(圖28和29)，或者置于外參比電極18和外殼30之間(圖32和33)。如果在圖28、29、32和33的腐蝕探頭12的實(shí)施例中包括有外殼30，則在圖28和29中外殼端面32及置于外對(duì)電極20和外殼30之間的電介質(zhì)22，或在圖32和33中置于外參比電極18和外殼30之間的電介質(zhì)22，最好是，但不一定必需，相對(duì)于對(duì)電極端面28、參比電極端面26、工作電極端面24A、24B和24C，及置于各參比電極端面26和工作電極端面24A、24B和24C之間的離子導(dǎo)電表面23處于共平面。
圖30和31的腐蝕探頭12的實(shí)施方案的第三個(gè)實(shí)施例，具有一個(gè)以上的不同金屬的工作電極16，腐蝕探頭12只有一個(gè)參比電極18、只有一個(gè)對(duì)電極20和許多不同金屬的工作電極16，這樣各不同金屬的工作電極16在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度可以順序的測(cè)定，下面將作較詳細(xì)的說(shuō)明。在圖30中腐蝕探頭12按順序包括參比電極18，工作電極16A，工作電極16B和對(duì)電極20，它還起套筒的作用。在圖31中腐蝕探頭12有一個(gè)附加的工作電極16和位置已經(jīng)互相交換的參比電極18和對(duì)電極20。更具體的，腐蝕探頭12的電極按如下順序排列對(duì)電極20、工作電極16A，工作電極16B，工作電極16C和參比電極18，它還起套筒的作用。正如圖30和31所說(shuō)明的，電介質(zhì)22是置于所有電極之間以把它們分開，離子導(dǎo)電表面23是在電介質(zhì)22的表面上，在圖30中電介質(zhì)22是在參比電極18和工作電極16A之間及工作電極16A和16B之間。在圖31中離子導(dǎo)電表面23是在置于工作電極16A和16B之間、工作電極16B和16C之間、以及在工作電極16C和它的參比電極18之間的電介質(zhì)22的表面上。圖30中置于工作電極16B和對(duì)電極20間的電介質(zhì)22的表面及圖31中置于對(duì)電極20和工作電極16A間的電介質(zhì)22的表面，沒(méi)有或不必須有離子導(dǎo)電表面23。工作電極16A、16B(在圖30和31中)和16C(在圖31中)分別終止于工作電極端面24A、24B和24C，它們實(shí)際上相對(duì)于參比電極18的電極端面26成共平面的關(guān)系。正如在圖22-27和圖28、29、32和33中腐蝕探頭12的實(shí)施例所看到的，在圖30和31中對(duì)電極20的電極端面28并不必須與參比電極18的電極端面26共平面，但是對(duì)電極端面28最好是大體上與參比電極端面26和工作電極端面24A、24B(在圖30和31中)和24C(在圖31中)共平面。在圖30中置于參比電極端面26和工作電極端面24A之間及工作電極端面24A和24B之間的電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23，和在圖31中置于參比電極端面26和工作電極端面24C之間，工作電極端面24C和24B之間以及工作電極端面24B和24A之間的電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23，也最好是大體上與參比電極端面26和工作電極端面24A、24B(在圖30和31中)和24C(在圖31中)成共平面的關(guān)系。正如在圖2-11和圖22-27中腐蝕探頭12的實(shí)施例看到的，但在圖30和31中沒(méi)有表示出來(lái)，腐蝕探頭12(圖30和31的)可附加有外殼30，它終止于外殼端面32。電介質(zhì)22最好沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23，在圖30中也可以置于對(duì)電極20和外殼30之間或在圖31中置于參比電極18和外殼30之間。如果在圖30和31的腐蝕探頭12的實(shí)施例中包括外殼30，則在圖30中外殼端面32和置于對(duì)電極20和外殼30間的電介質(zhì)22，或在圖31中置于參比電極18和外殼30之間的電介質(zhì)22，最好是但不必需也與對(duì)電極端面28、參比電極端面26和工作電極端面24A、24B(在圖30和31中)和24C(在圖31中)，以及任何電極之間的離子導(dǎo)電表面23大體上共平面。
在圖28-33的腐蝕探頭12中，導(dǎo)線36和38分別連接到任一參比電極18和任一對(duì)電極20。導(dǎo)線34A和34B也分別連接到工作電極16A和16B。圖28-33腐蝕探頭12的實(shí)施例中有一個(gè)第三工作電極16C(見圖28、29、31-33)，導(dǎo)線34C接到工作電極16C。
對(duì)于圖28、29、32和33的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)器件39分別與至少三個(gè)(或一套)導(dǎo)線連接，它們分別從工作電極16之一(即16A，或16B或16C)，從參比電極18之一，和從對(duì)電極20之一伸出，這取決于與各不同金屬的工作電極16在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度是同時(shí)測(cè)定還是依次測(cè)定。如果各不同金屬的工作電極16的腐蝕速度被同時(shí)測(cè)定，則使用一個(gè)以上包括有恒電位器40和信號(hào)發(fā)生器42的器件39。對(duì)于圖28和29中的腐蝕探頭12，更具體的是一個(gè)恒電位器40應(yīng)連接到包含有導(dǎo)線36、34A和38的一組導(dǎo)線上，它們分別從中心參比電極18、從工作電極16A，和從位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20伸出。第二個(gè)恒電位器40應(yīng)述接到由導(dǎo)線38、34B和36組成的第二組導(dǎo)線，它們分別從位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20，從工作電極16B，和從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18伸出。第三個(gè)恒電位器40連接到由導(dǎo)線36、34C和38組成的第三組導(dǎo)線上，它們分別從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18，從工作電極16C，和從外對(duì)電極20伸出。三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42-42-42分別與三個(gè)恒電位器40-40-40連接，用來(lái)向三個(gè)恒電位器40-40-40指示或發(fā)出預(yù)定的已知電流或電位差的信號(hào)，恒電位器將把這些信號(hào)通過(guò)前述的某一組導(dǎo)線傳送，如下文之說(shuō)明。
如果圖32和33的腐蝕探頭12中各不同金屬的工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度被同時(shí)測(cè)量，則三個(gè)恒電位器40-40-40(分別與三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42-42-42連接)也要使用。一個(gè)恒電位器40將與包含導(dǎo)線38、34A和36的一組導(dǎo)線連接，這些導(dǎo)線分別從中心對(duì)電極20，從工作電極16A和從位于工作電極16A和16B之間的參比電極18伸出。第二個(gè)恒電位器與由導(dǎo)線36、34B和38組成的第二組導(dǎo)線連接，這些導(dǎo)線分別從位于工作電極16A和16B之間的參比電極18，從工作電極16B，和從位于工作電極16B和16C之間的對(duì)電極20伸出。第三恒電位器40與包含有導(dǎo)線38、34C和36的第三組導(dǎo)線連接，它們分別從位于工作電極16B和16C之間的對(duì)電極20，從工作電極16C，和從外參比電極18伸出。和圖28及29的腐蝕探頭12的實(shí)施例一樣，三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42-42-42將向三個(gè)恒電位器40-40-40指示或發(fā)出預(yù)定的已知安培數(shù)或電位差的信號(hào)，它將把這些信號(hào)通過(guò)上述的導(dǎo)線組傳送，如下文之說(shuō)明。
如果圖28、29、32和33的腐蝕探頭12中各不同金屬的工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度是按次序的測(cè)定，那么只使用一個(gè)器件39(或一個(gè)恒電位器40和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42)。更具體地關(guān)于圖28和29的腐蝕探頭12在順序地測(cè)定各不同金屬的工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度時(shí)，恒電位器40被連接到一組導(dǎo)線上，這里只是作為導(dǎo)線組的一個(gè)例子，即一組導(dǎo)線36、34A和38，它們分別從中心參比電極18、從工作電極16A、和從位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20伸出。測(cè)定了工作電極16A在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度后，下面將更詳細(xì)說(shuō)明，把恒電位器40與導(dǎo)線36、34A和38的連接斷開，再把它與另一組導(dǎo)線連接以測(cè)定另一個(gè)工作電極16的腐蝕速度，作為這樣的例子是一組導(dǎo)線38、34B和36，它們分別從位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20、從工作電極16B(要測(cè)定它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度)，和從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18伸出;或者是一組導(dǎo)線36、34C和38，它們分別從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18、從工作電極16C(要測(cè)定它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度)，和從外對(duì)電極20伸出。信號(hào)發(fā)生器42將向恒電位器40指示或發(fā)出預(yù)定的已知電流或電位差的信號(hào)，它將把這些信號(hào)通過(guò)與恒電位器40相連的特定的導(dǎo)線組施加或傳送，將如下文所述。
同樣地，如果圖32和33中腐蝕探頭12的不同金屬的工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度要依次測(cè)量時(shí)，恒電位器40開始要連接到下列各導(dǎo)線組之一導(dǎo)線38、34A和36組成的一組導(dǎo)線，它們分別從中心對(duì)電極20、從工作電極16A(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度要測(cè)定)、和從位于工作電極16A和16B之間的參比電極18伸出;導(dǎo)線36、34B和38組成的導(dǎo)線組，它們分別從位于工作電極16A和16B之間的參比電極18，從工作電極16B(要測(cè)定它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度)、和從位于工作電極16B和16C之間的對(duì)電極20伸出;導(dǎo)線38、34C和36組成的導(dǎo)線組，它們分別從位于工作電極16B和16C之間的對(duì)電極20，從工作電極16C(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)、和從外參比電極18伸出。與導(dǎo)線組內(nèi)的導(dǎo)線之一(即34A，34B或34C)連接的特定工作電極16(即16A，16B或16C)，它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度已被測(cè)定后，斷開恒電位器40并連接到另一組導(dǎo)線上，以便測(cè)定另一個(gè)工作電極16(即16A，16B或16C)的腐蝕速度，它連接在另一導(dǎo)線組內(nèi)的導(dǎo)線之一(即34A，34B或34C)上。這個(gè)過(guò)程或方法是連續(xù)的進(jìn)行，直至所有工作電極16A、16B和16C在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度都已測(cè)定為止。
在圖30和31的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，各不同金屬的工作電極16A、16B(在圖30和31中)和16C(在圖31中)的腐蝕速度是順序地測(cè)量的，并且只利用了一個(gè)恒電位器40和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42。對(duì)于圖30的腐蝕探頭12，更具體的是恒電位器40被連接到一組導(dǎo)線上，如一組導(dǎo)線36、34A和38，它們是分別從參比電極18、工作電極16A(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)和對(duì)電極20伸出;或一組導(dǎo)線34A、34B和38，它們分別從工作電極16A(它現(xiàn)在起參比電極18的作用，將在下面較詳細(xì)的說(shuō)明)、工作電極16B(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)和對(duì)電極20伸出。特定的工作電極16A或16B之一在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度已被測(cè)定后，恒電位器40被斷開并接到另一導(dǎo)線組上，以便測(cè)定其它工作電極16A或16B的腐蝕速度。關(guān)于圖31中的腐蝕探頭12，恒電位器40被連接到下列的導(dǎo)線之一導(dǎo)線38、34A和34B之導(dǎo)線組，它們分別從對(duì)電極20，工作電極16A(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)，和工作電極16B(它現(xiàn)在起參比電極18的作用，將在下文中作較詳細(xì)的說(shuō)明)伸出;導(dǎo)線38、34B和34C之導(dǎo)線組，它們分別從對(duì)電極20，工作電極16B(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)和工作電極16C(它現(xiàn)在起參比電極18的作用，也將在下面作較詳細(xì)的說(shuō)明)伸出;導(dǎo)線38、34C和36之導(dǎo)線組，它們分別從對(duì)電極20、工作電極16C(它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定)、和參比電極18伸出。圖31的腐蝕探頭12中特定的工作電極16A、16B或16C(例如工作電極16A)在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度已測(cè)定后，恒電位器40被斷開并連接到另一導(dǎo)線組上，以測(cè)定另一工作電極16A、16B或16C(例如，如果最初測(cè)定了工作電極16A，則不是工作電極16B就是16C)的腐蝕速度。
在圖28-33的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，如果各不同金屬的工作電極16A、16B(在圖30和31中)和16C(在圖31中)的腐蝕速度是用一個(gè)恒電位器40和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42按順序測(cè)定時(shí)，則在兩個(gè)不同金屬的工作電極16取得讀數(shù)、測(cè)量和測(cè)定腐蝕速度之間的時(shí)間間隔應(yīng)盡可能短，最好約小于1分鐘，更好是約小于10秒。在測(cè)定任何兩個(gè)特定的工作電極16(例如16A和16B)的腐蝕速度時(shí)，由于它們之間的短的時(shí)間間隔，例如約10秒，腐蝕工作電極的周圍介質(zhì)將不會(huì)人為的改變，例如因過(guò)量負(fù)電流釋放出的氫氣泡會(huì)攪動(dòng)腐蝕工作電極16金屬表面上的水相薄膜。攪拌作用會(huì)改變腐蝕酸的濃度。同樣，過(guò)量正電流可人為的使腐蝕工作電極16金屬表面上難溶的氧化的金屬相變厚，和/或過(guò)量的正電流可以在表面上人為的產(chǎn)生凹痕和裂縫。
圖28-33中腐蝕探頭12的實(shí)施例的其它特點(diǎn)一般與圖10、11和圖22、23的腐蝕探頭12的特點(diǎn)相同或類似。關(guān)于圖28-33的腐蝕探頭12的其它特點(diǎn)，更具體的是所有參比電極端面26和所有對(duì)電極端面28都分別具有參比電極對(duì)端54和對(duì)電極對(duì)端56。所有工作電極端面24A、24B和24C分別具有工作電極對(duì)端52A、52B和52C。在圖28-30描述的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，中心參比電極18是園柱體形和所有其余的參比電極18及所有的工作電極(即16A，16B和16C)基本上是園筒形的環(huán)，圍繞在中心參比電極18的周圍和相對(duì)的作同心配置。所有對(duì)電極20也基本上是園筒形環(huán)，圍繞在中心參比電極18的周圍，并且也同樣的相對(duì)作同心配置。外對(duì)電極20除了是電極外，還作為具有內(nèi)園筒壁的套筒，具有比其它電極更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。在圖31-33描述的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，中心對(duì)電極20是園柱形，而所有其余的對(duì)電極20和工作電極(即16A，16B和16C)基本上是園筒形環(huán)，圍繞在對(duì)電極周圍和彼此相對(duì)作同心的配置。所有參比電極18也基本是園筒形環(huán)，圍繞在中心電極20周圍，彼此也同樣的相對(duì)作同心配置。外參比電極18，在圖31-33中除了是電極外，還作為具有內(nèi)園筒壁的套筒，并且比其它電極具有更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。圖28、29和30的外對(duì)電極20的園筒內(nèi)壁之內(nèi)的空隙空間和圖31、32和33的外參比電極18的園筒內(nèi)壁之內(nèi)的空隙空間，可以稱為(如圖22、26和27的腐蝕探頭12的實(shí)施例)有效空間，它分別從外對(duì)電極20或外參比電極18的園筒內(nèi)壁以內(nèi)的任一電極(即16A、16B、16C、18和20)的任一對(duì)端(即52A、52B、52C、54和56)，直到分別與外對(duì)電極20的對(duì)端56或外參比電極18的對(duì)端54對(duì)齊的空間。對(duì)于圖28-33的實(shí)施例，固定材料60一般置于各空隙空間中。所有導(dǎo)線(即34A、34B、34C、36和38)從外對(duì)電極20或外參比電極18的園筒內(nèi)壁以內(nèi)的任何電極的對(duì)端(即52A、52B、52C、54和56)伸出，穿過(guò)并超出固定材料60。
圖28-33腐蝕探頭12的實(shí)施例的尺寸特點(diǎn)與圖6-11中腐蝕探頭12的尺寸特點(diǎn)基本相同，中心對(duì)電極20或中心參比電極18的直徑小于0.25吋(更好是從約0.01吋到約0.20吋)，任一或所有園筒形電極，特別是包括它們各自的園筒形電極端面的厚度小于0.25吋(更好的是從約0.01到約0.15吋)。同樣，任何電極端面之間的離子導(dǎo)電表面23的寬度最好是約0.35吋或更小(更好的是從約0.01吋到約0.20吋)。任何電極端面之間(如圖28中的工作電極16A和對(duì)電極20之間)的電介質(zhì)22和正如在圖22-27所看到的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，沒(méi)有離子導(dǎo)電表面23的電介質(zhì)22的寬度，依賴于從器件39可以傳送到腐蝕探頭12的功率大小和腐蝕性液體的導(dǎo)電性等因素，但是從經(jīng)濟(jì)來(lái)看，它的寬度不應(yīng)大于約0.5吋。
可變電阻46，測(cè)量?jī)x表48和電壓表50(見圖1)也在圖28-33中腐蝕探頭12的實(shí)施例中應(yīng)用，起到與它們?cè)趫D2-11腐蝕探頭12的實(shí)施例類似的作用，將在下文作較詳細(xì)的說(shuō)明。
