摘要:介(jie)紹了
電(dian)磁流量(liang)計
中電(dian)極的工(gong)作原理(li)、鉑銥電(dian)極的特(te)性和使(shi)用範圍(wei)、鉑銥電(dian)極的生(sheng)産工藝(yi)問題及(ji)解決措(cuo)施等;并(bing)展望❤️了(le)電磁流(liu)量計電(dian)極材料(liao)的發展(zhan)方向,包(bao)鉑及鉑(bo)銥合金(jin)由于可(ke)節約大(da)量貴金(jin)屬資源(yuan),具有廣(guang)闊的應(ying)用前景(jing)。
1引言
電(dian)磁流量(liang)計是根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律進行(hang)流量測(ce)✂️量的流(liu)量計,廣(guang)泛應用(yong)于測量(liang)導電性(xing)液體,如(ru)給水排(pai)水、紙漿(jiang)、石油混(hun)合液體(ti)、化學及(ji)食品工(gong)業的🌈液(ye)體等。電(dian)極是🏒電(dian)磁流量(liang)計的關(guan)鍵元件(jian),常用的(de)電極材(cai)料有耐(nai)蝕不鏽(xiu)鋼、哈氏(shi)合💜金、钛(tai)、钽、鉑銥(yi)合金等(deng)材料,其(qi)中鉑銥(yi)合金是(shi)耐腐蝕(shi)性能好(hao)、适用範(fan)圍廣的(de)電極材(cai)料📧。從2005年(nian)開始鉑(bo)銥元件(jian)的開發(fa)工作🌈,在(zai)國内率(lü)先實現(xian)了鉑銥(yi)合金✨棒(bang)材和元(yuan)件一體(ti)化規模(mo)生産,爲(wei)國内衆(zhong)多用戶(hu)解決了(le)生産難(nan)題👈,降低(di)了生♻️産(chan)成本,并(bing)爲國内(nei)衆多🛀合(he)資公司(si)實現了(le)進口産(chan)品替代(dai)。
2電磁流(liu)量計工(gong)作原理(li)
電磁流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理
是依(yi)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律。流量(liang)計測量(liang)管是一(yi)🛀🏻内襯絕(jue)緣材料(liao)的非導(dao)磁合金(jin)管,兩隻(zhi)電極與(yu)軸流方(fang)向垂直(zhi)安裝,電(dian)極頭與(yu)🔴内管表(biao)面平齊(qi)。當勵磁(ci)線圈由(you)雙🤞向進(jin)行方波(bo)脈沖時(shi),即産生(sheng)一個磁(ci)通密度(du)⭕爲B的磁(ci)場,此時(shi)有一定(ding)導電率(lü)的流體(ti)流過測(ce)量管時(shi),則切割(ge)磁力線(xian)感應産(chan)生電動(dong)勢E。感應(ying)電動勢(shi)與✊流量(liang)成正比(bi),傳感器(qi)将感應(ying)電動勢(shi)轉化爲(wei)标準電(dian)☔流信号(hao)(4～ 20mA)傳📧送至(zhi)流量積(ji)算儀,流(liu)量積算(suan)儀就可(ke)以顯示(shi)當前的(de)流量值(zhi)V。圖1是電(dian)磁流量(liang)計的原(yuan)理圖。
3電磁流(liu)量計電(dian)極種類(lei)
電極是(shi)電磁流(liu)量計中(zhong)的核心(xin)部件,主(zhu)要起着(zhe)傳輸電(dian)信号的(de)作🤩用。而(er)信号傳(chuan)遞的準(zhun)确性受(shou)電極形(xing)狀、大小(xiao)、表面質(zhi)量及材(cai)料性能(neng)等因素(su)影響,所(suo)以不同(tong)🤩的流量(liang)測量應(ying)選擇與(yu)之相适(shi)應的電(dian)極材料(liao),這樣可(ke)以盡量(liang)保證測(ce)量的正(zheng)确率和(he)延長使(shi)用壽命(ming)。電磁流(liu)量計常(chang)🤟用的電(dian)極材料(liao)及耐腐(fu)蝕性能(neng)見表1。
雖(sui)然鉑銥(yi)電極耐(nai)腐蝕性(xing)能好,但(dan)其性能(neng)也不是(shi)萬能的(de)。其⁉️使用(yong)也會受(shou)到一定(ding)的條件(jian)限制,表(biao)2所列就(jiu)有部分(fen)是鉑銥(yi)♊合金✔️不(bu)耐㊙️腐蝕(shi)的化學(xue)介質,當(dang)然表中(zhong)列入的(de)溶液僅(jin)是示例(li),而非全(quan)部。
表1電(dian)極材料(liao)的耐腐(fu)蝕性能(neng)
