腐蝕是由材料與其所在的環境發生化學反應而 引發的材料性能退化過程。腐蝕作為損失嚴重的全球性問題，每年由腐蝕引發的經濟損失是非常巨大的。據調查 ，在美國每年由腐蝕造成的經濟損失可達2760億美元相當于其國內生產總值 （GDP） 的3.1%。我國每年的腐蝕總損失，相當于國內生產總值 （GDP） 的5%。同時，由材料性能衰退而引發的安全事故也往往是災難性的。如1992年墨西哥瓜達拉哈拉發生的下水道爆炸事故 ，造成了215人死亡/1500余人受傷的慘痛局面。而引發事故的原因就是由于天然氣管道腐蝕導致天然氣泄漏，然后進入附近主下水道所致。在我國由腐蝕引發的重大安全事故也時有發生。如2013年中石化青島東黃輸油管道泄漏爆炸，造成了66人死亡、9人失蹤的特大安全事故。此事故發生的主要原因就是輸油管道的腐蝕失效 。

    金屬材料作為生產、建筑等行業最常用的基礎材料，其在所處環境中發生腐蝕是不可避免的。因此為了避免和預防嚴重經濟損失和重大安全事故的發生，對材料在工作環境中的失效進程進行腐蝕監測就變得十分重要。腐蝕監測作為一種獲取材料腐蝕過程或環境對材料的腐蝕性隨時間變化信息的方法，它是腐蝕技術的一部分，也是腐蝕防護和控制中最重要的一環。

    電阻探針腐蝕監測技術是通過測量金屬在腐蝕過程中產生的電阻變化而進行腐蝕監測的方法，于20世紀50年代開始得到使用，首先由學者Dravnieks和Cataldi提出 。1957年，Freedman等對電阻探針的結構形式做了進一步改進。1996年，Brown等提出電阻探針又可被稱為電子掛片的概念。

    電阻探針技術作為一種可提供連續腐蝕數據的實時監測手段，其具有原理簡單、操作方便、適用性強等特點。自從電阻探針被應用到腐蝕監測領域以來，其對材料的腐蝕監測工作起到了非常重要的作用。

    1 電阻探針技術介紹

    1.1 監測原理

    金屬在腐蝕過程中產生的腐蝕產物 （如金屬氧化物等） 多為不導電物質。如果對一金屬片通入電流，那么隨著腐蝕的進行，其通電金屬片厚度將減小，從而使得其通電電阻增大。通過測量金屬試片在腐蝕過程中的電阻變化來獲得腐蝕損耗和腐蝕速率數據的方法就叫做電阻探針技術。這種電阻探針又被稱為電子掛片。電阻探針作為暴露于待監測環境中的敏感元件，其進行腐蝕監測的基本原理示意圖如圖1所示 。

    圖中所示，在監測過程中，將金屬試片中的一面暴露于待監測環境中，向金屬試片中通入電流，根據金屬電阻計算公式，可知金屬試片的起始電阻為：

    R=ρ l/A（1）

    式中， ρ 為金屬試片的電導率， R 表示金屬試片電阻A為金屬試片通電截面積， l 為金屬試片的長度。

    隨著腐蝕的進行，金屬試片通電橫截面 A 減小，根據公式 （1） 可知電阻 R 值增大。通過監測其阻值變化，即可根據公式 （1） 推導腐蝕厚度變化，從而獲得腐蝕損耗和腐蝕率信息。

    電阻探針技術可以在液相 （電解質或非電解質）、氣相等介質中進行測定，具有操作相對簡單、易于維護、數據容易分析等特點，且其可以實現實時的腐蝕數據采集和輸送，相比其他監測方法可靠性高、經濟性好，因而使其在油氣生產、管線、化工、文物保存、發電等行業得到了廣泛應用。

    1.2 發展歷史

    1.2.1 國外電阻探針腐蝕監測技術發展 在20世紀50年代開始得到發展和使用。電阻探針作為暴露于待研究環境下的敏感元件，可通過合理地調整探針結構，改進探針測量系統性能，從而提高探針的分辨率和靈敏度。根據這一思路，在這一時期有眾多著名的學者做了大量的研究和改進工作，其中以歐美國家所取得的成果最為顯著 。

    20世紀60年代前后，在美國涌現了一大批與電阻探針腐蝕監測技術有關的專利技術，電阻探針技術得到了長足發展，其腐蝕監測的相關原理和參數得到了明確驗證和規定，探針性能開始滿足工業應用的需求，在石油生產、煉化和運輸等行業得到了大量應用 。