當(dāng)圖28-33的腐蝕探頭12的實(shí)施例中包含兩個(gè)(即16A和16B)或三個(gè)不同金屬的工作電極(即16A、16B和16C)時(shí)，應(yīng)該理解本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍，它包括由4個(gè)或更多的工作電極組成的腐蝕探頭12。例如在圖28和29的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，6個(gè)工作電極的探頭從探頭12的中心開始按如下電極順序配置(R＝參比電極，W＝工作電極，和C＝對(duì)電極)RWCWRWCWRWCWR……。任一工作電極16和任一參比電極18之間的電介質(zhì)22的表面具有離子導(dǎo)電表面23。同樣，當(dāng)圖28-33中腐蝕探頭12的實(shí)施例中包括有園柱和園筒形電極時(shí)，應(yīng)該理解，本發(fā)明的精神和范圍將包括所有電極全是矩形平板電極的腐蝕探頭12，此類似于在圖2和3中描繪的腐蝕探頭12。在這樣的腐蝕探頭12中，這些矩形電極將按順序連續(xù)排列和/或按圖28-33中腐蝕探頭12的電極順序排列，離子導(dǎo)電表面23被適當(dāng)?shù)嘏渲迷谖挥谌我还ぷ麟姌O16和任一參比電極18之間的電介質(zhì)22上。
工作電極16(不僅有16A、16B和16C)可以用任何金屬制造，它在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度需要測(cè)定。工作電極16A、16B或16C最好用不同的金屬制造，但是，任何一個(gè)工作電極16A、16B或16C制備時(shí)可由同一種金屬，即構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)其它或其余工作電極的金屬組成。如果任何一個(gè)工作電極16、16A、16B或16C都不是用需要在腐蝕性液體介質(zhì)中測(cè)定腐蝕速度的那種金屬制造，那么在工作電極16(或16A、16B或16C)的實(shí)際金屬與需要在腐蝕性液體介質(zhì)中測(cè)定腐蝕速度的金屬之間的腐蝕速度關(guān)系應(yīng)是已知的。例如，某類低合金鋼包括有很多種鋼材，它們以不同的絕對(duì)速度被腐蝕，這些速度正好相差一個(gè)與具體合金有關(guān)的系數(shù)(例如2、3等)，但腐蝕速度隨流體介質(zhì)(例如溫度，壓力、鹽的組成等)的改變所發(fā)生的相對(duì)變化一般是相同的。最好是工作電極16或工作電極16A、16B或16C中的至少一個(gè)是用黑色金屬如鋼或低合金碳鋼做成的。
在圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，對(duì)電極20被提供來(lái)完成工作電極16和對(duì)電極20之間的電路循環(huán)，因此電流可以如下施加通過(guò)工作電極16、經(jīng)過(guò)工作電極端面24和參比電極端面26之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23、經(jīng)過(guò)參比電極端面26和對(duì)電極端面28之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23和通過(guò)對(duì)電極20。
關(guān)于圖12-27中腐蝕探頭12的實(shí)施例中，對(duì)電極20(或?qū)щ娧b置)被提供來(lái)完成工作電極16和對(duì)電極20(或?qū)щ娧b置)之間的電路循環(huán)，因而電流可以如下施加通過(guò)工作電極16、通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)(例如腐蝕性液體7)、和通過(guò)對(duì)電極20(或通過(guò)導(dǎo)電裝置)。
在圖28和29中，兩個(gè)對(duì)電極20-20被提供來(lái)完成工作電極16A和16B和一個(gè)對(duì)電極20之間，及工作電極16C和第二個(gè)(或外)對(duì)電極20之間的電路循環(huán)，因此電流可如下施加通過(guò)工作電極16A、16B和16C，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)，和通過(guò)兩個(gè)對(duì)電極20-20。流過(guò)工作電極16A和16B的電流，通過(guò)它們之間的對(duì)電極20返回，而流過(guò)工作電極16C的電流，通過(guò)外對(duì)電極20返回。在圖32和33中也提供了兩個(gè)對(duì)電極20-20，來(lái)完成工作電極16A和中心對(duì)電極20之間，及工作電極16B和16C和第二對(duì)電極20之間的電路循環(huán)，因此電流可如下施加通過(guò)工作電極16A、16B和16C，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)，和通過(guò)兩個(gè)對(duì)電極20-20。流過(guò)工作電極16A的電流通過(guò)中心對(duì)電極20返回，流過(guò)工作電極16B和16C的電流，通過(guò)電極16B和16C之間的對(duì)電極20返回。在圖30和31中只提供了一個(gè)對(duì)電極20用來(lái)依次測(cè)定工作電極16A和16B(圖30和31)和16C(圖31)在腐蝕性液體介質(zhì)中的腐蝕速度。在圖30中電流可如下施加通過(guò)工作電極16B，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)，和通過(guò)對(duì)電極20。在圖30中電流也可以如下施加通過(guò)工作電極16A，經(jīng)過(guò)工作電極16A和16B之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)和通過(guò)對(duì)電極20。在圖31中電流可如下施加通過(guò)工作電極16A，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)和通過(guò)中心對(duì)電極20。圖31中電流也可按下面兩個(gè)別的方式施加通過(guò)工作電極16B，經(jīng)過(guò)工作電極16B和16A之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)以及通過(guò)對(duì)電極20;和通過(guò)工作電極16C，經(jīng)過(guò)工作電極16C和16B之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23，經(jīng)過(guò)工作電極端面24B和位于工作電極16B和16A之間的離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23，通過(guò)腐蝕性液體介質(zhì)和對(duì)電極20。雖然對(duì)電極20可用任何材料，如黑色金屬(例如鋼)制造，但它最好是惰性的;即用來(lái)制備的材料如碳、石墨或鉑，在施加電位下曝露于腐蝕性液體介質(zhì)中時(shí)它們不發(fā)生反應(yīng)。這樣可以避免不希望的反應(yīng)產(chǎn)物給腐蝕性液體介質(zhì)帶來(lái)的污染。
參比電極18也可用任何導(dǎo)電材料制備，但最好是可逆電極，它可以進(jìn)行更精確的測(cè)量，因?yàn)閰⒈入姌O端面26和在周圍與它一般微觀接近的流體(即腐蝕性液體介質(zhì)如油/鹽水混合物)區(qū)域之間的固定的電位，不因微小的電流通過(guò)參比電極端面26而改變。在本發(fā)明的腐蝕探頭12中雖已證明低合金碳鋼適于用作參比電極18，但技術(shù)理論指出別的金屬和合金，例如甘汞、氫、銅-硫酸銅、銀-氯化銀，和鋁、銅、黃銅、鉛、鎳、鈦、鋯、鉻以及它們的合金在同樣的條件下都可使用。使用與試件或工作電極金屬相同的參比電極18是有利的，它允許有一個(gè)短的試驗(yàn)周期，允許使用高溫和壓力，和允許使用表頭50最靈敏的量程。在腐蝕探頭12最好的實(shí)施例中，參比電極18、工作電極16和對(duì)電極20用同樣的材料制造，來(lái)克服利用參比電極18測(cè)量電位時(shí)通常遇到的任何其它可能的困難。
外殼30可用任何合適的材料制造，它對(duì)電介質(zhì)22、固定在電介質(zhì)22內(nèi)的電極16、18和電極20(如果使用時(shí))，及支撐和固定電介質(zhì)22(包括電極16、18和20)在應(yīng)有的位置上的固定材料起保護(hù)作用。在腐蝕探頭12最佳的實(shí)施例中，外殼30是用高抗蝕材料，比如不銹鋼或諸如此類的材料制造。
圖6、7和11、23、24和25描述的腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例中，外殼30與對(duì)電極20的間距，或外殼30和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22的厚度，可以是任何適當(dāng)?shù)暮侠淼拈g距或厚度，例如從約0.01到約1.00吋。這不是關(guān)鍵性的，因?yàn)樵趯?duì)電極20和外殼30之間，或在對(duì)電極端面28和外殼端面32之間的電介質(zhì)22的表面，可以是非活性的表面和非離子導(dǎo)電的，而在電極端面24和26之間是離子導(dǎo)電表面23。在對(duì)電極20和外殼30之間的電介質(zhì)22的表面沒(méi)有必要是離子導(dǎo)電的。
同樣，在圖2和3所描繪的腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例中，任何電極16、18和20與外殼30的距離不是關(guān)鍵性的或是不重要的，它可以是任何合適的合理的距離，例如從約0.01至約1.00吋。從任何一個(gè)電極端面24、26和28，經(jīng)過(guò)固定材料60，至外殼30的端面32之間的電介質(zhì)22的表面是非活性的和非離子導(dǎo)電的，而離子導(dǎo)電表面23位于任何兩個(gè)相鄰電極端面，即電極端面24和26或電極端面26和28之間。
同樣，在圖16、18、19、20和21中描述的腐蝕探頭12的最佳實(shí)施例中，任何一個(gè)電極16、18與外殼30的距離也不是關(guān)鍵性的或重要的，可以是任何適當(dāng)?shù)暮侠淼木嚯x，例如從約0.01到約1.00吋。從任一電極端面24和26經(jīng)過(guò)固定材料60，到外殼30的端面32的電介質(zhì)22的表面是非活性的和非離子導(dǎo)電的，而位于兩個(gè)鄰接的電極端面之間(即電極端面24和26之間)的是離子導(dǎo)電表面23。
本發(fā)明的電介質(zhì)22的材料可以是任何合適的絕緣材料，例如聚四氟乙烯、玻璃、纖維、塑料(例如聚苯乙烯)、樹脂(例如酚醛樹脂)、氟碳化合物、聚合物、或由兩種或多種聚合物配制的組合物，以提供特殊的性質(zhì)或特性(例如互相貫穿的聚合物網(wǎng)絡(luò))，或這些聚合物的混合物，根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)、組成和/或工藝可以具有或做成具有離子導(dǎo)電表面23;和使它在腐蝕測(cè)量期間能夠經(jīng)受得住溫度、壓力、溶解作用和其它條件。作為一個(gè)例子，電介質(zhì)22可以是酚醛樹脂。就本發(fā)明的目的而言，電介質(zhì)22的配方將包括改變生產(chǎn)聚合物的聚合過(guò)程，和/或把材料加入聚合物中以生產(chǎn)改性的聚合物或聚合物復(fù)合材料。
在本發(fā)明的腐蝕探頭12的所有實(shí)施例中，分隔電極的電介質(zhì)22的材料在腐蝕探頭12的整個(gè)結(jié)構(gòu)中可以是相同的，或者分隔一對(duì)電極的電介質(zhì)22的材料可以不同于分隔另一對(duì)電極的材料。分隔特定電極對(duì)和很多電極對(duì)的電介質(zhì)22的材料，也可能在電極端面和電極對(duì)端處的組成不同，各材料的組成和長(zhǎng)度比值是以所要求的性質(zhì)包括離子導(dǎo)電表面23的性質(zhì)為依據(jù)。例如分隔工作電極16與參比電極18的電介質(zhì)22的材料可以是或包含聚苯乙烯，而分隔參比電極18與對(duì)電極20的電介質(zhì)22的材料可以是或包含酚醛樹脂。
為了建立離子導(dǎo)電表面23，在圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，在電介質(zhì)22的表面上用嵌入或化學(xué)方法產(chǎn)生離子的功能，以降低置于所有電極端面24、26和28之間的電介質(zhì)22的高電阻，電介質(zhì)22分隔電極16、18和20，包括它們各自的電極端面24，26和28。
同樣，為了建立離子導(dǎo)電表面23，在圖12-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，在電介質(zhì)22的表面上用嵌入或化學(xué)方法產(chǎn)生離子的功能，以降低置于所有電極端面24和26之間的電介質(zhì)22的高電阻，它分隔電極端面24和26。圖4和16示出很多導(dǎo)電的負(fù)離子以化學(xué)方式結(jié)合到電介質(zhì)22表面上;圖5和17描述了很多負(fù)離子和正離子交替的嵌在電介質(zhì)表面23上。
在一實(shí)施例中，所要求的“人工的”電荷載體是通過(guò)對(duì)電介質(zhì)22的表面進(jìn)行化學(xué)改性而誘導(dǎo)產(chǎn)生的，其方法是用苛性堿或酸(例如KOH或40%(重量)KOH和30%(重量)H2O2的混合物，或類似物)浸蝕酚醛基樹脂，或氧化磺化(例如用H2O2在H2SO4中的混合物)聚苯乙烯樹脂。一些聚合物、共聚物、和/或聚合物復(fù)合材料以及在技術(shù)中已知的其它這類合成物，由于它們的結(jié)構(gòu)、成份、和/或工藝過(guò)程的結(jié)果，可能含有這樣的導(dǎo)電離子而不需要作任何另外的化學(xué)處理。化學(xué)浸蝕處理起到降低電介質(zhì)22的電阻的作用，獲得離子導(dǎo)電表面23，這是由于名義上產(chǎn)生了一個(gè)持久結(jié)合的表面離子交換基團(tuán)的單分子層，和/或產(chǎn)生了水可潤(rùn)濕的表面，它可能有，或可能沒(méi)有，持久的表面離子，但它將從腐蝕性液體介質(zhì)中(例如油和鹽水混合物)吸收或吸附水和離子。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一開始就使腐蝕探頭12的電介質(zhì)22的表面與表面活性劑接觸，使電介質(zhì)22的任一表面成為離子導(dǎo)電的，隨后把腐蝕探頭12插入腐蝕性液體介質(zhì)中。腐蝕性液體介質(zhì)最好不導(dǎo)電，但含有由離子導(dǎo)電溶液組成的分散相。已經(jīng)測(cè)定了含有離子導(dǎo)電溶液的合適的腐蝕性液體介質(zhì)有鹽水-液體烴混合物，例如鹽水-馬達(dá)油，鹽水-原油等。對(duì)于這些腐蝕性液體介質(zhì)，可以認(rèn)為表面活性劑被吸附或粘附在電介質(zhì)表面上，至使電介質(zhì)表面變成最佳的水可潤(rùn)濕的;含在分散相中的水滴(例如鹽水)懸浮在烴相中，它將離子(例如鹽)給予水-表面活性劑-電介質(zhì)表面，使之具有離子導(dǎo)電性。這種離子導(dǎo)電表面使得能夠用前面敘述的電化學(xué)裝置測(cè)量腐蝕速度。
為了使腐蝕探頭12任一實(shí)施例中的電介質(zhì)22的表面，在探頭12插入腐蝕性液體介質(zhì)中時(shí)成為離子導(dǎo)電的，電介質(zhì)22的這種表面必須與表面活性劑接觸，它能使電介質(zhì)22的表面在探頭12插入或放置入腐蝕性液體介質(zhì)中時(shí)變成離子導(dǎo)電性。要準(zhǔn)備的電介質(zhì)22的表面可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc表面活性劑接觸，例如把表面活性劑涂或抹在腐蝕探頭12的基本上是平面的端面上，或把腐蝕探頭12的基本上平面的端面浸或泡入表面活性劑中。電介質(zhì)22的表面應(yīng)有足夠的時(shí)間與表面活性劑接觸，最好是從約1秒到約1分鐘。表面活性劑與電介質(zhì)22的表面接觸后，過(guò)量的表面活性劑流體被擦去或沖洗掉，此時(shí)腐蝕探頭12就可準(zhǔn)備插入腐蝕性液體介質(zhì)中。
表面活性劑或表面活性劑混合物能夠使電介質(zhì)22的任一表面曝露在腐蝕性液體介質(zhì)的離子導(dǎo)電溶液中時(shí)變成離子導(dǎo)電的，這些表面活性劑可以是離子的或非離子的。
合適的非離子表面活性劑可以是乙氧基烷基酚，其通式為
式中n是約8-12，Y大約是3-100。其它合適的非離子表面活性劑是雙官能的和可能是乙氧基二烷基酚，其通式為
式中n約為4到11，Y約為3到100。
特別合適的壬基酚系列的乙氧基烷基酚表面活性劑已經(jīng)確定，它是商標(biāo)為IGEPALCO-170的GeneralAniline&FilmCorp.公司出售的一種產(chǎn)品。
合適的離子表面活性劑可能是烷基芳基磺酸鈉，其通式為
式中n是從1到約15。合適的離子表面活性劑可能沒(méi)有烷基，并且可能是苯磺酸鈉，通式為
合適的離子表面活性劑可能是雙官能的，其通式為
式中n是從1到約15，或n可能是零，在這里合適的雙官能離子表面活性劑是間-二甲苯磺酸鈉，其化學(xué)式為
特別合適的離子表面活性劑已經(jīng)發(fā)現(xiàn)是WitcoChemicalCorp.公司出售的商標(biāo)為WitconateP-10-59的一種產(chǎn)品。
可以相信，特定的表面活性劑的效能可能與所使用的電介質(zhì)22的類型或種類有關(guān)。例如，某表面活性劑可以使環(huán)氧樹脂電介質(zhì)22的表面活化，而別的表面活性劑則不能，或可能是無(wú)效的。同樣，如果電介質(zhì)22用另一種絕緣材料制造，如聚四氟乙烯、玻璃、纖維或塑料(例如聚苯乙烯)，則一些表面活性劑比其它的更有效。必須了解，雖然表面活性劑或表面活性劑混合物已經(jīng)被公開作為活化電介質(zhì)22的表面的一種方法，以便使它在浸入腐蝕性液體介質(zhì)中時(shí)變成離子導(dǎo)電的，但其它活化電介質(zhì)22表面的方法(例如放射性輻照、離子輻照、充電、化學(xué)曝露、吸收入電介質(zhì)22內(nèi)，吸附在表面上、粘附或涂復(fù)在電介質(zhì)22的表面上，或諸如此類的別的方法)，也包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
本發(fā)明中的腐蝕性液體介質(zhì)可以是任何腐蝕性液體介質(zhì)，例如但不限于二氧化碳飽和的鹽水、二氧化碳飽和的油/鹽水、含有混合氯化物如氯化鈣和氯化鎂的普通鹽水、油井鹽水、用于二次采油的水、重復(fù)循環(huán)的冷卻水、任何烴/鹽水混合物、或任何腐蝕性液體介質(zhì)，其中不但含有象鈣和鎂的氯化物，而且也含有其它離子，例如硫化物、亞鐵、高鐵、亞銅或其它容易被氧化或還原的離子。本發(fā)明特別適合測(cè)量鋼在鹽水懸浮于油中的混合物(與油懸浮在鹽水中的混合物相反)中的腐蝕，因?yàn)槟壳半娀瘜W(xué)探頭的技術(shù)水平未能完成這個(gè)測(cè)量。
通過(guò)繼續(xù)參閱本發(fā)明的操作附圖和金屬等在腐蝕性液體介質(zhì)，例如鹽水/油混合物中，腐蝕速度的測(cè)定方法可知，腐蝕探頭12的特別理想的實(shí)施方案是開始時(shí)制定的。工作電極16、16A、16B和16C是試件電極，腐蝕性液體介質(zhì)對(duì)它的作用需要測(cè)定。所有參比電極18最好是可逆的，應(yīng)保持固定的電位，以用于測(cè)定電流流動(dòng)期間任一工作電極的電位差。對(duì)電極20，或傳導(dǎo)電流的裝置，在它和任一特定的工作電極(即16，16A，16B或16C)之間傳輸小的試驗(yàn)電流。腐蝕電流由工作電極16、16A、16B或16C的電流/電位圖計(jì)算。
圖2-11和圖22-27的電極16、18和20和圖12-20的實(shí)施例的電極16和18是放置在約1.5毫米或約小于0.05吋的最佳間距上。在圖28-33腐蝕探頭12的實(shí)施例中，所有工作電極(即16A、16B和16C)、所有參比電極18、和所有對(duì)電極20彼此以約1.5毫米的最佳間距分開。對(duì)于圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例，電極間電阻的大小是隨電極間間距的減小和/或電極16、18和20之間的電介質(zhì)表面材料23的離子導(dǎo)電性增加而降低。對(duì)于圖12-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例，工作電極16和參比電極18之間的電極間電阻的大小，也是隨電極間間距的減小和/或電極16與18之間的電介質(zhì)表面材料23的離子導(dǎo)電性增加而降低。同樣，圖28-33中工作電極16A、16B和16C之間的電極間電阻的大小，任一工作電極16A、16B和16C和任一參比電極18之間的電極間電阻的大小，是隨電極間間距的減小和/或任何這些電極之間的電介質(zhì)表面23的離子導(dǎo)電性增加而降低。
降低電極間電阻的大小，可用市售交流電導(dǎo)電橋使電極間電阻變?yōu)榭蓪ぶ贩秶?。所以電極間歐姆電阻可以用，例如型號(hào)為BeckmanInstrumentModelRC-16C的電池驅(qū)動(dòng)的電橋，在1千赫(KHz)下測(cè)量。這個(gè)交流(ac)電橋的正常動(dòng)態(tài)量程約為0到1兆歐，用0.2兆歐以上的標(biāo)準(zhǔn)電阻校準(zhǔn)。
這種Beckman電橋或任何類似的電橋的電阻測(cè)量范圍，可以用L.Niedrach在Journal of Electrochemical.Soc.127，2122(1980)中敘述的分流技術(shù)擴(kuò)展到兆歐區(qū)(可降低測(cè)量中的任何電位誤差)。將高的未知的極間電阻在動(dòng)態(tài)量程內(nèi)與較小的已知電阻并聯(lián)，通過(guò)測(cè)量，用并聯(lián)電阻的標(biāo)準(zhǔn)公式來(lái)計(jì)算Rx。這樣在5兆歐范圍內(nèi)可獲得精確到標(biāo)稱±10%的數(shù)值。
