摘要(yao):介紹了電(diàn)磁流量計(ji) 中電極的(de)工作原理(lǐ)、鉑銥電極(jí)的特性和(he)使用範圍(wéi)、鉑㊙️銥電極(ji)的生産工(gōng)藝問題及(ji)解決措施(shi)等;并展望(wàng)📞了電🈲磁流(liu)量計電極(ji)材料的發(fa)展方向,包(bao)鉑及鉑銥(yi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼合金由于(yu)可節約大(da)量貴金屬(shu)資源,具🌍有(yǒu)廣闊的應(yīng)用前景。
1引(yin)言
　　電磁流(liu)量計是根(gēn)據法拉第(dì)電磁感應(yīng)定律進行(háng)流量測量(liang)的流量計(jì),廣泛應用(yong)于測量導(dǎo)電性液體(ti),如給水☂️排(pai)水、紙漿、石(shí)油混合液(yè)體、化學及(jí)食品工業(yè)的液體等(děng)。電極是電(diàn)磁流❤️量計(ji)的關鍵元(yuan)件,常用的(de)電極材料(liào)有耐蝕不(bú)鏽鋼、哈氏(shi)合金、钛、钽(tan)、鉑銥合金(jīn)等🏃‍♀️材料,其(qi)中鉑銥合(hé)金是耐腐(fǔ)蝕性能好(hao)、适用範圍(wéi)廣的電極(jí)材料。從2005年(nián)開始鉑銥(yī)元件的開(kāi)發工作🥰,在(zai)國内率先(xian)實現了鉑(bó)銥合金棒(bàng)材和元件(jiàn)一體化規(gui)模生産,爲(wèi)國内衆多(duō)用戶解決(jue)了生産難(nan)題,降低了(le)生❓産成本(ben),并⚽爲國内(nèi)衆多合資(zi)公司實現(xian)了進口産(chan)品替代。
2電(diàn)磁流量計(jì)工作原理(li)
　　 電磁流量(liàng)計的工作(zuò)原理 是依(yi)據法拉第(dì)電磁感應(yīng)定律。流量(liang)計測量管(guan)是一🔴内襯(chèn)絕緣材料(liào)的非導磁(ci)合金管,兩(liǎng)隻電極與(yu)軸流方向(xiàng)垂直安裝(zhuāng)🥰,電極頭與(yu)内管表面(mian)平齊。當勵(lì)磁線🌐圈由(you)雙向進行(háng)方波脈沖(chòng)時,即産生(sheng)一個磁通(tong)密度🔴爲B的(de)磁場,此時(shí)有一定導(dǎo)電率的流(liu)體流💰過測(cè)量管時,則(ze)切割磁力(lì)線感應産(chan)生電動勢(shi)E。感應電動(dong)勢與流量(liàng)成正比,傳(chuan)感器将感(gan)應電動勢(shi)轉化爲标(biao)準電流信(xin)号(4～ 20mA)傳🏒送至(zhì)流✂️量積算(suàn)儀,流量積(jī)算儀就可(kě)以顯示當(dāng)前的流量(liàng)值V。圖1是電(diàn)磁流量計(jì)的✊原理圖(tú)。

3電磁(cí)流量計電(dian)極種類
　　電(dian)極是電磁(cí)流量計中(zhong)的核心部(bù)件,主要起(qi)着傳輸⛹🏻‍♀️電(diàn)信号的作(zuo)用。而信号(hao)傳遞的準(zhǔn)确性受電(dian)極形狀、大(dà)小、表面質(zhi)量及材料(liao)性能等因(yin)素影響,所(suǒ)以不同的(de)流量測量(liàng)應🧑🏽‍🤝‍🧑🏻選擇與(yǔ)✏️之相适應(yīng)的電極材(cái)料,這樣🔅可(ke)以盡量保(bao)證測量的(de)正确率和(he)延長使用(yong)壽命。電㊙️磁(cí)流量計常(chang)用的電極(jí)材料及耐(nai)腐蝕性能(néng)見表1。
