摘(zhāi)要:介紹了電(dian)磁流量計 中(zhong)電極的工作(zuo)原理、鉑銥電(dian)極的特性和(he)使用範圍、鉑(bo)銥電極的生(sheng)産工藝問題(tí)及解決措施(shī)等;并展望了(le)電磁流💯量計(ji)電極📱材料的(de)發展方向,包(bāo)鉑及鉑銥合(he)金由于可節(jiē)約大量貴金(jīn)屬資源,具有(yǒu)廣闊的應用(yòng)前景。
1引言
　　電(diàn)磁流量計是(shi)根據法拉第(di)電磁感應定(ding)律進行流📞量(liàng)測👈量🆚的流量(liang)計,廣泛應用(yòng)于測量導電(diàn)性液體,如給(gei)水排水、紙漿(jiāng)🔞、石油🔞混合液(ye)體、化學及食(shi)品工業的液(yè)體等。電極是(shi)電磁流量計(jì)的關鍵元💛件(jiàn),常用的電💋極(jí)材料有耐蝕(shi)不鏽💜鋼、哈氏(shì)合金、钛、钽、鉑(bó)銥合金等🙇🏻材(cái)料,其中鉑銥(yi)合金是耐腐(fu)蝕性能好、适(shi)用範圍廣的(de)電極材料💛。從(cóng)2005年開始鉑銥(yī)元件的開發(fa)工作,在國🎯内(nèi)率先實現了(le)鉑銥合金棒(bàng)材和元件一(yī)體化規模生(shēng)産,爲國内衆(zhong)多用戶解決(jue)了生産難題(ti),降低了生産(chǎn)成本,并爲國(guó)内衆多合資(zi)公司實現了(le)進口産品替(tì)代。
2電磁流量(liàng)計工作原理(li)
　　 電磁流量計(jì)的工作原理(li) 是依據法拉(la)第電磁感應(yīng)定律。流量計(jì)測量管是一(yi)🌏内襯絕緣材(cai)🤞料的非導磁(cí)合金管,兩隻(zhī)電極與軸流(liu)方向垂直安(an)裝😍,電極💛頭與(yǔ)📱内管表面平(ping)齊。當勵磁線(xiàn)圈由雙向進(jìn)行方波脈沖(chòng)時,即産生一(yī)個磁通密度(dù)爲B的磁場,此(cǐ)時有一定導(dao)電率的流體(ti)流㊙️過測量管(guǎn)時,則切割磁(ci)力線感應産(chan)生電動勢E。感(gǎn)應電動勢與(yu)流量成正比(bǐ),傳感器将感(gǎn)應電動勢轉(zhuan)化爲标準電(diàn)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(xiǎn)示當前的流(liú)量值V。圖1是電(diàn)磁流量計的(de)原理圖。

3電磁(ci)流量計電極(jí)種類
　　電極是(shì)電磁流量計(ji)中的核心部(bù)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(cái)料性能等因(yīn)素影響,所以(yi)不同的流量(liang)測量應選擇(ze)與之相适🔞應(yīng)的電極材料(liào),這樣可以盡(jìn)量保證測量(liang)的正确率和(hé)延長使用壽(shòu)命。電磁流量(liang)計常用的電(dian)極材料及耐(nai)腐蝕性能見(jian)表1。
　　雖然鉑銥(yi)電極耐腐蝕(shí)性能好,但其(qi)性能也不是(shi)萬能的。其使(shǐ)用也會受到(dao)一定的條件(jian)限制,表2所列(lie)就有部分是(shi)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(shi)例,而非全部(bù)。
表1電極材料(liào)的耐腐蝕性(xing)能

電極材料(liào)	耐腐蝕性能(néng)
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti	對硝酸、室溫(wen)下< 5%硫酸、沸騰(téng)的磷酸、蟻酸(suan)、堿溶液、在一(yī)🌈定壓力下👉的(de)亞硫酸、海水(shuǐ)、醋酸等介質(zhì)等有強的耐(nai) 腐蝕性。可廣(guǎng)泛應用于石(shi)油化工、工業(ye)用水、尿素、維(wéi)尼🔞綸等工業(ye)♊。
哈氏合金B(HB)	對(dui)沸點以下一(yi)切濃度的鹽(yan)酸有良好的(de)耐腐蝕性,也(yě)耐硫酸、磷酸(suan)、氫氟酸、有機(jī)酸等非氧化(hua)性酸、堿,非氧(yǎng)化性鹽液的(de)腐
哈氏合金(jīn)C(HC)	能耐氧化性(xing)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(hán)Fe3+、Cu2+的鹽類的腐(fǔ)蝕。
钛(Ti)	能耐海(hai)水、各種氯化(huà)物和次氯酸(suān)鹽、氧化性酸(suān)(包括✍️發煙硝(xiao)酸)、有♌機酸、堿(jiǎn)等的腐蝕,不(bu)耐較純的還(hái)原性酸(如硫(liu)酸、鹽酸🈲)的腐(fu)蝕。但如酸中(zhong)含有氧化劑(jì)(如Fe3+、Cu2+)時,則腐蝕(shi)大爲降低
钽(tan)(Ta)	具有和玻璃(li)相似的優越(yuè)耐腐蝕性,除(chú)氫氟酸、發煙(yan)硫酸等🌈少數(shu)♉酸外,大部分(fèn)酸液适用,氫(qīng)氧化鈉等堿(jian)液不适用。
鉑(bo)、鉑銥合金	對(duì)幾乎所有酸(suān)堿液耐腐蝕(shi)。王水、铵鹽以(yi)及少數介質(zhi)不适用。