表2鉑(bo)銥合金(jin)和钽不(bu)耐腐蝕(shi)的化學(xue)介質
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化(hua)學液體(ti)介質
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鉑(bo)銥合金(jin)
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钽
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其它(ta)材料
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氟(fu)化鋁(Aluminum fluoride)
硝(xiao)酸鋁(Aluminum nitrate)
氟(fu)化铵(Ammonium fluoride)
氫(qing)氧化鋇(bei)(Barium hydroxide)
二氧化(hua)氯(Chlorine dioxide)
氯化(hua)銅(Copper fluoride)
氯化(hua)銅(Copper chloride)40%
氯氧(yang)銅(Copper oxychloride)
氯化(hua)鐵(Ferric chloride)
氯化(hua)鋅(Zinc chloride)50%
氟矽(xi)酸(Fluosilicic acid)10%～ 40%
氫溴(xiu)酸(Hydrobromic acid)50%
氫氟(fu)酸(Hydrofluoric acid)10%～ 20%
氫氟(fu)矽酸(Hydrofluosilicic acid)35%
次(ci)氯酸(Hypochlorous acid)10%～ 20%
乙(yi)酸鉛(Lead acetate)
氫(qing)氧化鎂(mei)(Magnesium hydroxide)
氫氧化(hua)鉀(Potassium hydroxide)10%～ 40%
氰化(hua)鈉(Sodium ferrocyanide)
氫鐵(tie)酸鈉(Sodium ferrocyanide)
氫(qing)亞鐵酸(suan)鈉(Sodium ferricyanide)
氟化(hua)鈉(Sodium fluoride)5%～ 50%
氫氧(yang)化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50%
硫(liu)酸(Sulfuric acid)10%～ 50%
硫代(dai)硫酸鈉(na)(Sodium thiosulfate)
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B
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B(哈氏合(he)金C)
B(哈氏(shi)合金C)
B(哈(ha)氏合金(jin)C)
B(哈氏合(he)金C)
B(哈氏(shi)合金C)
A(哈(ha)氏合金(jin)C)
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4鉑銥電(dian)極生産(chan)中的問(wen)題及解(jie)決措施(shi)
4.1鉑銥合(he)金的成(cheng)分設計(ji)
銥是一(yi)種揮發(fa)性非常(chang)強的金(jin)屬,在1500℃時(shi)其蒸汽(qi)壓比鉑(bo)低兩個(ge)數量級(ji)[2],在高溫(wen)熔煉時(shi)其揮發(fa)性是鉑(bo)的幾十(shi)☁️倍,所以(yi)在進行(hang)🚶合金的(de)成分設(she)計時必(bi)須考慮(lü)銥元素(su)的過量(liang)問題。最(zui)常用的(de)鉑銥合(he)金觸點(dian)材料牌(pai)号有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種(zhong)合金,成(cheng)分👣要求(qiu)見表3[3]。
4.2鉑(bo)銥合金(jin)的加工(gong)工藝
鉑(bo)銥合金(jin)是一種(zhong)容易發(fa)生成分(fen)偏析的(de)合金,也(ye)是容易(yi)産✊生内(nei)部縮孔(kong)等缺陷(xian)的合金(jin),采用高(gao)頻和中(zhong)頻二次(ci)真空熔(rong)煉可提(ti)高合金(jin)成分的(de)均勻性(xing)。在進🛀🏻行(hang)中頻精(jing)煉時,爲(wei)了減少(shao)由于✂️銥(yi)元素的(de)吸氣而(er)産生合(he)金錠内(nei)部縮孔(kong),爐腔的(de)真空度(du)應保持(chi)在10- 2MP等級(ji)。多次重(zhong)熔的方(fang)法也有(you)利于充(chong)分排盡(jin)合金錠(ding)内部的(de)氣體。
