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电磁流量计电极的作用


文章日期:2019-07-29|阅读数:


电磁流量计电极的作用就是检测出电动势的大小。电动势的大小与磁通量强度成正比,测量管内径与平均流速成正比,介质的体积流量与感应电动势和测量管内径成线性关系,与磁场的磁感应强度成反比,与其他物理参数无关。
 
电磁流量计电极的作用
 
电极与被测介质直接接触,所以电极材质的选择是非常重要的,常用的电极材料有316L不锈钢、哈氏合金、钛、钽、铂等,可根据介质的特性来选择电极的材质。
 
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。这样能从根本上解决电极腐蚀、感染、液体泄漏问题(Emerson)。这样的传感器(transducer),其流量信号是通过电极与衬里形成的电容藕合传输到转换器。
 
为了增大电容的容量,减少容抗上的信号损失(loss),通常采用大面积电极(electrode)或多电极结构形式。电磁流量计其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用永久磁铁来实现,其优点是结构比较简单,受交流磁场的干扰较小,但它易使通过测量导管内的电解质液体极化,使正电极被负离子包围,负电极被正离子包围,即电极的极化现象,并导致两电极之间内阻增大,因而严重影响仪表正常工作。藕合电容的容量仅在几十个至上千个皮法范围(fàn wéi)。为保证信号可以大部分传输给放大器,转换器的输人电阻(resistance)必须提高到 10 8 以上。由此,电磁流量计具有能够测量低电导率液体的优点。例如,测量经脱去离子的净化水处理(chǔ lǐ)的纯水,其电导率可能在 10 -5 s / m 以下。用一般电磁流量计的测量,可达 5 %以上测量偏差。
 
藕合电容容量的变动将造成大的噪声,影响测量精确度与稳定性。电容介质(起决定作用的物质)的衬里材料(Material),应具有绝缘(insulated)强度(strength)高、介质损耗系数小、温度(temperature)系数小、刚性好等性能。新型衬里材料 PFA聚四氟(fluorine)乙烯)和高纯氧(Oxygen)化(oxidation)铝(Al)工业陶瓷(原料:非金属矿物)能够满足这些要求。
 
励磁线圈与电极(electrode)间存在着分布电容和绝缘电阻(resistance)。励磁电压通过(tōng guò)励磁线圈与电极间分布电容和绝缘电阻与信号内阻抗分压,能在电极上形成大的共模干扰电压。电磁流量(单位:立方米每秒)计的信号内阻很高,分压的共模干扰可能(maybe)更大。因此,提高仪表的共模抑制比,成为电容式 电磁流量计 的另一技术难点。电容式电磁流量计的共模抑制比要求在 CMR R ≥ 120dB 。把前置放大器放在传感器内,那样的自举阻抗转换和静电屏蔽措施(指针对问题的解决办法),能有效地抑制大的共模干扰。
 
电磁流量计的电极极化分析
 
电极表面效应一般是指电极表面化学反应效应、电化学现象、极化电势以及电极的触媒作用。小编为大家做了总结,供大家参考。
 
1、触媒作用:是指被测介质在电极的作用下产生化学反应而影响测量。例如,铂电极的电磁流量计在测量双氧水时,正常压力下不会出现问题,但是在测量低压力下(低于0.3Mpa)的双氧水时,会在电极表面产生气雾,阻断电气通路,导致输出信号波动。
 
2、极化电势:是指电极感应电动势在两电极极性不同,导致电解质在电极表面产生极化。早期的电磁流量计采用直流激磁电极的极化现象严重,现在多用低频方波激磁,低频方波激磁具备直流激磁和交流激磁两方的优点,虽然交变激磁将极化电势减弱了几个数量级,但是没有完全消除极化电势干扰的影响。
 
3、电化学现象:是指电极与被测介质接触,电极表面发生电势变化。例如,在测量含有泥沙等固体颗粒或纤维浆液的流体流量时,固体颗粒磨擦电极,电极虽没被腐蚀,但电极受撞表面接触电势突然变化,使仪表输出信号出现尖峰脉冲形成干扰。
 
