摘要:介紹了
電(dian)磁流量計
中電(dian)極的工作原理(lǐ)、鉑銥電極的特(tè)性和使用範圍(wei)、鉑📧銥電極♊的生(shēng)産工藝問題及(jí)解決措施等;并(bìng)展望了電磁流(liú)🐅量計電極材料(liào)🐕的發展方向,包(bāo)鉑及鉑銥⚽合金(jīn)由于可節約大(da)量貴金屬資源(yuán),具有廣闊的應(yīng)用前景。
1引言
電(dian)磁流量計是根(gen)據法拉第電磁(cí)感應定律進行(hang)流量測量的流(liú)量計,廣泛應用(yòng)于測量導電性(xìng)液體,如給水排(pai)水、紙漿、石油😄混(hun)合液體、化學及(ji)食品工業的液(ye)體等。電極是💯電(diàn)磁流量計的關(guan)鍵元件,常用的(de)電極材料有耐(nai)蝕不鏽鋼、哈氏(shi)合金、钛、钽、鉑銥(yī)合金等材料,其(qi)中鉑銥合金是(shi)耐腐蝕性能好(hǎo)、适用範圍廣的(de)電極材料。從2005年(nian)開始鉑銥元件(jian)的開發工作,在(zài)國内率先實現(xiàn)了鉑銥合金棒(bang)材和元件一體(ti)化規模生産,爲(wèi)國内衆多用戶(hù)解決了生産難(nán)題,降低了生産(chǎn)成本,并爲國内(nèi)衆多合資公司(si)實現了進口産(chan)品🌈替代。
2電磁流(liu)量計工作原理(lǐ)
電磁流量計的(de)工作原理
是依(yī)據法拉第電磁(ci)感應定律。流量(liàng)計測量管是一(yī)内襯絕✂️緣材料(liao)的非導磁合金(jin)管,兩隻電極與(yu)軸流方向垂直(zhí)安裝🙇🏻,電極頭與(yǔ)内管表面平齊(qi)。當勵磁線圈由(you)雙向進行方波(bo)脈❌沖時,即産生(shēng)一個磁通密度(dù)爲B的磁場,此時(shí)有一定導電率(lü)的流體流♻️過測(cè)量管時,則切割(ge)磁力線感應産(chan)生電動勢E。感應(ying)電動勢與流量(liàng)成正比🆚,傳感器(qì)将感應電動勢(shì)轉化爲标準電(diàn)流信号(4～ 20mA)傳送至(zhì)流量積算儀,流(liu)量積算儀就可(kě)以顯示🐉當前的(de)流量值V。圖🤞1是電(dian)磁流量計的原(yuan)理圖。
3電磁流量計電(diàn)極種類
電極是(shi)電磁流量計中(zhōng)的核心部件,主(zhǔ)要起着傳輸💔電(dian)信号的作用。而(er)信号傳遞的準(zhun)确性受電極形(xíng)狀、大小、表面質(zhi)量💛及材料性能(néng)等因素影響,所(suǒ)以不同的流量(liang)測量應選擇與(yu)之相适應的電(dian)極材料,這樣可(kě)以盡量保證測(cè)量的正确率和(he)延長使用壽命(mìng)。電磁流量計常(chang)用的電極材㊙️料(liao)及耐腐蝕性能(néng)見表1。
雖然鉑銥(yī)電極耐腐蝕性(xing)能好,但其性能(neng)也不是萬能的(de)。其使用🌏也會受(shòu)到一定的條件(jian)限制,表2所列就(jiù)有部分是鉑銥(yi)合金不耐腐蝕(shi)的化學介質,當(dāng)然表中列入的(de)溶液僅是示例(lì),而非🚩全部。
表1電(diàn)極材料的耐腐(fu)蝕性能
表2鉑(bo)銥合金和钽不(bu)耐腐蝕的化學(xué)介質
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化學液體(ti)介質
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鉑銥合金(jin)
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钽
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其它材料
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氟(fú)化鋁(Aluminum fluoride)
硝酸鋁(Aluminum nitrate)
氟(fu)化铵(Ammonium fluoride)
氫氧化鋇(bèi)(Barium hydroxide)
二氧化氯(Chlorine dioxide)
氯化(hua)銅(Copper fluoride)
氯化銅(Copper chloride)40%
氯氧(yang)銅(Copper oxychloride)
氯化鐵(Ferric chloride)
氯化(huà)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(fu)矽酸(Hydrofluosilicic acid)35%
次氯酸(Hypochlorous acid)10%～ 20%
