摘要:介(jiè)紹了
電磁流量(liàng)計
中(zhōng)電極(jí)的工(gōng)作原理(lǐ)、鉑銥電(diàn)極的特性和使(shǐ)用範圍、鉑銥電極的(de)生(shēng)産工藝(yì)問題(tí)及解(jiě)決措(cuò)施等(děng);并(bìng)展望了(le)電磁流量計電極材(cái)料的(de)發展(zhǎn)方向,包鉑及(jí)鉑(bó)銥合(hé)金由于可節約大(dà)量(liàng)貴金屬資(zī)源,具(jù)有廣(guǎng)闊的應用前景(jǐng)。
1引言
電磁流量(liàng)計是根據(jù)法拉(lā)第電磁感(gǎn)應定(dìng)律進行流量測量(liàng)的(de)流量計,廣(guǎng)泛應用(yòng)于測量導電性(xìng)液體,如給水排水(shuǐ)、紙漿、石油混合液體(tǐ)、化學及食品工(gōng)業的(de)液體等。電(diàn)極是電磁流量計的關鍵(jiàn)元件(jiàn),常用的電極材(cái)料有(yǒu)耐蝕(shí)不鏽(xiù)鋼、哈(hā)氏合(hé)金(jīn)、钛、钽、鉑(bó)銥合(hé)金等(děng)材料,其(qí)中鉑銥合金(jīn)是(shì)耐(nài)腐蝕(shí)性能好、适(shì)用範(fàn)圍廣(guǎng)的(de)電極材(cái)料。從2005年開始鉑(bó)銥元(yuán)件的(de)開發(fā)工作(zuò),在國内率(lǜ)先實(shí)現了鉑銥(yī)合金棒材和元件一體化(huà)規模生産,爲國内衆(zhōng)多用(yòng)戶解決了(le)生産難(nán)題,降低(dī)了生産成本(běn),并爲國内衆(zhōng)多合(hé)資公(gōng)司實現了(le)進口産品替代。
2電磁流(liú)量(liàng)計工(gōng)作原理
電磁流(liú)量計的工作原(yuán)理
是(shì)依據法拉(lā)第電(diàn)磁(cí)感應定(dìng)律。流量計(jì)測量(liàng)管是(shì)一内(nèi)襯絕緣材料的(de)非導磁合金(jīn)管,兩隻電極與(yǔ)軸(zhóu)流方向垂直安裝,電(diàn)極頭與内管表(biǎo)面平齊。當勵磁(cí)線圈由雙向進行方(fāng)波脈(mò)沖時(shí),即(jí)産生一(yī)個磁通密(mì)度(dù)爲b的磁(cí)場,此時有一定導電(diàn)率(lǜ)的流體(tǐ)流過測量管時,則切割(gē)磁力線(xiàn)感應産(chǎn)生(shēng)電動勢e。感(gǎn)應電動勢與流量成正比(bǐ),傳感器将感應(yīng)電(diàn)動(dòng)勢轉(zhuǎn)化爲标準電流信号(hào)(4～ 20ma)傳送(sòng)至流(liú)量積(jī)算儀(yí),流(liú)量積算(suàn)儀就可以顯示當前(qián)的流量值(zhí)v。圖1是電磁流量計的原理圖。
3電磁流(liú)量計電極種類(lèi)
電極(jí)是電磁流(liú)量計中的(de)核心(xīn)部件(jiàn),主要起着(zhe)傳輸電信号的作(zuò)用(yòng)。而信号傳(chuán)遞的(de)準确(què)性受(shòu)電極形狀、大小(xiǎo)、表面質(zhì)量及材料性能等因素影響,所以(yǐ)不同(tóng)的流量測量(liàng)應(yīng)選擇與之相适應的電極(jí)材料,這樣可以盡量保證(zhèng)測量的正(zhèng)确率和延(yán)長使用壽(shòu)命。電磁流(liú)量計常用的電極材(cái)料及耐腐蝕(shí)性能見表1。
雖然鉑銥電極耐(nài)腐蝕性能好,但(dàn)其性能(néng)也不是萬能(néng)的。其使用(yòng)也會受到一定(dìng)的條件限(xiàn)制,表(biǎo)2所列就有部分(fèn)是鉑銥合金不(bú)耐腐(fǔ)蝕的化學(xué)介(jiè)質,當然表中(zhōng)列入的溶液僅是示例,而(ér)非全部。
表1電極(jí)材料(liào)的耐腐蝕性能(néng)
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電極材料
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耐腐(fǔ)蝕性能
