電磁流量計由轉(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。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)確信號采樣是一個關(guān)鍵問題。
1.極化電壓
極化現(xiàn)象：電極在電解質(zhì)流體中會產(chǎn)生正負(fù)離子的定向移動，在電極與流體中形成一定的電場，從而產(chǎn)生極化電壓。
如果兩個電極完全相同，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一樣隨機(jī)波動，并且這個低頻交流信號在頻率上與正常流速信號的頻率相近，這時，前端低通、高通濾波電路無法有效濾除此類低頻交流信號，去極化電路也無法濾除該類低頻交流信號；結(jié)果會導(dǎo)致干擾信號直接進(jìn)入高共模抑制比的前置放大器，放大后的干擾信號疊加在正常信號上，從而引起計量誤差。
如表1所示，傳感器滿管無流量狀態(tài)下，不同口徑傳感器的極化電壓測試情況。1~6號傳感器兩個電極極化電壓相近，轉(zhuǎn)換器工作正常。7號DN150傳感器，兩個電極材質(zhì)有明顯差異，極化電壓測試結(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，以保證兩個電極輸出性能的一致性，成為影響電磁流量計測量精度的一個關(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流體的腐蝕性(見表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)(見表3)。
電磁流量計主要用于生活及工業(yè)用水等流體的測量，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。電磁流量計作為生活、工業(yè)用水類計量儀表，通常采用常規(guī)電極結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
粗糙的電極表面會加大流體的摩擦力，增加流動噪聲。為了降低粗糙度對流體噪聲的影響，電極表面會進(jìn)行拋光與鈍化處理。通過機(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，不銹鋼電極仍會被腐蝕而產(chǎn)生流體噪聲。
電磁流量計的電極通常包含2個信號電極、2個接地電極，并安裝于內(nèi)襯表面。如果電極表面凸出內(nèi)襯表面過高，凸出部分會根據(jù)凸出高度的不同對測量管道內(nèi)部的流場造成不同程度的影響，產(chǎn)生相應(yīng)的層流和紊流，嚴(yán)重影響電極對流速信號的采樣。特別是DN150以下口徑的測量管道，本身管道內(nèi)孔徑小，在小流量測試時影響程度更為明顯，會產(chǎn)生隨機(jī)性的測量誤差，導(dǎo)致計量重復(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)、類型以及轉(zhuǎn)換器。唯一不同為電極安裝高度，1號表電極凸出內(nèi)襯表面1.2mm，2號表電極凸出內(nèi)襯表面0.8mm，相同測試條件下Q3、Q2、Q1各測試3次。從實(shí)測數(shù)據(jù)看，1號表在Q3大流量下各誤差有輕微波動，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，重復(fù)性不合格；2號表各誤差和重復(fù)比較很穩(wěn)定。實(shí)際論證了電極凸出高度過高將會對小流量性能產(chǎn)生比較大影響。
|
