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技术文章

电磁流量计的电极对计量稳定性影响


发布日期:2022-11-14 点击:78次
  电磁流量计由转换器和流量传感器组成。其中,电极作为流量传感器信号采集的重要部件,直接与流体接触,采集从1mm/s的低流速到12m/s的高流速信号。如何合理选择电极,尤其电极的材质、外型结构,从而降低流体噪声,实现准确信号采样是一个关键问题。
1.极化电压
  极化现象:电极在电解质流体中会产生正负离子的定向移动,在电极与流体中形成一定的电场,从而产生极化电压。
  如果两个电极完全相同,那么它们的极化电压应该相等。事实上,因为电极的材质以及表面处理工艺不完全相同,必然会产生不同的极化电压。目前,转换器中的去极化电路只能滤除直流电压。如果极化电压像低频交流信号一样随机波动,并且这个低频交流信号在频率上与正常流速信号的频率相近,这时,前端低通、高通滤波电路无法有效滤除此类低频交流信号,去极化电路也无法滤除该类低频交流信号;结果会导致干扰信号直接进入高共模抑制比的前置放大器,放大后的干扰信号叠加在正常信号上,从而引起计量误差。
  如表1所示,传感器满管无流量状态下,不同口径传感器的极化电压测试情况。1~6号传感器两个电极极化电压相近,转换器工作正常。7号DN150传感器,两个电极材质有明显差异,极化电压测试结果相差2倍左右,从而导致转换器AD芯片出现饱和,无流速输出。
  因此,如何选择合适的电极,降低极化电压,以保证两个电极输出性能的一致性,成为影响电磁流量计测量精度的一个关键因素。

2 电极材质
  流量传感器电极在材质上分为多种材料类型,并具备不同的耐腐蚀性、电极电位等特点。实际应用中;电极材料的选择首先考虑被测流体的腐蚀性(见表2),避免产生电极表面效应,其次是选择电极电位低的材质(见表3)。

  电磁流量计主要用于生活及工业用水等流体的测量,根据电极的耐腐蚀性要求,以及电极电位、成本等综合考虑,一般选择316L不锈钢材质的电极。不锈钢电极具备良好的耐腐蚀性、电极电位低的特点,其共模电压在300mV左右,高共模抑制比的差分放大器能轻易将其滤除。
3 电极结构
  电极主要有3种不同型式:常规电极、刮刀电极、可更换电极,以适应不同的应用环境。电磁流量计作为生活、工业用水类计量仪表,通常采用常规电极结构,如图2所示。

  粗糙的电极表面会加大流体的摩擦力,增加流动噪声。为了降低粗糙度对流体噪声的影响,电极表面会进行抛光与钝化处理。通过机械抛光,先将电极表面的粗糙度加工到一定程度。随后,进行化学抛光或电化学抛光,除去电极表面上的微观不平,以提高镜面光滑度。化学抛光或电化学抛光不但提高了电极表面的光滑度,而且也实现了钝化处理,使电极表面形成良好的钝化层,获得稳定的抗腐蚀性能。不锈钢电极的耐腐蚀主要依靠钝化层,如果钝化层残缺不完整,不锈钢电极仍会被腐蚀而产生流体噪声。
  电磁流量计的电极通常包含2个信号电极、2个接地电极,并安装于内衬表面。如果电极表面凸出内衬表面过高,凸出部分会根据凸出高度的不同对测量管道内部的流场造成不同程度的影响,产生相应的层流和紊流,严重影响电极对流速信号的采样。特别是DN150以下口径的测量管道,本身管道内孔径小,在小流量测试时影响程度更为明显,会产生随机性的测量误差,导致计量重复性变差。
  如表4所示,选2只相同规格表:相同电极材质、类型以及转换器。唯一不同为电极安装高度,1号表电极凸出内衬表面1.2mm,2号表电极凸出内衬表面0.8mm,相同测试条件下Q3、Q2、Q1各测试3次。从实测数据看,1号表在Q3大流量下各误差有轻微波动,但整体变化不大。但在Q2、Q1小流量下,各误差出现剧烈波动,重复性不合格;2号表各误差和重复比较很稳定。实际论证了电极凸出高度过高将会对小流量性能产生比较大影响。
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