摘要(yao):介紹了電(dian)磁流量計(ji) 中電極的(de)工作原理(li)、鉑銥電極(ji)的特性和(he)使用範圍(wei)、鉑銥電❓極(ji)的生産工(gong)藝問題及(ji)解決措施(shi)等;并展望(wang)👣了電磁流(liu)量計㊙️電極(ji)材料的發(fa)展方向,包(bao)鉑及鉑銥(yi)合金由♍于(yu)可節約大(da)量貴金屬(shu)資源,具有(you)廣闊的應(ying)用前景。
1引(yin)言
　　電磁流(liu)量計是根(gen)據法拉第(di)電磁感應(ying)定律進行(hang)流量測♉量(liang)的流量計(ji),廣泛應用(yong)于測量導(dao)電性液體(ti),如給水排(pai)水、紙漿、石(shi)油混合液(ye)體、化學及(ji)食品工業(ye)的液體等(deng)。電極是電(dian)磁流量計(ji)的關鍵元(yuan)件,常用的(de)電極材料(liao)有☔耐蝕不(bu)鏽鋼、哈氏(shi)合📐金、钛、钽(tan)、鉑銥合金(jin)等材料,其(qi)中鉑銥合(he)金是耐腐(fu)蝕性能好(hao)、适用範圍(wei)廣的電極(ji)材料。從2005年(nian)開始鉑銥(yi)元🛀件的開(kai)發工作,在(zai)國内率先(xian)實現了鉑(bo)銥合金棒(bang)材和元件(jian)一體化規(gui)模生産,爲(wei)國内衆多(duo)用戶解決(jue)了生産難(nan)題,降低了(le)生産成本(ben),并爲國内(nei)衆多合資(zi)公司實現(xian)了進口🏃‍♀️産(chan)品替代。
2電(dian)磁流量計(ji)工作原理(li)
　　 電磁流量(liang)計的工作(zuo)原理 是依(yi)據法拉第(di)電磁感應(ying)定律。流量(liang)計測量管(guan)是一内💛襯(chen)絕緣材料(liao)的非導磁(ci)合金管,兩(liang)隻電極與(yu)軸流方向(xiang)☂️垂直安裝(zhuang),電極頭與(yu)内管表面(mian)平齊。當勵(li)磁線圈由(you)雙向進行(hang)方波脈沖(chong)時,即産生(sheng)一個磁通(tong)密度爲B的(de)磁場,此時(shi)有一定導(dao)電率的流(liu)體流過測(ce)量管❌時,則(ze)切割磁⛱️力(li)線感應産(chan)生電動勢(shi)E。感🙇🏻應電動(dong)勢與流量(liang)成正比,傳(chuan)感器将感(gan)應電💯動勢(shi)轉化爲标(biao)準電流信(xin)号(4～ 20mA)傳送至(zhi)流量積算(suan)儀,流量積(ji)算儀就可(ke)以顯示當(dang)前的流量(liang)值V。圖1是電(dian)磁流量計(ji)的原理圖(tu)。

3電磁(ci)流量計電(dian)極種類
　　電(dian)極是電磁(ci)流量計中(zhong)的核心部(bu)件,主要起(qi)着傳輸電(dian)信号的作(zuo)用。而信号(hao)傳遞的準(zhun)确性受電(dian)極形狀、大(da)小、表面質(zhi)量及材🧑🏾‍🤝‍🧑🏼料(liao)性能等因(yin)素影響,所(suo)以不同🌍的(de)流量🏃🏻測量(liang)應選擇與(yu)☔之相适💋應(ying)的電♈極材(cai)料,這樣可(ke)以盡量保(bao)證測量的(de)正确率和(he)延長使用(yong)壽命。電磁(ci)流量計常(chang)用的電極(ji)材♈料及耐(nai)腐蝕性能(neng)見表1。
　　雖然(ran)鉑銥電極(ji)耐腐蝕性(xing)能好,但其(qi)性能也不(bu)是萬能的(de)。其使用☔也(ye)會受到一(yi)定的條件(jian)限制,表2所(suo)列就有部(bu)分是鉑銥(yi)合金不耐(nai)腐蝕的化(hua)學介質,當(dang)然表中列(lie)入的溶液(ye)僅是示例(li),而非全部(bu)。
表1電極材(cai)料的耐腐(fu)蝕性能

電(dian)極材料	耐(nai)腐蝕性能(neng)
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti	對硝酸、室(shi)溫下< 5%硫酸(suan)、沸騰的磷(lin)酸、蟻酸、堿(jian)溶液、在一(yi)定壓力下(xia)的亞硫酸(suan)、海水、醋酸(suan)等介質等(deng)有強的耐(nai) 腐蝕性。可(ke)廣泛應用(yong)于石油化(hua)工、工業用(yong)水、尿素、維(wei)尼綸♊等工(gong)業。
哈氏合(he)金B(HB)	對沸點(dian)以下一切(qie)濃度的鹽(yan)酸有良好(hao)的耐腐蝕(shi)性,也耐硫(liu)酸、磷酸、氫(qing)氟酸、有機(ji)酸等非氧(yang)化性酸、堿(jian),非氧化✍️性(xing)鹽液的腐(fu)
哈氏合金(jin)C(HC)	能耐氧化(hua)性酸,如硝(xiao)酸、鉻酸與(yu)硫酸的混(hun)合介質的(de)腐蝕,也耐(nai)氧化性的(de)如含Fe3+、Cu2+的鹽(yan)類的腐蝕(shi)。
钛(Ti)	能耐海(hai)水、各種氯(lü)化物和次(ci)氯酸鹽、氧(yang)化性酸(包(bao)括發煙硝(xiao)酸)、有🐇機酸(suan)、堿等的腐(fu)蝕,不耐較(jiao)純的還原(yuan)性酸(如🈚硫(liu)酸、鹽酸)的(de)腐蝕。但如(ru)酸中含有(you)氧化劑(如(ru)Fe3+、Cu2+)時,則腐蝕(shi)🥰大爲降低(di)
钽(Ta)	具有和(he)玻璃相似(si)的優越耐(nai)腐蝕性,除(chu)氫氟酸、發(fa)煙硫酸等(deng)少❄️數酸外(wai),大部分酸(suan)液适用,氫(qing)氧化鈉等(deng)堿液不适(shi)用。
鉑、鉑銥(yi)合金	對幾(ji)乎所有酸(suan)堿液耐腐(fu)蝕。王水、铵(an)鹽以及少(shao)數介質😘不(bu)🌈适用。

