摘要:介紹了電(diàn)磁流量計 中電(diàn)極的工作原理(li)、鉑銥電極的特(te)性和使用範圍(wei)✔️、鉑銥電極的生(shēng)産工藝問題及(ji)解決措施等;并(bing)展望了電磁流(liú)量計電極材料(liao)的發展方向,包(bāo)鉑及鉑銥合金(jin)由于可節😄約大(da)量貴金屬資源(yuán),具有廣闊的應(ying)😍用前景。
1引言
　　電(diàn)磁流量計是根(gen)據法拉第電磁(ci)感應定律進行(háng)流量測量的🔞流(liu)量計,廣泛應用(yong)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(jí)食品工業的⛷️液(yè)體等。電極是電(dian)磁流量計的關(guan)鍵元🧑🏽‍🤝‍🧑🏻件,常用的(de)電極材料有耐(nài)蝕不鏽鋼、哈氏(shì)合金、钛、钽、鉑銥(yi)合金等材料,其(qí)中鉑🔞銥合金是(shì)耐腐蝕性能好(hao)、适用範圍廣㊙️的(de)電極材料。從2005年(nián)開始鉑銥元件(jian)的開發工作,在(zai)國㊙️内率先實現(xian)了鉑銥合金棒(bàng)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(nei)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(yi)内襯絕❤️緣材料(liào)的非導磁合金(jīn)管,兩隻電極與(yǔ)軸流方向🐪垂直(zhi)安裝,電極頭與(yǔ)🔴内管表面平齊(qí)。當勵磁線圈由(yóu)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(lǜ)的流體流過測(ce)量管時,則切割(gē)磁力線感應産(chan)生電動勢E。感💜應(yīng)電動勢與流量(liàng)成正比,傳感器(qi)将感應電動勢(shi)轉化爲标準電(dian)流信号(4～ 20mA)傳送至(zhi)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(diàn)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(zhǔn)确性受電極形(xíng)狀、大小、表面㊙️質(zhì)量及材料性能(neng)等因素影響,所(suǒ)以不同的流量(liang)測量應選擇與(yǔ)之相适應的電(diàn)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(ming)。電磁流量計常(cháng)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(xìng)能好,但其性能(néng)也不是萬能的(de)。其㊙️使用也會受(shòu)到一定的條件(jiàn)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(dang)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(fǔ)蝕性能

電極材(cai)料	耐腐蝕性能(neng)
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti	對硝酸、室溫下(xia)< 5%硫酸、沸騰的磷(lín)酸、蟻酸、堿溶液(ye)、在一📧定壓力下(xia)的亞硫酸、海水(shuǐ)、醋酸等介質等(děng)有強的耐🐪 腐蝕(shi)性。可廣泛應用(yong)于石油化工、工(gong)業用水、尿素、維(wei)尼綸等工業⛱️。
哈(hā)氏合金B(HB)	對沸點(diǎn)以下一切濃度(du)的鹽酸有良好(hao)的耐腐蝕性,也(ye)耐硫酸、磷酸、氫(qīng)氟酸、有機酸等(děng)非氧化性酸、堿(jian),非氧化性鹽液(yè)的腐
哈氏合金(jīn)C(HC)	能耐氧化性酸(suān),如硝酸、鉻酸與(yǔ)硫酸的混合介(jiè)質的腐蝕,也耐(nai)🈲氧化性的如含(hán)Fe3+、Cu2+的鹽類的腐蝕(shí)。
钛(Ti)	能耐海水、各(ge)種氯化物和次(ci)氯酸鹽、氧化性(xìng)酸(包括發煙🤞硝(xiāo)酸)、有機酸、堿等(děng)的腐蝕,不耐較(jiao)純的還原性酸(suān)(如🔞硫酸、鹽酸)的(de)腐蝕。但如酸中(zhong)含有氧化劑(如(rú)Fe3+、Cu2+)時,則腐蝕大爲(wèi)降低
钽(Ta)	具有和(hé)玻璃相似的優(you)越耐腐蝕性,除(chú)氫氟酸、發煙硫(liu)酸等🍓少數酸外(wai),大部分酸液适(shì)用,氫氧化鈉等(děng)堿🔴液不适用。
鉑(bó)、鉑銥合金	對幾(ji)乎所有酸堿液(ye)耐腐蝕。王水、铵(an)鹽以及少數介(jie)質不适㊙️用。

