1引言
電(diàn)磁流量計是(shi)根據法拉第(dì)電磁感應定(ding)律進行流量(liang)測🔴量的流量(liàng)計,廣泛應用(yong)于測量導電(diàn)性液體,如給(gei)水排水、紙漿(jiang)❗、石油混合液(ye)體、化學及食(shi)品工業的液(ye)體等。電極是(shì)電磁流🌂量計(ji)的關鍵元件(jian),常用的電極(jí)材料有🙇🏻耐蝕(shi)不鏽鋼、哈氏(shì)合金、钛、钽、鉑(bo)銥合金等材(cai)料,其中鉑銥(yi)合金是耐腐(fǔ)蝕性能好、适(shì)用範圍廣的(de)電極材料。從(cóng)☔2005年開始鉑銥(yi)元件的開發(fa)工作,在國💜内(nei)率先實現了(le)鉑銥合金棒(bàng)材和元件一(yi)體化規模生(shēng)産,爲國内衆(zhong)多用戶解決(jué)了生産難題(tí),降低了生産(chǎn)成本,并爲國(guó)内衆多合資(zī)公司實現了(le)進口産品替(tì)代。
2電磁流量(liang)計工作原理(li)
電磁流量計(ji)的工作原理(lǐ) 是依據法拉(lā)第電磁感應(yīng)定律。流量計(jì)測量管是一(yī)内襯絕緣材(cái)料的非導磁(ci)合金管,兩隻(zhī)電極與軸流(liú)🚶方向垂直安(an)裝,電極頭與(yu)内管表面平(ping)齊。當勵磁線(xian)圈由雙向進(jìn)行方波脈沖(chong)時,即産生一(yi)個磁通密度(du)爲B的磁場,此(ci)時有一定導(dao)電率的流體(tǐ)流過測量管(guǎn)時,則切割磁(cí)力線感應産(chan)生電動勢E。感(gan)應電動勢與(yu)流量成正比(bǐ),傳感器将感(gan)應電動勢轉(zhuǎn)化爲标準電(dian)流信号(4～ 20mA)傳送(song)至流量積算(suàn)儀,流量積算(suan)儀就可以顯(xian)示當前的流(liu)量值V。圖1是電(diàn)磁流量計的(de)原理圖。
3電磁(cí)流量計電極(ji)種類
電極是(shì)電磁流量計(ji)中的核心部(bu)件,主要起着(zhe)傳輸電信♊号(hào)的😍作用。而信(xin)号傳遞的準(zhǔn)确性受電極(ji)形狀、大小👣、表(biao)面質量及材(cai)料性♋能等因(yin)素影響,所以(yǐ)不同的流量(liàng)測量應選擇(zé)與之相适應(yīng)的電極材料(liao),這樣可以盡(jìn)量保證測量(liang)的正确率🐪和(he)延長使⁉️用壽(shòu)命。電磁流量(liang)計常用的電(dian)極材料及耐(nài)腐蝕性能見(jiàn)表1。
雖然鉑銥(yī)電極耐腐蝕(shi)性能好,但其(qí)性能也不是(shì)萬能的。其使(shǐ)用也會受到(dao)一定的條件(jiàn)限制,表2所列(lie)就有部分是(shì)鉑銥合金🏃不(bú)耐腐蝕的化(hua)學介質,當然(rán)表中列入的(de)溶液僅是示(shì)例,而非全部(bu)。
表1電極材料(liào)的耐腐蝕性(xing)能
| 電極材料(liao) |
耐腐蝕性能(néng) |
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1Cr18Ni9Ti
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哈氏合金B(HB) |
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能耐氧化性(xìng)酸,如硝酸、鉻(ge)酸與硫酸的(de)混合介質的(de)腐蝕,也‼️耐氧(yang)化性的如含(han)Fe3+、Cu2+的鹽類的腐(fǔ)蝕。 |
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钛(Ti) |
能耐海(hai)水、各種氯化(hua)物和次氯酸(suān)鹽、氧化性酸(suān)(包括發煙♉硝(xiao)酸)、有機酸、堿(jian)等的腐蝕,不(bu)耐較純的還(hai)原性酸(如硫(liú)酸、鹽酸)的腐(fu)蝕。但如酸中(zhong)含有氧化劑(ji)(如Fe3+、Cu2+)時,則腐蝕(shi)大爲降低 |
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具有和玻璃(li)相似的優越(yuè)耐腐蝕性,除(chú)氫氟酸、發煙(yān)硫酸等少👄數(shù)酸外,大部分(fèn)酸液适用,氫(qing)氧化鈉等堿(jiǎn)液不♉适用✍️。 |
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鉑(bo)、鉑銥合金 |
對(dui)幾乎所有酸(suan)堿液耐腐蝕(shi)。王水、铵鹽以(yǐ)及少數介✌️質(zhi)不适用。 |
