電磁流量計(jì)的電極和接地環(huán)材料

電磁流量計(jì)電極對(duì)測量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素，其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。

l ）選擇耐腐蝕材料 EMF 電極的耐腐蝕性要求很高，不允許腐蝕或者嚴(yán)格地說只允許極低的腐蝕速率，否則會(huì)破壞電極與襯里間密封性。介質(zhì)泄漏，輕則破壞絕緣而儀表無法工作，直至毀壞整臺(tái)電磁流量傳感器。常用金屬材料有含鉬耐酸鋼 ICr18Ni12Mo2Ti ，哈氏合金（耐蝕鎳基合金） B 、 C ，鈦、鉭、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些材料的金屬電極。表 8 . 3 所示是這些材料的大體適用范圍。

    表 8 . 3 所示耐腐蝕性適用范圍只是個(gè)概貌。各種介質(zhì)對(duì)不同材料的腐蝕性可查閱有關(guān)的“腐蝕手冊”，例如 《 腐蝕數(shù)據(jù)和選材手冊 》 閣集中了大量數(shù)據(jù)，可作選用電極材料時(shí)參考，以確定初步方案。但這只能是初步方案，是否適應(yīng)現(xiàn)場使用條件，還需進(jìn)一步調(diào)查。因?yàn)閺氖謨圆殚喌臄?shù)據(jù)大部分是在實(shí)驗(yàn)室比較“純”的條件下取得的，而實(shí)際使用的流體，往往含有微量雜質(zhì)，也常是幾種介質(zhì)的混合液，它們的腐蝕性與純粹或單一介質(zhì)的腐蝕性有顯著差別；液體是否含有溶解氣體以及流動(dòng)速度也相當(dāng)程度上影響著腐蝕速度。例如哈氏合金 B 對(duì) 80 ℃ 10 ％濃度，不充氣鹽酸耐腐蝕，而對(duì)充氣的鹽酸卻不耐腐。所以在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來確定。有時(shí)候要作必要的實(shí)驗(yàn)，如現(xiàn)場取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。最好的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場掛片，這是最接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn)，可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。擔(dān)耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的面很廣，鉑銥合金對(duì)各類酸堿鹽液也有很好的耐腐蝕性，但它們也有一些不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)，表 8 . 4 列出若干不耐腐蝕的介質(zhì)，兩者之間有互補(bǔ)性。

2 ）避免電極表面效應(yīng)電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，但有時(shí)候電極材料對(duì)被測介質(zhì)有很好的耐腐蝕性，卻不一定就是適用的材料，還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。它們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化，生成絕緣層。

    電化學(xué)電勢變化和極化現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生干擾電勢而形成噪聲。漿液噪聲和流動(dòng)噪聲即是電極表面噪聲的表現(xiàn)。極化電勢是電極感生電動(dòng)勢在兩電極極性不同，導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面產(chǎn)生極化。低頻矩形波激磁結(jié)合了直流激磁和交流激磁的優(yōu)點(diǎn)，雖然交變激磁將極化電勢減弱了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但不能完全消除極化電勢干擾的影響。極化電勢與液體介質(zhì)性質(zhì)以及電極材料性質(zhì)有關(guān)。漿液噪聲是在測量泥漿纖維漿等液固雙相導(dǎo)電液體流量時(shí)，固體顆粒＜或液體中氣泡）擦過電極表面，電極表面接觸電化學(xué)電勢突然變化，輸出流量信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲。流動(dòng)噪聲是在測量較低電導(dǎo)率（ 100 x 10 -6 s / cm 附近及以下）液體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢定期變化，產(chǎn)生隨流速增加而頻率增加的隨機(jī)噪聲，引起儀表輸出出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)于電極表面噪聲可選配與被測液體電化學(xué)和極化電勢作用小的材料以及低噪聲電極。被測介質(zhì)在電極的觸媒作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而影響測量。例如鉑電極 EMF 在測量雙氧水時(shí)會(huì)在電極表面生成氣霧，流量為零時(shí)輸出也會(huì)波動(dòng)。

    對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì) ― 電極材料匹配，還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查，只有一些有限經(jīng)驗(yàn)，尚待在實(shí)踐中積累。下文列舉若干實(shí)例。

    鉭對(duì)水是耐腐蝕的。但若使用鉭電極 EMF 測量水流量，鉭電極表面會(huì)形成絕緣層，使儀表失靈或運(yùn)行一短時(shí)期后出現(xiàn)很大噪聲。氫氧化鈉等堿液亦不能選用擔(dān)電極。在工藝流程中即使是極短時(shí)間鉭電極與水或“非酸”液接觸（如清洗管系），均會(huì)影響儀表正常使用。

    鉑銥合金電極或鉑電極對(duì)鹽酸有良好的耐腐性，鉑電極 EMF 多處用于測量鹽酸獲得滿意的結(jié)果。然而測量濃度較高的鹽酸（ 10 ％以上）卻產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲。鉑電極用于測量低壓過氧化氫（壓力低于 0 . 3MPa ）時(shí)，由于觸媒作用而在電極表面產(chǎn)生氣霧，阻斷了電氣通路而影響工作。

    哈氏合金 B 對(duì)溫度、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的，已有若干應(yīng)用良好的實(shí)例，然而濃度超過某值時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲。在現(xiàn)場改變鹽酸濃度試驗(yàn)表明，濃度逐漸增加超過 15 ％ ~ 20 ％時(shí)儀表輸出隨之晃動(dòng)起來，濃度到 25 ％輸出晃動(dòng)高達(dá) 20 ％。硝酸硫酸等酸液也有相似效應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。｛水廠用硫酸鋁液與原水混合以凝聚懸浮體，混合配比常用 EMF 側(cè)量硫酸鋁液，選用耐酸鋼電極即可獲得滿意的結(jié)果。我們曾遇到測量 15 ％硫酸鋁的哈氏合金 B 電極 EMF ，便用過程中也出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象，后改用耐酸鋼電極即工作正常。

    鉑、鉭電極對(duì)各種濃度硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸，大部分均有較好的測量效果，但其中鉑電極對(duì)濃度大于 10 ％的鹽酸會(huì)產(chǎn)生噪聲，鉭電極對(duì)濃度大于 10 ％的氫氟酸則不耐腐。

    鉑銥合金和鉭雖有較好的耐腐蝕性，但價(jià)格昂貴，一對(duì)鉭電極高達(dá)數(shù)百到近千元，鉑銥電極比鉭電極還要貴一倍以上。

    接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，它們的耐腐蝕要求比電極低，允許有一定腐蝕，定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。

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