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0cr18ni12mo2ti
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對(duì)硝酸(suān)、室溫(wēn)下< 5%硫(liú)酸、沸(fèi)騰的磷酸(suān)、蟻酸(suān)、堿溶液、在一定(dìng)壓力下的(de)亞硫(liú)酸、海(hǎi)水(shuǐ)、醋酸等介質等(děng)有強的(de)耐
腐蝕(shí)性。可廣(guǎng)泛應用(yòng)于石油(yóu)化工、工業(yè)用水(shuǐ)、尿素、維尼綸(lún)等工業(yè)。
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哈(hā)氏合金b(hb)
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對沸點(diǎn)以(yǐ)下一切濃(nóng)度(dù)的鹽酸(suān)有良好的耐腐(fǔ)蝕性,也耐硫酸(suān)、磷酸、氫氟(fú)酸、有(yǒu)機酸等非氧化(huà)性酸、堿,非氧化(huà)性鹽(yán)液的腐
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哈(hā)氏合(hé)金c(hc)
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能(néng)耐氧(yǎng)化性(xìng)酸,如(rú)硝酸(suān)、鉻酸與(yǔ)硫酸的混合(hé)介質的腐蝕(shí),也耐氧化性(xìng)的如(rú)含fe3+、cu2+的(de)鹽類(lèi)的腐蝕。
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钛(tài)(ti)
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能耐(nài)海水、各(gè)種氯化物和次氯酸鹽(yán)、氧(yǎng)化(huà)性(xìng)酸(包括(kuò)發煙硝酸)、有機(jī)酸、堿等的腐蝕,不耐較(jiào)純的還(hái)原性酸(如(rú)硫酸(suān)、鹽酸)的腐(fǔ)蝕。但(dàn)如酸(suān)中含有氧(yǎng)化劑(如fe3+、cu2+)時,則腐(fǔ)蝕大(dà)爲(wèi)降低
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钽(ta)
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具有和玻(bō)璃相(xiàng)似的優越(yuè)耐腐(fǔ)蝕性,除氫氟酸、發煙(yān)硫酸(suān)等少(shǎo)數酸外,大部分酸液(yè)适用(yòng),氫氧化鈉等堿(jiǎn)液不(bú)适用。
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鉑(bó)、鉑銥合金
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對幾乎(hū)所有酸堿液(yè)耐(nài)腐蝕(shí)。王水(shuǐ)、铵鹽以及(jí)少數介(jiè)質不适(shì)用。
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表2鉑銥合金和钽不(bú)耐腐蝕(shí)的化學介質
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化學液(yè)體(tǐ)介(jiè)質
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鉑(bó)銥合(hé)金
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钽
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其它(tā)材料(liào)