| 化(hua)學液體介質(zhì) |
鉑銥合金 |
其它材料 |
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氟(fú)化鋁(Aluminum fluoride)
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A
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×
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B(哈(ha)氏合金C)
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4鉑銥(yi)電極生産中(zhōng)的問題及解(jiě)決措施
4.1鉑銥(yī)合金的成分(fèn)設計
銥是一(yī)種揮發性非(fēi)常強的金屬(shǔ),在1500℃時其蒸汽(qì)壓比鉑低兩(liang)個數🙇♀️量級[2],在(zài)高溫熔煉時(shi)其揮發性是(shì)鉑的幾十✨倍(bèi),所以在進行(háng)合金的成分(fèn)設計時必須(xu)考慮銥元素(su)的過量問題(tí)。最⛹🏻♀️常用的🌈鉑(bó)銥合金觸點(dian)材料牌号有(you)PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種合金,成分(fen)要求見表3[3]。
4.2鉑(bó)銥合金的加(jiā)工工藝
鉑銥(yī)合金是一種(zhǒng)容易發生成(cheng)分偏析的合(hé)金,也是容易(yi)産生内部縮(suō)孔等缺陷的(de)合金,采用高(gāo)頻和中頻二(èr)次真空熔煉(liàn)可提高合金(jīn)成分的均勻(yún)性。在進行中(zhōng)頻精煉時,爲(wèi)了減少由于(yú)銥元素♌的吸(xī)氣而産生合(he)金錠内部縮(suo)孔,爐腔的真(zhēn)空度應保持(chí)在10- 2MP等級。多次(cì)重熔的方法(fa)也有利于充(chōng)分排盡合金(jin)錠内部😄的氣(qì)體。
鉑銥合金(jin)的鍛打工藝(yi)與合金中銥(yī)的含量有密(mi)切🈲關💯系,銥含(hán)量較低(≤ 20%)的合(hé)金塑性較好(hao),合金錠經均(jun1)勻化處理後(hou)可以進行冷(leng)加工,而銥含(han)量較高(≥ 20%)的合(he)金通常需♊要(yao)熱加工。
鉑銥(yi)合金棒材的(de)拉制應注意(yi)配模的變型(xing)量,銥含量低(dī)的合金單次(cì)變形量可以(yǐ)大一些,銥含(hán)量高的合金(jin)單次變形量(liang)則小一些,而(er)且有些合金(jīn)必須熱拉才(cai)能保證合☁️金(jin)具有良好的(de)塑性。拉🧡制過(guò)程中應将棒(bàng)材表🍓面缺陷(xian)如🐪包皮、劃痕(hén)清理幹淨,否(fǒu)則這些✌️缺陷(xiàn)會影響元件(jiàn)的表面質量(liang)。
4.3鉑銥元件的(de)車床加工
車(chē)床加工鉑銥(yi)元件存在的(de)主要問題:(1)鉑(bó)銥合金車加(jiā)❄️工時🧡非🧑🏾🤝🧑🏼常容(róng)易粘刀,而且(qiě)散發出大量(liang)熱量,刀具材(cai)料🏃♀️磨損得很(hen)快,加工精度(du)不容易控制(zhì);(2)流量計元件(jian)都有密封性(xìng)要求,大♌部分(fen)密封是靠加(jia)工斜面精🏃♀️度(dù)或倒R0.2的🧑🏾🤝🧑🏼角來(lái)實現,所以對(duì)加🌈工刀具的(de)精度要求🌈很(hěn)高,人工磨制(zhi)的刀具很難(nán)達到要求;(3)使(shi)用沖冷卻✊液(yè)方式可以有(you)效地降低刀(dao)具加工的溫(wēn)度,延長使用(yòng)壽命,但同時(shi)會帶走大量(liang)的粉狀🌍車削(xue)料,加大了貴(gui)金屬材料的(de)損耗♉;(4)元件的(de)使用面光潔(jie)度要求很高(gao),車加工難以(yi)達到要求,需(xū)要🈚進行精細(xì)抛光。
針對以(yi)上問題,制定(dìng)了适當的加(jiā)工工藝和控(kòng)制措♈施:(1)對每(mei)✍️個元件的每(mei)個尺寸進行(hang)在線監測,避(bi)免了刀具磨(mo)損對元件加(jia)工尺寸精度(du)造成的影響(xiang),提高了産品(pin)🍓的成品♊率;(2)采(cai)用了塗刷冷(leng)卻液的方式(shì)進行鉑銥元(yuán)件🌐加工,減少(shao)了材料損耗(hao),同時有利于(yu)車削料的清(qīng)洗和回收;(3)成(chéng)型刀具,滿足(zú)各種流量計(ji)用鉑銥元件(jiàn)的加工需要(yào);(4)采用了多⛱️種(zhong)抛光技術相(xiàng)結合的抛光(guāng)方法,制得了(le)鏡面效果的(de)元件表面。采(cai)用高精度儀(yí)表車床加工(gōng)元件後,元件(jian)的成品率達(dá)到95%以上,加工(gong)精度可以控(kong)制在± 0.005mm以内。