表2鉑(bo)銥合金和钽(tan)不耐腐蝕的(de)化學介質

化(hua)學液體介質(zhì)	鉑銥合金	钽(tan)	其它材料
氟(fú)化鋁(Aluminum fluoride) 硝酸鋁(lü)(Aluminum nitrate) 氟化铵(Ammonium fluoride) 氫氧(yang)化鋇(Barium hydroxide) 二氧化(huà)氯(Chlorine dioxide) 氯化銅(Copper fluoride) 氯(lǜ)化銅(Copper chloride)40% 氯氧銅(tong)(Copper oxychloride) 氯化鐵(Ferric chloride) 氯化(huà)鋅(Zinc chloride)50% 氟矽酸(Fluosilicic acid)10%～ 40% 氫(qing)溴酸(Hydrobromic acid)50% 氫氟酸(suān)(Hydrofluoric acid)10%～ 20% 氫氟矽酸(Hydrofluosilicic acid)35% 次(cì)氯酸(Hypochlorous acid)10%～ 20% 乙酸鉛(qiān)(Lead acetate) 氫氧化鎂(Magnesium hydroxide) 氫(qīng)氧化鉀(Potassium hydroxide)10%～ 40% 氰化(hua)鈉(Sodium ferrocyanide) 氫鐵酸鈉(na)(Sodium ferrocyanide) 氫亞鐵酸鈉(na)(Sodium ferricyanide) 氟化鈉(Sodium fluoride)5%～ 50% 氫氧(yǎng)化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50% 硫酸(Sulfuric acid)10%～ 50% 硫(liu)代硫酸鈉(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(ha)氏合金C) B(哈氏(shì)合金C) B(哈氏合(hé)金C) B(哈氏合金(jīn)C) B(哈氏合金C) A(哈(hā)氏合金C)

4鉑銥(yi)電極生産中(zhōng)的問題及解(jiě)決措施
4.1鉑銥(yi)合金的成分(fèn)設計
　　銥是一(yī)種揮發性非(fei)常強的金屬(shǔ),在1500℃時其蒸汽(qì)壓比鉑低兩(liǎng)個數💋量級[2],在(zài)高溫熔煉時(shí)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(xū)考慮☁️銥元素(sù)的過量🚶‍♀️問題(tí)。最🧡常用的鉑(bo)銥合金觸點(diǎn)材料牌号有(yǒu)PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種🤩合金,成分(fèn)要求見表3[3]。