圖6-11和圖22-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，為了說(shuō)明本發(fā)明的操作，電極16、18和20用包含鐵和合金元素的N80鋼制造。一種這樣的N80鋼具有如下的用%(重量)表示的化學(xué)組成Si0.26，Mn1.42，Cr0.54，Mo0.016，Ni0.08，Cu0.14，V0.111，Sn0.006，Al0.02，B0.0002，Mg0.003，P0.009，S0.012，和C0.36。在圖6-11中，電極的配置為，工作電極16為圓盤形，其直徑約0.175吋，以及參比電極18和對(duì)電極20為環(huán)形，具有均勻的約0.05吋的厚度。在圖22-27中，工作電極16和參比電極18的形狀和大小相互對(duì)換。
在圖2和3的腐蝕探頭的最佳實(shí)施例中，為了說(shuō)明本發(fā)明的操作，電極16、18和20用低合金鋼制造。這種低合金鋼在純鹽水中單位面積的腐蝕速度比上述N80鋼大約大三倍。電極排列成平行的金屬帶，如圖3所說(shuō)明的那樣，相同的電極在內(nèi)部并聯(lián)。電極16，18和20的寬度(它們具有平行的關(guān)系)是均勻的和約為0.05吋。用這種并聯(lián)電極方案，腐蝕性液體介質(zhì)的微滴可使任一電極16、18和20的組合通過(guò)小的區(qū)域而接通，從而產(chǎn)生可以測(cè)量的腐蝕電流。腐蝕性液體介質(zhì)沒(méi)有必要象圖6-11的最佳實(shí)施例的要求那樣，接通所有電極端面24，26和28。
圖14-21的腐蝕探頭的實(shí)施例中，為了說(shuō)明的目的，電極16和18也用N80鋼制造。電極也是這樣的排列，即參比電極18是一個(gè)直徑約0.175吋的園柱形盤，而工作電極16是一個(gè)環(huán)，具有約0.05吋的均勻的厚度。
圖28-33的腐蝕探頭12中，包含有很多多金屬工作電極16A、16B和16C，所有參比電極18和對(duì)電極20是用N80鋼或316不銹鋼制造，具有確定的大小，就此將在以下腐蝕探頭12的實(shí)施方案的例子中詳細(xì)說(shuō)明。
在說(shuō)明本發(fā)明時(shí)，油/鹽水被配制作為腐蝕性液體介質(zhì)。用來(lái)制備油/鹽水混合物的原油是原油A，原油B，原油C，原油D和原油E。各原油640毫升(ml)與預(yù)定要求體積(百分比)的Nacl溶液在2升高壓釜中混合?；旌衔锓謩e用氬氣壓入/減壓到700磅/吋2表壓(psig)，同時(shí)攪拌脫氧。加入Na2SO3除去最后的痕量的溶解氧。因?yàn)榛旌衔镌诶鋮s和排出二氧化碳后將分離成淤渣-流體層，所以當(dāng)不使用時(shí)，此混合物應(yīng)在CO2壓力下保溫、攪拌。
為探頭12的各實(shí)├票柑酵 2時(shí)使用下列三種電介質(zhì)之一聚四氟乙烯，聚苯乙烯，和填充亞麻織物的酚醛樹脂。圖2，3，6，7和11的實(shí)施例以及圖23，24和25中所示的探頭12的實(shí)施例中，固定材料60(固化的環(huán)氧樹脂)被用來(lái)固定不銹鋼外殼30內(nèi)的電介質(zhì)22，包括插入的電極16、18和20。在圖16，18，20和21所示的探頭12的不銹鋼外殼30內(nèi)，也用固定材料60來(lái)固定電介質(zhì)22和插入的電極16和18。圖8，9，10，22，26和27中，固化的環(huán)氧樹脂也被用作固定材料60，在對(duì)電極20的園筒壁內(nèi)固定已插入電極16和18的電介質(zhì)22。
圖28、29和30所示的對(duì)電極20的園筒壁以內(nèi)和圖31、32和33所示的參比電極18的園筒壁以內(nèi)，也是用固定材料60來(lái)固定其它對(duì)電極20和其它參比電極18以及許多工作電極，例如16A、16B和16C。對(duì)于圖14、15和17的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，固化的環(huán)氧樹脂被進(jìn)一步在工作電極16的園筒壁以內(nèi)用作固定材料60。
圖2-11的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，在電極16和18之間的以及在電極18和20之間的電介質(zhì)22的表面，必須帶有離子電荷，以建立離子導(dǎo)電表面23和降低極間電阻。圖2-11中單靠電極16、18和20彼此相對(duì)作鄰近的配置，并不能提供檢測(cè)工作電極16的腐蝕所必需的低極間電阻。對(duì)于圖12-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中，只在工作電極16和參比電極18之間的電介質(zhì)22的表面必須帶有離子電荷，以建立離子導(dǎo)電表面23和降低極間電阻。同樣，圖28-33的腐蝕探頭12由許多工作電極(即工作電極16A，16B和16C)組成，只有工作電極16A，16B和16C之間，以及任一工作電極16A、16B和16C與任一參比電極18之間的電介質(zhì)表面必須具有離子導(dǎo)電表面23。在任何工作電極16，16A，16B和16C與任何對(duì)電極20之間的電介質(zhì)22的表面不必帶有離子電荷。單靠任一工作電極16，16A，16B和16C與任一參比電極18(包括它們的電極端面24，24A，24B，24C和26)彼此相對(duì)作鄰近的配置，并不能為檢測(cè)任一工作電極16、16A、16B和16C的腐蝕提供所必需的低極間電阻。
用永久嵌入預(yù)定的微小的離子(小于200目)材料，例如玻璃、BaSO4和其它難溶的不導(dǎo)電的鹽，它們以交替的負(fù)/正離子方式嵌在電介質(zhì)22的極間表面上和/或內(nèi)部的方法(見圖5和17)，可以在電介質(zhì)22的極間表面上產(chǎn)生大量的離子電荷，以增加表面離子導(dǎo)電性;和/或使電介質(zhì)22的極間表面與適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑(即浸蝕劑)作用，使很多負(fù)離子與其化學(xué)結(jié)合(見圖4和16)，以增加表面離子導(dǎo)電性。所用的浸蝕劑決定于電介質(zhì)。正如前面所述，對(duì)于適合于酚醛樹脂的浸蝕劑，已經(jīng)確定是KOH，KOH和H2O2的混合物，而對(duì)于聚苯乙烯則是H2O2和H2SO4的混合物。其它浸蝕劑將在下面提出。當(dāng)預(yù)定的微小的離子物質(zhì)被永久的嵌在電介質(zhì)22的極間表面上面或內(nèi)部，以建立離子導(dǎo)電表面23時(shí)，此離子導(dǎo)電表面23本身必須是電中性的;即它必須具有相同數(shù)目的正電荷和負(fù)電荷。因?yàn)檫@種電介質(zhì)材料22開始是干的，全部負(fù)電荷和正電荷很可能是存在于固體電介質(zhì)表面22內(nèi)，如圖5中的說(shuō)明。用來(lái)嵌入離子的方法可以是任何合適的方法，例如用壓力把離子物質(zhì)推入電介質(zhì)22的極間表面。當(dāng)化學(xué)浸蝕的方法產(chǎn)生帶離子電荷的表面時(shí)，一種類型的電荷(+或-)被永久的固定在表面上，而相反的電荷(-或+)則是通過(guò)靜電作用與表面結(jié)合。
表Ⅰ是兩個(gè)具有酚醛樹脂電介質(zhì)22的腐蝕探頭(圖6、7和11及圖2和3)，在浸入各種浸蝕劑前后，在含15%鹽水的原油B的混合物中的極間歐姆電阻(參比電極對(duì)工作電極16)的數(shù)據(jù)。
表Ⅰ浸蝕劑對(duì)酚醛樹脂電介質(zhì)探頭在原油B，15%鹽水，760Psig.CO2，180°F中的極間電阻的影響(探頭構(gòu)造如圖6、7和11及圖2和3，在浸蝕劑處理之后探頭在1/1HCl中60℃下除銹)極間電阻，兆歐(Megohms)浸蝕劑處理圖6、7和11圖2和3，平行的探頭的電極探頭無(wú)＞50.05-1.110M KOH，80℃＊(60分鐘) 1.910M KOH，80℃＊(2小時(shí)) 0.3-0.64 0.0031/1HCl，60℃(1分鐘)＞5濃H2SO4，84℃(20分鐘) ＞5H2SO4/H2O2，75℃(2分鐘) ＞5NaCl/16%HCl，60℃(2分鐘)＞5＊溫度高于95℃時(shí)電極變形表Ⅰ說(shuō)明，圖6、7和11的腐蝕探頭12在指出的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定的極間歐姆電阻，大于5兆歐。圖2和3的腐蝕探頭12產(chǎn)生較低的電阻，它部分是由于對(duì)電極20的幾何排列所造成的。在80℃的10MKOH浸蝕劑中浸泡2小時(shí)顯著地降低了腐蝕探頭12二者的極間電阻。較高的溫度(高于95℃)會(huì)破壞腐蝕探頭12的電極16、18和20，而縮短浸泡時(shí)間則不能提供持久的離子導(dǎo)電活性來(lái)降低極間電阻。
表Ⅱ是兩個(gè)具有酚醛樹脂電介質(zhì)22的腐蝕探頭(圖24和25及圖20和21)，在浸入各種浸蝕劑前后，在含15%鹽水的原油B的混合物中的極間歐姆電阻數(shù)據(jù)(參比電極對(duì)工作電極16)表Ⅱ浸蝕劑對(duì)酚醛樹脂電介質(zhì)探頭在原油B，15%鹽水，760Psig.CO2180°F中的極間電阻的影響(探頭構(gòu)造為圖24和25及圖20和21。
浸蝕劑處理之后，探頭在1/1HCl中，60℃下除銹)極間電阻，兆歐浸蝕劑處理圖24和25探頭圖20和21探頭無(wú)＞5＞510M KOH，80℃＊(60分鐘) 1.9 1.910M KOH，80℃＊(2小時(shí)) 0.3-0.64 0.3-0.641/1HCl(1分鐘)＞5＞5濃H2SO4(20分鐘) ＞5 ＞5H2SO4/H2O2，75℃(2分鐘) ＞5 ＞5NaCl/16%HCl，(2分鐘)＞5＞5
＊溫度高于95℃時(shí)電極變形表Ⅱ說(shuō)明了圖24和25及圖20和21的腐蝕探頭12在指出的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定的極間歐姆電阻，超過(guò)5兆歐。在80℃的10MKOH浸蝕劑中浸泡2小時(shí)，顯著降低了腐蝕探頭12二者的電極16和18之間的電介質(zhì)表面22的極間歐姆電阻。正如在表Ⅰ中看到的，較高的溫度破壞腐蝕探頭12的電極，而縮短浸泡時(shí)間則不能提供持久的離子導(dǎo)電活性來(lái)降低極間電阻。
表Ⅲ列出了圖6、7和11和/或圖24和25描述的具有聚苯乙烯電介質(zhì)22的腐蝕探頭12，用各種浸蝕劑處理前后在含40%鹽水的原油B混合物中的極間歐姆電阻(參比電極對(duì)工作電極16)，并表明氧化磺化作用降低極間電阻。
表Ⅲ浸蝕劑對(duì)聚苯乙烯電介質(zhì)探頭在原油B，15%鹽水，760Psig.CO2，180°F中極間電阻的影響(探頭結(jié)構(gòu)如圖6、7和11及圖24和25，浸蝕劑處理之后，探頭在1/1HCl中，60℃下除銹)極間電阻，兆歐浸蝕劑處理圖6，7和11和/或圖24和25無(wú)，80℃＞510MKOH，80℃(2小時(shí))＞51/1H2SO4，80℃(90分鐘) ＞5H2SO4/15%H2O2，25℃(2分鐘) 0.2
按照腐蝕探頭12的實(shí)施例在前述的適當(dāng)位置制備了離子導(dǎo)電表面23后，必須測(cè)定圖2-11中腐蝕探頭12實(shí)施例的工作電極16和參比電極18之間的電阻。此外還要測(cè)定不僅是本發(fā)明的圖2-11中腐蝕探頭12的實(shí)施例，而且是本發(fā)明腐蝕探頭12的所有實(shí)施例中的參比電極18〔或在依次測(cè)定一個(gè)以上不同金屬的工作電極16(例如圖31中的工作電極16C和/或16B)的腐蝕速度期間起參比電極18作用的任何電極〕和通常微觀接近它的(約10-6厘米或更小)周圍的腐蝕性液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差。
為了測(cè)定圖2-11腐蝕探頭12實(shí)施例中的工作電極16和參比電極18之間的電阻，在特定的工作電極16施加低壓高頻交流電(例如0.4V，1000Hz)。這個(gè)電極和特定的參比電極18也成為四臂電橋電路的一臂，在概念上與標(biāo)準(zhǔn)惠斯登(Wheatstone)電橋相同。另外三臂中的兩臂的電阻是固定的。調(diào)整第三臂的電阻直至通過(guò)電橋的電流最小為止。這個(gè)調(diào)整的電阻值與工作電極16和參比電極18之間的未知電阻成正比。比例常數(shù)由電橋的生產(chǎn)者提供和/或用已知電阻代替電化學(xué)探頭直接校準(zhǔn)測(cè)定。如果這個(gè)調(diào)節(jié)電阻值乘以此比例常數(shù)，即可求出圖2-11腐蝕探頭12實(shí)施例中工作電極16和參比電極18之間的電阻。
參比電極18或當(dāng)順次測(cè)量一個(gè)以上各種金屬工作電極的腐蝕速度時(shí)起參比電極18作用的任何一種電極(例如圖31中的工作電極16C和/或16B)和其微觀接近(大約≤10-6cm)的周圍腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差，當(dāng)作沒(méi)有電流從工作電極16流入指定的對(duì)電極20時(shí)工作電極16和起參比電極18作用的指定參比電極之間所測(cè)量的電位差。換言之，就是當(dāng)工作電極16沒(méi)有電流流進(jìn)或流出時(shí)所測(cè)量的電位差。這樣就把腐蝕速度的測(cè)定，簡(jiǎn)化為對(duì)進(jìn)行腐蝕速度測(cè)定說(shuō)來(lái)是必需的超電壓的測(cè)定。更準(zhǔn)確地說(shuō)，這樣就把對(duì)腐蝕速度的測(cè)定簡(jiǎn)化為為進(jìn)行腐蝕速度測(cè)定通過(guò)電流所必需的附加電壓的測(cè)定。當(dāng)然，參比電極18和其微觀接近(大約≤10-6cm)的周圍腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差，雖然對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參比電極(例如甘泵電極)來(lái)說(shuō)并不知道，但是對(duì)于每一個(gè)工作電極獲得一次電流密度/超電壓時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)(例如大約10秒)基本保持恒定，這點(diǎn)也將在下文中予以說(shuō)明。
在圖2-11的腐蝕探頭12實(shí)施例的操作中，將圖2-11的腐蝕探頭12插入并接在盛裝腐蝕液體介質(zhì)7的管子14或高壓釜15中。正如前面所提到的，介質(zhì)7是由鹽水/油配制成的一種混合物。
一已知電流(例如以安培為單位)或電流密度〔即工作電極16的每單位面積(例如吋2)上的電流(例如安培)〕或一已知電位差通過(guò)裝置39輸入探頭12。正如前面所述，這可以通過(guò)使用恒電位儀40和信號(hào)發(fā)生器42很好地完成。將已知電流或電流密度或已知電位差用度盤撥入信號(hào)發(fā)生器42，再由它將此同樣的信號(hào)傳送到恒電位儀40。如果要把輸入探頭12的電流改換成電流密度，在最后計(jì)算腐蝕速度(例如以密耳(mils)/年為單位)時(shí)對(duì)工作電極16的面積必須作出校正。腐蝕速度的計(jì)算將在下面進(jìn)行說(shuō)明。這樣在所敘述的圖2-11腐蝕探頭12的實(shí)施例和本發(fā)明腐蝕探頭12的所有其他實(shí)施例的操作中，所輸入或測(cè)量(例如用儀表48)的將為電流密度而不是電流。
如果一已知的施加的電流密度用度盤撥入信號(hào)發(fā)生器42，則恒電位儀40以直流電傳輸該電流密度，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、工作電極16和對(duì)電極20之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。對(duì)于這種腐蝕探頭12的實(shí)施例，假定參比電極端面26的表面歐姆電阻與電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23相比是可以忽略的?？勺冸娮?6可以是任一合適的值(例如0.1兆歐到1.5兆歐)。電阻46參與電流的測(cè)量，但是當(dāng)使用恒電位儀40時(shí)并不必需。在工作電極16和參比電極18之間的電動(dòng)勢(shì)是用電壓表50測(cè)量的。根據(jù)已知的施加電流密度和預(yù)先測(cè)定的工作電極16和參比電極18之間的電阻可求出電動(dòng)勢(shì)，即由施加的電流密度乘以電阻可求出電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)代表微觀接近(大約10-6cm或以下)工作電極16的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域與微觀接近(大約10-6cm或以下)參比電極18的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差。工作電極16和其微觀接近(大約10-6cm或以下)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，繼之可由電壓表50讀出的電動(dòng)勢(shì)減去工作電極16和參比電極18之間的已知電阻乘以電流密度求出的電動(dòng)勢(shì)，與參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。
圖2-11中腐蝕探頭12的工作電極16上的腐蝕電流現(xiàn)在可根據(jù)Stern-Geary方程式IA=IC(10-PBC-10PBA)]]>計(jì)算得出，其中IA為已知的外加電流密度;IC為以電流密度表示的腐蝕速度;BA和BC為陽(yáng)極和陰極的塔菲爾(Tafel)(或“β”(“beta”))常數(shù);P為已知(測(cè)量的)超電位。該方程可應(yīng)用于任何一個(gè)具有一個(gè)氧化過(guò)程(例如金屬的溶解)和一個(gè)還原過(guò)程的腐蝕體系。Stern-Geary方程式表達(dá)了活性控制腐蝕(通常BA和BC值在30和200mv之間)、擴(kuò)散控制腐蝕(BC＝∞)或金屬腐蝕處于鈍態(tài)(BA＝∞)的特性。兩個(gè)Tafel常數(shù)的單位和用于超電位的常用單位mv相同。
如果兩個(gè)Tafel常數(shù)中只有一個(gè)是已知的，或一個(gè)知道得不夠準(zhǔn)確，那末將第二個(gè)已知的施加電流密度用度盤撥入信號(hào)發(fā)生器42，再重復(fù)此法以獲得第二個(gè)超電位。對(duì)每一個(gè)施加電流實(shí)度用兩個(gè)已知的電流密度和兩個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解兩個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，解得一個(gè)未知的Tafel常數(shù)和以電流密度表示的腐蝕速度。
同樣，如果兩個(gè)Tafel常數(shù)都不知道或者知道得不夠準(zhǔn)確，那末將第二個(gè)和第三個(gè)已知的施加電流密度由度盤撥入信號(hào)發(fā)生器42，對(duì)每一個(gè)調(diào)入的施加電流密度重復(fù)整個(gè)方法以獲得第二個(gè)和第三個(gè)超電位。用三個(gè)已知的施加的電流密度及其三個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解三個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而解得兩個(gè)Tafel常數(shù)和以電流密度表示的腐蝕速度。
由于Stern-Geary方程式的形式，用電化學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算腐蝕速度是困難的，而用數(shù)值計(jì)算法是容易解出的。由于數(shù)值計(jì)算法的迭代性質(zhì)，這種解析用計(jì)算機(jī)處理最為方便。大型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般包括有程序和/或子程序庫(kù)，可以根據(jù)數(shù)字解出Stern-Geary方程式。
腐蝕速度以電流密度表示，并且是衡量相對(duì)腐蝕速度的標(biāo)準(zhǔn)，如果有必要還可以通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子換算成腐蝕速度單位(微安/厘米2)×因子＝密耳/年。各種金屬的轉(zhuǎn)換因子列表如下金屬因子黃銅0.47不銹鋼(304)0.43鎳基合金C0.39鋁(AA7075)0.52銅0.46鐵(或N80或低合金鋼)0.46鎳0.42繼續(xù)對(duì)圖2-11腐蝕探頭12的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，如果一已知電位差用度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，那末恒電位儀40傳輸和/或施加此電位差，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、工作電極16和參比電極18之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和參比電極18，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線36返回到恒電位儀40。由于電位差的結(jié)果，電流密度以直流電進(jìn)行傳導(dǎo)，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、工作電極16和對(duì)電極20之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回恒電位儀40。工作電極16和對(duì)電極20之間的這個(gè)電流密度由儀表48/電阻46測(cè)出。根據(jù)所測(cè)定的電流密度和早先測(cè)量的工作電極16和參比電極18之間的電阻，該電動(dòng)勢(shì)由所測(cè)量的電流密度乘以電阻求出，并且這個(gè)電動(dòng)勢(shì)代表微觀接近(大約10-6cm或以下)工作電極16的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域與微觀接近(大約10-6cm或以下)參比電極18的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差。工作電極16和其微觀接近(大約10-6cm或以下)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，繼而可由刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42的已知電位差，減去所測(cè)量的電流密度乘以工作電極16和參比電極18之間的已知電阻而求得的電動(dòng)勢(shì)，與參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。
