摘要:介紹了電磁(ci)流量計 中電極的(de)工作原理、鉑銥電(dian)極的特性和使用(yòng)範圍、鉑銥電極的(de)生産工藝問題及(jí)解決措施等;并展(zhǎn)望了電磁流量計(jì)電極材料🤟的發展(zhǎn)方向,包鉑及鉑銥(yi)✔️合金由于可節約(yuē)大量💞貴金屬資源(yuán),具❌有廣闊的應🌐用(yòng)前景。
1引言
　　電磁流(liu)量計是根據法拉(la)第電磁感應定律(lü)進行流⭕量測量的(de)流量計,廣泛應用(yòng)于測量導電性液(ye)體,如給水排水、紙(zhi)漿、石油混合液體(ti)、化學及食品工業(ye)的液體等。電極是(shi)電磁流💯量計的關(guan)鍵元件,常用的電(dian)極材料有耐蝕不(bú)鏽鋼、哈氏合金、钛(tài)、钽、鉑銥合金等材(cai)料,其中鉑銥合金(jīn)是耐腐蝕性能好(hǎo)、适用範圍廣的電(dian)極材料。從2005年開始(shi)鉑銥元🏃🏻‍♂️件的開發(fa)工作✊,在國内率先(xian)實現了鉑銥合金(jīn)棒材和元件一體(tǐ)化規模🍉生産,爲國(guo)内衆多用😘戶解決(jue)了生産難題🌈,降低(di)了生🌈産成本,并爲(wèi)國内衆多合資公(gōng)司實現了進口産(chan)品替代。
2電磁流量(liàng)計工作原理
　　 電磁(cí)流量計的工作原(yuan)理 是依據法拉第(di)電磁感應定律。流(liú)量計測量管是一(yī)内🤟襯絕緣材🛀料的(de)非導磁合金管,兩(liang)隻電極與軸流方(fang)向垂直安裝,電極(jí)🆚頭與内管表面平(píng)齊。當勵磁線圈由(yóu)雙向進行🆚方波脈(mò)沖時,即産生一個(ge)磁通密度爲B的磁(cí)場,此時有一定導(dao)電率的流體流✉️過(guo)測量管時,則切割(ge)磁力線感應産生(sheng)電動勢E。感應電動(dong)勢與🙇‍♀️流量成正比(bi),傳感器将感應電(diàn)動勢轉化爲标準(zhun)電流信号(4～ 20mA)傳送至(zhì)流量積算儀,流量(liang)積算儀就可以顯(xiǎn)示當前的流量值(zhi)V。圖☔1是電磁流量計(ji)的原理圖。

3電磁流量計電極(jí)種類
　　電極是電磁(cí)流量計中的核心(xīn)部件,主要起着傳(chuan)輸電信号的作用(yòng)。而信号傳遞的準(zhun)确性受電極形狀(zhuang)✍️、大小、表面質量及(ji)材料性能等因素(su)影響,所以不同的(de)流量測量應選擇(zé)與之相适應的電(diàn)極材料,這樣可以(yǐ)盡量🌈保證測量的(de)正确率和延長使(shǐ)用壽命。電磁流量(liàng)計常用的電極材(cai)料及耐腐蝕性能(néng)見表1。
　　雖然鉑銥電(diàn)極耐腐蝕性能好(hǎo),但其性能也不是(shì)萬能的。其使用也(yě)會受到一定的條(tiao)件限制,表2所列就(jiu)有部分是鉑銥合(hé)金🌐不耐🎯腐蝕的化(huà)學介質,當然表❓中(zhōng)列入🔞的溶液僅是(shi)示例,而非全部。
表(biǎo)1電極材料的耐腐(fu)蝕性能