鉑(bo)銥合金(jin)的鍛打(da)工藝與(yu)合金中(zhong)銥的含(han)量有密(mi)切關🌈系(xi),銥含量(liang)較低(≤ 20%)的(de)合金塑(su)性較好(hao),合金錠(ding)經均勻(yun)化處理(li)後可以(yi)進行冷(leng)加🧑🏾🤝🧑🏼工,而(er)銥含量(liang)較高(≥ 20%)的(de)合金通(tong)常需要(yao)熱加🌈工(gong)。
鉑銥合(he)金棒材(cai)的拉制(zhi)應注意(yi)配模的(de)變型量(liang),銥含量(liang)🌈低的合(he)金單次(ci)變形量(liang)可以大(da)一些,銥(yi)含量高(gao)的合金(jin)單次變(bian)形量則(ze)♌小一些(xie),而且有(you)些合金(jin)必須熱(re)拉才能(neng)保證合(he)金具有(you)良好的(de)塑性。拉(la)制過程(cheng)中應将(jiang)棒材表(biao)🏃🏻♂️面缺陷(xian)如包皮(pi)、劃痕🌈清(qing)理幹淨(jing),否則這(zhe)些缺陷(xian)會影響(xiang)元件的(de)表面質(zhi)量。
4.3鉑銥(yi)元件的(de)車床加(jia)工
車床(chuang)加工鉑(bo)銥元件(jian)存在的(de)主要問(wen)題:(1)鉑銥(yi)合金車(che)加工💋時(shi)非常容(rong)易粘刀(dao),而且散(san)發出大(da)量熱量(liang),刀具材(cai)料磨損(sun)得很🚶♀️快(kuai),加工精(jing)度不容(rong)易控制(zhi);(2)流量計(ji)元件都(dou)有密封(feng)性🌐要求(qiu),大部分(fen)密封是(shi)靠🔞加工(gong)斜面精(jing)度或倒(dao)R0.2的角來(lai)實現,所(suo)以對加(jia)工刀具(ju)的精度(du)要求很(hen)高,人工(gong)磨制的(de)刀具很(hen)難達到(dao)要求;(3)使(shi)用沖冷(leng)卻💜液方(fang)式可以(yi)🤩有效地(di)降低刀(dao)具加工(gong)的溫度(du),延長使(shi)用壽命(ming),但同時(shi)會帶走(zou)大量的(de)粉狀車(che)削料,加(jia)大了貴(gui)金屬材(cai)料的損(sun)耗;(4)元件(jian)的使用(yong)面光潔(jie)度要求(qiu)很高,車(che)加工難(nan)以達到(dao)要求,需(xu)要進行(hang)精細抛(pao)光。
針對(dui)以上問(wen)題,制定(ding)了适當(dang)的加工(gong)工藝和(he)控制措(cuo)施:(1)對每(mei)個元件(jian)的每個(ge)尺寸進(jin)行在線(xian)監測,避(bi)免了刀(dao)具磨損(sun)對元件(jian)加工尺(chi)寸精度(du)造成的(de)影響,提(ti)高了産(chan)品的成(cheng)品率;(2)采(cai)用了塗(tu)刷冷卻(que)液的方(fang)式進行(hang)鉑銥元(yuan)件加工(gong),減少了(le)材料損(sun)耗,同時(shi)有利于(yu)車削料(liao)的清洗(xi)和🍉回收(shou);(3)成型刀(dao)具,滿足(zu)各種流(liu)量計用(yong)鉑銥元(yuan)件的加(jia)工需要(yao);(4)采用了(le)多種抛(pao)光技術(shu)相結合(he)的抛光(guang)方法,制(zhi)得了鏡(jing)面效果(guo)的元件(jian)表面。采(cai)用高精(jing)🍓度儀表(biao)車床加(jia)工元件(jian)後,元件(jian)的成品(pin)率達到(dao)95%以上,加(jia)工精度(du)可以控(kong)制在± 0.005mm以(yi)内💚。
4.4鉑銥(yi)元件的(de)檢測
鉑(bo)銥元件(jian)的檢測(ce)主要包(bao)括成分(fen)分析、表(biao)面質量(liang)和尺寸(cun)檢測3方(fang)面的内(nei)容。
(1)成分(fen)檢測:由(you)于鉑銥(yi)合金的(de)難溶解(jie)性,不宜(yi)采用化(hua)學的分(fen)析方🌈法(fa)檢測其(qi)成分。光(guang)譜和探(tan)針分析(xi)雖然有(you)一定缺(que)陷,如對(dui)某些微(wei)⁉️量元素(su)不能定(ding)量分析(xi),隻能通(tong)過标樣(yang)作定性(xing)分💚析,而(er)主元素(su)的測量(liang)誤差也(ye)通常比(bi)化學分(fen)析大一(yi)些。但由(you)于通常(chang)情況下(xia)鉑銥✉️合(he)金的主(zhu)元素鉑(bo)和銥要(yao)求成分(fen)偏差不(bu)超過0.5%,雜(za)質👄總量(liang)的要求(qiu)不超過(guo)0.3%,所以采(cai)用光譜(pu)或探針(zhen)的測量(liang)✏️方法是(shi)完全可(ke)以滿足(zu)要求的(de)。