正如一已知電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40的情況，圖2-11中腐蝕探頭12的工作電極16上的腐蝕速度(以電流密度表示)現(xiàn)在可以根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算得出。此外，如果只知兩個(gè)Tafel常數(shù)中的一個(gè)是已知的或一個(gè)知道得不夠準(zhǔn)確，那末將第二個(gè)已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，再重復(fù)此法以獲得第二個(gè)超電位。根據(jù)兩個(gè)已知的所測(cè)電流密度及其兩個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解兩個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式求得此未知的一個(gè)Tafel常數(shù)和以電流密度表示的腐蝕速度。同樣，如果Stern-Geary方程式中的兩個(gè)Tafel常數(shù)都不已知或知道得不夠準(zhǔn)確，那末將第二個(gè)和第三個(gè)已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，并對(duì)每一個(gè)調(diào)入的電位差重復(fù)整個(gè)方法，而求出第二個(gè)和第三個(gè)超電位。用這三個(gè)已知的測(cè)量電流密度和各施加電位差的三個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解三個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，求出兩個(gè)Tafel常數(shù)和以電流密度表示的腐蝕速度。正如由信號(hào)發(fā)生器42把已知的施加電流密度輸入恒電位儀40的情況一樣，這個(gè)腐蝕速度是衡量相對(duì)腐蝕速度的標(biāo)準(zhǔn)，并能通過(guò)前面所述的轉(zhuǎn)換因子中的一個(gè)轉(zhuǎn)換成常用的腐蝕速度單位，轉(zhuǎn)換因子取決于構(gòu)成工作電極16的金屬種類。
在圖12-27的腐蝕探頭12實(shí)施例的操作中，圖12-27中的腐蝕探頭12插入盛裝腐蝕液體介質(zhì)的管子14或高壓釜15中，并用接頭2將它們連接上。腐蝕液體介質(zhì)是前面所述的一種由鹽水/油配制的混合物。
一已知的施加的電流密度或一已知的電位差通過(guò)裝置39輸入探頭12。正如前面所述，通過(guò)采用恒電位儀40和信號(hào)發(fā)生器42可以更好地完成。將已知的電流密度或已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，并由它將同樣的信號(hào)傳輸?shù)胶汶娢粌x40。
如果一已知的施加的電流密度撥入信號(hào)發(fā)生器42，則恒電位儀40以直流電傳導(dǎo)這個(gè)電流密度，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、腐蝕液體介質(zhì)和對(duì)電極20(或?qū)щ娧b置)，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。
對(duì)于圖2-11中腐蝕探頭12的實(shí)施例，假定圖2-11中腐蝕探頭12的參比電極端面26的表面歐姆電阻與電介質(zhì)22的離子導(dǎo)電表面23的電阻相比可以忽略不計(jì)。但是參比電極端面26的表面歐姆電阻會(huì)影響電流的傳輸，而圖12-27中的腐蝕探頭12的實(shí)施例克服了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)殡娏魇峭ㄟ^(guò)腐蝕液體介質(zhì)傳導(dǎo)的，而不是經(jīng)過(guò)參比電極端面26之表面。
正如前面所述，可變電阻46可以是任一合適的值(例如0.1兆歐到1兆歐)。電阻46參與電流的測(cè)量，但是當(dāng)使用恒電位儀40時(shí)并不必需。參比電極18和工作電極16之間的電動(dòng)勢(shì)是用電壓表50測(cè)量的。
對(duì)于圖2-11中腐蝕探頭12的實(shí)施例，根據(jù)已知的外加電流密度和預(yù)先測(cè)定的工作電極16和參比電極18之間的電阻，由外加電流密度乘以電阻可求出電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)代表微觀接近(大約10-6cm或以下)工作電極16的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域與微觀接近(大約10-6cm或以下)參比電極18的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的電位差。這一步與測(cè)定參比電極18和工作電極16之間的電阻一起，現(xiàn)在可以在圖12-27的腐蝕探頭12的實(shí)施例中省略掉。
工作電極16和其微觀接近(大約10-6cm或以下)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，是傻繆貢 0讀出的電動(dòng)勢(shì)減去參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)定的已知電位差計(jì)算得出。
現(xiàn)在可以根據(jù)stern-Geary方程式IA= IC〔10-PBC- 10PB A〕]]>計(jì)算出圖12-27中腐蝕探頭12的工作電極16上的腐蝕電流。其中IA為已知或測(cè)量的外加電流密度;IC為以電流密度表示的腐蝕速度;BA和BC為陽(yáng)極和陰極的Tafel(或“β”(“beta”))p為已知或測(cè)量的超電位。正如前面所述，該方程式可應(yīng)用于具有一個(gè)氧化過(guò)程(例如金屬的溶解)和一個(gè)還原過(guò)程的任何腐蝕體系;并表達(dá)活性控制腐蝕(BA和BC值通常在30和200mv之間)、擴(kuò)散控制腐蝕(BC＝∞)或金屬的腐蝕處于鈍態(tài)(BA＝∞)。
正如在圖2-11腐蝕探頭12的實(shí)施例中所見到的，如果兩個(gè)Tafel常數(shù)中任何一個(gè)是已知的或一個(gè)知道得不夠準(zhǔn)確，那末將第二個(gè)外加電流密度用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，再重復(fù)此法而獲得第二個(gè)超電位。用兩個(gè)已知的電流密度及其兩個(gè)已知的超電位，可通過(guò)解兩個(gè)stern-Geary聯(lián)立方程式而求得一個(gè)未知的Tafel常數(shù)和圖12-27腐蝕探頭12中金屬工作電極16上以電流密度表示的腐蝕速度。
同樣，如果兩個(gè)Tafel常數(shù)都不已知或知道得不夠準(zhǔn)確，那末把第二和第三個(gè)欲施加的已知電流密度用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，并對(duì)每一個(gè)選擇的外加電流密度重復(fù)整個(gè)方法，而求出第二和第三個(gè)超電位。用三個(gè)已知的外加電流密度及其三個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解三個(gè)stern-Geary聯(lián)立方程式，而求出兩個(gè)Tafel常數(shù)和圖12-27腐蝕探頭12中金屬工作電極16上以電流密度表示的腐蝕速度。
正如前面對(duì)圖2-11中腐蝕探頭12的實(shí)施例所提到的，腐蝕速度是以電流密度表示并且是衡量相對(duì)腐蝕速度的標(biāo)準(zhǔn)，如果需要的話，它還可以通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子轉(zhuǎn)換成腐蝕速度單位(微安/厘米2)×因子＝密耳/年。各種金屬的轉(zhuǎn)換因子都列于前面表中。
繼續(xù)說(shuō)明圖12-27中腐蝕探頭12的實(shí)施例，如果一個(gè)已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，則恒電位儀40將傳輸和/或施加此電位差，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、工作電極16和參比電極18之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和參比電極18，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線36返回到恒電位儀40。由于這個(gè)電位差的結(jié)果，電流密度(作為直流電)經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34、工作電極16、對(duì)電極20或?qū)щ娧b置(例如高壓釜15的壁)，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。在圖2-11的腐蝕探頭12實(shí)施例中，參比電極18位于工作電極16和對(duì)電極20之間，并且工作電極16和對(duì)電極20之間所有的電介質(zhì)表面22都是離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23，這是為了傳導(dǎo)電流密度，由工作電極16經(jīng)過(guò)工作電極16和對(duì)電極20之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23，包括參比電極端面26，流入對(duì)電極20。在圖12-27的腐蝕探頭12的優(yōu)選實(shí)施例中，在工作電極16和對(duì)電極20之間沒(méi)有離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23。電流密度不能通過(guò)工作電極16和對(duì)電極20之間任何一個(gè)離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23進(jìn)行傳導(dǎo)。在圖12-27腐蝕探頭12的實(shí)施例中，工作電極16和對(duì)電極20(或?qū)щ娧b置)之間的電流密度是由腐蝕液體介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo)的。正如前面所述，電流密度由儀表48測(cè)出。所測(cè)定的這個(gè)電流密度是Stern-Geary方程中的IA。
工作電極16和與其微觀接近(大約≤10-6cm)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42的、正如電壓表50所測(cè)量的已知電位差減去參比電極18和與其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間預(yù)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中的P。
通常就是這樣，當(dāng)一已知電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40時(shí)，用P(超電位)、IA(所測(cè)量的電流密度)和兩個(gè)已知的Tafel常數(shù)，現(xiàn)在可以根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算出圖12-27中腐蝕探頭12的工作電極16上的腐蝕速度(以電流密度表示)。
另外，如果兩個(gè)Tafel常數(shù)只已知一個(gè)或一個(gè)知道得不夠既罰悄┌訓(xùn)詼鲆閻牡縹徊鈑每潭擾痰魅胄藕歐⑸ 2，再重復(fù)此法而獲得第二個(gè)超電位。用兩個(gè)已知的所測(cè)電流密度和兩個(gè)外加電位差的已知的超電位，可以通過(guò)解兩個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而求得一個(gè)末知的Tafel常數(shù)和在圖12-27腐蝕探頭12中金屬工作電極16上以電流密度表示的腐蝕速度。
同樣，如果在Stern-Geary方程式中兩個(gè)Tafel常數(shù)都不為已知或知道得不夠準(zhǔn)確，那末把第二和第三個(gè)已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，對(duì)各個(gè)輸入的已知電位差再重復(fù)整個(gè)過(guò)程，而獲得第二和第三個(gè)超電位。用三個(gè)已知的所測(cè)量的電流密度和三個(gè)外加電位差的已知的超電位，可通過(guò)解三個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，從而解得兩個(gè)Tafel常數(shù)和以電流密度表示的腐蝕速度。正如已知的外加電流密度由信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40的情況一樣，這個(gè)腐蝕速度是衡量相對(duì)腐蝕速率的標(biāo)準(zhǔn)，并能通過(guò)前面所提到的轉(zhuǎn)換因子中的一個(gè)轉(zhuǎn)換成常用的腐蝕速率單位，這個(gè)轉(zhuǎn)換因子取決于構(gòu)成工作電極16的金屬種類。
重要的是了解圖22-27中腐蝕探頭12的優(yōu)選實(shí)施例，如果對(duì)電極20和參比電極18互換，并且離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23在工作電極16和外參比電極18之間，那末腐蝕探頭12將獲得相同的結(jié)果，并和參比電極18與工作電極16和對(duì)電極20處于同心位置的腐蝕探頭12優(yōu)選實(shí)施例的作用相同。工作電極16和對(duì)電極20之間的電流密度仍然可以通過(guò)腐蝕的液體介質(zhì)進(jìn)行傳輸，并且輸入的電位差經(jīng)過(guò)工作電極16、工作電極16和外參比電極18之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23以及參比電極18進(jìn)行傳輸。對(duì)于圖22-27中腐蝕探頭12的實(shí)施例，重要的是在參比電極18和對(duì)電極20之間具有工作電極16，由于工作電極16處于這樣的位置，因此工作電極16和參比電極18之間的電阻不必測(cè)定，工作電極16和對(duì)電極20之間的電介質(zhì)表面22不必制成離子導(dǎo)電，并且電流密度不再需要通過(guò)工作電極16和對(duì)電極20之間任一離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23進(jìn)行傳輸。
在圖28和29的腐蝕探頭12的實(shí)施例的操作中，為同時(shí)測(cè)定各種金屬工作電極16A、16B和16C中各個(gè)的腐蝕速度，圖28和29的腐蝕探頭12插入并連接在盛裝腐蝕液體介質(zhì)(即鹽水/油混合物的一種)的管子14或高壓釜15上。第一、第二和第三恒電位儀(分別為40、40和40)，它們和第一、第二和第三信號(hào)發(fā)生器(分別為42、42和42)一起使用，把三個(gè)已知的外加電流密度或三個(gè)已知的電位差輸入圖28和29的腐蝕探頭12。
第一恒電位儀40與分別從中心參比電極18、工作電極16A和位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20引伸出來(lái)的導(dǎo)線36、34A和38所組成的第一導(dǎo)線組相連接。第二恒電位儀40與分別從位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20、工作電極16B和位于工作電極16B和16C之間的參比電極18引伸出來(lái)的導(dǎo)線38、34B、和36所組成的第二導(dǎo)線組相連接。第三恒電位儀40與分別從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18、工作電極16C與外對(duì)電極20引伸出來(lái)的導(dǎo)線36、34C和38所組成的第三導(dǎo)線組相連接。為了把預(yù)定的已知電流量或已知的電位差分別指令或發(fā)信號(hào)給第一、第二和第三恒電位儀40、40和40，把第一、第二和第三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42、42和42分別與第一、第二和第三個(gè)恒電位儀40、40和40相連接起來(lái)。
第一個(gè)已知的外加電流密度可以用刻度盤調(diào)入第一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42，并由它傳輸?shù)降谝粋€(gè)恒電位儀40。同時(shí)，第二個(gè)已知的外加電流密度和第三個(gè)已知的外加電流密度可分別用刻度盤調(diào)入第二和第三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42和42，并由相應(yīng)的各個(gè)信號(hào)發(fā)生器42把它調(diào)入的電流密度傳輸?shù)剿鄳?yīng)的恒電位儀40，(即第二或第三恒電位儀)。
第一恒電位儀40以直流電傳輸?shù)谝粋€(gè)電流密度，電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34A、工作電極16A、腐蝕液體介質(zhì)與位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)與位于工作電極16A和16B之間對(duì)電極20相連接的導(dǎo)線38返回到第一個(gè)恒電位儀40。在中心參比電極18和工作電極16之間的第一個(gè)電動(dòng)勢(shì)是用電壓表50測(cè)量的，電壓表50與導(dǎo)線34A以及與中心參比電極18相連接的導(dǎo)線36相連接。
第二恒電位儀40以直流電傳輸?shù)诙€(gè)電流密度，電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34B、工作電極16B，腐蝕液體介質(zhì)與位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)與位于工作電極16A和16B之間對(duì)電極20相連接的導(dǎo)線38返回到第二恒電位儀40。在參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和工作電極16B之間的第二個(gè)電動(dòng)勢(shì)，是用電壓表50測(cè)量的，電壓表50與導(dǎo)線34B連接，并與位于工作電極16B和16C之間參比電極18相連接的導(dǎo)線36連接。
第三恒電位儀40以直流電傳輸?shù)谌齻€(gè)電流密度，電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34C、工作電極16C、腐蝕液體介質(zhì)和外對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)與外對(duì)電極20相連接的導(dǎo)線38返回到第三恒電位儀40。在參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和工作電極16C之間的第三個(gè)電動(dòng)勢(shì)，是用電壓表50測(cè)量的，電壓表50與導(dǎo)線34C連接并與位于工作電極16B和16C之間的參比電極18相連接的導(dǎo)線36連接。
工作電極16A和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，由電壓表50讀出的第一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，減去中心參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。同樣，在工作電極16B和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的第二個(gè)超電位，是由電壓表50讀出的第二個(gè)電動(dòng)勢(shì)，減去參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。同樣，在工作電極16C和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的第三個(gè)超電位，也是由電壓表50讀出的第三個(gè)電動(dòng)勢(shì)，減去參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。