表2鉑(bo)銥合金和钽不(bu)耐腐蝕的化學(xué)介質

化學液體(ti)介質	鉑銥合金(jīn)	钽	其它材料
氟(fu)化鋁(Aluminum fluoride) 硝酸鋁(Aluminum nitrate) 氟(fú)化铵(Ammonium fluoride) 氫氧化鋇(bèi)(Barium hydroxide) 二氧化氯(Chlorine dioxide) 氯化(huà)銅(Copper fluoride) 氯化銅(Copper chloride)40% 氯氧(yang)銅(Copper oxychloride) 氯化鐵(Ferric chloride) 氯化(hua)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(měi)(Magnesium hydroxide) 氫氧化鉀(Potassium hydroxide)10%～ 40% 氰化(huà)鈉(Sodium ferrocyanide) 氫鐵酸鈉(Sodium ferrocyanide) 氫(qing)亞鐵酸鈉(Sodium ferricyanide) 氟化(huà)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(na)(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(哈氏合金C) B(哈氏(shì)合金C) B(哈氏合金(jīn)C) B(哈氏合金C) B(哈氏(shi)合金C) A(哈氏合金(jīn)C)

4鉑銥電極生産(chǎn)中的問題及解(jiě)決措施
4.1鉑銥合(he)金的成分設計(jì)
　　銥是一種揮發(fa)性非常強的金(jīn)屬,在1500℃時其蒸汽(qì)壓比鉑低兩個(ge)數量級[2],在高溫(wen)熔煉時其揮發(fā)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(lǜ)銥元素的過量(liang)問題。最常用的(de)鉑銥合金觸點(diǎn)材料牌号有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種(zhǒng)😘合金,成分☀️要求(qiú)見表🌈3[3]。