乙(yi)酸鉛(Lead acetate)
氫氧化鎂(mei)(Magnesium hydroxide)
氫氧化鉀(Potassium hydroxide)10%～ 40%
氰化(hua)鈉(Sodium ferrocyanide)
氫鐵酸鈉(Sodium ferrocyanide)
氫(qīng)亞鐵酸鈉(Sodium ferricyanide)
氟化(hua)鈉(Sodium fluoride)5%～ 50%
氫氧化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50%
硫(liú)酸(Sulfuric acid)10%～ 50%
硫代硫酸鈉(nà)(Sodium thiosulfate)
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B
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B(哈氏合金C)
B(哈氏(shi)合金C)
B(哈氏合金(jin)C)
B(哈氏合金C)
B(哈氏(shi)合金C)
A(哈氏合金(jīn)C)
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4鉑銥電極生産(chǎn)中的問題及解(jiě)決措施
4.1鉑銥合(hé)金的成分設計(jì)
銥是一種揮發(fā)性非常強的金(jin)屬,在1500℃時其蒸汽(qi)壓比鉑低☁️兩個(ge)數量級[2],在高溫(wēn)熔煉時其揮發(fa)性是鉑的🈲幾十(shi)倍,所以在進行(hang)合金✍️的成分設(she)計時必須考慮(lü)🙇🏻銥元素的過量(liàng)問題。最常用的(de)鉑銥合金觸點(dian)材料牌号有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種(zhǒng)合金,成分要求(qiu)見表3[3]。
4.2鉑銥合金(jin)的加工工藝
鉑(bó)銥合金是一種(zhǒng)容易發生成分(fèn)偏析的合金,也(yě)是容易産生内(nèi)部縮孔等缺陷(xian)的合金,采用高(gāo)頻和中頻二次(cì)真空熔煉可提(ti)高合金成分的(de)均勻性。在進行(hang)中頻精煉時,爲(wei)了減少由于銥(yi)元素的吸氣而(er)産生合金錠内(nei)部縮孔,爐腔的(de)真空度應保持(chi)在10- 2MP等級。多次重(zhòng)熔的方法也有(you)利于充分排盡(jin)合金錠内部的(de)氣體。
鉑銥合金(jīn)的鍛打工藝與(yǔ)合金中銥的含(han)量有密切💞關🏃系(xì),銥含量較低(≤ 20%)的(de)合金塑性較好(hǎo),合金錠經均勻(yun)化處理後♌可以(yi)進行冷加工,而(er)銥含量較高(≥ 20%)的(de)合金✍️通常需要(yào)熱加工。
鉑銥合(hé)金棒材的拉制(zhi)應注意配模的(de)變型量,銥含量(liang)低的👅合❗金單次(ci)變形量可以大(da)一些,銥含量高(gāo)的㊙️合金單次💰變(bian)形量則小一⭐些(xiē),而且有些合金(jin)必須熱拉才能(neng)💃保證合金具有(you)㊙️良好的塑性。拉(lā)制過程中應将(jiang)棒材表🏒面缺陷(xiàn)如包皮、劃痕清(qing)理幹淨,否則這(zhè)些缺陷會影響(xiǎng)元件的表面質(zhi)量。
4.3鉑銥元件的(de)車床加工
車床(chuang)加工鉑銥元件(jiàn)存在的主要問(wèn)題:(1)鉑銥合金車(chē)加工時非常容(rong)易粘刀,而且散(san)發出大量熱量(liàng),刀具材料磨損(sun)得很快,加工精(jīng)度不容易控制(zhi);(2)流量計元📞件都(dou)有👌密封性要求(qiu),大部分密封是(shì)靠♊加工斜面精(jīng)☁️度或倒R0.2的📧角來(lai)實現🔴,所以對加(jiā)工刀具的精度(dù)要求㊙️很高,人工(gong)磨制的刀具很(hěn)難達到要求;(3)使(shi)用沖冷卻液方(fāng)式可以有效地(dì)降低刀具加工(gong)的溫度,延長使(shǐ)用壽命,但同時(shí)會帶走大量的(de)粉狀車削料,加(jiā)大了💚貴金屬材(cái)料的損耗🧑🏽🤝🧑🏻;(4)元件(jiàn)的使用面光潔(jie)度要求很高,車(che)加工🔞難以達到(dao)要求,需要進行(hang)精細抛光。