現(xiàn)在可以按照前面對(duì)圖2-11和圖12-27中腐蝕探頭12實(shí)施例所闡明的方法，根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算出圖28和29中腐蝕探頭12的各個(gè)金屬工作電極16A、16B和16C同時(shí)產(chǎn)生的腐蝕電流。對(duì)于工作電極16A、16B和16C的任何一個(gè)，如果只知兩個(gè)Tafel常數(shù)中的一個(gè)，那末把另一個(gè)外加電流密度用刻度盤調(diào)入各個(gè)指定的信號(hào)發(fā)生器42，信號(hào)發(fā)生器與連接有工作電極(即16A、或16B或16C)的恒電位儀40相連接，再重復(fù)此法，從而獲得具有只知兩個(gè)Tafel常數(shù)中一個(gè)的任一工作電極16A、16B和16C的另一超電位。用兩個(gè)已知的電流密度及其兩個(gè)已知的超電位，可以通過(guò)解兩個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而求得一個(gè)未知的Tafel常數(shù)和任一具有只知兩個(gè)Tafel常數(shù)中一個(gè)的金屬工作電極16A、16B和16C上以電流密度表示的腐蝕速度。對(duì)于任一具有兩個(gè)未知Tafel常數(shù)的工作電極16A、16B和16C可以重復(fù)此法。用三個(gè)已知的外加電流密度及其三個(gè)已知的超電加，可通過(guò)三個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而求得兩個(gè)Tafel常數(shù)和任一具有兩個(gè)未知Tafel常數(shù)的金屬工作電極16A、16B和16C上以電流密度表示的腐蝕速度。
繼續(xù)說(shuō)明圖28和29中腐蝕探頭12的實(shí)施例，對(duì)圖28和29的腐蝕探頭12外加三個(gè)已知電位差(替代三個(gè)已知的外加電流密度)，為了同時(shí)測(cè)定各個(gè)不同金屬工作電極16A、16B和16C上的腐蝕速度，可以把第一個(gè)已知的電位差調(diào)入第一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42，再由它輸向第一恒電位儀40。同時(shí)，可把第二和第三個(gè)已知電位差分別調(diào)入第二和第三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42和42，各個(gè)信號(hào)發(fā)生器42將它的調(diào)入電位差傳輸和/或施加到與它相應(yīng)的恒電位儀40(即第二或第三個(gè)恒電位儀)上。
第一恒電位儀40傳輸和/或施加第一個(gè)電位差，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34A、工作電極16A、工作電極16A和中心參比電極18之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和中心參比電極18，并經(jīng)過(guò)與中心參比電極18相連接的導(dǎo)線36A返回到第一恒電位儀40。由于這個(gè)第一電位差，使第一個(gè)電流密度(作為直流電)傳輸經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34A、工作電極16A和位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)固定在位于工作電極16A和16B之間對(duì)電極20上的導(dǎo)線38返回到第一恒電位儀40。第一個(gè)電流密度是用儀表48測(cè)量的，儀表48是與導(dǎo)線34A相連接的。
第二恒電位儀40傳輸和/或施加第二個(gè)電位差，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34B、工作電極16B、工作電極16B和參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23與參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)，并經(jīng)過(guò)固定在位于工作電極16B和16C之間的參比電極18上的導(dǎo)線36，返回到第二恒電位儀40。由于這第二個(gè)電位差;傳導(dǎo)了第二個(gè)電流密度(作為直流電)，它經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34B、工作電極16B與位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)固定在位于工作電極16A和16B之間對(duì)電極20上的導(dǎo)線38，返回到第二恒電位儀40。用另一個(gè)與導(dǎo)線34B相連接的儀表48測(cè)量第二個(gè)電流密度。
第三恒電位儀40傳輸和/或施加第三個(gè)電位差，經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34C、工作電極16C、工作電極16C和參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23、參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)，并經(jīng)過(guò)固定在位于工作電極16B和16C之間參比電極18上的導(dǎo)線36，返回到第三個(gè)恒電位儀40。由于這第三個(gè)電位差，傳導(dǎo)了第三個(gè)電流密度(作為直流電)，它經(jīng)過(guò)包括有可變電阻46的導(dǎo)線34C、工作電極16C和外對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)與外對(duì)電極20相連接的導(dǎo)線38返回到第三恒電位儀40。第三個(gè)電流密度是用又一個(gè)與導(dǎo)線34C相連接的儀表48測(cè)量的。
工作電極16A和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，由電壓表50(它與導(dǎo)線34A連接，以及與中心參比電極18相連接的導(dǎo)線36連接)所測(cè)量的調(diào)入第一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42的第一個(gè)已知電位差，減去中心參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。這個(gè)所計(jì)算的超電位是Stern-Geary方程式中工作電極16A的P。
同樣，工作電極16B和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，由電壓表50(它從導(dǎo)線34B連接到與位于工作電極16B和16C之間的參比電極18相連接的導(dǎo)線36)所測(cè)量的調(diào)入第二個(gè)信號(hào)發(fā)生器42的第二個(gè)已知電位差減去參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中工作電極16B的P。
工作電極16C和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，由電壓表50(它從導(dǎo)線34C連接到與位于工作電極16B和16C之間參比電極18相連接的導(dǎo)線36)所測(cè)量的調(diào)入第三個(gè)信號(hào)發(fā)生器42的第三個(gè)已知電位差，減去參比電極18(位于工作電極16B和16C之間)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中工作電極16C的P。
通常就是這樣，當(dāng)一已知電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40，用P(超電位)、IA(所測(cè)量的電流密度)和兩個(gè)已知的Tafel常數(shù)，現(xiàn)在可以依照對(duì)圖12-27腐蝕探頭12實(shí)施例所陳述的方法，根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算出圖28和29中腐蝕探頭12的各個(gè)金屬工作電極16A、16B和16C上同時(shí)產(chǎn)生的腐蝕速度(以電流密度表示)。
此外，對(duì)任一工作電極16A、16B和16C，如果僅知兩個(gè)Tafel常數(shù)中的一個(gè)或一個(gè)知道得不夠準(zhǔn)確，那末把另一個(gè)已知的電位差調(diào)入各個(gè)指定的信號(hào)發(fā)生器42，各個(gè)指定的信號(hào)發(fā)生器42與連接有僅知兩個(gè)Tafel常數(shù)中一個(gè)的指定工作電極(即工作電極16A或16B或16C)的恒電位儀40相連接，再重復(fù)此法，而獲得具有僅知兩個(gè)Tafel常數(shù)中一個(gè)的任一工作電極16A、16B和16C的另一個(gè)超電位。用兩個(gè)已知的所測(cè)量的電流密度和兩個(gè)外加電位差的已知的超電位、可以通過(guò)解兩個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而求出一個(gè)未知的Tafel常數(shù)和具有僅知兩個(gè)Tafel常數(shù)中一個(gè)的任一金屬工作電極16A、16B和16C上以電流密度表示的腐蝕速度。對(duì)于具有兩個(gè)未知的Tafel常數(shù)的任一工作電極16A、16B或16C，可以重復(fù)此法。用三個(gè)已知的所測(cè)量的電流密度和所加電位差的已知的超電位，可以通過(guò)解三個(gè)Stern-Geary聯(lián)立方程式，而求出兩個(gè)Tafel常數(shù)和具有兩個(gè)未知Tafel常數(shù)的任一金屬工作電極16A、16B和16C上以電流密度表示的腐蝕速度。
把圖32和33中腐蝕探頭12的實(shí)施例與圖28和29中的腐蝕探頭12的實(shí)施例作對(duì)比，所有的對(duì)電極20與所有的參比電極18作了互換，并且反過(guò)來(lái)也一樣，以及所有離子導(dǎo)電表面23都在指定的工作電極16A、16B和16C與指定的參比電極18之間。更準(zhǔn)確地說(shuō)，在圖28和29的腐蝕探頭12中的中心電極是參比電極18，而外電極是對(duì)電極20，而在圖32和33的腐蝕探頭12中的中心電極是對(duì)電極20及外電極是參比電極18。同樣，在圖28和29的腐蝕探頭12中對(duì)電極20位于工作電極16A和16B之間，參比電極18位于工作電極16B和16C之間，而在圖32和33的腐蝕探頭12中在工作電極16A和16B之間與在工作電極16B和16C之間的電極，分別為參比電極18和對(duì)電極20。用這種互換的電極和互換的離子導(dǎo)電表面23，圖32和33的腐蝕探頭12會(huì)得到相同的結(jié)果，并且一般的功能與圖28和29中腐蝕探頭12的優(yōu)選實(shí)施例一樣。在指定的工作電極16A、16B和16C與指定的對(duì)電極20之間的電流密度，仍然由腐蝕液體介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo)，并且輸入的電位差仍然經(jīng)過(guò)指定的工作電極16A、16B和16C、指定的工作電極16A、16B和16C與指定相鄰的參比電極18之間的指定的離子導(dǎo)電表面23，并經(jīng)過(guò)指定相鄰的參比電極18。在各個(gè)工作電極16A、16B和16C上同時(shí)產(chǎn)生的腐蝕速度(以電流密度表示)，可以根據(jù)Stern-Geary方程式和P(任一指定工作電極16A、16B或16C上的超電位)、IA(經(jīng)過(guò)任一指定工作電極16A、16B或16C的已知或測(cè)量的外加電流密度┮約傲礁鲆閻腡afel常數(shù)計(jì)算得出。
如果在圖28、29、32和33的腐蝕探頭12中各個(gè)不同金屬的工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度，可用一個(gè)恒電位儀40和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42進(jìn)行順次測(cè)量(而不是同時(shí)測(cè)量)，那末單個(gè)恒電位儀40一開始連接到第一組導(dǎo)線上，例如分別從中心參比電極18、工作電極16A和位于工作電極16A和16B之間的對(duì)電極20引伸出來(lái)的導(dǎo)線36、34A和38(在圖28和29中);或分別從中心對(duì)電極20、工作電極16A和位于工作電極16A和16B之間的參比電極18引伸出來(lái)的導(dǎo)線38、34A和36(在圖32和33中)。在相應(yīng)的信號(hào)(即已知的外加電流密度或已知的電位差)通過(guò)恒電位儀40傳輸和/或施加到指定的導(dǎo)線組以后，以及在相應(yīng)的測(cè)量作出以后，在工作電極16A上的腐蝕速度(以電流密度表示)可根據(jù)前面所討論的Stern-Geary方程式計(jì)算出。在工作電極16A上的腐蝕速度求出后，單個(gè)恒電位儀40從第一組導(dǎo)線上拆下連接到第二組導(dǎo)線上，僅作為例子分別從位于工作電極16B和16C之間的參比電極18、工作電極16C和外對(duì)電極20引伸出來(lái)的導(dǎo)線36、34C和38(在圖28和29中);或者分別從外參比電極18、工作電極16C和位于工作電極16B和16C之間的對(duì)電極20引出的導(dǎo)線36、34C和38(在圖32和33中)。相應(yīng)的信號(hào)再次通過(guò)恒電位儀和/或施加到指定的導(dǎo)線組，并再次重復(fù)整個(gè)方法，根據(jù)Stern-Geary方程式求出工作電極16C上的腐蝕速度。單個(gè)恒電位儀40從第二組導(dǎo)線上拆下并連接到第三組導(dǎo)線上，再次重復(fù)整個(gè)方法，求出工作電極16B上的腐蝕速度。
在圖31的腐蝕探頭12實(shí)施例的操作中，為了順次測(cè)量各個(gè)不同金屬工作電極16A、16B和16C上的腐蝕速度，把圖31中的腐蝕探頭12插入盛裝腐蝕液體介質(zhì)(即鹽水/油混合物中的一種)的管子14或高壓釜15中。使用單一的恒電位儀40和單一信號(hào)發(fā)生器42。恒電位儀40與分別從對(duì)電極20、測(cè)定腐蝕速度的工蝕電極16A和起參比電極18作用的工作電極16B引伸出來(lái)的導(dǎo)線38、34A和34B所組成的第一導(dǎo)線組相連接。已知的電流密度或已知的電位差調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，由它將此信號(hào)傳輸?shù)胶汶娢粌x40。
如果已知的施加電流密度調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，那末恒電位儀40以直流電傳輸和/或施加這個(gè)電流密度，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34A(包括有可變電阻46)，經(jīng)過(guò)工作電極16A、腐蝕液體介質(zhì)和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40，工作電極16B(起參比電極18作用)和工作電極16A之間的電動(dòng)勢(shì)，由電壓表50測(cè)量，電壓表50是從導(dǎo)線34B連接到導(dǎo)線34A的。
工作電極16A和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，是由電壓表50讀出的電動(dòng)勢(shì)減去工作電極16B(起參比電極18作用)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。在圖31中腐蝕探頭12的工作電極16A上的腐蝕電流可以按照前面陳述的方法根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算得出。
把恒電位儀40從第一導(dǎo)線組上拆下，然后與分別從對(duì)電極20、測(cè)定腐蝕速度的工作電極16B和起參比電極18作用的工作電極16C引伸出來(lái)的導(dǎo)線38、34B和34C所組成的第二導(dǎo)線組相連接。
另一個(gè)已知的施加的電流密度調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，而恒電位儀40以直流電傳輸和/或施加這個(gè)電流密度，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34B(包括有可變電阻46)、工作電極16B、腐蝕液體介質(zhì)、對(duì)電極20和經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。工作電極16C(起參比電極18作用)和工作電極16B之間的電動(dòng)勢(shì)，是用電壓表50測(cè)定的，電壓表50是從導(dǎo)線34C連接到導(dǎo)線34B的。
工作電極16B和其微觀接近(大約10-6左右或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，是由電壓表50讀出的電動(dòng)勢(shì)減去工作電極16C(起參比電極18作用)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。在圖31中腐蝕探頭12的工作電極16B上的腐蝕電流，可以依照前面所述的方法根據(jù)
Stern-Geary方程式計(jì)算得出。
把恒電位儀40從第二導(dǎo)線組上拆下，然后連接到由分別從對(duì)電極20、測(cè)定腐蝕速度的工作電極16C和參比電極18引伸出來(lái)的導(dǎo)線38、34C和36所組成的第三導(dǎo)線組。
將第三個(gè)已知的外加電流密度調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，并由恒電位儀40以直流電傳輸這個(gè)外加電流密度，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34C(包括有可變電阻46)、工作電極16C、腐蝕液體介質(zhì)和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。在工作電極16C和參比電極18之間的電動(dòng)勢(shì)，是用電壓表50測(cè)定的，電壓表50是從導(dǎo)線34C連接到導(dǎo)線36。
工作電極16C和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，是由電壓表50讀出的電動(dòng)勢(shì)減去參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出?，F(xiàn)在可以按照前面陳述的方法，根據(jù)Stern-Geary方程式，計(jì)算出工作電極16C上的腐蝕電流。
繼續(xù)說(shuō)明在圖31中腐蝕探頭12的實(shí)施例，如果一已知電位差調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，那末恒電位儀40(連接在第一導(dǎo)線組上)傳輸和/或施加此電位差，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34A(包括有可變電阻46)、工作電極16A、工作電極16A和工作電極16B之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和工作電極16B(起參比電極18作用)，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34B返回恒電位儀40。由于這個(gè)電位差的結(jié)果，電流密度(以直流電)傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34A(包括可變電阻46)、工作電極16A對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。這個(gè)電流密度是由與導(dǎo)線34A相連接的儀表48測(cè)定的。
工作電極16A和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的超電位，是由電壓表50所測(cè)量的調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42的已知電位差，減去工作電極16B(起參比電極18作用)和其微觀接近的腐蝕液體介質(zhì)區(qū)域之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中的P。
通常就是這樣，當(dāng)已知的電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40時(shí)，用P(超電位)、IA(所測(cè)量的電流密度)和兩個(gè)已知的Tafel常數(shù)，可根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算圖31中腐蝕探頭12的工作電極16A上的腐蝕速度(以電流密度表示)。
