流量测量的目的和意义 流量与电磁感应法的流量测量 电磁感应法的流量测量 电磁流量计的特点 电磁流量计的测量原理和理论 电磁流量计的组成 法拉电磁感应定律 电磁流量传感器的工作原理 流体的定义和连续介质的形态 压缩性与膨胀性对电磁流量计测量的影响 表面张力对流量测量带来的影响 液体的电性质在电磁流量计测量时的表现 电磁流量计权重函数的物理意义 电磁流量计权重函数的实际应用 流速分布对电磁流量计的影响 磁场边缘效应对测量的影响一涡电流的产生 磁场在管轴线方向有限长情况下的灵敏度 电磁流量传感器的基本结构 电磁流量计励磁方式及其特点 电磁流量计励磁线圈的形状 电磁流量传感器的磁路分析 电磁流量计电磁场的能量损耗 电磁流量传感器磁路参数设计方法 电磁流量计测量管材质与耐压强度 电磁流量计测量管的长度 电磁流量计衬里

 电磁流量计衬里


    电磁流量计工作的基本条件之一,是测量管内壁除电极处外,其余地方的法向电流为零。为满足这一条件,简单的方法是将导电的金属测量管内壁和法兰端面衬以绝缘衬里。通俗地讲,用绝缘村里的目的是防止感应信号电压被金属管短路,可见绝缘衬里在电磁流量计应用中的作用重要。因此,在电磁流量计的发展历史中,也伴随着衬里材料的应用和衬里制造技术的不断改进。
    被测导电介质的流体种类非常之多,它们的物理化学特性也不尽相同,不可能用一种绝缘材料的衬里来满足所有应用电磁流量计的测量流体介质的物理化学特性要求。这些要求表现在:介质对衬里的耐温度、热冲击、高压、负压、磨损、腐蚀、粘结、附着等方面的要求。反过来说,也正是因为测量管有能适应流体介质这些物化特性的各种衬里材料,使得电磁流量计的应用范围更加广阔。
    测量管衬以绝缘材料的村里,当然带来了制造工艺的复杂化和各种加工的困难,因为各种衬里材料自身的物化性能不一样,它们的加工方法也不一样。所以,衬里加工成了传感器制造中难度大的技术关键之一。
    参考文献[7〕曾经依据管壁法向电流为零这一基本要求的原则,设想将金属测量管管壁与被测流体介质间保持等电位状态,这样就可以不要绝缘衬里。这个设想曾经成功地做出了样机。然而,电磁流量计毫伏级(甚至是微伏级)的流量信号电压是以流体介质为零电位基准的,其上有远大于流量信号幅值的共模干扰,所以在金属管上很难找到一个稳定的零电位的参考电位。同时,这种金属管内壁与流体等电位的做法,要把流量信号经功率放大后,用较大的电流加到金属测量管上,使流体电位跟随电极上的流量信号电位的变化,始终保持金属测量管与流体介质为等电位状态,这在技术上困难很大。因此,到目前为止,不用衬里的金属测量管电磁流量计尚不能商品化。
    目前,外用于测量管的衬里材料有聚四氟乙烯、橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯橡胶、工业陶瓷等材料,过去也有用玻璃钢、搪瓷衬里、PVDF等,现在已很少用。下面对这些衬里材料的主要性能特点和加工方法作简单介绍。
    1. 氟塑料
    用作电磁流量计的氟塑料品种中,通常有PTFE, FEP, E-TEE和PFA等几种,其分子组成、性能、加工等参见表5一5,
    在这几种氟塑料中.以聚四氟乙烯(F'I'FE)化学稳定性好,但PIFM与不锈钢测量管很难粘结在一起。尽管现在PTFE与耐酸钢测量管的粘结工艺已经突破,但有一部分产品的PTFE衬里与耐酸钢测量管仍是紧贴状态。因此,在使用时需要注意流体的温度与压力变化,发生负压以及热冲击造成的温度剧烈变化容易使衬里与侧量管脱离、剥落、拉破,从而使电极密封泄漏,引起仪表输出不稳定,甚至损坏。
