什么是阴极保护（CP）试片？
阴极保护试片是一块裸露的金属，应采用与被测试结构相同的材料制造。该试片埋设在待测结构附近同一电解质环境中，并通过测试桩与结构连接。这样，试片就能连接到结构的阴极保护系统，并以与结构类似的方式被极化。由于试片是一块裸露的金属，它可以模拟被测试结构涂层上的露铁点。（相关阅读：《阴极保护电位测量实用技术》）
为什么使用试片来测量结构的极化水平
在结构对电解质电位测量中，总会引入一个不可避免的误差，即IR降误差。该误差取决于多种因素，如埋深、土壤电阻率、涂层状况以及杂散电流的存在。为消除这一误差，人们采用瞬时断电电位测量法来测量结构真实的极化电位水平。
为了获得准确的瞬时断电电位测量值，所有影响被测试结构的电流源都应同步中断。在某些情况下，这并不可行或过于困难，而使用试片的瞬时断开电位来评估结构的阴极保护水平则更为简便。以下情况可以使用阴极保护试片替代结构对电解质电位测量：
被测试结构受到多个外加电流源的影响，这些电流源必须同步中断。在复杂的管网系统中，当有大量电流源运行且必须同时中断时，这可能非常困难。这种情况下，可以将阴极保护试片暂时与结构断开，并将其瞬时断开电位测量值与相关标准进行比较，以评估其阴极保护状态。此外，如果采用100 mV极化偏移准则，且需要获取试片的静止电位或自然电位，则可以将阴极保护试片长时间断开，使其完全去极化。这可以轻松完成，无需长时间断开阴极保护系统。
存在无法中断或位置未知的外部整流器单元，导致瞬时断电电位测量中会存在IR误差。
存在无法中断的直接连接的牺牲阳极，导致断电电位测量中存在IR误差。
存在杂散电流，可能影响断电电位测量。
电流中断后立即出现的快速IR尖峰可能影响断电电位测量。
同一走廊内的多条管道相互干扰，使得对每条管道进行单独测量变得困难。
结构对电解质瞬时断电电位测量 vs. 阴极保护试片极化（断电）电位
结构对电解质瞬时断电电位测量是确定埋地或浸没结构阴极保护状态的一种有效且成熟的方法。然而，正如NACE SP0169（《地下或水下金属管道系统外部腐蚀控制》）中所述，如果使用在线电压测量来确定施加阴极保护时结构的阴极保护状态，则必须考虑除结构对电解质界面之外的其他IR降。NACE SP0169包含了多种实现此目的的方法，而NACE TM0497-2018-SG（《地下或水下金属管道系统阴极保护准则相关的测量技术》）则包含了用于这些准则的多种测试方法。NACE SP0169中已提及的方法之一就是使用阴极保护试片。
尽管结构的瞬时断电电位测量与阴极保护试片的极化（断电）电位看似相同，但两者之间仍存在三点差异。
首先，结构对电解质电位测量受多种因素影响，包括：
结构周围及沿线的露铁点数量和分布
结构沿线及周围涂层比电导的变化
沿管线长度方向不同的电解质条件（土壤类型、含水量、温度、氧含量）
沿管线长度方向不同的电流密度导致的不同极化水平
交流和直流杂散电流、地电流等引起的干扰（更多信息，请参阅《埋地金属结构的腐蚀与电气干扰》）
有意或无意连接到阴极保护结构的双金属连接
其次，基于这些因素，结构对电解质电位测量主要是所有暴露于电解质的区域面积的加权平均值。单个露铁点（尤其是大型结构上的小露铁点）的真实极化电位无法根据上述因素准确确定。
第三，当试片安装在结构附近且处于同一电解质环境中时，试片接收到的阴极保护电流水平与结构上具有相同对地电阻的相邻区域相同，并达到相同的极化水平。与可能受上述多种因素影响的结构对电解质瞬时断电电位测量相比，这能更好地指示结构的阴极保护状态。此外，试片还能获取通过结构对电解质电位测量不易获得的其他信息，例如瞬时断开电位、去极化行为以及阴极保护试片吸收的电流。
阴极保护试片的设计
有多种类型的试片可供选择，包括：
双线试片。
带集成参比电极的试片。作为选配，可安装柔性导管延伸至地面以上，以便在干燥条件下进行灌溉。
带有固定电极的试片，该电极永久埋设在试片附近。
用于测量阴极保护电位和静止电位的双试片，两者具有相同的几何形状和尺寸。
在购买或设计阴极保护试片时，应考虑以下几点：
相关的配件和土壤接入管（如使用）应由非金属材料制成。
土壤接入管的直径应足够大，以便能够放置市面上常见的参比电极。
引线应端接在易于操作的测试桩内。此外，测试桩应配备断开开关或类似装置，以便能够快速将试片与结构断开。
试片材料应与被测试结构所用的材料或合金相同。这将使其具有与结构相同的极化行为，并从阴极保护试片的电位读数中获得有意义的数据。
阴极保护试片的尺寸应根据被测试结构上预期出现的最大露铁点尺寸来选择。市面上可用的试片尺寸范围从650 mm²到10,000 mm²。对于裸管或涂层不良的结构，应选择大尺寸试片；而对于涂层良好的结构，由于仅预期存在小露铁点，应选择较小尺寸的试片。
试片引线应牢固地连接到试片上，以确保在整个设计使用寿命内保持低电阻的电气连续性。这可以通过银焊、铝热焊、机械连接或任何其他合适的方法实现。连接处应通过封装在保护涂层中与电解质隔离。
试片的安装位置
试片应安装在预期存在不同土壤电阻率、土壤化学性质、含水量、电流密度、涂层状况和温度的区域。这些位置的示例包括干燥多岩石的山顶、低洼潮湿的山谷、阴极保护电流源之间的中点以及压缩机站的吸入和排出点。应在这些位置分别安装阴极保护试片，以评估外加电流阴极保护系统在每个区域的有效性。
如何安装腐蚀试片
为了获得有意义的读数，试片必须与其周围环境保持良好的电接触。这通过夯实试片周围的土壤来实现，以消除会降低试片与其周围环境之间电气连接的任何气隙。
有多种试片安装方法可供选择，包括：
在结构调查期间的挖掘活动
螺旋钻孔
真空挖掘
人工挖掘
在结构安装期间安装试片
根据NACE SP0104-2014（《用于阴极保护监测应用的试片》），建议试片与管道之间的横向距离为10至30厘米，并应安装在管道的下半部分（3点钟至9点钟位置之间）。
结论
尽管腐蚀行业的先驱们早已使用阴极保护试片来评估结构的阴极保护水平，但试片作为确定结构极化电位的一种方法尚未得到广泛应用。更常用的技术是结构对电解质瞬时断电电位测量。
然而，由于该技术本身存在若干误差，且在复杂管网中中断多个电流源的复杂性，腐蚀行业正开始重视使用阴极保护试片作为评估结构阴极保护水平的技术。
本文展示了结构对电解质电位测量中存在的误差，以及阴极保护试片相比结构对电解质电位的优势。随后，我们探讨了不同的设计，以及根据NACE标准实践如何安装及安装在何处。
相关术语
IR降
试片
腐蚀试片
阴极极化
外加电流
瞬时断电电位
静止电位
土壤湿度
阴极
阳极