在恒電位儀40從第一導(dǎo)線組拆下后，將它連接到第二導(dǎo)線組，另一個(gè)已知的電位差被調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，于是恒電位儀40傳輸和/或施加此電位差，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34B(包括有可變電阻46)、工作電極16B、工作電極16B和工作電極16C(起參比電極18作用)之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和工作電極16C，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34C返回到恒電位儀40。由于這個(gè)電位差的結(jié)果，電流密度以直流進(jìn)行傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34B(包括可變電阻46)、工作電極16B、工作電極16B和16A之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23、腐蝕液體和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。這個(gè)電流密度是由連接到導(dǎo)線34B上的儀表48測(cè)量的。
工作電極16B和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體之間超電位，是電壓表50所測(cè)量的調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42的已知電位差，減去工作電極16C(起參比電極18作用)和其微觀接近的腐蝕液體之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中的P。
通常就是這樣，當(dāng)一已知的電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40時(shí)，用P(超電位)、IA(所測(cè)量的電流密度)和兩個(gè)已知的Tafel常數(shù)，可根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算出圖31中腐蝕探頭12的工作電極16B上的腐蝕速度(以電流密度表示)。
現(xiàn)在再把恒電位儀40從第二導(dǎo)線組上拆下來(lái)，然后連接到第三導(dǎo)線組上，如果另一個(gè)已知電位差調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，恒電位儀40傳輸和/或施加這個(gè)電位差，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34C(包括可變電阻46)、工作電極16C、工作電極16C和參比電極18之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23和參比電極18，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線36返回恒電位儀40。由于這個(gè)電位差的結(jié)果，電流密度(以直流電)進(jìn)行了傳導(dǎo)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線34C(包括可變電阻46)，工作電極16C、工作電極16C和16B之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23、工作電極端面24B，再經(jīng)過(guò)工作電極16B和16A之間的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23、腐蝕液體介質(zhì)和對(duì)電極20，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)線38返回到恒電位儀40。這個(gè)電流密度是由連接到導(dǎo)線34C上的儀表48測(cè)量的。
工作電極16C和其微觀接近(大約10-6cm或更小)的腐蝕液體之間的超電位，是由電壓表50所測(cè)量的調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42的已知電位差，減去參比電極18和其微觀接近的腐蝕液體之間的預(yù)先測(cè)定的已知電位差計(jì)算得出。所計(jì)算的這個(gè)超電位是Stern-Geary方程式中的P。
當(dāng)已知電流密度通過(guò)信號(hào)發(fā)生器42輸入恒電位儀40時(shí)，用P(超電位)、IA(所測(cè)量的電流密度)和兩個(gè)Tafel常數(shù)，就可根據(jù)前面所述的Stern-Geary方程式計(jì)算出圖31中腐蝕探頭12的工作電極16C上的腐蝕速率(以電流密度表示)。
在圖30中腐蝕探頭12實(shí)施例的操作中(只有工作電極16A和16B)，除了測(cè)定腐蝕速度不涉及第三個(gè)工作電極16C以外，與圖31操作腐蝕探頭12的方法一樣，順序測(cè)量每一個(gè)不同金屬的工作電極16A和16B上的腐蝕速度。因此，沒(méi)有第三個(gè)已知外加電流或第三個(gè)已知電位差需要調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，以獲得相應(yīng)的測(cè)量，并根據(jù)Stern-Geary方程式計(jì)算工作電極16C上的腐蝕速度。
應(yīng)該清楚，可利用圖28-33的腐蝕探頭12作順序的測(cè)量，并順序地求出工作電極16A、16B和16C的腐蝕速度，其中任一指定的工作電極(即16A或16B或16C)僅知兩個(gè)Tafel常數(shù)中的一個(gè)或兩個(gè)Tafel常數(shù)都是未知的，于是必須把第二或第三個(gè)外加電流密度或已知的電位差用刻度盤調(diào)入信號(hào)發(fā)生器42，對(duì)各個(gè)指定的工作電極16A或16B或16C重復(fù)此法，為了求出必需的未知值，就要解Stern-Geary聯(lián)立方程式，以此來(lái)測(cè)定具有一個(gè)或兩個(gè)未知Tafel常數(shù)的指定工作電極16A和/或16B和/或16C上的腐蝕速度。
應(yīng)該理解，對(duì)于圖28-33中任何一種腐蝕探頭12的實(shí)施例，如果用一個(gè)恒電位儀40和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器42來(lái)順序測(cè)定各個(gè)不同金屬的工作電極16A、16B(在圖30和圖31中)和16C(在圖31中)上的腐蝕速度，那末在測(cè)定上述兩個(gè)依次的工作電極16腐蝕速度之間的時(shí)間間隔應(yīng)盡可能地短，最好小于1分鐘。正如前面所提到的，時(shí)間間隔在10秒鐘以內(nèi)更好。測(cè)定任何兩個(gè)指定工作電極16(例如16A和16B)腐蝕速度之間的時(shí)間間隔，用如此短的時(shí)間，以使腐蝕工作電極的環(huán)境不受人為的變化，比如由于有一些過(guò)量的負(fù)電流而產(chǎn)生的氫氣泡，會(huì)攪動(dòng)任一腐蝕工作電極的金屬表面上的水膜。攪動(dòng)作用能改變腐蝕性酸的濃度。同樣，過(guò)量的正電流能人為地使任一腐蝕工作電極金屬表面上的難溶氧化物加厚，和/或者過(guò)量正電流能人為地在腐蝕工作電極的金屬表面上產(chǎn)生小孔和裂縫。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，腐蝕探頭12(圖12-27的最佳實(shí)施例)具有由電化學(xué)惰性材料制成的電極或材料之表面，是或已作成電化學(xué)惰性(例如涂上鉑黑)的電極〔即工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20(如果使用的話)〕，這種腐蝕探頭12可用于高阻流體的電分析測(cè)量。更準(zhǔn)確地說(shuō)，腐蝕探頭12的電極或電極表面都是電化學(xué)惰性的，它可在通常非離子導(dǎo)電的流體中用于測(cè)量電化學(xué)活性組分或材料。該測(cè)量可以在各個(gè)間歇的流體或連續(xù)流動(dòng)的流體中完成。在合成和/或操作非導(dǎo)電流體時(shí)腐蝕探頭12作為流動(dòng)過(guò)程的監(jiān)測(cè)器也是很有價(jià)值的。
包含在工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20(如果利用的話)內(nèi)部或表面上的電化學(xué)惰性材料，可以是任何一種電化學(xué)惰性材料，當(dāng)其曝露在一般非離子導(dǎo)電流體中時(shí)，在電分析測(cè)定所用的電位范圍內(nèi)，實(shí)際上這些電化學(xué)惰性材料是不會(huì)氧化或還原的。在腐蝕探頭12中所使用的電化學(xué)惰性材料，最好選自于一組材料，它包括金、鉑、石墨、碳等或它們的混合物。電化學(xué)惰性材料最好的是鉑。
一般的非離子導(dǎo)電流體可以是任何一種高歐姆電阻的液體介質(zhì)(即基本上沒(méi)有離子電荷載體的液體介質(zhì))。一般非離子導(dǎo)電流體至少要包含一個(gè)物相。僅作為例子，已找到的合適的一相非離子導(dǎo)電流作為純水、純四氫呋喃(THF)、純乙酸等。也僅作為例子，已被確定為合適的兩相非離子導(dǎo)電流體為水和液態(tài)烴(例如油)等。僅作為例子，用本發(fā)明的腐蝕探頭12在其中進(jìn)行電分析測(cè)定的三相非離子導(dǎo)電流體，為氣體、水和液態(tài)烴(例如油)等。
非離子導(dǎo)電流體可以是一個(gè)組分以上的混合物，其中至少組分之一是電活性的，但不必須是離子導(dǎo)電的。整個(gè)混合物以及它的各個(gè)組分應(yīng)該是電絕緣的，在圖22-27中工作電極16和對(duì)電極20之間，它可以當(dāng)作一個(gè)具有公稱2兆歐或2兆歐以上電阻的電絕緣體，其中工作電極16和不具有離子導(dǎo)電表面23的對(duì)電極20之間的間距為公稱0.025吋。電絕緣液體可當(dāng)作離子導(dǎo)電流體的反面。
整個(gè)混合物可以是或者也可以不是離子導(dǎo)電的。先有技術(shù)裝置(以及本發(fā)明的腐蝕探頭12)在離子導(dǎo)電的流體和/或混合物中可以進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量，但是在非離子導(dǎo)電的流體和/或混合物中的電化學(xué)測(cè)量(在非離子導(dǎo)電流體和/或混合物中的測(cè)量像上面詳細(xì)說(shuō)明的一樣)，只能用本發(fā)明的腐蝕探頭12進(jìn)行。因此，圖14和15的兩電極實(shí)施例或圖22-27的三電極實(shí)施例的本發(fā)明腐蝕探頭12，可用于定性和定量測(cè)量在至少含有一個(gè)電活性組分的電絕緣混合物中的電化學(xué)活性組分。
僅作為舉例說(shuō)明，典型的電絕緣流體和/或一般非離子導(dǎo)電流體為四氫呋喃(THF)、100%乙酸、純乙醇、純烴類、潤(rùn)滑油等。同樣僅作為舉例說(shuō)明，典型的離子導(dǎo)電流體為海水、THF+高氯酸鋰、任何溶于溶劑(例如水等)中的鹽(例如NaCl、KCl等)。
在電絕緣的或非離子導(dǎo)電的化合物、流體、混合物等(在下文中只稱之為化合物)之中，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量以測(cè)定純度或質(zhì)量時(shí)，一開始要作出一組校正點(diǎn)、一個(gè)校正表、校正數(shù)據(jù)或一條校正曲線等等(在下文中僅稱之為校正曲線)。把具有鉑電極的實(shí)施例12-27的腐蝕探頭12，插入此種化合物中，然后把一系列逐漸增大或減小的已知電位差或電流密度輸入腐蝕探頭12。相應(yīng)于各個(gè)已知電位差或各個(gè)已知的外加電流密度將測(cè)得電流或電位差，這取決于開始輸入的已知電位差或已知電流。
為在非離子導(dǎo)電流體中作出校正曲線和/或測(cè)量電化學(xué)活性化合物，腐蝕探頭12的操作如下，將一個(gè)已知的電位差輸入腐蝕探頭12，于是獲得相應(yīng)于輸入已知電位差的測(cè)量電流。當(dāng)然，校正曲線的作出也可以通過(guò)輸入已知的外加電流(或電流密度)替代已知電位差來(lái)完成。同樣對(duì)所敘述的本發(fā)明來(lái)說(shuō)，一定要作出校正曲線，但顯然也可作出一組校正點(diǎn)、一個(gè)校正表等。
用一系列的電壓/電流點(diǎn)作出電壓-電流圖，所作出的校正曲線(例如在圖42中原樣(a.r.)THF線)與腐蝕探頭相結(jié)合，可用于檢測(cè)具有校正曲線的絕緣或非離子導(dǎo)電的化合物的純度或質(zhì)量。因此，為了電化學(xué)檢測(cè)已作出校正曲線的指定化合物的純度或質(zhì)量，把腐蝕探頭12插入要作電化學(xué)檢測(cè)的化合物中，把已知的電位差輸入探頭12，并測(cè)量與其相應(yīng)的電流。將已知電位差和相應(yīng)于已知電位差的所測(cè)量的電流，與已作出的校正曲線進(jìn)行對(duì)比。如果相應(yīng)于已知電位差所測(cè)量的電流大于該已知電位差在校正曲線上的電流，那末表明在所檢測(cè)的指定化合物含有電活性材料(或含有較多電活性的材料)，因?yàn)樵谙嗤囊阎娢徊钕掠休^大的電流流過(guò)指定的化合物。
腐蝕探頭12可用于定量測(cè)定在非離子導(dǎo)電流體內(nèi)的電活性組分。一開始，對(duì)含有不同量電活性組分的非離子導(dǎo)電流體作出一組校正曲線。對(duì)在非離子導(dǎo)電流體內(nèi)電活性組分的各個(gè)量，測(cè)得一系列電壓/電流點(diǎn)，并作出橫坐標(biāo)為電活性組分量和縱坐標(biāo)為電流的圖。在電活性組分量-電流圖上可繪制出一組恒電壓曲線，像圖43中那樣的。通過(guò)應(yīng)用恒電壓曲線組和腐蝕探頭12，對(duì)于已作出恒電壓曲線組的非離子導(dǎo)電流體可作電化學(xué)檢測(cè)和分析，以測(cè)定出在非離子導(dǎo)電流體中的電活性組分含量。
為進(jìn)行這樣一個(gè)測(cè)試，在腐蝕探頭12插入要檢測(cè)的非離子導(dǎo)電流體中以后，取恒電壓曲線組上的一個(gè)電壓輸入探頭12。測(cè)量與此電壓相應(yīng)的電流，然后沿著恒電壓曲線找出這個(gè)電流在縱坐標(biāo)上的位置，恒電壓曲線的電壓就是輸入腐蝕探頭12的電壓。與所測(cè)電流相應(yīng)的位于恒電壓曲線橫坐標(biāo)上的電活性組分量就是該非離子導(dǎo)電流體中這種電活性組分的含量。為了精確起見，這個(gè)量可以通過(guò)向腐蝕探頭12輸入由其他恒電壓曲線上所表示的一個(gè)或一個(gè)以上的電壓進(jìn)行校核。測(cè)量相應(yīng)于這些輸入電壓的有關(guān)電流，然后沿著有關(guān)的恒電壓曲線確定在縱坐標(biāo)上的位置并且標(biāo)出，這些恒電壓曲線的電壓就是輸入腐蝕探頭12的那些電壓。如果沿著一指定的恒電壓曲線在橫坐標(biāo)上找出相應(yīng)于測(cè)量電流的電活性組分量與開始所測(cè)定的電活性組分的量相同，那末開始所測(cè)定的電活性組分的量至少有一個(gè)精確的校核。輸入腐蝕探頭12的電壓值次數(shù)越多，所測(cè)量的電流值次數(shù)也越多，并在恒電壓曲線上作圖，假定沿著有關(guān)的恒電壓曲線標(biāo)出與各個(gè)測(cè)量電流相應(yīng)的各個(gè)電活性組分量，相同于開始測(cè)定的電活性組分量，那末校核的精確性就更大。
替代用作出一組恒電壓曲線定量地測(cè)定非離子導(dǎo)電流體中的電活性組分的另一個(gè)方法，可以作出圖上橫坐標(biāo)為外加電壓和縱坐標(biāo)為所測(cè)量的電流的一組電活性組分(在非離子導(dǎo)電流體內(nèi))的恒濃度曲線。為作出這樣一組曲線，要把第一個(gè)一定量的電活性組分加入已知量的非離子導(dǎo)電流體中。并對(duì)非離子導(dǎo)電流體中第一個(gè)一定量的電活性組分測(cè)得一系列已知電位差和與其相應(yīng)的一系列有關(guān)的測(cè)量電流，然后在圖上標(biāo)繪出，從而獲得第一條恒濃度曲線，沿著該曲線上的點(diǎn)確定響應(yīng)于已知外加電位差的一系列所測(cè)量的電流。對(duì)于在非離子導(dǎo)電流體中第二個(gè)一定量的電活性組分，要把第二個(gè)一定量的電活性組分加入已知量的非離子導(dǎo)電流體中，并且重復(fù)整個(gè)方法而獲得第二條恒濃度曲線，沿著該曲線上的點(diǎn)確定響應(yīng)于一系列已知的外加電位差的一系列所測(cè)量的電流。可對(duì)非離子導(dǎo)電流體內(nèi)電活性組分的任何指定的量或濃度作出這種曲線的一個(gè)完整系列。
這樣一系列的曲線透刺酵 2可一起利用來(lái)測(cè)定由非離子導(dǎo)電流體和電活性組分所組成的已知溶液中該電活性組分的量。如果腐蝕探頭12插入要測(cè)定電活性組分的非離子導(dǎo)電流體中，并把一已知電位差輸入腐蝕探頭12，那末可以測(cè)量響應(yīng)于這種已知電位差的電流。如果把已知的外加電位/測(cè)量的響應(yīng)電流以點(diǎn)標(biāo)定在不同濃度電活性組分的一組曲線的圖上，那末有標(biāo)出點(diǎn)的該曲線就代表非離子導(dǎo)電流體中電活性組分的濃度或含量。
顯然，對(duì)于單獨(dú)一種非離子導(dǎo)電流體(即THF)或在非離子導(dǎo)電流體中含有一種電活性組分的情況，作出校核數(shù)據(jù)的整個(gè)方法已被敘述(并將在下面的例子中作進(jìn)一步闡述)，同樣也可以作出具有兩種或兩種以上電活性組分的非離子導(dǎo)電流體的校核數(shù)據(jù)。僅作為例子，一系列增大的電壓施加到一給定的具有兩種電活性組分的非離子導(dǎo)電流體上。所施加的電壓-所測(cè)量的電流曲線開始隨著電壓的增大而上升，然后在增大電壓期間呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)(或成水平)，而后隨著電壓的增大再次上升。如果有三個(gè)或三個(gè)以上電活性組分存在，那末有一完整系列的平穩(wěn)狀態(tài)，并且隨著外加電壓的增大測(cè)量的電流也增大。與第二個(gè)電活性組分有關(guān)的測(cè)量電流是測(cè)量的總電流和在第一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)所測(cè)量的電流之間的差，對(duì)于第一個(gè)電活性組分在第一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)的電流是隨著電壓的增大保持恒定的。呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)的原因是指定的電活性組分的所有的電活性分子在探頭12的表面上發(fā)生電化學(xué)轉(zhuǎn)化(即發(fā)生反應(yīng))。在平穩(wěn)狀態(tài)，增加電壓并不加速第一個(gè)電活性組分或任何其他電活性組分到達(dá)電極12表面上的速度。因此電流相對(duì)穩(wěn)定。
顯然，在非離子導(dǎo)電流體中使用腐蝕探頭12，對(duì)電活性組分進(jìn)行電化學(xué)分析僅公開了一種方法，對(duì)非離子導(dǎo)電流體中電活性組分的電化學(xué)分析，使用任何一種結(jié)構(gòu)的腐蝕探頭12的其他方法(例如極譜法、伏安法等)也都包括在本發(fā)明的范圍和構(gòu)思之內(nèi)。
本發(fā)明將通過(guò)下面陳述的例子進(jìn)行闡明，所陳述的這些例子僅作為例證而不是任何限制。在這些例子中提出的所有參數(shù)例如距離、濃度、化合物、溫度、速度、時(shí)間等等都不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明范圍的不適當(dāng)?shù)叵拗?。電位和電流分別用Keithly616型數(shù)字電位計(jì)、電壓表50和由蓄電池供電的Keithly606B型電位計(jì)、儀表48讀出的。電流讀數(shù)是用放置在1兆歐的電阻46完成的。為了能夠測(cè)量小的(0.004微安量級(jí))的腐蝕電流，必須把噪音降得很低，在這些實(shí)例中，所有的電子儀器、泵和高壓釜都要接到公共的地線上。在40%鹽水/油混合物中這樣可把地線電流降低到公稱的0.4微安。在2%鹽水/油混合物中地線電流可降低到更小的量級(jí)。使用玻璃襯里可進(jìn)一步成倍地降低這些殘余電流。把輸出電位調(diào)節(jié)到儀表48、Keithly電位計(jì)指示為零以使保留的一些殘余電流為零。利用恒電位儀通常也能把地線電流降低到零，恒電位儀并不使內(nèi)部的工作(試樣)電極接地。在這些例子中腐蝕電流是根據(jù)Stern-Geary方程式和利用了由N.Greene和R.Gandhi在MaterialsPerf。21，34(July1982)上發(fā)表的計(jì)算機(jī)曲線擬合程序用計(jì)算機(jī)計(jì)算得出。典型的Tafel常數(shù)BA＝70mv/十進(jìn)位(decade)和BC＝110mv/十進(jìn)位。實(shí)際上這些常數(shù)與探頭設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，因?yàn)樗鼈兪桥c腐蝕機(jī)理本身有關(guān)的常數(shù)。
對(duì)于圖2-11中腐蝕探頭12的實(shí)施例，電極間的電阻是隨指定的原油、所含鹽水量、攪拌速度和探頭結(jié)構(gòu)而變，因?yàn)樗鼈兌缄P(guān)系到鹽水在電極-混合物界面上的出現(xiàn)。僅作為說(shuō)明，在工作電極16和參比電極18之間的某些電極間的電阻列于如下混合物電阻(兆歐)環(huán)/盤探頭平板電極(圖6-11)(圖2-3)原油A1.00.14原油A+2%鹽水0.650.11原油B0.830.04原油B+2%鹽水0.0050.004原油B+15%鹽水0.2★原油B+40%鹽水0.210.04原油C+0.2%鹽水1.00.14原油C+2%鹽水0.650.112原油C+5%鹽水0.2560.027原油C+10%鹽水0.280.0018
