電磁流量計的電極和接地環(huán)材料

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

l ）選擇耐腐蝕材料 EMF 電極的耐腐蝕性要求很高，不允許腐蝕或者嚴格地說只允許極低的腐蝕速率，否則會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。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概貌。各種介質(zhì)對不同材料的腐蝕性可查閱有關的“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參考，以確定初步方案。但這只能是初步方案，是否適應現(xiàn)場使用條件，還需進一步調(diào)查。因為從手冊查閱的數(shù)據(jù)大部分是在實驗室比較“純”的條件下取得的，而實際使用的流體，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速度也相當程度上影響著腐蝕速度。例如哈氏合金 B 對 80 ℃ 10 ％濃度，不充氣鹽酸耐腐蝕，而對充氣的鹽酸卻不耐腐。所以在原則上電極材料的選擇應從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設備的應用實際和以往的經(jīng)驗來確定。有時候要作必要的實驗，如現(xiàn)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(xiàn)場掛片，這是最接近實際應用條件的腐蝕性試驗，可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。擔耐化學介質(zhì)腐蝕的面很廣，鉑銥合金對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)，兩者之間有互補性。

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(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。電極表面效應分為表面化學反應、電化學和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個方面。化學反應效應如電極表面與被測介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。它們對耐腐蝕性能可能起到積極保護作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會被氧化，生成絕緣層。

    電化學電勢變化和極化現(xiàn)象會產(chǎn)生干擾電勢而形成噪聲。漿液噪聲和流動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勢在兩電極極性不同，導致電解質(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，雖然交變激磁將極化電勢減弱了幾個數(shù)量級，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。漿液噪聲是在測量泥漿纖維漿等液固雙相導電液體流量時，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電勢突然變化，輸出流量信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲。流動噪聲是在測量較低電導率（ 100 x 10 -6 s / cm 附近及以下）液體流量時，電極的電化學電勢定期變化，產(chǎn)生隨流速增加而頻率增加的隨機噪聲，引起儀表輸出出現(xiàn)波動現(xiàn)象。對于電極表面噪聲可選配與被測液體電化學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)生化學反應而影響測量。例如鉑電極 EMF 在測量雙氧水時會在電極表面生成氣霧，流量為零時輸出也會波動。

    對于避免或減輕電極表面效應的介質(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，尚待在實踐中積累。下文列舉若干實例。

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

    鉑銥合金電極或鉑電極對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)生嚴重的噪聲。鉑電極用于測量低壓過氧化氫（壓力低于 0 . 3MPa ）時，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 對溫度、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的，已有若干應用良好的實例，然而濃度超過某值時會產(chǎn)生噪聲。在現(xiàn)場改變鹽酸濃度試驗表明，濃度逐漸增加超過 15 ％ ~ 20 ％時儀表輸出隨之晃動起來，濃度到 25 ％輸出晃動高達 20 ％。硝酸硫酸等酸液也有相似效應的實踐經(jīng)驗。｛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)輸出晃動現(xiàn)象，后改用耐酸鋼電極即工作正常。

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

    鉑銥合金和鉭雖有較好的耐腐蝕性，但價格昂貴，一對鉭電極高達數(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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