    20世紀70年代，電阻探針技術已經相對成熟，探針測量的靈敏度和精確度得到了較大提升，其監測性能開始滿足低腐蝕速率環境監測的要求，在大氣腐蝕監測等方面得到實際應用。

    20世紀80~90年代，由于當時測量技術的局限等因素，電阻探針技術的測量精度停滯在微米級別 。20 世紀 90 年代，學者 Clarke 等指出，電阻探針技術可以檢測到的最小腐蝕損耗厚度為1 μm。該定論是根據當時的電阻探針技術和數據測量技術等的綜合發展情況作出考量后得到的，而隨著計算機算術的進一步發展，以及微電阻測量技術的進一步提高，該定論最終被改變。

    進入到21世紀初期以后，對于電阻探針技術的研究和開發工作逐漸減少，但在提高探針測量精度和穩定性等方面也取得了許多進展 。文獻將鍍膜技術引入到電阻探針材料制備中去，提出了利用磁控濺射技術來制備探針材料，大大減小了電阻探針金屬試片的厚度，增大了探針的起始電阻，提高了探針測量靈敏度。其開發的電阻探針感應器測量精度可達到微米級別，可對腐蝕速率為0.01 mm/a的監測環境做出較快速的響應。但濺射鍍膜所得材料的物理性能和電化學性能與傳統的塊體鋼材有較大的差異，不能真實的反映該材料在待監測腐蝕環境中的腐蝕規律。

    文獻將無線傳輸技術應用到電阻探針腐蝕監測的遠程數據控制中，成功開發了可以實現無線傳輸功能的大氣腐蝕電阻探針監測系統，其電阻探針具有較高的測量精度和靈敏度，探針測量精度可達到納米級別，在實驗室的監測結果與失重掛片法結果具有較好的匹配性。

    到目前為止，電阻探針技術在國外的發展和應用已經非常成熟和普遍，許多國家的大型能源企業，如美國、英國、日本、德國等，均擁有具有自主知識產權的電阻探針腐蝕監測產品，其產品在我國國內市場也占據一定的份額。

    1.2.2 國內電阻探針腐蝕監測技術發展 1970年開始，電阻探針技術引入到我國煉油系統的腐蝕監測中。中國眾多學者在利用電阻探針腐蝕監測進行金屬材料腐蝕機理研究方面也作出了較大貢獻。如柏任流等 、鄭立群等、馬金龍等在電阻探針腐蝕監測儀器的開發和具體應用方面做出了許多工作。

    然而到目前為止，國內企業或機構自主研發的電阻探針腐蝕監測產品還較少，且其產品性能與國外知名企業產品相比還有較大差距，其產品在國內市場的應用情況也不容樂觀，大型企業多傾向于使用國外高性能、高造價產品，以保證其監測結果的準確性。國內該行業的企業多以代理國外產品業務為主，而進行自主研究電阻探針腐蝕監測技術的企業多為中小型企業，其在市場份額的競爭中不占據優勢。

    1.2.3 現有電阻探針類型介紹 隨著對該技術的不斷研究和發展，探針的測量精度得到了極大的改進，由最初的微米級別達到了如今的納米級別，電阻探針的種類也有最初的較為單一的情況發展為現如今可適應于各種監測情況的不同類別。以探針的使用情況可分為：插入/非插入型、伸縮/非伸縮型和地埋型等類型。以探針的幾何形狀可分為環型、線型、管型、薄膜片和帶型等。

    2 電阻探針腐蝕監測產品及應用

    在實際的電阻探針腐蝕監測工作中，一套完整的腐蝕監測系統包括：電阻探針、數據采集器、通訊轉換器、工作站等組成部分 。其簡單的組成示意圖如圖2所示。

    圖2中，電阻探針為暴露于待監測腐蝕環境中的敏感元件，其金屬測試部分隨腐蝕發生，其阻值發生變化。數據采集器又可稱為腐蝕監測儀，將對電阻探針進行恒流通電，監測其阻值變化。通訊轉換器將進行簡單的數據處理，將數據傳輸給終端的服務器或客戶端。工作站將進行數據的接收、存儲、備份以及分析工作，最終以簡單可懂的形式將數據呈現給監測人員。

    主要產品生產商有：

    （1） 美國Teledyne Cormon公司主要生產海底及海面腐蝕感應器。其代表產品系列 — — CEION系列，采用了先進的數據采集和放大技術，該系列電阻探針具有非常高的測量靈敏度和測量精度，同時還具有高達十年的監測壽命，這在同類電阻探針產品中具有非常高的競爭優勢，其產品在海油等行業得到了非常廣泛的應用。