混合物電阻(兆歐)環(huán)/盤探頭平板電極(圖6-11)(圖2-3)原油C+15%鹽水0.240.0054原油C+20%鹽水0.2920.022原油D0.8250.06原油D+2%鹽水0.2490.053原油D+5%鹽水0.0057★★沒(méi)有測(cè)量正如前面所提到的，在參比電極18和與其微觀接近的腐蝕液體之間的預(yù)先測(cè)定的電位差，是當(dāng)作電流為零時(shí)工作電極16和參比電極18之間所測(cè)量的電位。也正如前面所指出的，必需的僅是通過(guò)測(cè)定電流時(shí)的附加電動(dòng)勢(shì)(超電位)。僅作為說(shuō)明，對(duì)于圖2-11探頭12的各種實(shí)施例，在參比電極18和某些指定的原油和某些原油/鹽水混合物之間的預(yù)先測(cè)定的電位差列表如下混合物電位差(伏特)環(huán)/盤探頭平板電極探頭(圖6-11)(圖2和3)原油B+40%鹽水★-0.0140原油C+0.2%鹽水+0.1136-0.01308原油C+2%鹽水+0.0750-0.0414原油C+5%鹽水+0.0683-0.0368原油C+10%鹽水+0.0220-0.0104原油C+15%鹽水-0.01370-0.00738
混合物電位差(伏特)環(huán)/盤探頭平板電極探頭(圖6-11)(圖2和3)原油C+20%鹽水+0.0125-0.0291原油D+0.0403-0.01322原油D+2%鹽水+0.0195-0.0032原油D+5%鹽水+0.01463★★沒(méi)有測(cè)量?jī)H作為說(shuō)明，對(duì)于在圖12-27中探頭12的各種實(shí)施例，在參比電極18和某些指定原油和某些原油/鹽水混合物之間的預(yù)先測(cè)定的電位差列表如下混合物電位差(伏特)環(huán)/盤探頭平板電極探頭(圖24和25)(圖20和21)原油B+40%鹽水★★原油C+0.2%鹽水+0.1136+0.01136原油C+2%鹽水+0.0750+0.0750原油C+5%鹽水+0.0683+0.0683原油C+10%鹽水+0.0220+0.0220原油C+15%鹽水-0.01370-0.01370原油C+20%鹽水+0.0125+0.0125原油D+0.0403+0.0403原油D+2%鹽水+0.0195+0.0195原油D+5%鹽水+0.01463+0.01463★沒(méi)有測(cè)量在這些下列例子中高壓測(cè)量是在標(biāo)準(zhǔn)的2升工程用高壓釜、316不銹鋼高壓釜中進(jìn)行的。電極探頭穿過(guò)具有標(biāo)準(zhǔn)管子接頭的高壓釜蓋至高壓釜內(nèi)部1 3/8 ″處。壓力用帶有型號(hào)為T5106-05-B10固態(tài)傳感器的高壓釜工程數(shù)字儀表監(jiān)控。CO2的壓力保持在760±20磅/吋2表壓(Psig)。溫度控制是用高壓釜工程溫度控制器“固態(tài)控制器＃520”進(jìn)行。這個(gè)特殊單元當(dāng)放置在185°F時(shí)以規(guī)定的90分鐘間隔在192°F和174°F之間循環(huán)，這對(duì)腐蝕速度的影響可以忽略。腐蝕速度參數(shù)的測(cè)量是在186°±3°F下進(jìn)行的。當(dāng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量時(shí)用手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器功率，這個(gè)偏差大約可減小一半。
例Ⅰ在圖6、7和11的實(shí)施例中的探頭12用10MKOH、80℃(2小時(shí))活化處理前后，在含40%鹽水的原油B中所測(cè)量的電流-電位曲線都列于圖34中?；罨芭c后所測(cè)量的電流(微安)分別為-0.002和-0.1，在參比電極18和工作電極16之間的電動(dòng)勢(shì)(伏特)活化前與后分別為-0.732和-0.401?；罨昂笤趨⒈入姌O18和工作電極16之間的電阻(兆歐)分別為0.8和0.095。在參比電極18和靠近參比電極18的原油中一點(diǎn)之間的電動(dòng)勢(shì)(伏特)，活化前為-0.266而活化后為-0.017。活化前后所計(jì)算的腐蝕電流分別為0.0002微安和0.25微安。顯然，用KOH處理產(chǎn)生了對(duì)于鹽水/油混合物的電流響應(yīng)。
例Ⅱ用KOH處理的平板電極探頭12(圖2和3的實(shí)施例)在原油B中作腐蝕電流的測(cè)量，原油通過(guò)添加鹽水、升高溫度和加大二氧化碳?jí)毫Ρ粚徤鞯刈龀筛g性更強(qiáng)的介質(zhì)。下列表Ⅳ表示出圖2和3中的探頭12對(duì)增大腐蝕性的鹽水/油混合物所作出的響應(yīng)。
表Ⅳ用平板電極探頭★測(cè)量腐蝕電流(把CO2通入探頭12以后30分鐘進(jìn)行測(cè)定)液體溫度 CO2壓腐蝕電流外加電流在R和在液體力(磅/(微安)(微安)W之間中R和吋2表壓) 所測(cè)的 pt之電動(dòng)勢(shì)間所測(cè)(伏特)定的電動(dòng)勢(shì)(伏特)原油B75°F150.0008-0.02-0.590-0.540+40%150°F150.02-0.02-0.130-0.024鹽水185°F150.12+0.20+0.0321+0.035185°F7750.53+0.20+0.016+0.008純鹽水185°F775206+98+0055+0.10★電極板的順序?yàn)镽-W-C-W-R-W-C-W-R(其中R＝參比電極，W＝工作電極，C＝對(duì)電極)所有同種電極是并聯(lián)的。
油/40%鹽水混合物隨著CO2的壓力升高和/或鹽水成分提高和/或溫度的升高其腐蝕性是增大的，所測(cè)量的腐蝕電流隨著混合物腐蝕性的增強(qiáng)而增大。
例Ⅲ用原油D和用KOH處理圖6、7和11中實(shí)施例的探頭12重復(fù)例Ⅱ的測(cè)量方法，所得結(jié)果列于下列表Ⅴ表Ⅴ用圖6、7和11的探頭測(cè)量腐蝕電流液體溫度 CO2壓外加電流在R和在液體腐蝕電流力(磅/(微安)W之間中R和(微安)吋2表壓) 所測(cè)的 pt之電動(dòng)勢(shì)間所測(cè)(伏特)定的電動(dòng)勢(shì)(伏特)原油D185°F760+0.01-0.0232+0.008850.023原試樣原油D/鹽水混合物，2%鹽水760+0.02+0.0323+0.007820.0535%鹽水760-0.2+0.01780-0.01530.30例ⅣN80鋼在不同量4%鹽水的原油C中的腐蝕電流-時(shí)間圖示于圖35中，該測(cè)試是在下列條件下(見下表)和在標(biāo)稱760磅/吋2表壓CO2、185°F的高壓釜中用圖6、7和11實(shí)施例的探頭12進(jìn)行測(cè)量的。
液體外加電流在R和W之間在液體中R和腐蝕電流IC(微安)所測(cè)量的電動(dòng)pt之間所測(cè)(微安)勢(shì)(伏特)量的電動(dòng)勢(shì)(伏特)原油C+-0.01+0.0919-0.03360.0050.2%鹽水原油C+-0.006+0.0639-0.00690.0182%鹽水原油C+-0.01+0.1627-0.005540.0375%鹽水原油C+-0.002+0.01176-0.000640.03510%鹽水原油C+-0.02-0.0257-0.007240.05815%鹽水原油C+-0.04-0.0227-0.0190.04420%鹽水就所有情況而言，在開始時(shí)出現(xiàn)較快的腐蝕過(guò)程，然后隨著時(shí)間下降到一個(gè)較低的穩(wěn)態(tài)速度。在圖38中用傳統(tǒng)的試樣失重法得出相同的結(jié)論(見實(shí)例，測(cè)試是在原油B和40%鹽水中在760磅/吋2表壓CO2、185°F、5小時(shí)、外加電流為0.1微安下進(jìn)行的，在R和W之間所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)為-0.331伏特，在液體中R和pt之間所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)為0007伏特)。在這兩種情況下工作電極16的鋼表面上由FeCO3所覆蓋。在760磅/吋2表壓CO2和185°F下，在CO2誘導(dǎo)腐蝕開始以后大約5-10小時(shí)的腐蝕電流都隨鹽水的含量有一些變化，正如表Ⅴ所示。
例Ⅴ在不同量4%鹽水的原油C中低合金鋼的腐蝕電流-時(shí)間圖都示于圖36中，用圖2和圖3實(shí)施例的探頭12在標(biāo)稱760磅/吋2表壓CO2和185°F高壓釜中在下列條件下進(jìn)行測(cè)定液體外加電流在R和W之間在液體中R和腐蝕電流Ic(微安)所測(cè)量的電動(dòng)pt之間所測(cè)(微安)勢(shì)(伏特)量的電動(dòng)勢(shì)(伏特)原油C+-0.01-0.0219-0.00770.0270.2%鹽水原油C+-0.01-0.0430-0.0060.0352%鹽水原油C+-0.01-0.0354-0.00440.0475%鹽水原油C+-0.01-0.01740-0.003450.0610%鹽水原油C+-0.01-0.0316-0.003830.05415%鹽水原油C+-0.01-0.0349-0.004790.4420%鹽水在開始時(shí)再次出現(xiàn)快的腐蝕過(guò)程，隨后是較慢的腐蝕過(guò)程。
例ⅥN80鋼在含40%鹽水的原油B中的腐蝕電流-時(shí)間圖示于圖37中。該測(cè)試是在760磅/吋2表壓CO2、185°F的高壓釜中用圖6、7和11實(shí)施例的探頭12進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)所施加的電流+0.1微安、R和W之間所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)-0.289伏特、在液體中R和pt之間所測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)+0.009伏特，計(jì)算出在22小時(shí)的數(shù)據(jù)。又一次，開始腐蝕速度較快，隨后由于鈍化作用而變?yōu)檩^慢的穩(wěn)態(tài)腐蝕速度。
例Ⅶ下面對(duì)比用圖2-11實(shí)施例的探頭12所獲得的腐蝕速度(它們都乘以11)和用傳統(tǒng)的失重測(cè)量所獲得的腐蝕速度對(duì)比在油和鹽水中的腐蝕速度測(cè)量24小時(shí)平均(密耳/年)(mpy)體系氣體腐蝕速度測(cè)量(mpy)溫度試件探頭95%原油C 760磅/吋2表壓CO2185°F 5.2 6.295%原油B 760磅/吋2表壓CO2185°F 0.71 0.7760%原油D 760磅/吋2表壓CO2185°F 1.0 1.1對(duì)比結(jié)果表明，用圖2-11實(shí)施例的探頭所測(cè)量的腐蝕速度和用試樣失重法所測(cè)量的腐蝕速度成比例。
例Ⅷ圖24和25實(shí)施例的探頭12用10MKOH、80℃(2小時(shí))活化處理前后，在含40%鹽水的原油B中分別測(cè)量了電流-電位曲線，于圖39中示出?；罨昂笏鶞y(cè)量的電流(微安)分別為-0.002和-0.1，在活化前后參比電極18和工作電極16之間的電動(dòng)勢(shì)(伏特)，分別為-0.732和-0.401。在活化前后參比電極18和工作電極16之間的電阻(兆歐)分別為0.8和0.095。參比電極18和接近參比電極18的原油中一點(diǎn)之間的電動(dòng)勢(shì)(伏特)，在活化前為-0.266而在活笪 0.017?；罨昂笏?jì)算的腐蝕電流分別為0.0002和0.25微安。顯然，用KOH之處理對(duì)鹽水/油混合物產(chǎn)生了電流響應(yīng)。
例Ⅸ對(duì)于用KOH處理的圖24和25實(shí)施例的探頭12與用KOH處理的圖6和7實(shí)施例的探頭12，分別測(cè)量了它們的腐蝕電流。這兩種實(shí)施例的探頭12都插在原油D中，并在溫度185°F和760磅/吋2表壓壓力CO2下。測(cè)量結(jié)果都列于下表Ⅵ中(注意由于電極表面積的變化，腐蝕電流應(yīng)用微安/厘米2表示。)
例ⅩN80鋼在含有40%鹽水的原油A中，用圖24、25和圖6、7的探頭所測(cè)定的腐蝕速度-時(shí)間圖都示于圖40中。該測(cè)量是在標(biāo)稱760磅/吋2表壓CO2、185°F的高壓釜15中進(jìn)行的。還包括了由試件失重法所測(cè)量的腐蝕速度。測(cè)量結(jié)果表明，在所有情況中開始時(shí)通常出現(xiàn)較快的腐蝕過(guò)程，并隨時(shí)間下降到一個(gè)較低的穩(wěn)態(tài)速度。顯然，用本發(fā)明改進(jìn)的圖24和25的探頭所測(cè)定的電化學(xué)腐蝕速度比用圖6和7探頭所測(cè)定的腐蝕速度，更加接近于用試樣失重法所測(cè)定的結(jié)果。
例Ⅺ在下面表Ⅶ中列出了用圖24和25改進(jìn)的探頭通過(guò)改進(jìn)的電化學(xué)技術(shù)與由試件失重法所測(cè)量的平均腐蝕速度(24小時(shí))，并給出了這兩種方法的對(duì)比結(jié)果。
表Ⅶ在鹽水/原油中的腐蝕速度(24小時(shí)，760磅/吋2表壓CO2，185°F，NaCl鹽水)原油腐蝕速度(mpy)失重電化學(xué)(改進(jìn)的)95%E342895%C3.0595%D0.40.3100%C1.10.8例Ⅻ圖26和27的腐蝕探頭與原油流動(dòng)成垂直方向連接到直徑為6吋的輸油管的中央(如圖1)，其橫截面離油井的井口距離為20呎，油井的壓力為200磅/吋2表壓，溫度為150°F，含12%CO2和200ppmH2S，流量為12500桶油/天。測(cè)量腐蝕金屬絲電阻的先有技術(shù)工藝裝置(例如腐蝕儀)，像腐蝕探頭一樣處在相同的位置，但離井口的距離為10呎。輸入恒電位儀的電壓為7毫伏，在每天中午進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為20秒。讀取儀表上的電流讀數(shù)并校正成單位為mpy(密耳/年)的腐蝕速度。同樣讀取腐蝕儀上的讀數(shù)。在每次讀數(shù)時(shí)要測(cè)量水的體積%含量。將每次讀數(shù)、校正和測(cè)定值對(duì)指定日期作圖。所作出的圖示于圖41中。在圖中第37天和第44天之間被中斷，這是由于沒(méi)有油田工程師讀數(shù)和測(cè)定水的%含量。在水的體積%含量的圖中第7天和第17天之間出現(xiàn)中斷，這是由于油田工程師沒(méi)有測(cè)量水的%含量。通過(guò)各個(gè)點(diǎn)的直線是一條趨勢(shì)線。
圖41中的結(jié)果表明，隨著水的體積%含量的增加，圖26和27腐蝕探頭的儀表上電流讀數(shù)和校正的腐蝕速度是增大的。同樣在腐蝕儀上的腐蝕讀數(shù)也是隨著水的體積%含量的增加而增大的，但是這些點(diǎn)比用本發(fā)明腐蝕探頭測(cè)得的更為分散。根據(jù)圖41可以清楚看到，本發(fā)明腐蝕探頭所給出的隨著水的%含量增加而腐蝕速度指示讀數(shù)增大的數(shù)據(jù)，要比腐蝕儀更為靈敏、穩(wěn)定和精確。
例ⅩⅢ在本試驗(yàn)中所使用的腐蝕劑，為市售的用氮?dú)馊パ醯臉?biāo)準(zhǔn)pH2緩沖溶液。利用圖28-33實(shí)施例的腐蝕探頭12(即具有多個(gè)工作電極16A、16B等)，測(cè)定各個(gè)工作電極上的腐蝕速度。多個(gè)金屬工作電極探頭12是由直徑為0.25吋的N80鋼棒和以下列次序包裹著的0.025吋厚的園筒形酚醛樹脂電介質(zhì)，0.025吋厚園筒形316不銹鋼(ss)，0.025吋厚園筒形酚醛樹脂電介質(zhì)，0.025吋厚園筒形N80鋼，0.025吋厚園筒形酚醛樹脂電介質(zhì)所組成，所有這些并加入適當(dāng)?shù)墓潭ú牧?0都裝置在一根316ss的管子內(nèi)。在測(cè)定N80環(huán)的腐蝕速度時(shí)，316ss管也可用作為對(duì)電極20;316ss還起參比電極18的作用。在10毫伏的極化作用下產(chǎn)生5微安的陰極電流，相當(dāng)于N80鋼的腐蝕速度為14密耳/年(mpy)。在相同的溶液中用相同的探頭對(duì)316ss還作出同樣的腐蝕測(cè)量。此時(shí)316ss表面在70毫伏極化作用下所產(chǎn)生的陰極電流為0.1微安，相當(dāng)于腐蝕速度0.06密耳/年(mpy)。
例ⅩⅣ在例ⅩⅢ中所描述的探頭是用于測(cè)定316不銹鋼和N80鋼在CO2-鹽水-原油混合物(760磅/吋2表壓CO2，186°F)中的腐蝕性。由于這種流體混合物的電阻率很高，因此必須使酚醛樹脂電介質(zhì)的表面成為離子導(dǎo)電性。在合適的位置上使電介質(zhì)表面成為離子導(dǎo)電性以后，有1微安的陰極電流通過(guò)316ss環(huán)(在通入二氧化碳腐蝕劑之后20分鐘)。這個(gè)電流通過(guò)316ss環(huán)產(chǎn)生31毫伏的極化作用，相當(dāng)于腐蝕速度1.3密耳/年(mpy)。相對(duì)于N80鋼，該鋼環(huán)電位在+330mv，這也意味著該ss表面處在鈍化狀態(tài)。在這種早期的腐蝕過(guò)程中N80環(huán)的極化作用是比較困難的，所表示的腐蝕速度大于1000密耳/年(mpy);這種低合金鋼表面是處在“活性狀態(tài)”。眾所周知，用CO2延長(zhǎng)對(duì)N80鋼的腐蝕可產(chǎn)生一種難溶的碳酸鐵表面膜。這種膜可使表面鈍化而進(jìn)一步減小腐蝕。在24小時(shí)之后，由21毫伏極化N80鋼產(chǎn)生0.03微安電流，表明腐蝕速度為0.06密耳/年。在此時(shí)該不銹鋼表面也發(fā)現(xiàn)處在鈍態(tài)。
例ⅩⅤ圖24和25的腐蝕探頭12制成為具有用苛性堿浸蝕的酚醛樹脂的離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23，它把參比電極18和工作電極16隔開。所有電極(即工作電極16、參比電極18和對(duì)電極20)是由鍍鉑的鋼制成。腐蝕探頭12插入純的無(wú)鹽的四氫呋喃(THF)中以作出校正曲線。如圖42中所表明，當(dāng)在鍍鉑的工作電極16和參比電極18之間施加1.3伏電位差時(shí)，在鍍鉑的工作電極16和對(duì)電極20之間的電流近似0.1微安。同樣，當(dāng)施加2.8伏和3.2伏左右的電位差，所測(cè)量的電流近似地為0.24和0.26微安。用這三點(diǎn)作出純的無(wú)鹽的THF電壓-電流曲線;并通過(guò)使用這條曲線，可用腐蝕探頭12測(cè)試任何一種號(hào)稱為純的THF溶液(即無(wú)電活性物質(zhì))，以鑒別該THF是否純。把腐蝕探頭12插入號(hào)稱為純的THF溶液中，輸入已知的電壓并測(cè)量電流。如果電壓-電流的點(diǎn)落在圖42中純THF曲線上方，表明號(hào)稱純的THF并不純，而是含有電活性物質(zhì)，因?yàn)閷?duì)于相應(yīng)的已知電壓的輸入有更大的電流傳導(dǎo)通過(guò)號(hào)稱為純的THF溶液。如果號(hào)稱為純的THF溶液是純的話，那末其電壓-電流的點(diǎn)將近似地落在所作出的純THF的校正曲線上。
例ⅩⅥ在例ⅩⅤ的THF溶液中加入0.8%水。并把例ⅩⅤ的腐蝕探頭插入THF/0.8%水溶液中;當(dāng)分別以近似于0.4、0.8、1.2、1.6、1.9和2.1伏的電壓輸入時(shí)，可分別讀出相應(yīng)于這些電壓的電流0.2、0.4、0.6、0.85、1.05和1.15微安。正如在圖42中所說(shuō)明的，由這些電壓-電流點(diǎn)可作出THF/0.8%水溶液的電壓-電流曲線。水分子在鉑上能被電氧化為氧氣，也能被電還原成氫氣(即水是“電化學(xué)活性的”)。
利用這條曲線和腐蝕探頭12，可測(cè)試THF/水溶液中其含水量。把腐蝕探頭12插入THF/水溶液中，并輸入已知電壓，然后測(cè)量與其相應(yīng)的電流。如果電壓-電流點(diǎn)落在圖42中THF/0.8%水溶液曲線的上方，那末THF/水溶液則含有大于0.8%的水、電活性物質(zhì)或組分，因?yàn)檩斎胂鄳?yīng)的已知電壓流過(guò)THF/水溶液的電流，大于輸入相同已知電壓流過(guò)THF/0.8%水溶液的電流。如果電壓-電流點(diǎn)落在THF/0.8%水曲線的下方(即在純THF曲線和THF/0.8%水曲線之間)，則該THF/水溶液含有小于0.8%的水，因?yàn)檩斎胂鄳?yīng)的已知電壓流過(guò)的電流，小于輸入相同的已知電壓流過(guò)THF/0.8%水溶液的電流。如果電壓-電流點(diǎn)落在THF/0.8%水曲線上，則該THF/水溶液含有0.8%水。