　　雖然(rán)鉑銥電極(jí)耐腐蝕性(xing)能好,但其(qí)性能也不(bu)是萬能‼️的(de)。其使⛱️用也(ye)會受到一(yi)定的條件(jiàn)限制,表2所(suǒ)列就有部(bù)分是鉑銥(yī)合金不耐(nài)腐蝕的化(huà)學介質,當(dang)然表👣中列(lie)入的溶液(yè)僅是示例(li),而非全部(bù)。
表1電極材(cái)料的耐腐(fu)蝕性能

電(diàn)極材料	耐(nài)腐蝕性能(neng)
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti	對硝酸、室(shi)溫下< 5%硫酸(suān)、沸騰的磷(lín)酸、蟻酸、堿(jian)溶液、在一(yī)🈲定壓力下(xia)的亞硫酸(suān)、海水、醋酸(suan)等介質等(deng)有強的耐(nai) 腐蝕性。可(ke)廣泛應用(yong)于石油化(hua)工、工業用(yong)水、尿素、維(wei)尼綸等工(gōng)業。
哈氏合(hé)金B(HB)	對沸點(diǎn)以下一切(qiē)濃度的鹽(yan)酸有良好(hao)的耐腐蝕(shi)性,也耐硫(liu)酸、磷酸、氫(qīng)氟酸、有機(jī)酸等非氧(yǎng)化性酸、堿(jian),非氧化性(xìng)鹽液的腐(fu)
哈氏合金(jīn)C(HC)	能耐氧化(huà)性酸,如硝(xiao)酸、鉻酸與(yu)硫酸的混(hun)合介質的(de)腐蝕💘,也耐(nài)氧化性的(de)如含Fe3+、Cu2+的鹽(yan)類的腐蝕(shi)。
钛(Ti)	能耐海(hǎi)水、各種氯(lü)化物和次(cì)氯酸鹽、氧(yǎng)化性酸(包(bao)括發🛀煙硝(xiāo)酸)、有機酸(suān)、堿等的腐(fu)蝕,不耐較(jiào)純的還原(yuan)性酸(如硫(liu)酸、鹽酸)的(de)腐蝕。但如(rú)酸中含有(you)氧化劑(如(rú)Fe3+、Cu2+)時,則腐蝕(shí)大爲降低(di)
钽(Ta)	具有和(hé)玻璃相似(sì)的優越耐(nai)腐蝕性,除(chú)氫氟酸、發(fa)煙硫酸等(deng)少數酸外(wài),大部分酸(suān)液适用,氫(qīng)氧化鈉等(děng)堿液不适(shi)用👣。
鉑、鉑銥(yi)合金	對幾(jǐ)乎所有酸(suān)堿液耐腐(fu)蝕。王水、铵(an)鹽以及少(shao)數介質不(bu)适用。

表2鉑(bo)銥合金和(hé)钽不耐腐(fu)蝕的化學(xué)介質

化學(xue)液體介質(zhì)	鉑銥合金(jīn)	钽	其它材(cái)料
氟化鋁(lü)(Aluminum fluoride) 硝酸鋁(Aluminum nitrate) 氟(fu)化铵(Ammonium fluoride) 氫氧(yang)化鋇(Barium hydroxide) 二氧(yǎng)化氯(Chlorine dioxide) 氯化(huà)銅(Copper fluoride) 氯化銅(tong)(Copper chloride)40% 氯氧銅(Copper oxychloride) 氯(lü)化鐵(Ferric chloride) 氯化(hua)鋅(Zinc chloride)50% 氟矽酸(suan)(Fluosilicic acid)10%～ 40% 氫溴酸(Hydrobromic acid)50% 氫(qing)氟酸(Hydrofluoric acid)10%～ 20% 氫氟(fú)矽酸(Hydrofluosilicic acid)35% 次氯(lǜ)酸(Hypochlorous acid)10%～ 20% 乙酸鉛(qian)(Lead acetate) 