電磁流量計(jì)由轉(zhuǎn)換器和流量傳感器組成。其中，電極作為流量傳感器信號(hào)采集的重要部件，直接與流體接觸，采集從1mm/s的低流速到12m/s的高流速信號(hào)。如何合理選擇電極，尤其電極的材質(zhì)、外型結(jié)構(gòu)，從而降低流體噪聲，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確信號(hào)采樣是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
1.極化電壓
極化現(xiàn)象：電極在電解質(zhì)流體中會(huì)產(chǎn)生正負(fù)離子的定向移動(dòng)，在電極與流體中形成一定的電場(chǎng)，從而產(chǎn)生極化電壓。
如果兩個(gè)電極完全相同，那么它們的極化電壓應(yīng)該相等。事實(shí)上，因?yàn)殡姌O的材質(zhì)以及表面處理工藝不完全相同，必然會(huì)產(chǎn)生不同的極化電壓。目前，轉(zhuǎn)換器中的去極化電路只能濾除直流電壓。如果極化電壓像低頻交流信號(hào)一樣隨機(jī)波動(dòng)，并且這個(gè)低頻交流信號(hào)在頻率上與正常流速信號(hào)的頻率相近，這時(shí)，前端低通、高通濾波電路無(wú)法有效濾除此類(lèi)低頻交流信號(hào)，去極化電路也無(wú)法濾除該類(lèi)低頻交流信號(hào)；結(jié)果會(huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)直接進(jìn)入高共模抑制比的前置放大器，放大后的干擾信號(hào)疊加在正常信號(hào)上，從而引起計(jì)量誤差。
如表1所示，傳感器滿(mǎn)管無(wú)流量狀態(tài)下，不同口徑傳感器的極化電壓測(cè)試情況。1~6號(hào)傳感器兩個(gè)電極極化電壓相近，轉(zhuǎn)換器工作正常。7號(hào)DN150傳感器，兩個(gè)電極材質(zhì)有明顯差異，極化電壓測(cè)試結(jié)果相差2倍左右，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器AD芯片出現(xiàn)飽和，無(wú)流速輸出。
因此，如何選擇合適的電極，降低極化電壓，以保證兩個(gè)電極輸出性能的一致性，成為影響電磁流量計(jì)測(cè)量精度的一個(gè)關(guān)鍵因素。
2 電極材質(zhì)
流量傳感器電極在材質(zhì)上分為多種材料類(lèi)型，并具備不同的耐腐蝕性、電極電位等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中；電極材料的選擇首先考慮被測(cè)流體的腐蝕性(見(jiàn)表2)，避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)，其次是選擇電極電位低的材質(zhì)(見(jiàn)表3)。
電磁流量計(jì)主要用于生活及工業(yè)用水等流體的測(cè)量，根據(jù)電極的耐腐蝕性要求，以及電極電位、成本等綜合考慮，一般選擇316L不銹鋼材質(zhì)的電極。不銹鋼電極具備良好的耐腐蝕性、電極電位低的特點(diǎn)，其共模電壓在300mV左右，高共模抑制比的差分放大器能輕易將其濾除。
3 電極結(jié)構(gòu)
電極主要有3種不同型式：常規(guī)電極、刮刀電極、可更換電極，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。電磁流量計(jì)作為生活、工業(yè)用水類(lèi)計(jì)量?jī)x表，通常采用常規(guī)電極結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
粗糙的電極表面會(huì)加大流體的摩擦力，增加流動(dòng)噪聲。為了降低粗糙度對(duì)流體噪聲的影響，電極表面會(huì)進(jìn)行拋光與鈍化處理。通過(guò)機(jī)械拋光，先將電極表面的粗糙度加工到一定程度。隨后，進(jìn)行化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光，除去電極表面上的微觀不平，以提高鏡面光滑度。化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光不但提高了電極表面的光滑度，而且也實(shí)現(xiàn)了鈍化處理，使電極表面形成良好的鈍化層，獲得穩(wěn)定的抗腐蝕性能。不銹鋼電極的耐腐蝕主要依靠鈍化層，如果鈍化層殘缺不完整，不銹鋼電極仍會(huì)被腐蝕而產(chǎn)生流體噪聲。
電磁流量計(jì)的電極通常包含2個(gè)信號(hào)電極、2個(gè)接地電極，并安裝于內(nèi)襯表面。如果電極表面凸出內(nèi)襯表面過(guò)高，凸出部分會(huì)根據(jù)凸出高度的不同對(duì)測(cè)量管道內(nèi)部的流場(chǎng)造成不同程度的影響，產(chǎn)生相應(yīng)的層流和紊流，嚴(yán)重影響電極對(duì)流速信號(hào)的采樣。特別是DN150以下口徑的測(cè)量管道，本身管道內(nèi)孔徑小，在小流量測(cè)試時(shí)影響程度更為明顯，會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)性的測(cè)量誤差，導(dǎo)致計(jì)量重復(fù)性變差。
如表4所示，選2只相同規(guī)格表：相同電極材質(zhì)、類(lèi)型以及轉(zhuǎn)換器。唯一不同為電極安裝高度，1號(hào)表電極凸出內(nèi)襯表面1.2mm，2號(hào)表電極凸出內(nèi)襯表面0.8mm，相同測(cè)試條件下Q3、Q2、Q1各測(cè)試3次。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看，1號(hào)表在Q3大流量下各誤差有輕微波動(dòng)，但整體變化不大。但在Q2、Q1小流量下，各誤差出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，重復(fù)性不合格；2號(hào)表各誤差和重復(fù)比較很穩(wěn)定。實(shí)際論證了電極凸出高度過(guò)高將會(huì)對(duì)小流量性能產(chǎn)生比較大影響。
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