針對(duì)以上問題,制定(ding)了适當的加工(gong)工藝和控制措(cuò)施:(1)對每❄️個元件(jian)的每個尺寸進(jin)行在線監測,避(bì)免了刀具⭕磨損(sun)對元件加工尺(chi)寸精度造成的(de)影響,提高了産(chǎn)品的成品👈率;(2)采(cǎi)用🌍了塗刷冷卻(que)液♉的方式進行(hang)💚鉑銥元件加工(gōng),減少了材料損(sǔn)耗,同時有利于(yú)車削料的清洗(xi)和回收;(3)成型刀(dāo)具,滿足各種流(liu)量計用鉑🌐銥元(yuán)件的加工需要(yào);(4)采用了多種抛(pao)光技術相結合(he)❤️的抛光方法,制(zhì)得了鏡面效果(guo)的元件表面。采(cǎi)用高精度儀表(biǎo)車床加工元件(jian)後,元件的成品(pǐn)率達到95%以上,加(jiā)工精度可以控(kòng)制在± 0.005mm以内。
4.4鉑銥(yī)元件的檢測
鉑(bo)銥元件的檢測(cè)主要包括成分(fen)分析、表面質量(liàng)和尺寸🐉檢測3方(fāng)面的内容。
(1)成分(fèn)檢測:由于鉑銥(yi)合金的難溶解(jie)性,不宜采用化(hua)學的分析方法(fǎ)檢測其成分。光(guang)譜和探針分析(xi)雖然有一定缺(quē)陷,如✊對某些微(wei)量元素不能定(dìng)量分析,隻能通(tong)過标樣作定性(xing)分析,而主元素(sù)的💰測量誤差也(ye)通常比化學分(fèn)析大一些。但由(you)💜于通常情況下(xia)鉑銥合金的主(zhu)元素鉑和銥要(yao)✍️求成分偏差不(bú)超過0.5%,雜質🔴總量(liang)的要求不超過(guò)0.3%,所以采用光譜(pǔ)或探針的測量(liàng)方法是完全可(kě)以滿足要求的(de)。
(2)表面質量檢測(cè):表面質量的檢(jiǎn)測包括表面裂(lie)紋和表面粗✌️糙(cāo)度的檢測。由于(yú)鉑銥元件的密(mì)度大,不适宜射(shè)線探💛傷;由😘于加(jiā)工鉑銥元件的(de)鉑銥棒材通常(chang)直徑較小(< 8mm),超聲(shēng)波探傷也很困(kun)難,采用超聲波(bo)探傷和着色探(tàn)傷相結合的辦(ban)法來檢測合金(jīn)的内部和表面(mian)裂紋,達到了比(bǐ)較理想的效果(guo),元件的表面粗(cū)糙度通常用目(mù)測或放大鏡配(pèi)⭐合檢測即可。
(3)尺(chǐ)寸檢測:元件的(de)配合螺紋、傳遞(di)信号面R的弧度(du)、密封🈚處👣的倒💋角(jiǎo)弧度等尺寸是(shì)精度要求最高(gāo)的,需要🌈重點檢(jian)測。R弧度根據⭐大(dà)小和精度要求(qiu)通常用R規、工具(jù)顯微鏡或投影(yǐng)儀檢測;螺紋一(yī)般需要用環規(guī)(通止規)進行檢(jiǎn)測;密封處的倒(dao)角一般尺寸較(jiào)小爲R0.2～ 0.3mm,三💃🏻坐标法(fǎ)檢測有一定的(de)困難,投影檢測(ce)必須對元件進(jìn)行破壞,用輪🌈廓(kuò)儀進行檢測可(kě)以在不破壞元(yuán)件的情況下得(de)到較好的檢測(cè)效果。
5鉑銥電極(ji)在流量計領域(yu)的應用現狀及(ji)前景
5.1應用現狀(zhuàng)
我國目前在流(liu)量計領域每年(nian)消耗鉑銥電極(ji)約20000～ 25000顆。由于國内(nèi)以前沒有專門(mén)的鉑銥元件生(sheng)産廠家,需方單(dān)位須🧡采購鉑銥(yi)棒材自行機加(jiā)工成元件,而有(you)些對元件質量(liang)要求高的公司(si)則直接使用進(jin)口元件,這些進(jin)口元件大部分(fèn)來自🈚德國和日(rì)本。
5.2産品發展方(fāng)向
資源節約型(xíng)産品是未來産(chan)品的發展方向(xiang),鉑和銥均是世(shì)界稀缺的資源(yuán),所以鉑銥元件(jian)的設計和生産(chan)工👌藝均應充分(fèn)考慮節約材料(liao)的因素。現在有(you)的❤️使用廠家也(ye)在逐步進行産(chǎn)品的升級換代(dài),在不影響使用(yong)性能的條件下(xià),将原來完全用(yong)鉑銥合金制🎯作(zuò)的元件改✌️爲部(bu)分使用鉑銥合(hé)金。比如有的廠(chǎng)家将裝配後浸(jin)于腐蝕液的部(bu)分設計成鉑銥(yi)材料,其餘部分(fèn)設🏒計成其它材(cai)料,通過螺紋或(huo)焊接的方式将(jiāng)兩者連接起來(lái)。
另一方面,包覆(fu)型貴金屬是貴(gui)金屬元件的最(zuì)新發展方向,其(qí)中包鉑的貴金(jīn)屬元件在我國(guó)一些企業已經(jīng)✏️開始得到🌐應用(yong),通過包鉑及包(bao)鉑銥的貴金屬(shǔ)元件。随着科學(xué)☁️技術的進步,更(gèng)多、更先進的工(gōng)藝将在貴金屬(shu)元件得到應用(yong)。
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