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氟化鋁(aluminum fluoride)
硝酸鋁(aluminum nitrate)
氟(fú)化(huà)铵(ammonium fluoride)
氫(qīng)氧化鋇(bèi)(barium hydroxide)
二氧化(huà)氯(chlorine dioxide)
氯化銅(tóng)(copper fluoride)
氯化(huà)銅(tóng)(copper chloride)40%
氯氧(yǎng)銅(copper oxychloride)
氯化(huà)鐵(ferric chloride)
氯(lǜ)化鋅(xīn)(zinc chloride)50%
氟(fú)矽(xī)酸(fluosilicic acid)10%～ 40%
氫溴(xiù)酸(suān)(hydrobromic acid)50%
氫氟(fú)酸(hydrofluoric acid)10%～ 20%
氫氟矽酸(hydrofluosilicic acid)35%
次(cì)氯酸(suān)(hypochlorous acid)10%～ 20%
乙酸鉛(lead acetate)
氫(qīng)氧(yǎng)化鎂(magnesium hydroxide)
氫氧化(huà)鉀(potassium hydroxide)10%～ 40%
氰(qíng)化鈉(sodium ferrocyanide)
氫(qīng)鐵酸鈉(sodium ferrocyanide)
氫亞(yà)鐵酸鈉(sodium ferricyanide)
氟化(huà)鈉(nà)(sodium fluoride)5%～ 50%
氫氧(yǎng)化鈉(nà)(sodium hydroxide)5%～ 50%
硫酸(sulfuric acid)10%～ 50%
硫代(dài)硫酸鈉(nà)(sodium thiosulfate)
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b
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b(哈(hā)氏合(hé)金c)
b(哈氏合(hé)金c)
b(哈氏合(hé)金c)
b(哈(hā)氏合金c)
b(哈氏(shì)合金c)
a(哈(hā)氏合金c)
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4鉑(bó)銥電(diàn)極生(shēng)産中(zhōng)的問題及解決措施(shī)
4.1鉑銥(yī)合金的成(chéng)分設計(jì)
銥是一(yī)種揮發(fā)性(xìng)非常(cháng)強(qiáng)的金屬,在1500℃時(shí)其蒸汽壓比鉑(bó)低兩個數量級(jí)[2],在高溫熔(róng)煉時(shí)其揮(huī)發性是鉑(bó)的幾十(shí)倍,所以(yǐ)在進行合金的成分設計(jì)時必(bì)須考(kǎo)慮銥元素(sù)的過量問題。最常用的(de)鉑(bó)銥合(hé)金觸點材(cái)料(liào)牌(pái)号有ptir10、ptir20、ptir25 3種合金,成(chéng)分要求(qiú)見表3[3]。
4.2鉑(bó)銥合金(jīn)的加工(gōng)工藝(yì)
鉑銥合金是一(yī)種容易發(fā)生成分偏(piān)析的合金(jīn),也是(shì)容易(yì)産生内部(bù)縮孔(kǒng)等(děng)缺陷的合金(jīn),采用高(gāo)頻和(hé)中(zhōng)頻二(èr)次(cì)真(zhēn)空熔(róng)煉可提高合金成分(fèn)的均勻性(xìng)。在進行中頻精(jīng)煉時,爲了(le)減(jiǎn)少(shǎo)由于(yú)銥元(yuán)素的(de)吸氣(qì)而(ér)産生合(hé)金錠内(nèi)部縮孔,爐腔的真空度(dù)應保持在10- 2mp等(děng)級(jí)。多次(cì)重熔的方法也(yě)有(yǒu)利(lì)于充分排盡合金錠内部的氣體。
