2015年第2期
仪表技术与传威器 InstrumentTechniqueandSenso
基于STM32和FPGA的石油管道腐蚀测试仪
张伟，周风星
（武汉科技大学，冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，湖北欧汉430081）
2015 No. 2
摘要：采用线性板化、电化学阻抗谱和法拉第定律相结合的方法，利用FPGA、STM32、DDS信号发生器、恒电位仪、三电极系统，设计了一种包括双通道同步高速采集电路、电子标签和U盘的准确计算石油管道内壁扇蚀速度的仪器，系统采用数字相关积分算法来计算阻抗谱的幅值和相位，电路中双通遗低通滤波器提高了系统的信噪比，实现了高精度阻抗测试。测试仅通过GPRS实现与选端监控系统实时数据传格。通过对比试验，该仅器与CH1660D的测量结累基本一致，离蚀速度测量范图为1×10~50mm/a。
关键调：管连离蚀；电化学阻杭谱；数字相关算法；恒电位仪
中图分类号：TP216
文献标识码：A
文章编号：10021841(2015)02003904
Design of PetroleumPipeline Corrosion Monitor
InstrumentBasedonSTM32andFPGA
ZHANG Wei,ZHOU Feng-xing
(Engineering Research Center of Ministry of Education of Metallurgical Automation and Detection Technology,
Wuhan University of Science and Technology , Wuhan 430081,China)
Abstract; By means of linear polarization, electrochemical impedance spectroscopy and Faraday's law, an instrument for pre-cisely calculating petroleum pipeline intemal corrosion rate based on STM32 and FPCA was designed in this paper, It included a direct digital signal synthesizer, dual channel synchronic highspeed data acquisitions circuit, electronic tags and U disk, The dig-ital correlation algorithm was applied to caleulate amplitude and phase of the impedance spectroscopy, and the bichannel low su edoasoaads aoepadg aaad a pe oe asou on ees ard on aa paeae aram sag e ment transmitted data to monitoring system by GPRS. Through comparative experiment, the measurement result of this instrument is similar to that of CHI660D, and the corrosion rate measurement range is 1x10**~ 50 mm/a.
Key words :pipeline corrosion; electrochemical impedance spectroscopy; digital correlation algorithm; potentiostat
阜 0
随着我国经济的快速发展，油气管道建设不断推进。石油输送主要采用钢制管道，面石油中常含有S、0，和H,0，这紫物质构成了酸性环境，会与金属管道内壁发生电化学反应，对输油管道内壁造成属蚀，因属蚀造成的穿孔给石化行业的安全生产、储运带来了巨大的挑战"]。因此，需要腐蚀监测技术来有效指导防腐工作。目前国内外用于石油管道腐蚀监测的技术主要有：挂片监测、电阻/电感监测、壁厚监测和电化学站等。以上监测技术存在的主要间题是：响应速度慢、设备体积大，精度低，重现性差，数据传输不便。面石油管道大多铺设在野外无人区，为了全面监测管道内壁腐蚀状况及评价防腐蚀措施的效果，急需野外监测设备，为此，针对这一事实结合电化学与电
子技术，设计了一种便携式石油管道内壁腐蚀快速测试仪。 1电化学腐蚀理论
电化学腐蚀理论中的线性极化和电化学阻抗谱技术可以快速准确地测定电极的离蚀速率和腐蚀电流密度等信息。由线性极化技术可以计算出膜蚀电流密度和极化电阻的关系，再
基金项目：国家自然科学基金资助项目（61174106）
8收修改稿日期：2014-1120
收稿日期：2013-11~18
采用电化学阻抗谱技术计算出溶液的介质电阻，从稳态测量求出的极化电阻减去介质电阻获得离蚀电极的实际极化电阻，再根据斯特恩公式估算出腐蚀电流密度。最后通过法拉第定律计算出腐蚀速度。
线性极化技术
1.1
线性极化测量技术的理论基础是斯特思-盖里（Stem-Geary)关系式，采用此公式来估算腐蚀电流密度icr，即：
ien= B / R,
(1)
式中：B为Sterm-Geary系数，一般B取为26mV，也可由用户自已设置；R，为极化电阻;.为腐蚀电流密度(2-3]。
电化学阻抗谱(EIS)技术 1.2
1.2.1电化学阻抗谱测量原理
电化学阻抗谱是用小幅值正弦波电位信号登加在直流极化电位上，通过恒电位仅施加于被测电极系统，同步测量极化电位以及响应电流，通过相关积分算法计算出被测电极的复数阻抗Z,进而绘制出被测电极系统的Nyquist图(4)。在腐蚀过程中，电极系统等效电路图如图1所示(3)。
图1中，R，为电极系统的溶液电阻，R，为极化电阻，C为双电层电容。电路中4B两端的等效阻抗Z为