氫氧化鎂(mei)(Magnesium hydroxide) 氫氧化鉀(jiǎ)(Potassium hydroxide)10%～ 40% 氰化鈉(Sodium ferrocyanide) 氫(qing)鐵酸鈉(Sodium ferrocyanide) 氫(qīng)亞鐵酸鈉(na)(Sodium ferricyanide) 氟化鈉(Sodium fluoride)5%～ 50% 氫(qīng)氧化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50% 硫(liu)酸(Sulfuric acid)10%～ 50% 硫代硫(liú)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(哈氏(shì)合金C) B(哈氏(shì)合金C) B(哈氏(shì)合金C) B(哈氏(shi)合金C) B(哈氏(shi)合金C) A(哈氏(shì)合金C)

4鉑銥(yi)電極生産(chǎn)中的問題(tí)及解決措(cuo)施
4.1鉑銥合(he)金的成分(fèn)設計
　　銥是(shì)一種揮發(fa)性非常強(qiang)的金屬,在(zài)1500℃時其蒸汽(qi)壓比鉑💚低(di)兩個數🐕量(liàng)級[2],在高溫(wen)熔煉時其(qi)揮發性是(shì)鉑的幾十(shi)倍,所以在(zài)進行合金(jin)的成分設(she)計時必須(xū)考慮銥元(yuán)素的過量(liàng)問題。最🆚常(chang)用的鉑銥(yi)合♍金觸點(diǎn)材料牌号(hao)有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種合金(jīn),成分要求(qiu)見表3[3]。

4.2鉑銥(yī)合金的加(jiā)工工藝
　　鉑(bo)銥合金是(shì)一種容易(yi)發生成分(fen)偏析的合(he)金,也是容(róng)易🛀産生内(nèi)部縮孔等(děng)缺陷的合(he)金,采用高(gao)頻和中頻(pín)二次真空(kong)熔煉可提(tí)高☎️合金成(cheng)分的均勻(yún)性。在進行(háng)中頻精煉(lian)時,爲了減(jiǎn)少由于銥(yī)元素的吸(xī)氣而産生(shēng)合金錠内(nei)部縮孔,爐(lú)腔的真空(kong)度應保持(chi)在10- 2MP等級。多(duo)次重熔的(de)方法也有(you)利于充分(fen)排盡合金(jīn)錠内部的(de)氣體。
　　鉑銥(yi)合金的鍛(duan)打工藝與(yǔ)合金中銥(yi)的含量有(yǒu)密切關系(xi),銥含量❌較(jiào)低(≤ 20%)的合金(jin)塑性較好(hao),合金錠經(jīng)均勻化處(chù)理後可以(yǐ)進行冷加(jia)❄️工,而銥含(hán)量較高(≥ 20%)的(de)合金💋通常(chang)需💯要熱加(jiā)工。
　　鉑銥合(he)金棒材的(de)拉制應注(zhù)意配模的(de)變型量,銥(yī)含量低的(de)合金單次(ci)變形量可(ke)以大一些(xie),銥含量高(gao)的合金單(dān)次🌈變形量(liang)則小一些(xiē),而且有些(xie)合金必須(xu)熱拉才能(néng)保證合金(jin)具有🏒良好(hǎo)的塑性。拉(lā)制過程中(zhōng)應将棒材(cai)表面缺陷(xiàn)如🤞包皮、劃(huà)痕清理幹(gàn)淨,否則這(zhè)些缺陷會(hui)影響元件(jian)的表面質(zhi)量。
4.3鉑銥元(yuán)件的車床(chuáng)加工