鉑(bó)銥合(hé)金(jīn)的鍛打(dǎ)工藝與合(hé)金中銥的含(hán)量有密切關系,銥含量較低(≤ 20%)的合金塑(sù)性較好(hǎo),合(hé)金錠(dìng)經均勻化處理(lǐ)後可(kě)以進行冷加工(gōng),而銥含量(liàng)較高(≥ 20%)的合金通(tōng)常需要熱加工(gōng)。
鉑銥合(hé)金(jīn)棒材(cái)的拉制(zhì)應注意(yì)配模的變(biàn)型量(liàng),銥含量低(dī)的合(hé)金單次變形量(liàng)可以(yǐ)大一(yī)些,銥含量高(gāo)的(de)合金(jīn)單次變(biàn)形量則小一些,而(ér)且有些合金必須熱(rè)拉才(cái)能保證合金具(jù)有(yǒu)良(liáng)好的(de)塑性。拉制(zhì)過程中應将棒材表(biǎo)面缺陷如包皮、劃痕清理幹淨(jìng),否則這(zhè)些缺陷(xiàn)會影響元件的(de)表(biǎo)面質量。
4.3鉑銥元件的車床加工
車床(chuáng)加工鉑(bó)銥元件存在的主要問題(tí):(1)鉑銥(yī)合金(jīn)車(chē)加工時(shí)非常容易(yì)粘(zhān)刀(dāo),而且(qiě)散(sàn)發出大量熱量,刀(dāo)具材(cái)料磨損得很快(kuài),加工精度不容(róng)易控(kòng)制;(2)流量計元件都有(yǒu)密封性要求(qiú),大部分(fèn)密封是靠(kào)加工(gōng)斜面(miàn)精度或倒(dǎo)r0.2的角來實(shí)現,所以對加工刀具的精度(dù)要(yào)求很高,人工磨制的刀(dāo)具很(hěn)難達到要求;(3)使(shǐ)用沖冷(lěng)卻液方式可以(yǐ)有效(xiào)地降低刀(dāo)具加(jiā)工的溫度,延(yán)長(zhǎng)使(shǐ)用壽命(mìng),但同時會帶走(zǒu)大量的粉(fěn)狀車(chē)削料,加(jiā)大(dà)了貴金屬(shǔ)材料的損(sǔn)耗;(4)元件的(de)使用面光(guāng)潔(jié)度要求很高,車加(jiā)工難(nán)以達到要求,需(xū)要進行精細抛光。
針(zhēn)對以(yǐ)上問(wèn)題,制定了适當(dāng)的加工工藝和(hé)控制措(cuò)施(shī):(1)對每(měi)個元(yuán)件的每個尺寸進行在線(xiàn)監測(cè),避免了刀(dāo)具磨損對(duì)元件(jiàn)加工(gōng)尺(chǐ)寸精度(dù)造成(chéng)的(de)影響,提高(gāo)了(le)産(chǎn)品的成(chéng)品率(lǜ);(2)采用了(le)塗(tú)刷冷(lěng)卻液(yè)的方(fāng)式進行鉑銥元(yuán)件加(jiā)工,減少了(le)材(cái)料損耗(hào),同時有利(lì)于車(chē)削料(liào)的清洗(xǐ)和(hé)回收;(3)成型刀具,滿足(zú)各種(zhǒng)流量計用鉑銥元件的加(jiā)工需要;(4)采用了(le)多種抛光技術(shù)相結合(hé)的抛光方法(fǎ),制得了鏡面效(xiào)果的(de)元件(jiàn)表面。采用高精(jīng)度儀表車床加(jiā)工元(yuán)件後,元件(jiàn)的成品(pǐn)率達到(dào)95%以上,加(jiā)工精度(dù)可以(yǐ)控制在(zài)± 0.005mm以内。
4.4鉑(bó)銥元件的(de)檢測
鉑銥(yī)元件的檢測主要包(bāo)括成分分(fèn)析、表(biǎo)面質(zhì)量(liàng)和尺寸(cùn)檢測3方面的内容。
(1)成分檢測:由(yóu)于鉑(bó)銥合(hé)金的(de)難溶(róng)解性,不宜(yí)采用化學(xué)的(de)分(fèn)析方法檢(jiǎn)測其(qí)成分(fèn)。光譜(pǔ)和探(tàn)針分(fèn)析(xī)雖然有(yǒu)一(yī)定缺陷(xiàn),如對(duì)某些微量元素(sù)不能定量分析,隻能通過标樣(yàng)作定性分析,而(ér)主元素的測量(liàng)誤差也通(tōng)常(cháng)比(bǐ)化學(xué)分析大一(yī)些。但由于通常(cháng)情況(kuàng)下鉑(bó)銥合(hé)金的主元(yuán)素鉑和銥(yī)要求成分偏差不超過0.5%,雜(zá)質總(zǒng)量的要求(qiú)不超過0.3%,所(suǒ)以采用(yòng)光譜(pǔ)或(huò)探針(zhēn)的測量方(fāng)法是(shì)完全可以滿足要求的(de)。