電極材料(liao)	耐腐蝕性能
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti	對硝(xiao)酸、室溫下< 5%硫酸、沸(fei)騰的磷酸、蟻酸、堿(jian)溶液、在一🥰定壓力(li)下的亞硫酸、海水(shui)、醋酸等介質等有(you)強的耐 腐蝕性。可(kě)廣泛應用于石油(you)化工、工業用水、尿(niao)素、維尼綸等工業(yè)。
哈氏合金B(HB)	對沸點(diǎn)以下一切濃度的(de)鹽酸有良好的耐(nai)腐蝕性,也✂️耐硫酸(suan)、磷酸、氫氟酸、有機(ji)酸等非氧化性酸(suan)、堿,非氧化性鹽液(ye)的腐
哈氏合金C(HC)	能(néng)耐氧化性酸,如硝(xiāo)酸、鉻酸與硫酸的(de)混合介質的腐蝕(shi),也耐氧🙇‍♀️化性的如(rú)含Fe3+、Cu2+的鹽類的腐蝕(shi)。
钛(Ti)	能耐海水、各種(zhong)氯化物和次氯酸(suan)鹽、氧化性酸(包括(kuo)發煙硝酸)、有機酸(suan)、堿等的腐蝕,不耐(nài)較純的還原性酸(suan)(如硫酸、鹽酸)的腐(fu)蝕。但🔴如酸中含有(yǒu)氧化劑(如Fe3+、Cu2+)時❄️,則腐(fǔ)蝕❤️大爲降低
钽(Ta)	具(jù)有和玻璃相似的(de)優越耐腐蝕性,除(chú)氫氟酸、發煙硫酸(suān)等少數酸外,大部(bu)分酸液适用,氫氧(yang)化鈉等堿💚液不♊适(shì)用🔴。
鉑、鉑銥合金	對(duì)幾乎所有酸堿液(ye)耐腐蝕。王水、铵鹽(yán)以及少數介質不(bu)适用。

表2鉑銥合金(jin)和钽不耐腐蝕的(de)化學介質

化學液(yè)體介質	鉑銥合金(jīn)	钽	其它材料
氟化(huà)鋁(Aluminum fluoride) 硝酸鋁(Aluminum nitrate) 氟化铵(an)(Ammonium fluoride) 氫氧化鋇(Barium hydroxide) 二氧化(hua)氯(Chlorine dioxide) 氯化銅(Copper fluoride) 氯化銅(tóng)(Copper chloride)40% 氯氧銅(Copper oxychloride) 氯化鐵(Ferric chloride) 氯(lü)化鋅(Zinc chloride)50% 氟矽酸(Fluosilicic acid)10%～ 40% 氫溴(xiu)酸(Hydrobromic acid)50% 氫氟酸(Hydrofluoric acid)10%～ 20% 氫氟矽(xi)酸(Hydrofluosilicic acid)35% 次氯酸(Hypochlorous acid)10%～ 20% 乙酸鉛(qian)(Lead acetate) 氫氧化鎂(Magnesium hydroxide) 氫氧化(huà)鉀(Potassium hydroxide)10%～ 40% 氰化鈉(Sodium ferrocyanide) 氫鐵酸(suān)鈉(Sodium ferrocyanide) 氫亞鐵酸鈉(Sodium ferricyanide) 氟(fu)化鈉(Sodium fluoride)5%～ 50% 氫氧化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50% 硫(liu)酸(Sulfuric acid)10%～ 50% 硫代硫酸鈉(Sodium thiosulfate)	A A A A × A × A × A A × A A × × A A × × × A A A ×	× × × × A × A × A × × A × × A A × × A B B × × A ×	B(哈(hā)氏合金C) B(哈氏合金(jin)C) B(哈氏合金C) B(哈氏合(hé)金C) B(哈氏合金C) A(哈氏(shi)合金C)

4鉑銥電極生(sheng)産中的問題及解(jie)決措施
4.1鉑銥合金(jin)的成分設計
　　銥是(shi)一種揮發性非常(chang)強的金屬,在1500℃時其(qi)蒸汽壓比鉑低兩(liǎng)個數量級[2],在高溫(wēn)熔煉時其揮發性(xing)是鉑的幾十倍,所(suǒ)以在進行合金的(de)成分設計時必須(xu)考慮🔴銥元素的過(guò)量問題。最常用的(de)鉑銥合金觸點材(cái)料牌号有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種🚩合金(jīn),成分要求見表3[3]。