　　車床(chuáng)加工鉑銥(yi)元件存在(zai)的主要問(wen)題:(1)鉑銥合(he)金車加工(gong)♊時非常容(rong)易粘刀,而(ér)且散發出(chū)大量熱量(liàng),刀具材料(liào)磨損得很(hěn)快,加⛹🏻‍♀️工精(jing)度不容易(yi)控制;(2)流量(liang)計元件都(dou)有密封性(xìng)要求,大🐕部(bu)分密❌封是(shi)靠加工斜(xie)面精✨度或(huò)倒R0.2的角來(lái)實現,所以(yǐ)對加工刀(dāo)具的精度(dù)要求很高(gao),人工磨💘制(zhi)的刀具很(hěn)難達到要(yao)求;(3)使用沖(chòng)冷卻☀️液方(fāng)式可以有(you)效地降低(di)刀具加工(gōng)的溫度,延(yán)長使用壽(shòu)命,但同時(shi)會帶走大(da)量的粉狀(zhuàng)🔞車削料,加(jia)大了貴金(jin)屬材料的(de)損耗❄️;(4)元件(jian)的使用面(mian)光潔度要(yào)求很🧡高,車(che)加工難以(yǐ)達到要💁求(qiu),需要⭕進行(hang)精細抛光(guāng)。
　　針對以上(shang)問題,制定(dìng)了适當的(de)加工工藝(yì)和控制措(cuo)施:(1)對每個(ge)元件的每(měi)個尺寸進(jìn)行在線監(jian)測,避免了(le)刀具磨損(sǔn)🈲對元件加(jiā)♉工尺寸精(jīng)度造成的(de)影響,提高(gāo)了産品的(de)成品率;(2)采(cai)用了塗刷(shua)冷卻液的(de)方式進行(háng)鉑銥元件(jiàn)加工,減少(shao)💚了材料損(sun)耗,同時有(you)利于車削(xuē)✏️料的清洗(xǐ)和回收;(3)成(chéng)型刀具,滿(man)足各種✊流(liu)量計用鉑(bo)🏃🏻‍♂️銥元件的(de)加工需要(yào);(4)采用了多(duo)種抛光技(jì)術相結合(he)的抛光方(fāng)法,制得了(le)鏡面效果(guǒ)的元件表(biao)面。采用高(gao)精❤️度儀表(biǎo)車床加工(gong)元件後,元(yuán)件的成品(pin)率達到95%以(yi)上,加工精(jīng)度可以控(kong)制在± 0.005mm以内(nèi)⚽。
4.4鉑銥元件(jiàn)的檢測
鉑(bó)銥元件的(de)檢測主要(yào)包括成分(fen)分析、表面(miàn)質量和尺(chǐ)💞寸檢測3方(fang)面的内容(róng)。
(1)成分檢測(ce):由于鉑銥(yī)合金的難(nán)溶解性,不(bú)宜采用化(huà)學的♊分🔞析(xi)方❓法檢測(cè)其成分。光(guāng)譜和探針(zhēn)分析雖然(ran)有一定缺(quē)☀️陷,如對某(mǒu)些微🍓量元(yuan)素不能定(ding)量分析,隻(zhī)⛹🏻‍♀️能通過标(biao)樣作定性(xing)分析,而主(zhǔ)元素的測(cè)量誤差也(ye)通常比化(huà)學分析大(da)一些。但由(yóu)于通常情(qíng)況下鉑銥(yī)合金的主(zhǔ)元素鉑和(hé)銥要💚求成(chéng)分偏差🙇‍♀️不(bu)超過0.5%,雜質(zhì)總量的要(yào)求不㊙️超過(guò)0.3%,所以采用(yong)♉光譜或探(tàn)針的🔴測量(liang)♻️方法是完(wan)全可以滿(mǎn)足要求的(de)。