(2)表面質(zhi)量檢測(ce):表面質(zhi)量的檢(jian)測包括(kuo)表面裂(lie)紋和表(biao)❄️面粗🚶♀️糙(cao)度的檢(jian)測。由于(yu)鉑銥元(yuan)件的密(mi)度大,不(bu)适宜射(she)線探🏃🏻♂️傷(shang);由于加(jia)工鉑🔆銥(yi)元件的(de)鉑銥棒(bang)材通常(chang)直徑較(jiao)👄小(< 8mm),超聲(sheng)波探傷(shang)也很困(kun)難,采用(yong)超聲波(bo)探傷㊙️和(he)着色探(tan)傷相結(jie)合💯的辦(ban)法來檢(jian)測合金(jin)的内部(bu)和🌂表面(mian)裂紋,達(da)到了比(bi)較理想(xiang)的效果(guo),元件的(de)表面粗(cu)🌏糙度通(tong)常用目(mu)測或放(fang)大鏡配(pei)合檢測(ce)即可。
(3)尺(chi)寸檢測(ce):元件的(de)配合螺(luo)紋、傳遞(di)信号面(mian)R的弧度(du)、密封處(chu)的倒角(jiao)弧度等(deng)尺寸是(shi)精度要(yao)求最高(gao)的,需要(yao)重點檢(jian)測。R弧度(du)根據大(da)小和精(jing)度要求(qiu)通常用(yong)R規、工具(ju)顯微鏡(jing)或投影(ying)儀檢測(ce);螺紋一(yi)般需要(yao)用環規(gui)(通止規(gui))進行檢(jian)測;密封(feng)✂️處的倒(dao)角一般(ban)尺寸較(jiao)小爲R0.2～ 0.3mm,三(san)💃坐标法(fa)檢測有(you)一定的(de)困難,投(tou)影檢測(ce)必須對(dui)元件進(jin)行破壞(huai),用輪廓(kuo)儀進行(hang)檢測可(ke)以在不(bu)破壞元(yuan)件的情(qing)況下得(de)到較好(hao)的檢測(ce)效果。
5鉑(bo)銥電極(ji)在流量(liang)計領域(yu)的應用(yong)現狀及(ji)前景
5.1應(ying)用現狀(zhuang)
我國目(mu)前在流(liu)量計領(ling)域每年(nian)消耗鉑(bo)銥電極(ji)約20000～ 25000顆。由(you)于國内(nei)🔅以前沒(mei)有專門(men)的鉑銥(yi)元件生(sheng)産廠家(jia),需方單(dan)位須🌈采(cai)購🔞鉑銥(yi)🆚棒材自(zi)行機加(jia)工成元(yuan)件,而有(you)些對元(yuan)件質量(liang)要求高(gao)的公司(si)則直接(jie)使用進(jin)口元件(jian),這些進(jin)口元件(jian)大部分(fen)來自德(de)國和日(ri)本。
5.2産品(pin)發展方(fang)向
資源(yuan)節約型(xing)産品是(shi)未來産(chan)品的發(fa)展方向(xiang),鉑和銥(yi)均👅是世(shi)界稀缺(que)的資源(yuan),所以鉑(bo)銥元件(jian)的設計(ji)和生産(chan)工藝均(jun)應充分(fen)考🆚慮節(jie)✉️約材料(liao)的因素(su)。現在有(you)的使用(yong)廠家也(ye)在逐步(bu)進行産(chan)品🛀的升(sheng)級換代(dai),在不影(ying)響使用(yong)性能的(de)條件下(xia),将原來(lai)完全用(yong)鉑銥合(he)金制作(zuo)的元件(jian)改🤞爲部(bu)分使用(yong)鉑銥合(he)金。比如(ru)有的廠(chang)家😘将裝(zhuang)配後浸(jin)于腐蝕(shi)液的部(bu)分設計(ji)成鉑銥(yi)材料,其(qi)餘部分(fen)設計成(cheng)其它材(cai)料⭐,通過(guo)螺紋或(huo)焊接的(de)方式🧑🏾🤝🧑🏼将(jiang)兩者連(lian)接起來(lai)。
另一方(fang)面,包覆(fu)型貴金(jin)屬是貴(gui)金屬元(yuan)件的最(zui)新發展(zhan)方向,其(qi)💘中🔆包鉑(bo)的貴金(jin)屬元件(jian)在我國(guo)一些企(qi)業☀️已經(jing)🔅開始得(de)到應用(yong),通過包(bao)鉑及包(bao)鉑銥的(de)貴金屬(shu)元件。随(sui)着科學(xue)技術的(de)進步,更(geng)多、更先(xian)進的工(gong)藝将在(zai)貴金屬(shu)元件得(de)到應用(yong)。
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