電磁流量計的襯里、電極和接地環材料的選擇
就電磁流量計而言,與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測量管)、電極、接地環和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對流體的適應性。由于零部件少,形狀簡單,材料選擇靈活等諸多特性,電磁流量傳感器對流體的適應性特別強。在電磁流量計的選型中,如何選擇合適的襯里和電極材料十分關鍵,下面就分析一下電磁流量計的襯里、電極和接地環材料的選擇。
一、襯里材料(或直接與介質接觸的測量管)
電磁流量計常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁99.99%AI2O3)陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業用水、廢污水及弱酸堿,價格最為低廉。
氟塑料具有優良的耐化學腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測量礦漿液。氟塑料中最早應用的是聚四氟乙烯,多用于防腐電磁流量計的內襯材料。因與測量管間僅靠壓貼,無粘結力,不能用于負壓管道,后開發各種改性品種,實現注塑成形,與測量管有較強結合力,可用于負壓。
聚氨酯橡膠有極好的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差,它的耐磨性相當于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿、介質溫度低于40~60/70℃的場合。氧化鋁陶瓷有極好的耐磨耗性和對強酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿,但質地很脆,安裝夾緊時容易碎裂,可用于較高溫度(120~140/180℃)但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150℃要最好能保證有10min時間。
二、電極和接地環材料
電極對測量介質的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會產生鈍化等表面效應和所形成的噪聲。
1、選擇耐腐蝕材料
電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含鉬耐酸鋼1Cr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、鈦、鉭、鉑銥合金等,幾乎可覆蓋全部化學液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導電橡膠電極、導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。在原則上電極材料的選擇應從使用者借鑒該介質在其他設備的應用實際或以往的經驗來確定。有時要做必要的實驗,如現場取液體樣品在實驗室做待用材料的腐蝕性試驗,最好的實驗是現場掛片,這是最接近實際應用條件的腐蝕性試驗,可以得出比較可靠的結論。
2、避免電極表面效應
電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時候電極材料對被測介質有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產生電極表面效應。電極表面效應分為表面化學反應、電化學和極化現象以及電極的觸媒作用三個方面。所謂電極表面效應是指電極表面化學反應效應、電化學現象、極化電勢以及電極的觸媒作用四個方面。
- 化學反應效應:是指電極與被測介質接觸后,電極表面形成鈍化膜或氧化層,此時電極沒被腐蝕,但形成的鈍化膜或氧化層卻增加了電極表面的接觸電阻。例如鉭與水。鉭對水是耐腐蝕,若選擇鉭電極測量水流則錯了,這是因為在測水流量時,鉭電極表面會形成絕緣層阻擋感應電壓的傳遞。
- 電化學現象:是指電極與被測介質接觸,電極表面發生電勢變化。如測量含沙土固體顆粒或纖維漿液的流體流量,固體顆粒擦過電極,電極雖沒被腐蝕,但電極受撞表面接觸電勢突然變化,使儀表輸出信號出現尖峰脈沖形成干擾。例如測果汁時,采用高頻轉換器。
- 極化電勢:是指電極感生電動勢在兩電極極性不同,導致電解質在電極表面產生極化。早期的電磁流量計采用直流激磁電極的極化現象嚴重,現在多用低頻方波激磁,低頻矩形波激磁結合了直流激磁和交流激磁的優點,雖然交變激磁將極化電勢減弱了幾個數量級,但不能完全消除極化電勢干擾的影響。
- 觸媒作用:是指被測介質在電極的作用下產生化學反應而影響測量。如鉑電極的電磁流量計在測量雙氧水時,鉑電極雖沒被腐蝕,但雙氧水會在電極表面產生氣霧,阻斷電氣通路,導致輸出信號波動。
目前對于有關避免或減輕電極表面效應的介質的電極材料匹配,還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經驗,尚待在實踐中積累。 接地環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,他們的耐腐蝕要求比電極低,通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因其體積大,從經濟上考慮較少采用鉭、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。
關于電磁流量計襯里和電極對流體噪聲的影響及應對方法,我們將在下面的文章中單獨介紹,再次就不多說了。