4、化学反应效应:是指电极与被测介质接触后,电极表面形成钝化膜或氧化层,此时电极没被腐蚀,但形成的钝化膜或氧化层却增加了电极表面的接触电阻。例如,电磁流量计的电极材质是钽,被测介质是污水。钽电极不能用于测量水,因为在测水流量时,钽电极表面会形成绝缘层阻挡感应电压的传递。
 
电磁流量计的电极选择注意事项
 
电化学电势变化和极化现象会产生干扰电势而形成噪声。浆液噪声和流动噪声即是电极表面噪声的表现。极化电势是电极感生电动势在两电极极性不同,导致电解质在电极表面产生极化。低频矩形渡激磁结合了直流激磁和交流激磁的优点,虽然交变激磁将极化电势减弱了几个数量级,但不能完全捎除极化电势干扰的影响。极化电势与液体介质性质以及屯极材料性质有关。
 
浆液噪声是在测量泥浆纤维浆等液固双相导电液体流量时,固体颗粒(或液体中气泡)擦过电极表面,电极表面接触电化学电势突然娈化,输出流最信号出现尖峰脉冲状噪声。
 
流动噪声是在飒I量较低电导宰(l00×10- 6S/crri附近及以下)液体流量肘,电极的电化学电势定期变化,产生随流速增加而频率增加的随机噪声,引起仪表输出出现波动现象。
 
对于电极表面噪声可选配与被测液体电化学和极化电势作用小的材料以及低噪声电极。
 
被测介质在电极的触媒作用下产生化学反应而影响测量。例如铂电极EhrW在测量双氧水时会在电极表面生成气雾,流量为零时输出也会波动。
 
对于避免或减轻电极表面效应的介质——电极材料匹配,还没有像腐蚀性那样有充足的资料可查,只有一些有限经验,尚待在实践中积累。下文列举若干实例。
 
钽对水是耐腐蚀的。但若使用钽电极EMF测量水流量,钽电极表面会形成绝缘层,使仪表失灵或运行一短时期后出现很大噪声。氢氧化钠等碱液亦不能选用钽电极。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或“非酸”液接触(如清洗管系),均会影响仪表正常使用。
 
铂铱合金电极或铂电极对盐酸有良好的耐腐性,铂电极EMF多处用于测量盐酸获得满意的结果。然而测量浓度较高的盐酸(lOqo以上)却产生严重的噪声。铂电极用于测量低压过氧化氢(压力低于0.3MPa)时,由于触媒作用而在电极表面产生气雾,阻断了电气通路而影响工作。
 
哈氏合金对温度、浓度不高的盐酸是有耐腐蚀性的,已有若干应用良好的实例,然而浓度超过某值时会产生噪声。在现场改变盐酸浓度试验表明,浓度逐渐增加超过15qo一
 
20%时仪表输出随之晃动起来,浓度到25%输出晃动高达20%。硝酸硫酸等酸液也有相似效应的实践经验。
 
水厂用的电磁流量计用来测量硫酸铝液与原水混合以凝聚悬浮体,混合配比常用EMF测量硫酸铝液,选用耐酸钢电极即可获得满意的结果。栽们曾遇到{赠量15%硫酸铝的哈氏合金B电极EMF,使用过程中也出现输出晃动现象,后改用耐酸钢电极即工作正常。
 
铂、钽电极对各种浓度硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸,大部分均有较好的测量效果,但其中铂电极对浓度大于IO%的盐酸会产生噪声,钽电极对浓度大于lOgo的氢氟酸则不耐腐。
 
铂铱台金和钽虽有较好的耐腐蚀性,但价格昂贵,一对钽电极高达数百到近千元,铂铱电极比钽电极还要贵一倍以上。
 
接地环连接在塑料管道或衬绝缘衬里金属管道的流量传感器两端,它们的耐腐蚀要求比电极低,允许有一定腐蚀,定期更换。通常选用耐酸钢或哈氏合金。因体积大从经济上考虑较少采用钽铂等贵重金属。如金属工艺管道直接与流体接触就不需要接地环。
 


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