(2)表面質量檢測:表面質(zhì)量的檢(jiǎn)測包括(kuò)表面(miàn)裂紋和表(biǎo)面粗糙度(dù)的檢測。由(yóu)于鉑銥元件的(de)密度大,不适宜(yí)射(shè)線探傷(shāng);由于加工鉑銥元件(jiàn)的鉑(bó)銥棒(bàng)材通常直徑較(jiào)小(< 8mm),超(chāo)聲波探傷(shāng)也很困難,采用(yòng)超聲(shēng)波探傷和(hé)着色(sè)探傷(shāng)相結合的辦法來檢(jiǎn)測合金的(de)内部和表面裂紋,達(dá)到了比較理想的效(xiào)果,元件的表面粗(cū)糙度通常用目測或放(fàng)大鏡配(pèi)合檢測(cè)即可。
(3)尺寸檢測(cè):元件(jiàn)的配(pèi)合螺紋、傳(chuán)遞信(xìn)号面r的弧度、密封處的倒(dǎo)角弧度等(děng)尺寸是精度(dù)要(yào)求最高(gāo)的,需要(yào)重點檢測(cè)。r弧度根據(jù)大小和精(jīng)度要求通常用(yòng)r規、工(gōng)具(jù)顯微(wēi)鏡(jìng)或投影儀檢測(cè);螺紋一般(bān)需要(yào)用環(huán)規(通(tōng)止規(guī))進(jìn)行(háng)檢測;密封(fēng)處的倒角一般尺寸較小爲r0.2～ 0.3mm,三坐标(biāo)法檢測有(yǒu)一定(dìng)的困難,投(tóu)影檢測必(bì)須對(duì)元件進(jìn)行破壞(huài),用輪廓儀進行檢測可(kě)以在不(bú)破壞(huài)元件的情況下(xià)得到較好(hǎo)的檢(jiǎn)測(cè)效(xiào)果。
5鉑銥電極在流量(liàng)計領域(yù)的應用(yòng)現狀及前景
5.1應(yīng)用現狀(zhuàng)
我國目(mù)前在流量計(jì)領域每年(nián)消(xiāo)耗鉑(bó)銥電極約20000～ 25000顆。由于國内以前沒(méi)有專門的鉑銥(yī)元件生(shēng)産(chǎn)廠家(jiā),需方單(dān)位須采(cǎi)購鉑銥(yī)棒(bàng)材自(zì)行機(jī)加工成元(yuán)件,而有些(xiē)對元(yuán)件質(zhì)量要(yào)求高(gāo)的公司則(zé)直接(jiē)使用進口(kǒu)元件,這些進(jìn)口(kǒu)元件(jiàn)大部分來自德(dé)國和(hé)日(rì)本(běn)。
5.2産品(pǐn)發展(zhǎn)方向(xiàng)
資源(yuán)節約型(xíng)産品是未來(lái)産品的發(fā)展(zhǎn)方向,鉑(bó)和銥均是(shì)世界稀(xī)缺(quē)的資源,所(suǒ)以鉑(bó)銥元(yuán)件(jiàn)的設計(jì)和生産工藝均(jun1)應充(chōng)分考慮節(jiē)約材(cái)料的(de)因素。現在(zài)有的使用(yòng)廠家也在(zài)逐步進行産品的升(shēng)級換代(dài),在不影(yǐng)響使用性(xìng)能的(de)條件下(xià),将原來(lái)完全用鉑銥合(hé)金制作的元件(jiàn)改爲部分使用(yòng)鉑銥合金。比如(rú)有的廠(chǎng)家将裝(zhuāng)配後(hòu)浸于腐蝕(shí)液的(de)部分設計(jì)成鉑銥材料,其餘部分設計成其它材料(liào),通過螺紋(wén)或焊接的(de)方式(shì)将兩(liǎng)者連接起來。
另一方(fāng)面,包覆(fù)型貴(guì)金(jīn)屬是貴金(jīn)屬元(yuán)件的最(zuì)新(xīn)發展方向,其中(zhōng)包鉑的(de)貴金(jīn)屬(shǔ)元件(jiàn)在我國一些企(qǐ)業已經開(kāi)始得(dé)到應(yīng)用,通過包(bāo)鉑及包鉑(bó)銥的貴金屬元件。随(suí)着科學技(jì)術的進步(bù),更多(duō)、更先(xiān)進的工藝(yì)将在貴金屬元件得到應用(yòng)。
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