4.4鉑(bo)銥元件的檢(jian)測
鉑銥元件(jian)的檢測主要(yào)包括成分分(fèn)析、表面質量(liàng)和🏃♀️尺寸檢測(cè)3方面的内容(róng)。
(1)成分檢測:由(you)于鉑銥合金(jin)的難溶解性(xing),不宜采用化(huà)學的分析方(fāng)法檢測其成(chéng)分。光譜和探(tàn)針分析雖然(ran)有一定缺陷(xiàn),如對某些微(wei)量元素不能(néng)定量分析,隻(zhī)能通過标樣(yàng)作定性分🔞析(xī),而主元素的(de)測量誤差也(ye)通常比化學(xue)分析大一些(xiē)。但由于通常(cháng)情況下鉑銥(yī)📱合金的主元(yuán)素鉑和銥要(yào)💛求成分偏差(cha)不超過0.5%,雜質(zhì)🈲總量的要求(qiú)不超過0.3%,所以(yǐ)采用光譜或(huò)探針的測量(liàng)方法是完全(quan)可以滿足要(yào)求的。
(2)表面質(zhi)量檢測:表面(mian)質量的檢測(cè)包括表面裂(lie)紋和表面粗(cū)糙度♈的檢測(ce)。由于鉑銥元(yuan)件的密度大(da),不适宜射♉線(xiàn)探傷;由于加(jiā)工鉑銥元件(jian)的鉑銥棒材(cái)通常直徑較(jiao)小(< 8mm),超聲波探(tan)傷也很困難(nan),采用超聲波(bo)探傷和着色(sè)探傷相結合(he)的辦法來檢(jiǎn)測合金☁️的内(nei)部和表面裂(lie)紋,達☀️到了比(bi)較理想的效(xiào)果,元件的表(biǎo)面粗🐪糙度通(tong)常用目測或(huo)放大鏡配合(hé)檢測即可。
(3)尺(chǐ)寸檢測:元件(jian)的配合螺紋(wén)、傳遞信号面(mian)R的弧度、密封(feng)處🚩的☀️倒角弧(hú)度等尺寸是(shi)精度要求最(zuì)高的,需要重(zhòng)點👄檢測。R弧度(du)根據大小💘和(hé)精度要求通(tong)常用R規、工具(jù)顯微鏡或投(tóu)影儀檢測;螺(luó)紋🚶♀️一般需要(yào)用環規(通止(zhi)規)進行檢測(cè);密封處的倒(dǎo)角一般尺寸(cun)較小爲R0.2～ 0.3mm,三♻️坐(zuo)标法檢測🌏有(yǒu)一定的困難(nán),投影檢測必(bì)須對元件進(jin)行破壞,用輪(lún)🍉廓儀進行檢(jian)測可以在不(bú)破壞元件的(de)情況下🌂得到(dào)較好的檢測(cè)效果。
5鉑銥電(dian)極在流量計(ji)領域的應用(yòng)現狀及前景(jǐng)
5.1應用現狀
我(wǒ)國目前在流(liú)量計領域每(měi)年消耗鉑銥(yī)電極約20000～ 25000顆。由(you)于國内🏃♂️以👈前(qián)沒有專門的(de)鉑銥元件生(shēng)産廠家,需方(fāng)單位須采購(gòu)鉑銥棒材🈲自(zi)行機加工成(chéng)元件,而有些(xiē)對元件質量(liang)要求高的公(gōng)司則直接使(shǐ)用進口元⛱️件(jiàn),這些進口元(yuan)件大部分來(lai)自德國和日(ri)本。
5.2産品發展(zhan)方向
資源節(jie)約型産品是(shì)未來産品的(de)發展方向,鉑(bo)和銥📱均是世(shi)✊界稀❤️缺的資(zi)源,所以鉑銥(yī)元件的設計(jì)和生産工藝(yì)均應充🔴分考(kao)慮節🧑🏾🤝🧑🏼約材料(liao)的因素。現在(zai)有的使用廠(chǎng)家也在㊙️逐步(bù)進行産品的(de)升級換代,在(zai)不影👅響使用(yòng)性🥵能的條件(jian)下,将原來完(wán)全用鉑銥合(he)金制作的元(yuán)件改爲部分(fen)使用鉑銥合(he)金。比如有的(de)廠家将裝配(pei)後浸于腐蝕(shí)液的部分設(shè)計成鉑銥材(cai)料,其餘部分(fèn)設計成其它(ta)材料,通過螺(luo)紋或焊接的(de)方式将兩者(zhě)連接起來。
另(lìng)一方面,包覆(fù)型貴金屬是(shì)貴金屬元件(jian)的最新發展(zhan)方✉️向,其中包(bāo)鉑的貴金屬(shu)元件在我國(guó)一些企業已(yǐ)經開始得到(dào)應用✂️,通過包(bao)鉑及包鉑銥(yī)的貴金屬元(yuán)件。随着科學(xue)✏️技術的進步(bu),更多、更先進(jìn)的工藝将在(zai)貴金屬元件(jiàn)得到應用。
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