电极和接地环材料

    电磁流量计电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素,其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪声。

l )选择耐腐蚀材料 EMF 电极的耐腐蚀性要求很高,不允许腐蚀或者严格地说只允许极低的腐蚀速率,否则会破坏电极与衬里间密封性。介质泄漏,轻则破坏绝缘而仪表无法工作,直至毁坏整台电磁流量传感器。常用金属材料有含钼耐酸钢 ICr18Ni12Mo2Ti ,哈氏合金(耐蚀镍基合金) B 、 C ,钛、钽、铂铱合金,几乎可覆盖化学液。此外还有适用于浆液等的低噪声电极,它们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极,或包覆这些材料的金属电极。表 8 . 3 所示是这些材料的大体适用范围。

电磁流量计

    表 8 . 3 所示耐腐蚀性适用范围只是个概貌。各种介质对不同材料的腐蚀性可查阅有关的“腐蚀手册”,例如 《 腐蚀数据和选材手册 》 阁集中了大量数据,可作选用电极材料时参考,以确定初步方案。但这只能是初步方案,是否适应现场使用条件,还需进一步调查。因为从手册查阅的数据大部分是在实验室比较“纯”的条件下取得的,而实际使用的流体,往往含有微量杂质,也常是几种介质的混合液,它们的腐蚀性与纯粹或单一介质的腐蚀性有显著差别;液体是否含有溶解气体以及流动速度也相当程度上影响着腐蚀速度。例如哈氏合金 B 对 80 ℃ 10 %浓度,不充气盐酸耐腐蚀,而对充气的盐酸却不耐腐。所以在原则上电极材料的选择应从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实际和以往的经验来确定。有时候要作必要的实验,如现场取液体样品在实验室做待用材料的腐蚀性试验。好的实验是现场挂片,这是接近实际应用条件的腐蚀性试验,可以得出比较可靠能否适用的结论。担耐化学介质腐蚀的面很广,铂铱合金对各类酸碱盐液也有很好的耐腐蚀性,但它们也有一些不耐腐蚀的化学介质,表 8 . 4 列出若干不耐腐蚀的介质,两者之间有互补性。

电磁流量计

2 )避免电极表面效应电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素,但有时候电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性,却不就是适用的材料,还要避免产生电极表面效应。电极表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象以及电极的触媒作用三个方面。化学反应效应如电极表面与被测介质接触后,形成钝化膜或氧化层。它们对耐腐蚀性能可能起到积极保护作用,但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化,生成绝缘层。

    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。低频矩形波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,但不能消除极化电势干扰的影响。极化电势与液体介质性质以及电极材料性质有关。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变化,输出流量信号出现尖峰脉冲状噪声。流动噪声是在测量较低电导率( 100 x 10 -6 s / cm 附近及以下)液体流量时,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 EMF 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担电极。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( 10 %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 B 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 15 % ~ 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。{水厂用硫酸铝液与原水混合以凝聚悬浮体,混合配比常用 EMF 侧量硫酸铝液,选用耐酸钢电极即可获得满意的结果。我们曾遇到测量 15 %硫酸铝的哈氏合金 B 电极 EMF ,便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 10 %的盐酸会产生噪声,钽电极对浓度大于 10 %的氢氟酸则不耐腐。

    铂铱合金和钽虽有较好的耐腐蚀性,但价格昂贵,一对钽电达数百到近千元,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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