    （2） 美國Metal Samples公司一直提供性價比較高的腐蝕監測方案，產品技術先進，產品性能優良，其電阻探針技術相關產品在石化、煉油以及大氣腐蝕監測等行業的應用非常普遍。

    （3） 美國GE檢測控制技術公司檢測控制技術在全球位于領導地位，其業務涉及傳感測量、無損檢測技術、狀態監測、流體過程技術及自動化優化控制領域。該公司著名的本特內達華系列產品、Rightrax腐蝕監控系統等在腐蝕監測領域都具有非常好的應用和前景。公司產品廣泛應用于航空航天、石油等領域。

    （4） 美國COSASCO Corrosion Management公司為包括石油、天然氣、石化、制藥、化學以及公共事業設備等眾多行業提供腐蝕監測方案。其公司電阻探針系列產品包括有：MICROCOR 快速測量電阻探針、標準電阻探針、線性極化電阻 （LPR） 探針、CO-SASCO 無線快速測量電阻探針等。其中以MI-CROCOR 為代表產品，該產品具有較高的測量精度，主要用于沙土侵蝕等情況的腐蝕監測。

    （5） 廣州易安達腐蝕科技有限公司產品多應用于石油石化行業。同時，該公司也是英國TeledyneCormon公司和英國Ion Science 公司指定的中國區總代理。該公司擁有較為完善的腐蝕在線監測 （基于電阻探針技術） 系統，而其開發原理多基于英國Teledyne Cormon公司CEION系列電阻探針測量技術，系統具有較高的分辨率，可應用于低腐蝕率環境，或者進行快速測量。

    （6） 沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司該公司為相關企業提供腐蝕調查、失效分析等防腐技術服務，同時也是腐蝕監檢測、腐蝕管理及評估等防腐綜合解決方案的供應商。

    （7） 深圳格魯森科技有限公司主要開發和研究工業設備腐蝕監測技術，同時提供在線腐蝕監測系統和解決方案，其公司產品主要應用于石油、化工、電力、冶金等行業。該公司開發的GR6000電阻探針腐蝕在線監測系統，具有較好的監測穩定性和測量精度。

    電阻探針腐蝕監測方法在油氣生產、運輸、航空航天、環境保護和文物保護等方面擁有相當廣泛的應用。如，美國Teledyne Cormon公司的CEION系列電阻探針產品，通過現代信號放大技術增強測量信號的變化幅度，創造性地實現了探針厚度與信號放大的相對獨立，使得探針在具有高精度的同時，保證了探針的長壽命，因此，大大擴展了其工業應用的范圍，特別是在監測環境條件比較惡劣的地區進行長期的腐蝕監測工作，具有非常高的優勢，目前在我國中石油、中石化等企業中具有廣泛的應用。美國Metal Samples公司的電阻探針腐蝕監測系列產品在我國也具有比較廣泛的應用，其在中國的代理公司為北京普斯維斯石油技術有限公司，其公司產品在中石油西南油氣田分公司重慶氣礦、中石油西南油氣田分公司磨溪氣田、中石油塔里木油田分公司等企業中具有長期的應用 。

    中國電阻探針品牌，深圳格魯森科技有限公司，具有完整的電阻探針腐蝕監測系統設備和技術支持，其在線腐蝕監測系統的結構示意圖如圖3所示。

    該公司產品在中石化、中石油、中海油具有較廣泛的應用，同時在世界范圍內，如美國、澳大利亞、德國等均有產品應用  。

    3 結論與展望

    國外電阻探針腐蝕監測技術的發展已經相當成熟，并且在將其應用于各行業腐蝕監測過程中取得了非常良好的成果，從實踐上證明了電阻探針技術應用于工業生產、自然環境等腐蝕監測領域中的巨大潛力和作用。

    我國國內大型石油、石化、天然氣等行業對于腐蝕監測產品的需求是非常巨大的，目前國內市場被國外產品搶占了大多數份額。然而在將國外產品應用到國內工業或自然環境腐蝕監測工作的過程中，遇到了一些困難。首先，國外產品大多造價昂貴，大批量應用時費用高昂；其次，國外工業條件以及自然環境條件與國內的差異性，導致了其產品在國內應用時，參數的設置和調整耗費時間，同時對監測結果也可能導致不可解釋的誤差；最后，國外產品在國內應用時，出現故障或失效問題，其問題解決過程繁瑣。

    綜合以上幾點，可以明確在國內自主開發完整的、高效的、穩定的電阻探針腐蝕監測系統是非常必要且重要的。國內各研究機構及相關企業的科研人員致力于自主技術的開發和研究，最終生產制造具有自主知識產權的監測產品，并將其推廣應用于國內市場的前景是非常良好的。

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責任編輯：王元

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