4.2鉑(bo)銥合金的加(jia)工工藝
　　鉑銥(yi)合金是一種(zhong)容易發生成(chéng)分偏析的合(he)金,也是容易(yì)産🐇生内部縮(suo)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(jin)成分的均勻(yun)性。在進👨‍❤️‍👨行中(zhong)頻👄精煉時👌,爲(wèi)了減📐少由于(yú)銥元素的吸(xi)氣而産生合(he)金錠内部縮(suō)孔,爐腔的真(zhen)㊙️空度應保✂️持(chi)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(jīn)錠内部🈲的氣(qi)體。
　　鉑銥合金(jīn)的鍛打工藝(yì)與合金中銥(yī)的含量有密(mi)切關系,銥含(hán)量較低(≤ 20%)的合(he)金塑性較好(hao),合金錠經均(jun)勻化處理後(hou)可以進行冷(lěng)加工,而銥含(han)量較高(≥ 20%)的合(hé)金通常需要(yào)熱加工。
　　鉑銥(yī)合金棒材的(de)拉制應注意(yì)配模的變型(xíng)量,銥含量低(dī)的合金單次(ci)變形量可以(yǐ)大一些,銥含(hán)量高的合金(jīn)單次變形㊙️量(liàng)則小一些,而(ér)且有些合金(jīn)必須熱拉才(cái)能保證合金(jīn)具有良好的(de)塑性。拉制過(guò)程中應将棒(bang)材表面缺陷(xian)如包皮、劃痕(hén)💛清理幹淨,否(fǒu)則這些缺陷(xian)會影響元件(jian)的表面質量(liang)。
4.3鉑銥元件的(de)車床加工
　　車(che)床加工鉑銥(yī)元件存在的(de)主要問題:(1)鉑(bo)銥合金車加(jia)工時非常🍓容(róng)易粘刀,而且(qie)散發出大量(liang)熱量,刀具材(cai)料磨損🆚得很(hen)快,加工精度(dù)不容易控制(zhi);(2)流量計元件(jiàn)都有密封性(xìng)要求,大部分(fèn)密封是靠加(jiā)工斜面精度(dù)或倒R0.2的角來(lai)實現,所以對(duì)加工刀具的(de)精度要求很(hen)高,人工磨制(zhi)的刀具很難(nan)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(yong)壽命,但同時(shí)會帶走大量(liang)的粉狀車削(xuē)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(xu)要進行精細(xi)抛光。
　　針對以(yǐ)上問題,制定(dìng)了适當的加(jiā)工工藝和控(kong)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(mó)損對元件加(jiā)工尺❓寸精度(du)造成的影響(xiang),提高了産品(pin)的成品率;(2)采(cǎi)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(hào),同時有利于(yú)車削料的清(qing)洗和回收;(3)成(cheng)型刀具,滿足(zú)各種流量計(jì)用鉑銥元件(jian)的加工需要(yao);(4)采用了多種(zhǒng)抛光技術相(xiang)結合的抛光(guāng)方法,制得了(le)鏡面效果的(de)元件表面。采(cǎi)用高精度儀(yi)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(kòng)制🔅在± 0.005mm以内。
4.4鉑(bo)銥元件的檢(jiǎn)測
鉑銥元件(jian)的檢測主要(yao)包括成分分(fen)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(jīn)的難溶解性(xìng),不宜采用化(huà)學的分析方(fāng)法檢測其成(cheng)分。光譜和探(tàn)針分析雖然(rán)🔞有一定缺陷(xian),如對某些微(wei)量元素不能(néng)定量分析,隻(zhi)能通過☁️标樣(yang)作定性分析(xī),而主元素的(de)測量誤差也(yě)通常比化學(xué)分析大一些(xie)。但由于通常(chang)情況下鉑銥(yī)合金的主元(yuán)素鉑和銥要(yao)求成分偏差(chà)不超過0.5%,雜質(zhi)♍總量的要求(qiu)不㊙️超過0.3%,所以(yi)采用光譜或(huo)探針的測量(liang)方法是完全(quan)可以滿足要(yao)求的。
(2)表面質(zhì)量檢測:表面(mian)質量的檢測(cè)包括表面裂(liè)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(tàn)傷也很困難(nan),采用🌈超聲波(bō)探傷💋和着色(sè)探傷相結合(hé)🈲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(biao)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(miàn)R的弧度、密封(fēng)🚶處的倒角弧(hu)度等尺寸是(shì)精度要求最(zuì)高的,需要重(zhòng)點檢測。R弧度(dù)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(yao)用環規(通止(zhi)規)進行檢測(ce);密封處的倒(dǎo)角一般尺寸(cùn)較小爲R0.2～ 0.3mm,三坐(zuo)标法檢測有(yǒu)一定的困難(nan),投影檢測💚必(bi)須對元件㊙️進(jin)行破壞,用輪(lun)廓儀進行檢(jiǎn)測🧑🏽‍🤝‍🧑🏻可以在不(bu)破壞🐕元件的(de)情況下得到(dao)較⚽好的檢測(cè)效果。
5鉑銥電(diàn)極在流量計(jì)領域的應用(yong)現狀及前景(jing)
5.1應用現狀
　　我(wǒ)國目前在流(liu)量計領域每(měi)年消耗鉑銥(yi)電極約20000～ 25000顆🌈。由(yóu)🔴于國内以前(qian)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(zì)行機加工成(chéng)元件,而有🚶‍♀️些(xie)對元件質量(liàng)要求高的公(gōng)司🔴則直接🏃‍♂️使(shi)用進口元件(jiàn),這些進口元(yuán)件大部分來(lái)自德國和日(rì)本。
5.2産品發展(zhan)方向
　　資源節(jiē)約型産品是(shì)未來産品的(de)發展方向,鉑(bó)和銥✔️均是世(shì)界稀缺的資(zi)源,所以鉑銥(yi)元件的設計(jì)和生産工藝(yi)均應充分考(kǎo)慮節約材料(liao)的因素。現在(zai)有的使用廠(chang)家也在逐步(bù)進行産品的(de)升級🐕換代,在(zài)不影響使用(yong)性能的條件(jiàn)下,将原來♊完(wan)全用鉑銥合(hé)金制😍作的元(yuan)件改爲部分(fèn)使用鉑銥合(hé)金。比如有的(de)廠家将裝配(pèi)後浸于腐蝕(shí)液的部分設(she)計成鉑銥材(cai)🌈料,其餘部分(fen)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(shi)貴金屬元件(jiàn)的最新發展(zhǎn)方向,其中包(bāo)鉑的貴金屬(shu)元件在我國(guo)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(bù),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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