(2)表面質量(liang)檢測:表面(miàn)質量的檢(jian)測包括表(biao)面裂紋和(hé)表面粗糙(cāo)度的檢測(ce)。由于鉑銥(yi)元件的密(mì)度大,不适(shi)宜射線探(tàn)傷;由于加(jia)🎯工鉑🔅銥元(yuán)件的鉑銥(yi)棒材通常(cháng)直徑較🌈小(xiao)(< 8mm),超聲🐉波探(tan)傷也很困(kùn)難,采用超(chāo)聲波探傷(shang)和着色探(tàn)傷相結合(hé)的辦法來(lái)檢測合金(jīn)的内部和(he)表面裂紋(wén),達到了比(bǐ)較理想的(de)效果,元件(jian)的表面粗(cū)糙度通常(cháng)用🈲目測或(huò)放大鏡配(pèi)合檢測即(ji)可。
(3)尺寸檢(jian)測:元件的(de)配合螺紋(wen)、傳遞信号(hao)面R的弧度(du)、密封處的(de)倒🍓角♌弧度(dù)等尺寸是(shì)精度要求(qiu)最高的,需(xu)要重點檢(jiǎn)測。R弧度根(gēn)據大小和(he)精度要求(qiú)通常用R規(gui)、工具顯微(wei)❌鏡或投影(ying)儀檢測;螺(luó)紋一般需(xū)要用環規(gui)(通止規)進(jin)行檢測;密(mì)封⁉️處的倒(dao)角一般尺(chi)寸較小爲(wèi)R0.2～ 0.3mm,三坐标法(fǎ)檢測有一(yī)定的困難(nán),投影檢測(ce)必須對元(yuán)件🚶進行破(po)壞,用輪廓(kuò)儀進行檢(jiǎn)測可以在(zài)不破壞元(yuán)件的情況(kuang)下🌐得到較(jiào)好的檢測(cè)效果。
5鉑銥(yi)電極在流(liu)量計領域(yu)的應用現(xiàn)狀及前景(jǐng)
5.1應用現狀(zhuang)
　　我國目前(qián)在流量計(jì)領域每年(nián)消耗鉑銥(yi)電極約20000～ 25000顆(kē)。由于國内(nei)🌐以前沒有(yǒu)專門的鉑(bó)銥元件生(sheng)産廠家,需(xu)方單🙇‍♀️位須(xu)采購🙇🏻鉑銥(yi)棒材自行(háng)機加工成(chéng)元件,而有(you)些對元件(jiàn)質量要求(qiú)高的公司(si)則直接使(shǐ)用進口元(yuan)🌐件,這些進(jìn)口元件大(da)部分來自(zì)德國和日(ri)本。
5.2産品發(fa)展方向
　　資(zi)源節約型(xíng)産品是未(wei)來産品的(de)發展方向(xiang),鉑和銥㊙️均(jun)是📧世界稀(xi)缺的資源(yuán),所以鉑銥(yī)元件的設(she)計和生産(chan)工藝均應(ying)充分考慮(lü)節約材料(liao)的因素。現(xiàn)在有的使(shi)用廠家也(ye)在📱逐步進(jin)行産品的(de)升級換代(dài),在不影響(xiǎng)使用性能(néng)的條件下(xià),将原來完(wan)全用鉑銥(yī)合金制作(zuò)的元件改(gǎi)爲部分使(shi)用鉑銥合(he)金。比如有(you)的廠家将(jiāng)裝配後浸(jin)于♈腐蝕液(ye)的部分設(shè)計成鉑銥(yī)材料,其餘(yu)部分設計(jì)成其它材(cai)料,通過螺(luó)紋或焊接(jie)的方式将(jiang)兩者連接(jiē)起來。
　　另一(yi)方面,包覆(fù)型貴金屬(shǔ)是貴金屬(shu)元件的最(zuì)新發展方(fāng)✊向,其中包(bao)鉑的貴金(jin)屬元件在(zai)我國一些(xie)企業已經(jing)開始得到(dào)應用✨,通過(guò)包鉑及包(bao)鉑銥的貴(guì)金屬🌏元件(jiàn)。随着科學(xué)技術的進(jin)步,更多、更(geng)先進的工(gong)藝将⁉️在貴(gui)金屬元件(jiàn)得到應用(yòng)。

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