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)
| 電極材(cai)料 |
耐腐(fu)蝕性能(neng) |
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1Cr18Ni9Ti
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對硝酸(suan)、室溫下(xia)< 5%硫酸、沸(fei)騰的磷(lin)酸、蟻酸(suan)、堿溶液(ye)、在一定(ding)壓力下(xia)📐的亞硫(liu)酸、海水(shui)、醋酸等(deng)介質等(deng)有強的(de)耐
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哈(ha)氏合金(jin)B(HB) |
對沸點(dian)以下一(yi)切濃度(du)的鹽酸(suan)有良好(hao)的耐腐(fu)蝕性🧑🏽🤝🧑🏻,也(ye)耐硫酸(suan)💘、磷酸、氫(qing)氟酸、有(you)機酸等(deng)非氧化(hua)性酸、堿(jian),非氧化(hua)性鹽液(ye)的腐 |
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哈(ha)氏合金(jin)C(HC) |
能耐氧(yang)化性酸(suan),如硝酸(suan)、鉻酸與(yu)硫酸的(de)混合介(jie)質的腐(fu)蝕,也耐(nai)氧☂️化性(xing)的如含(han)Fe3+、Cu2+的鹽類(lei)的腐蝕(shi)。 |
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钛(Ti) |
能耐(nai)海水、各(ge)種氯化(hua)物和次(ci)氯酸鹽(yan)、氧化性(xing)酸(包括(kuo)發煙硝(xiao)酸👨❤️👨)、有🐅機(ji)酸、堿等(deng)的腐蝕(shi),不耐較(jiao)純的還(hai)原性🥵酸(suan)(如硫酸(suan)、鹽酸)的(de)腐蝕。但(dan)如酸中(zhong)含有氧(yang)化劑(如(ru)Fe3+、Cu2+)時,則腐(fu)蝕大爲(wei)降低 |
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钽(tan)(Ta) |
具有和(he)玻璃相(xiang)似的優(you)越耐腐(fu)蝕性,除(chu)氫氟酸(suan)、發煙硫(liu)酸等少(shao)數酸外(wai),大部分(fen)酸液适(shi)用,氫氧(yang)化鈉等(deng)堿液不(bu)适用。 |
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鉑(bo)、鉑銥合(he)金 |
對幾(ji)乎所有(you)酸堿液(ye)耐腐蝕(shi)。王水、铵(an)鹽以及(ji)少數介(jie)質不适(shi)用。 |
| 化(hua)學液體(ti)介質 |
鉑(bo)銥合金(jin) |
钽 |
其它(ta)材料 |
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氟(fu)化鋁(Aluminum fluoride)
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A
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×
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B(哈氏合(he)金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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