4.2鉑(bo)銥合金的加工工(gōng)藝
　　鉑銥合金是一(yi)種容易發生成分(fèn)偏析的合金,也是(shi)容易産💃生内部縮(suo)孔等缺陷的合金(jīn),采用高頻和中🌂頻(pin)二次真空熔煉可(ke)提高合金成分的(de)均勻性。在進行中(zhong)頻🛀精煉時,爲了減(jian)✊少由于銥元素的(de)吸氣而産生合金(jīn)錠🈲内部縮孔,爐腔(qiāng)的真👣空度應保🙇‍♀️持(chí)在10- 2MP等級。多次重熔(róng)的方法也有利于(yú)充分排盡🚶合金錠(ding)内部的氣體。
　　鉑銥(yī)合金的鍛打工藝(yì)與合金中銥的含(hán)量有密切💔關系,銥(yi)含量較低(≤ 20%)的合金(jīn)塑性較好,合金錠(ding)經均勻化處理後(hòu)可以進行冷加工(gōng),而銥含量較高(≥ 20%)的(de)合金⭐通常需要熱(rè)加工。
　　鉑銥合金棒(bàng)材的拉制應注意(yì)配模的變型量,銥(yi)含量低的💚合金單(dān)次變形量可以大(dà)一些,銥含量高的(de)合金🧑🏾‍🤝‍🧑🏼單次變形量(liang)則小一些,而且有(you)些合金必須熱拉(lā)才能保證合金具(jù)有良好的塑性。拉(lā)制過程中應将棒(bang)材表面缺陷如包(bao)皮、劃痕清理幹淨(jìng),否則這些缺陷會(huì)影響元件的表面(mian)質量。
4.3鉑銥元件的(de)車床加工
　　車床加(jiā)工鉑銥元件存在(zai)的主要問題:(1)鉑銥(yī)合金車加工時非(fei)常容易粘刀,而且(qiě)散發出大量熱量(liàng),刀具材料💜磨損得(de)很快,加工精度不(bú)容易控制;(2)流量計(jì)元件都有密封性(xìng)要求,大🐪部分密封(feng)是靠加工斜面精(jing)😍度或倒R0.2的角來實(shi)現,所以對加工刀(dāo)具的精度要求很(hěn)高,人工磨制的刀(dāo)具很難達到要求(qiu);(3)使用沖冷卻液方(fāng)式可以有效地降(jiang)低刀具加工的溫(wēn)度,延長使用壽命(mìng),但同時會帶走大(dà)量的粉狀車削料(liao),加大了㊙️貴金屬材(cai)料的損耗;(4)元件的(de)使用面光潔度要(yao)求很高,車加工難(nan)以達到要求,需要(yào)進行精細抛光。
　　針(zhēn)對以上問題,制定(dìng)了适當的加工工(gong)藝和控制措施:(1)對(dui)每⁉️個元件的每個(gè)尺寸進行在線監(jian)測,避免了刀具㊙️磨(mo)損對元件加工尺(chǐ)寸精度造成的影(yǐng)響,提高了産品的(de)成品率;(2)采用了塗(tu)刷冷卻液🈲的方式(shi)進行鉑銥元件加(jiā)工,減少了材料損(sun)耗,同時有利于車(che)削料的清洗和回(hui)收;(3)成型刀具,滿足(zú)各種🌈流量計用鉑(bo)💃銥元件的加工需(xū)要;(4)采用了多種抛(pāo)光技術相結合的(de)抛光方法,制得🙇🏻了(le)鏡面效果的元件(jiàn)表面。采用高精度(dù)儀表車床加工元(yuán)件後,元件的成品(pin)率達到95%以上,加工(gōng)精度可以控制在(zài)± 0.005mm以内。
4.4鉑銥元件的(de)檢測
鉑銥元件的(de)檢測主要包括成(chéng)分分析、表面質量(liàng)和尺寸檢測3方面(mian)的内容。