    其余三种氟塑料耐腐蚀性略逊于PTFE,然而均可注塑或塑制,并且采用加不锈钢钢丝网或不锈钢测量管内壁与法兰端面车制燕尾槽等措施,注塑的氟塑料与其结合更加牢固,更能解决流体的热冲击和负压问题。
    2. 橡胶
    橡胶是电磁流量计常用的衬里材料之一,在测量水、污水和一般弱酸、弱碱的常温流体中使用.其使用量较大。常用像胶的种类有天然橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶等。
    3. 聚氨酯橡胶
    聚氨酯橡胶(Polyurethane)有的耐磨性能,相当于天然橡胶10倍以上的耐磨性。一般用于测量含水的泥浆、水煤浆、矿浆的传感器衬里,通常使用温度在70℃以下。
    聚氨酯橡胶衬里通常有浇注成型、离心浇注成型,并经过硫化的工艺方法加工成型。
    4. 聚氯乙烯管
    硬聚氯乙烯管(PVC管)是一种工程塑料型材,不用再内衬绝缘材料,用来直接作为测量管用。譬如潜水型电磁流量计的测量管、导流喷嘴和仿真传感器都是用硬聚氯乙烯管制造。有些低温、低压流体测量的一般电磁流量计测量管也可用硬聚氯乙烯管制造。
    硬聚氯乙烯具有良好的耐化学性、耐焰自熄、耐磨,及强度较高、电绝缘性较好等优点。它的缺点是热稳定性差,受热引起不同程度的降解。使用温度在一20- +70℃可以用硬聚氯乙烯管和板,采用塑料焊接的加工方法制作传感器。   
   5. 工业陶瓷
   20世纪80年代,以高纯度三氧化二铝材料为代表的工业陶瓷开始应用于电磁流量计的侧量管中。工业陶瓷是以99.6%到99.9%的Al2O3制成坯烧结而成。工业陶瓷的耐腐性能见附录F。工业陶瓷衬里较氟塑料、橡胶和聚氨酯橡胶衬里有很高的刚性和机械强度,具有良好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性,其电绝缘性能也非常好。在高温、高压下几乎不发生变形,因而尺寸稳定。通过热冲击破坏性试验证明,的烧结工艺能够保证工业陶瓷测量管较宽的耐热冲击性范围。工业陶瓷的硬度非常高,以致难于用切削加工工艺对烧结后的测量管进行再加工。其耐磨性要比聚氨酯橡胶高10倍以上。工业陶瓷的耐腐蚀性决定于陶瓷的种类和纯度。例如同样是Al2O3,纯度为99.7%和99.9%,如表3一3所示,纯度不同抗腐蚀性能有较大差别。

纯度﹨腐蚀环境

20%HCL,95℃

20%HCL,95℃

99.7 % A12O3

0.075mm/年

0.112mm/年

99.9 % A12O3

0.047mm/年

0.084nmi/年

表3一3不同纯度的氧化铝及抗腐蚀性能  

    应用工业陶瓷的测量管,能够采用铂粉与氧化铝混合的金属陶瓷(Pt一Al2O3)制成无密封部位的电极结构,这样不会发生电极泄漏,不存在液体残存和渗透等现象。电极部位与测量管的内壁具有尺寸相同,同样光滑的表面,浆液流体流过时的摩擦系数小,出现的低频极化电压很低,仪表输出稳定。这一材料和工艺的改进对解决电磁流量计的可靠性和耐腐蚀性至关重要.非常有效。高纯度氧化铝陶瓷的烧结温度很高,大约在1800℃左右,已经超过金属耐酸钢的熔点。因此,烧结过程的升温、保温和冷却降温的时间控制和工艺方法直接影响到产品的质量。总之.工业陶瓷是比较理想的衬里材料。但是,由于生产工艺复杂,技术难度高,目前工业陶瓷电磁流量计尚待发展,国外也只能做到DN200以下的通径测量管。


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