例ⅩⅦ將0.2%水加入例ⅩⅤ的純THF溶液中，在腐蝕探頭12插入該THF/0.2%水溶液之后，將電壓1.4、1.8、2.2和2.6伏輸入腐蝕探頭12。把0.2%水的電流點(diǎn)標(biāo)繪于圖43的圖上。相應(yīng)于這些電壓所飭康牡緦鞫夾∮ .1微安左右，如圖43的曲線所示。對(duì)THF/0.2%水溶液添加水以使新的溶液為THF/0.4%水溶液，把腐蝕探頭12插入其中，然后輸入1.4、1.8、2.2和2.6伏電壓，并測(cè)出其相應(yīng)的電流分別為0.15、2.5、3.0和3.5微安。然后把0.4%水/電流點(diǎn)標(biāo)繪在圖43的圖上。再在THF/0.4%水溶液中添加水使成THF/0.8%水溶液，在腐蝕探頭12插入其中后輸入與上述相同的一組電壓，并測(cè)出相應(yīng)于各個(gè)電壓的電流，其電流值分別為0.63、0.87、0.99和1.19微安。再把0.8%水/電流點(diǎn)標(biāo)繪圖43的圖上，于是對(duì)各個(gè)電壓(即1.4、1.8、2.2和2.6伏)可作出一組曲線，正如圖43所示。顯然，如果輸入的電壓越多，則作出的曲線越多。在圖43中任一電壓下所測(cè)量的電流越高，則此處在THF中有更多的水存在。所測(cè)量的電流值取決于添入THF中的水量。利用圖43中的一組曲線和腐蝕探頭12，可以測(cè)定出THF/水溶液中水的準(zhǔn)確含量。例如，把腐蝕探頭12插入某一THF/水溶液中，并輸入一個(gè)取自于一組曲線的電壓(即1.4或1.8或2.2或2.6伏)。如果把1.4伏輸入腐蝕探頭12，相應(yīng)于1.4伏所測(cè)量的電流大約為3.8微安，于是在1.4伏的曲線上標(biāo)出相當(dāng)于3.8微安的一個(gè)點(diǎn)。如果該點(diǎn)在圖43中曲線上標(biāo)為點(diǎn)“a”，那么與a點(diǎn)在橫坐標(biāo)(標(biāo)注為在THF中%H2O)上相應(yīng)的點(diǎn)為0.6，表明在THF/水溶液中含有0.6%水。為了證明這個(gè)斷定，把一組曲線的其余電壓(即1.8、2.2和2.6伏)輸入，測(cè)定相應(yīng)于各其余電壓的電流，在各條其余電壓曲線上標(biāo)繪出與電流相應(yīng)的點(diǎn)。如果把這些點(diǎn)分別在1.8伏、2.2伏和2.6伏的曲線上標(biāo)記為點(diǎn)“b”、點(diǎn)“c”和點(diǎn)“d”(正如圖43中曲線上所標(biāo)記的那樣)，于是與這些點(diǎn)在橫坐標(biāo)上相應(yīng)的點(diǎn)為0.6%，則表明該THF/水溶液確實(shí)含有0.6%水。這樣，本發(fā)明的腐蝕探頭12可作出一組校正曲線，此組曲線可用于檢測(cè)THF/水溶液中的確切含水量。
例ⅩⅧ把例ⅩⅤ中所敘述的探頭插入含有添加0.01%水的純THF中。把恒定的2.5伏電壓施加到腐蝕探頭12上。兩分鐘后將脫水劑(Linde4A分子篩)加入流體中。電流-時(shí)間曲線示于圖44中;14分鐘后再加入脫水劑。在圖44中表示出電流隨時(shí)間減小，這是由于脫水劑除去了THF中的水。顯然，腐蝕探頭12能檢測(cè)電絕緣流體中具有電活性的水的存在。在本例中所用的電絕緣流體為THF。
例ⅩⅨ本發(fā)明可用例ⅩⅤ中所敘述的腐蝕探頭12對(duì)馬達(dá)油(QuakerStateSAE30)中的水分進(jìn)行電流分析予以說(shuō)明。圖45列出了添加一定量水的馬達(dá)油的測(cè)量電流-外加電壓曲線，在本例中馬達(dá)油的含水量為468ppm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加電壓越大含一定量水馬達(dá)油的測(cè)量電流也越大。
例ⅩⅩ用例ⅩⅨ的馬達(dá)油作另一個(gè)測(cè)試，在馬達(dá)油中添加足夠量水，以使油/水溶液含水量為430ppm。在插入其中的腐蝕探頭12上施加一個(gè)-0.2伏的恒定電壓，與其相應(yīng)的電流為0.1微安。在馬達(dá)油添加更多的水使其含水量為620ppm，-0.2伏電壓再次輸入探頭12，與其相應(yīng)的測(cè)量電流為0.4微安。繼續(xù)加水直到含水量為840ppm，同樣在探頭12上施加-0.2伏電壓，所測(cè)量的電流為1.5微安。再在馬達(dá)油中添加水使其含水量為950ppm，對(duì)腐蝕探頭12輸入-0.2伏電壓，與其相應(yīng)的測(cè)量電流為4.2微安。所測(cè)得的曲線示于圖46中，并表明在固定的外加電壓下(即-0.2伏)所測(cè)量的電流與馬達(dá)油的含水量相關(guān)。利用這條曲線和腐蝕探頭12一起可測(cè)定出馬達(dá)油中的含水量。例如把腐蝕探頭12插入待測(cè)含水量的馬達(dá)油中，然后施加一個(gè)-0.2伏的電壓，并測(cè)定與其相應(yīng)的電流。在圖46中與該電流相應(yīng)的含水量(ppm)就是馬達(dá)油中的含水量。如果在待測(cè)含水量的馬達(dá)油/水溶液中的腐蝕探頭12上施加-0.2伏電壓，所測(cè)量的電流為2.5微安，于是相當(dāng)于這個(gè)所測(cè)電流的ppmH2O(見圖46中的虛線)為900ppm。這表明在馬達(dá)油/水溶液中的含水量為900ppm。
例ⅩⅪ本發(fā)明的腐蝕探頭可用于稱之為“循環(huán)伏安法”的電分析技術(shù)。施加到工作電極16上的電位隨時(shí)間的變化很快，例如每秒100毫伏，通常以線性方式從一個(gè)予選值到另一個(gè)予選值，然后返回到原來(lái)的予選值。所得的電流-電位圖可以提供有關(guān)于流體相和電極材料的信息。在圖47中表示出低合金碳鋼在含有40%(體積)鹽水和760磅/吋2表壓CO2的高電阻原油混合物中，用腐蝕探頭12進(jìn)行的循環(huán)伏安法實(shí)驗(yàn)(雖然這種混合物含有運(yùn)載電流的離子，但是由于在1000轉(zhuǎn)/分(rpm)的高速攪拌下，使離子導(dǎo)電的水相以分離的液滴分散在連續(xù)的油相中，因此混合物的導(dǎo)電性很差;工作電極和參比電極之間的歐姆電阻超過(guò)1兆歐)。鋼工作電極16的電位開始為-400毫伏并以100毫伏/秒連續(xù)增大到+900毫伏，然后再以相同的速度下降到+100毫伏。電流圖(圖47)表明電位小于+200毫伏，這種成分的鋼不會(huì)腐蝕(電流是陰極的)。事實(shí)上，+900毫伏到+100毫伏的掃描和-400毫伏到+900毫伏掃描是相交的，意味著這種鋼的表面易于產(chǎn)生小孔，這是由于在+200毫伏時(shí)發(fā)生部分自發(fā)的腐蝕過(guò)程。
例ⅩⅩⅡ在760磅/吋2表壓CO2、186°F下，在高壓釜15中測(cè)試介質(zhì)為5%(體積)鹽水(4%NaCl)的1000毫升原油，并用N80鋼試棒以1000rpm攪拌。探頭中的電介質(zhì)22是環(huán)氧樹樹脂，并沒(méi)有離子導(dǎo)電性。在這些實(shí)驗(yàn)條件下試樣16和參比電極18之間的歐姆電阻為5.7至8.7兆歐。表面活性劑是WITCO生產(chǎn)的WITCONATE“P10-59”，它是一種油溶性的離子型的烷基芳基十二烷基磺酸胺。先把探頭插入這種材料中，然后用水把過(guò)量的表面活性劑流體洗掉，并把探頭12放入高壓釜15。此開路電位是穩(wěn)定的，表明離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23起了作用。于是可測(cè)定穩(wěn)定的腐蝕速度，例如時(shí)間Ic(微安)伏特密耳/年7分鐘0.0-0.0027-20-0.17817所測(cè)定的腐蝕速度-時(shí)間的關(guān)系為時(shí)間密耳/年05，5405分鐘168717151116613
用具有圖2-11實(shí)施例的探頭12更換這種探頭12，并根據(jù)表Ⅰ的浸蝕劑進(jìn)行活化，所測(cè)得的腐蝕速度為16密耳/年，基本上與用表面活性劑活化的探頭12求得的值相同。對(duì)于表面活性劑活化的探頭12，在測(cè)試介質(zhì)中試樣-參比電極的電阻為0.1兆歐。在磨掉此表面以后，歐姆電阻為5.7兆歐，并且開路電壓很不穩(wěn)定;而且不可能測(cè)定電化學(xué)腐蝕速度。這些結(jié)果證明，該表面活性劑確實(shí)使電介質(zhì)22的表面被活化，而且此數(shù)據(jù)不是由于表面活性劑進(jìn)入流體相引起的。
例ⅩⅩⅢ測(cè)試介質(zhì)和條件與例ⅩⅫ所敘述的相同。表面活性劑是GAF產(chǎn)品“IGEPAL”CO170，這是一種油溶性的非離子型的壬酚族的乙氧基化的烷基苯酚表面活性劑。把無(wú)活性的環(huán)氧樹脂電介質(zhì)探頭插入這種材料中，洗去過(guò)量的表面活性劑，并把探頭放入高壓釜。開路電壓也很穩(wěn)定，可以用電化學(xué)方法測(cè)定腐蝕速度，例如時(shí)間Ic(微安)電壓(伏特)密耳/年50分鐘0.0-0.00062-0.04787所測(cè)量的腐蝕速度-時(shí)間關(guān)系為時(shí)間密耳/年5分鐘5443560407可以推斷非離子型表面活性劑也可使探頭活化。
結(jié)合各實(shí)施例已敘述了本發(fā)明，其意圖是表明本發(fā)明的各種修改、變化和替換，也應(yīng)視為本發(fā)明前面所公開的內(nèi)容。在某些情況下，只采用本發(fā)明的某些特征而沒(méi)有采用其它特征，也應(yīng)包括在前述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在圖48-51的腐蝕探頭12實(shí)施例中并不需要參比電極18的作用，而用對(duì)電極20替換。換言之，腐蝕探頭12只包括兩個(gè)電極(即工作電極16和對(duì)電極20而沒(méi)有參比電極18)和在兩極之間的具有離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23的電介質(zhì)22。關(guān)于本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，工作電極16和對(duì)電極20都是由具有離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23的電介質(zhì)22所隔開。對(duì)電極20可以處在中心位置，正如圖49所示，或者工作電極16處于中心位置，由對(duì)電極20圍繞著工作電極16，如圖50和51所示。除了工作電極16、對(duì)電極20和在它們之間的具有離子導(dǎo)電的電介質(zhì)表面23的電介質(zhì)22之外，本發(fā)明的這種實(shí)施例的腐蝕探頭12可以包括外殼30，外殼30終止于外殼端面32(見圖50和51)。沒(méi)有離子導(dǎo)電電介質(zhì)表面23的電介質(zhì)22或任何類似物質(zhì)或材料，可以位于對(duì)電極20和外殼30之間。工作電極16和對(duì)電極20分別終止于工作電極端面24和對(duì)電極端面28。導(dǎo)線34和38分別連接到工作電極端面24和對(duì)電極端面28的對(duì)端52和56上。用這種實(shí)施例的腐蝕探頭12在腐蝕液體中測(cè)定工作電極16上腐蝕速度的方法，包括工作電極16和對(duì)電極20之間施加恒定電流和測(cè)量工作電極16(相對(duì)參比電極)的極化值△φ。腐蝕速度是由轉(zhuǎn)換因子K(它取決于Tafel斜率，極化值△φ和電極面積)除以極化值△φ計(jì)算得出。此法以及在工作電極16上測(cè)定腐蝕速度的其他方法在題名為“測(cè)定腐蝕速度的電的和電化學(xué)方法”一文中已作較詳細(xì)的敘述。此文在1984年由TechnicalCommitteeOftheNationalAssociationofCorrosionEngineers，Houston，Texas(articleNO.T-3L-3(TCR)D52Rlpd)發(fā)表。此文及其參考文獻(xiàn)都一起并入本發(fā)明的參考文獻(xiàn)中。
同樣，在本發(fā)明的較概括的方面來(lái)看，任一實(shí)施例的腐蝕探頭，可與任何一種裝置39或任何一種電位變化選擇裝置(例如公知的直流電源、電位計(jì)等)相連接，為了選擇和保持工作電極16與參比電極18之間所需要的電位變化，為響應(yīng)所選擇的該電位變化，要有一電流流經(jīng)工作電極16和對(duì)電極20或電流傳導(dǎo)裝置并足以影響工作電極16和參比電極18之間所選擇的電位變化值。一個(gè)電流測(cè)量裝置(例如儀表48)可以測(cè)量流過(guò)工作電極的電流量。現(xiàn)在可以根據(jù)前面提到的任何一種方法，包括那些在題名為“測(cè)定腐蝕速度的電的和電化學(xué)方法”一文中所敘述的方法，來(lái)測(cè)定工作電極16的腐蝕速度。同樣任何一種實(shí)施例的腐蝕探頭12，可與任何一種裝置39或任何一種電流選擇裝置(例如公知的直流電源、電位計(jì)等)相連接，以選擇和保持一個(gè)所要求的電流經(jīng)過(guò)工作電極16和對(duì)電極20(或電流傳導(dǎo)裝置)。電位差的測(cè)量裝置(例如電壓表50)可測(cè)量工作電極16和參比電極18之間的電位差，然后根據(jù)前面所提到的任何一種方法可求出工作電極16的腐蝕速度。
到目前為止，本發(fā)明的各種實(shí)施例已作敘述，應(yīng)當(dāng)理解對(duì)這些實(shí)施例能夠作出很多進(jìn)一步的改進(jìn)。但本發(fā)明申請(qǐng)將包括按照本發(fā)明的基本原理所作出的，和本發(fā)明所公開的內(nèi)容有些偏離的改變、應(yīng)用或適用性，這些偏離屬于本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的常規(guī)知識(shí)與實(shí)踐，也是應(yīng)用前述的本發(fā)明的基本特征所作出的。這些內(nèi)容均應(yīng)算做本發(fā)明的范圍和所附權(quán)利要求的限定之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在腐蝕性液體中測(cè)量金屬腐蝕速度的方法，其中包括用一種具有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)的腐蝕探頭接觸腐蝕液體。
2.一種在腐蝕性液體中測(cè)量金屬腐蝕速度的設(shè)備，其中包括一種具有有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)的腐蝕探頭。
3.一種用于測(cè)量金屬或類似物在腐蝕性液體中腐蝕速度的腐蝕探頭，其中包括組合在一起的至少一個(gè)參比電極;至少一個(gè)對(duì)電極;至少兩個(gè)工作電極;一種置于每個(gè)參比電極與工作電極之間以及每個(gè)工作電極與對(duì)電極之間的電介質(zhì)，且其中所述的在每個(gè)參比電極與工作電極之間的電介質(zhì)具有一種離子導(dǎo)電表面。
4.一種在通常非離子導(dǎo)電流體中檢測(cè)至少一種電化學(xué)活性組分的方法，其中包括如下步驟(a)用具有離子導(dǎo)電表面的腐蝕探頭，在不含任何可檢測(cè)量的至少一種電化學(xué)活性組分的通常非離子導(dǎo)電流體的第一個(gè)試樣中作出校正數(shù)據(jù)，所述的作出的校正數(shù)據(jù)包括作為校正電位差的函數(shù)的校正電流;(b)把該腐蝕探頭插入所述的通常非離子導(dǎo)電流體的另一個(gè)試樣中，該試樣可含有至少一種可檢測(cè)量的電化學(xué)活性組分;(c)在該腐蝕探頭的兩個(gè)電極之間施加一個(gè)已知電位差;(d)測(cè)量響應(yīng)所施加的已知電位差的流經(jīng)步驟(b)的非離子導(dǎo)電流體和流經(jīng)該腐蝕探頭的至少一個(gè)電極的電流;和(e)比較步驟(d)所測(cè)量的電流與相同于步驟(c)的電位下從步驟(a)作出的校正數(shù)據(jù)中得到的校正電流，以確定所述的至少一種電化學(xué)活性組分是否存在，這一點(diǎn)可由所測(cè)電流與校正電流之間的差表明。
5.一種在通常非離子導(dǎo)電流體中檢測(cè)至少一種電化學(xué)活性組分的方法，其中包括如下步驟(a)用具有至少兩個(gè)電極的腐蝕探頭在不含任何可檢測(cè)量的至少一種電化學(xué)活性組分的通常非離子導(dǎo)電流體的一個(gè)試樣中作出校正數(shù)據(jù)，這些電極所暴露的端面由具有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)隔開，所述的校正數(shù)據(jù)包括作為校正電流的函數(shù)的校正電位差;(b)把該腐蝕探頭插入所述的非離子導(dǎo)電流體的另一個(gè)試樣中，該試樣可含有至少一種所述的可檢測(cè)的電化學(xué)活性組分;(c)對(duì)腐蝕探頭的至少兩個(gè)電極施加已知電流，腐蝕探頭中所述的兩個(gè)電極至少有一個(gè)與步驟(a)的一個(gè)電極相同;(d)測(cè)量響應(yīng)所施加已知電流的該腐蝕探頭的步驟(a)的至少兩個(gè)電極間的電位差;和(e)比較步驟(d)所測(cè)量的電位差與相同于步驟(c)的電流下從步驟(a)中所作出的校正數(shù)據(jù)中得到的校正電位差，以確定所述的至少一種電化學(xué)活性組分是否存在，這一點(diǎn)可由所測(cè)電位差與校正電位差之間的差表明。
6.一種在通常非離子導(dǎo)電流體中檢測(cè)至少一種電化學(xué)活性組分含量的方法，其中包括如下步驟(a)用具有離子導(dǎo)電表面的腐蝕探頭在含有已知可檢測(cè)量的至少一種電化學(xué)活性組分的非離子導(dǎo)電流體中作出校正數(shù)據(jù)，所作的校正數(shù)據(jù)包括校正電流作為校正電位差的函數(shù);(b)把腐蝕探頭插入含有一未知可檢測(cè)量的至少一個(gè)電化學(xué)活性組分的非離子導(dǎo)電流體中;(c)在腐蝕探頭的兩個(gè)電極之間施加一個(gè)已知電位差;(d)測(cè)量響應(yīng)施加已知電位差的流經(jīng)步驟(b)的非離子導(dǎo)電流體和流經(jīng)腐蝕探頭至少一個(gè)電極的電流;和(e)對(duì)比步驟(d)所測(cè)量的電流與相同于步驟(c)的電位下從步驟(a)所作出的校正數(shù)據(jù)中得到的校正電流，如果在步驟(b)的非離子導(dǎo)電流體中存在的電化學(xué)活性組分大于步驟(a)的已知量，則通過(guò)測(cè)量的電流值大于校正電流值表示出來(lái)，或者如果存在的電化學(xué)活性組分少，則通過(guò)測(cè)量的電流值小于校正電流值表示出來(lái)。
7.一種在非離子導(dǎo)電流體中檢測(cè)至少一種電化學(xué)活性組分含量的方法，其中包括如下步驟(a)用具有至少兩個(gè)電極的腐蝕探頭在含有一已知檢測(cè)量的至少一個(gè)電化學(xué)活性組分的非離子導(dǎo)電流體中作出校正數(shù)據(jù)，這些電極暴露的端面由具有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)隔開，所作的校正數(shù)據(jù)包括校正電位差作為校正電流的函數(shù);(b)把腐蝕探頭插入一未知可檢測(cè)量的至少一個(gè)電化學(xué)活性組分的非離子導(dǎo)電流體中;(c)在腐蝕探頭的至少兩個(gè)電極上施加一已知的電流，在腐蝕探頭中至少兩個(gè)電極中的一個(gè)與步驟(a)的電極之一相同;(d)測(cè)量響應(yīng)施加已知電流的腐蝕探頭的步驟(a)的至少兩個(gè)電極之間的電位差;和(e)對(duì)比步驟(d)所測(cè)量的電位差與相同于步驟(c)的電流下從所作的校正數(shù)據(jù)中得到的校正電位差，如果在步驟(b)中的非離子導(dǎo)電流體中存在的電化學(xué)活性組分大于步驟(a)的已知量，則由所測(cè)量的電位差大于校正電位差表示出來(lái)，或者如果存在的電化學(xué)活性組分少，則由所測(cè)量的電位差小于校正電位差表示出來(lái)。
8.當(dāng)腐蝕探頭插入含有離子導(dǎo)電溶液分散相的腐蝕液體時(shí)，使腐蝕探頭的電介質(zhì)表面制成離子導(dǎo)電性的一種方法，此法包括的步驟為(a)當(dāng)腐蝕探頭插入含有離子導(dǎo)電溶液分散相的腐蝕液體時(shí)，用能提供電介質(zhì)表面離子導(dǎo)電的表面活性劑接觸腐蝕探頭的電介質(zhì)表面。
9.在腐蝕性液體中測(cè)量金屬腐蝕速度的一種設(shè)備，其中包括組合在一起的一種腐蝕探頭裝置，它包括組合成整體的至少一個(gè)第一電極、至少一個(gè)第二電極和至少一個(gè)第三電極;一種置于第一電極和第二電極之間與第二電極和第三電極之間的電介質(zhì)，而其中所述的在第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面;一種電位變化選擇裝置，它與所述的第一電極和第二電極和第三電極相連，為了選擇和保持第二電極相對(duì)于第一電極所要求的電位變化，通過(guò)引起一電流經(jīng)過(guò)第二電極和第三電極以響應(yīng)所選擇的要求的電位變化，當(dāng)所有電極與腐蝕液體接觸時(shí)，其大小足以能實(shí)現(xiàn)在第二電極與第一電極間所選擇的需要的電位變化;和測(cè)量流過(guò)第二電極電流量的電流測(cè)量裝置。
10.在腐蝕液體中測(cè)量金屬腐蝕速度的一種設(shè)備，其中包括組合在一起的一種腐蝕探頭裝置，它包括組合成整體的至少一個(gè)第一電極、至少一個(gè)第二電極和至少一個(gè)第三電極;一種置于第一電極和第二電極之間與第二電極和第三電極之間的電介質(zhì)，而其中所述的在第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)具有離子導(dǎo)電表面;一種電流選擇裝置，它與所述的第一電極和第二電極和第三電極相連，當(dāng)所有電極與腐蝕液體接觸時(shí)，用以選擇和保持所需要的電流通過(guò)第二電極和第三電極;測(cè)量電位差的裝置，用以測(cè)量第二電極和第一電極之間電位差。
11.一種在腐蝕液體中測(cè)量金屬或類似物腐蝕速度所用的腐蝕探頭，它包括組合在一起的工作電極，對(duì)電極和位于工作電極和對(duì)電極之間的具有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)。
12.一種在腐蝕液體中測(cè)量金屬或類似物腐蝕速度所用的腐蝕探頭，它包括組合在一起的第一電極、第二電極和位于第一電極和第二電極之間的具有離子導(dǎo)電表面的電介質(zhì)。
全文摘要
一種包括組合在一起的至少各有一個(gè)第一電極、第二電極和第三電極的腐蝕探頭，以及具有限定離子導(dǎo)電表面結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)置于電極之間。一種包括該腐蝕探頭的用于在腐蝕液體中測(cè)量金屬或類似物的腐蝕速度的設(shè)備。以及在腐蝕液體中測(cè)量金屬腐蝕速度的方法。該腐蝕探頭還可用于檢測(cè)在通常非離子導(dǎo)電流體中的電化學(xué)活性組分。
文檔編號(hào)G01N17/00GK1032980SQ8710761
公開日1989年5月17日 申請(qǐng)日期1987年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月3日
發(fā)明者雷蒙德·J·賈辛斯基 申請(qǐng)人:城市服務(wù)石油及瓦斯公司