(1)成分檢測(cè):由于鉑銥合金的(de)難溶解性,不宜采(cai)用化學的分析方(fang)法檢測其成分。光(guang)譜和探針分析雖(sui)然有一定缺陷,如(rú)對某些微量元素(sù)不能定量分析,隻(zhī)✍️能通過标樣作定(dìng)性分析,而主元素(su)的測量誤差也通(tong)常比化學分析大(dà)一些。但由于通常(cháng)情況下鉑銥合金(jin)的主元🐅素鉑和銥(yi)要求成分偏差不(bu)超過0.5%,雜質💃總量的(de)要求不超過0.3%,所以(yǐ)采用光譜或探針(zhen)的測量方法是完(wan)全可以滿足要求(qiú)的。
(2)表面質量檢測(ce):表面質量的檢測(ce)包括表面裂紋和(hé)表面粗糙☁️度的檢(jian)測。由于鉑銥元件(jiàn)的密度大,不适宜(yí)射🏒線探☀️傷;由于加(jia)工鉑銥元件的鉑(bo)銥棒材通常直徑(jìng)較小(< 8mm),超聲波探傷(shang)也很困難,采用📧超(chao)聲波探傷和着色(sè)探傷相結合的辦(bàn)法來檢測合金的(de)内部和♈表面裂紋(wen),達到了比較理🏃‍♂️想(xiǎng)的效果,元件的表(biǎo)面粗糙度通常用(yòng)目測或放大鏡配(pèi)合檢測即可。
(3)尺寸(cùn)檢測:元件的配合(hé)螺紋、傳遞信号面(mian)R的弧度、密封處🌂的(de)👌倒角弧度等尺寸(cun)是精度要求最高(gāo)的,需要重點檢測(cè)。R弧度根據大小和(he)精度要求通常用(yòng)R規、工🥵具顯微鏡或(huò)投影儀檢測;螺紋(wen)一般需要用環規(guī)(通💛止規)進行檢測(ce);密封處的倒角📱一(yī)般尺寸較小爲R0.2～ 0.3mm,三(san)坐标法檢測有一(yī)定的困難,投影檢(jiǎn)測💃🏻必須對元件進(jin)行破壞,用輪☔廓儀(yí)進行檢測可以在(zai)不破壞元件的情(qing)況下得到較好的(de)檢測效果。
5鉑銥電(diàn)極在流量計領域(yù)的應用現狀及前(qian)景
5.1應用現狀
　　我國(guo)目前在流量計領(lǐng)域每年消耗鉑銥(yī)電極約20000～ 25000顆。由于國(guo)内以前沒有專門(mén)的鉑銥元件生産(chǎn)廠家,需🚩方單位須(xu)采購鉑銥棒材🌈自(zi)行機加工成元件(jian),而有⭕些對元件質(zhì)量要求高的公司(si)則直接使用進口(kou)元件,這些進口元(yuan)件大部分來自德(dé)國和日本。
5.2産品發(fa)展方向
　　資源節約(yue)型産品是未來産(chǎn)品的發展方向,鉑(bo)和銥均🥵是世界⭐稀(xī)缺的資源,所以鉑(bó)銥元件的設計和(he)生産工藝均應充(chong)分考慮節約材料(liao)的因素。現在有的(de)使用廠家也在逐(zhú)步進行産品🛀的升(sheng)級換代,在不影🌂響(xiang)使用性🏃🏻‍♂️能的條件(jian)下,将原來完全用(yòng)鉑銥合金制作的(de)元件改爲部分使(shǐ)用鉑銥合金。比如(ru)有的廠家将裝配(pei)後浸于腐蝕液的(de)部分設計成鉑銥(yī)材料,其餘部分設(shè)計成其它材料,通(tong)過螺紋或焊接的(de)方式🐪将兩者連接(jiē)起來。
　　另一方面,包(bāo)覆型貴金屬是貴(gui)金屬元件的最新(xīn)發展方向,其中包(bāo)鉑的貴金屬元件(jian)在我國一些企業(ye)已經開始👨‍❤️‍👨得到應(yīng)用‼️,通過包鉑及包(bāo)鉑銥的貴金屬元(yuan)件。随着科學技術(shu)的🆚進步,更多、更先(xiān)進的工藝将在貴(guì)金屬元件得到應(yīng)用。

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