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2025-

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ER腐蚀速率探头的测量原理技术部：李淑阳-

ER腐蚀速率探头的测量原理

技术部：李淑阳

ER腐蚀速率探头（ElectricalResistanceProbe）的测量原理基于金属腐蚀导致的电阻变化，通过监测敏感试片电阻的增量来计算腐蚀深度和速率。

一、基础原理：电阻与截面积的关系

金属的电阻（R）与其截面积（A）、长度（L）及电阻率（ρ）的关系由公式?R=ρ?AL??决定。当金属发生腐蚀时：

均匀腐蚀：试片厚度均匀减小，导致截面积?A?线性减少，电阻?R?随之增大。

局部腐蚀（如点蚀）：虽局部截面积急剧减小，但整体电阻变化可能被平均效应掩盖，需通过高频采样或特殊算法识别。

ER探头通过测量电阻增量（ΔR），结合试片初始参数（如厚度、材质电阻率），反推出腐蚀深度（Δd）和速率（v）。

二、敏感试片的设计与作用

材质匹配：

试片采用与被测金属相同的材质（如不锈钢316、碳钢等），确保腐蚀行为一致。

例如，监测油气管道内壁腐蚀时，试片材质需与管道材质完全相同。

几何结构：

试片通常为薄片状，初始厚度（d0?）精确已知（如0.5mm）。

腐蚀导致厚度减少（Δd），截面积?A?随之变化，电阻?R?增大。

温度补偿：

电阻率?ρ?随温度变化，探头内置温度传感器，通过算法消除温度干扰。

例如，在高温环境中（如炼油厂反应器），温度补偿确保电阻测量准确性。

三、测量电路：惠斯通电桥的应用

ER探头采用惠斯通电桥（WheatstoneBridge）精确测量电阻变化，其核心优势在于高灵敏度和抗干扰能力：

电桥结构：

由四个电阻组成，其中两个为固定电阻，一个为可调电阻，另一个为敏感试片。

当电桥平衡时，输出电压为零；试片电阻变化导致电桥失衡，输出电压与?ΔR?成正比。

信号处理：

输出电压经放大、滤波后转换为数字信号。

通过标定曲线（电阻增量与腐蚀深度的关系）计算?Δd?和速率?v。

四、腐蚀速率计算模型

均匀腐蚀模型：

电阻增量?ΔR?与腐蚀深度?Δd?的关系为：

ΔR=R?d0?2Δd?

其中$R$为初始电阻，$d_0$为初始厚度。

腐蚀速率?v（单位：mm/年）通过时间积分计算：

v=ΔtΔd??365?24

（$\Deltat$为监测周期，单位：天）

2.?局部腐蚀修正：

对于点蚀等局部腐蚀，采用高频采样（如每30秒一次）捕捉瞬时电阻变化。

结合统计方法（如极值分析）评估最大腐蚀深度。

五、技术优势与局限性

优势：

高精度：可测量纳米级腐蚀量（如0.01%探头厚度）。

实时性：高频采样支持动态腐蚀监测。

环境适应性强：不受介质导电性影响，适用于气体、液体、土壤等环境。

无损检测：在线安装，无需停产或破坏设备。

局限性：

局部腐蚀敏感性低：对点蚀等局部腐蚀的识别需结合其他技术（如超声测厚）。

材质依赖性：试片材质需与被测金属完全一致，否则可能引入误差。

温度影响：需严格温度补偿，极端温度下可能需特殊标定。

六、典型应用场景

油气管道监测：

监测硫化氢、二氧化碳引起的内壁腐蚀，预警穿孔风险。

例如，在含硫化氢的酸性油气田中，当腐蚀速率超过0.01mm/年时，触发报警。

化工设备监测：

反应釜、换热器管束在高温高压下的腐蚀监测。

例如，催化裂化反应器内壁腐蚀速率的实时监测，优化停机检修周期。

海洋工程监测：

海上平台导管架、钻井设备的海水腐蚀监测。

结合阴极保护系统数据，评估防腐效果。

电力行业监测：

电站锅炉水冷壁管、凝汽器铜管的腐蚀监测。

例如，通过腐蚀速率数据调整给水处理方案，预防爆管事故。