4.2鉑銥合金(jin)的加工工藝
　　鉑(bo)銥合金是一種(zhong)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(xiàn)的合金,采用高(gāo)頻和中頻二次(cì)真空熔🌈煉可提(tí)高合金成分的(de)均勻性。在進行(hang)中頻精煉時,爲(wèi)了減少由于銥(yī)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(chí)在10- 2MP等級。多次重(zhong)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(yu)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(yǐ)進行冷加工,而(ér)銥含量較高(≥ 20%)的(de)合金通常需要(yào)熱加工。
　　鉑銥合(he)金棒材的拉制(zhì)應注意配模的(de)變型量,銥含量(liang)低的合金單次(cì)變形量可以大(dà)一些,銥含量高(gao)的合金單次變(biàn)形量則小一些(xie),而且有些合金(jīn)必須熱拉才能(néng)保證合⭐金具有(yǒu)🏃‍♂️良好的塑性。拉(la)制過程中應将(jiang)棒材表❓面缺陷(xian)如包皮、劃痕清(qīng)理幹淨,否則這(zhe)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(wen)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(dōu)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(lái)實現🈲,所以對加(jiā)工刀具的精度(dù)要求❓很高,人工(gōng)磨制的刀具很(hěn)難達到要求;(3)使(shǐ)用沖冷卻液方(fang)式可以🈲有效地(di)降低刀具加工(gong)的溫度,延長使(shi)用壽命,但同時(shí)會帶走大量的(de)粉狀車削料,加(jia)大了貴金屬材(cai)料的損耗;(4)元件(jiàn)的使用面光潔(jie)度要求很高,車(chē)加工難以達到(dào)要💃🏻求,需要進行(háng)精細抛光。
　　針對(dui)以上問題,制定(ding)了适當的加工(gōng)工藝和控制措(cuo)施:(1)對每個元件(jiàn)的每個尺寸進(jìn)行在線監測,避(bì)免了刀具磨損(sǔn)對元件加工尺(chǐ)⚽寸精度造成的(de)影響,提高了産(chan)品的成品率;(2)采(cǎi)用了塗刷冷卻(que)液的方式進行(háng)鉑銥元件加工(gōng),減少了材料損(sun)耗,同時有利于(yú)車削💘料的清洗(xǐ)和回收;(3)成型刀(dao)具,滿足各種⁉️流(liu)量計用鉑💰銥元(yuán)件的加工⭐需要(yao);(4)采用了多種抛(pāo)光技術相結合(hé)的抛光方法,制(zhi)得㊙️了鏡面效果(guo)的元件表面。采(cǎi)用高❓精📧度儀表(biao)車床加工元件(jiàn)後,元件的成品(pin)率達到95%以上,加(jia)工精度可以控(kong)制在± 0.005mm以内🌈。
4.4鉑銥(yi)元件的檢測
鉑(bo)銥元件的檢測(ce)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(fen)檢測:由于鉑銥(yī)合金的難溶解(jie)性,不宜采用化(huà)學的分析方法(fǎ)檢測其成分。光(guāng)譜和探針分析(xī)雖然有一定缺(que)陷,如對某些微(wei)量元素不能定(ding)量分析,隻能通(tōng)過标樣作定性(xing)分析,而主元素(su)的測量誤差也(yě)通常比化學分(fen)析大一些。但由(you)于通常情況下(xià)鉑銥🈲合金的主(zhǔ)元✌️素鉑和銥要(yào)求成分偏差不(bú)超過0.5%,雜質💜總量(liang)的要求不✍️超過(guo)0.3%,所以采用光譜(pǔ)或探針的測量(liang)方法是完全可(kě)以滿足要求的(de)。
(2)表面質量檢測(ce):表面質量的檢(jian)測包括表面裂(liè)紋和表面粗🏒糙(cao)度的檢測。由于(yú)鉑銥元件的密(mi)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(cháng)直徑較小(< 8mm),超聲(shēng)😄波探傷也很困(kun)難,采用🌈超聲波(bō)探傷和着色探(tan)傷相結合的辦(bàn)法來檢測合金(jīn)的内部和表面(mian)裂紋,達到了比(bi)較理🍓想的效果(guo),元件的表面粗(cu)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(dù)、密🤩封🔴處的倒角(jiǎo)🌈弧度等尺寸是(shi)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(qiú)通常用R規、工具(jù)顯微鏡或投影(ying)儀檢測;螺紋☀️一(yi)般需要用環規(guī)(通止規)進行檢(jian)測;密封處的倒(dǎo)角一般尺寸較(jiao)小爲R0.2～ 0.3mm,三坐标法(fa)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(kuo)儀進行檢測可(ke)以在不破壞元(yuan)件的情況下得(de)到較👄好的檢測(ce)效果。
5鉑銥電極(jí)在流量計領域(yù)的應用現狀及(ji)前景
5.1應用現狀(zhuang)
　　我國目前在流(liu)量計領域每年(nian)消耗鉑銥電極(jí)約20000～ 25000顆。由于國内(nei)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(yī)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(jìn)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(xing)産品是未來産(chan)品的發展方向(xiàng),鉑和銥均是👉世(shì)界稀缺的資源(yuan),所以鉑銥元件(jiàn)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(yě)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(xia),将原來完全用(yòng)鉑銥合金制作(zuo)的元件改爲部(bu)分使用鉑銥合(hé)金。比如有的廠(chang)家将裝配後浸(jin)于腐蝕液的部(bù)分設計成鉑銥(yi)材料,其餘部分(fen)設計成其🌈它材(cái)料,通過螺紋或(huò)焊接的方式将(jiang)📐兩者連接起來(lái)。
　　另一方面,包覆(fù)型貴金屬是貴(gui)金屬元件的最(zuì)新發🔞展方向,其(qi)🌈中包鉑的貴金(jin)屬元件在我國(guo)一些企業🌈已經(jing)開始得到應用(yong)👌,通過⁉️包鉑及包(bāo)鉑銥的貴金屬(shu)元件。随着科學(xue)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(yòng)。

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