表2鉑(bo)銥合金和(he)钽不耐腐(fu)蝕的化學(xue)介質

化學(xue)液體介質(zhi)	鉑銥合金(jin)	钽	其它材(cai)料
氟化鋁(lü)(Aluminum fluoride) 硝酸鋁(Aluminum nitrate) 氟(fu)化铵(Ammonium fluoride) 氫氧(yang)化鋇(Barium hydroxide) 二氧(yang)化氯(Chlorine dioxide) 氯化(hua)銅(Copper fluoride) 氯化銅(tong)(Copper chloride)40% 氯氧銅(Copper oxychloride) 氯(lü)化鐵(Ferric chloride) 氯化(hua)鋅(Zinc chloride)50% 氟矽酸(suan)(Fluosilicic acid)10%～ 40% 氫溴酸(Hydrobromic acid)50% 氫(qing)氟酸(Hydrofluoric acid)10%～ 20% 氫氟(fu)矽酸(Hydrofluosilicic acid)35% 次氯(lü)酸(Hypochlorous acid)10%～ 20% 乙酸鉛(qian)(Lead acetate) 氫氧化鎂(mei)(Magnesium hydroxide) 氫氧化鉀(jia)(Potassium hydroxide)10%～ 40% 氰化鈉(Sodium ferrocyanide) 氫(qing)鐵酸鈉(Sodium ferrocyanide) 氫(qing)亞鐵酸鈉(na)(Sodium ferricyanide) 氟化鈉(Sodium fluoride)5%～ 50% 氫(qing)氧化鈉(Sodium hydroxide)5%～ 50% 硫(liu)酸(Sulfuric acid)10%～ 50% 硫代硫(liu)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(哈氏(shi)合金C) B(哈氏(shi)合金C) B(哈氏(shi)合金C) B(哈氏(shi)合金C) B(哈氏(shi)合金C) A(哈氏(shi)合金C)

4鉑銥(yi)電極生産(chan)中的問題(ti)及解決措(cuo)施
4.1鉑銥合(he)金的成分(fen)設計
　　銥是(shi)一種揮發(fa)性非常強(qiang)的金屬,在(zai)1500℃時其蒸汽(qi)壓比鉑低(di)兩⭐個數量(liang)級[2],在高溫(wen)熔煉時其(qi)揮發性是(shi)鉑的幾十(shi)倍,所💰以在(zai)進行合金(jin)的成分設(she)計時必須(xu)考慮銥元(yuan)素的過量(liang)問題。最常(chang)用的鉑銥(yi)合金觸點(dian)材料🧡牌号(hao)有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種合金(jin),成分要求(qiu)見表3[3]。

4.2鉑銥(yi)合金的加(jia)工工藝
　　鉑(bo)銥合金是(shi)一種容易(yi)發生成分(fen)偏析的合(he)金,也是容(rong)🔆易♉産生内(nei)部縮孔等(deng)缺陷的合(he)金,采用高(gao)頻和中✨頻(pin)二次真空(kong)熔煉可💃提(ti)高合金成(cheng)分的均勻(yun)性。在進行(hang)中頻精煉(lian)時,爲了減(jian)少由于銥(yi)元素的吸(xi)氣而産生(sheng)合金錠内(nei)部縮孔,爐(lu)腔的真空(kong)度應保持(chi)在10- 2MP等級。多(duo)次重熔的(de)💁方法也有(you)利于充分(fen)排盡合金(jin)錠内部✏️的(de)氣體。
　　鉑銥(yi)合金的鍛(duan)打工藝與(yu)合金中銥(yi)的含量有(you)密切關系(xi),銥含量較(jiao)低(≤ 20%)的合金(jin)塑性較好(hao),合金錠經(jing)均勻化處(chu)理後可以(yi)進行冷加(jia)工,而銥含(han)量較高(≥ 20%)的(de)合金通常(chang)需要熱加(jia)工。
　　鉑銥合(he)金棒材的(de)拉制應注(zhu)意配模的(de)變型量,銥(yi)含量⁉️低的(de)合金單次(ci)變形量可(ke)以大一些(xie),銥含量高(gao)的合金♌單(dan)次變形🛀🏻量(liang)則小一些(xie),而且有些(xie)合金必須(xu)熱拉才能(neng)保證合金(jin)具有良好(hao)的塑性。拉(la)制過程中(zhong)應将棒材(cai)表面缺陷(xian)如包皮、劃(hua)痕清理幹(gan)淨,否則這(zhe)些✨缺陷會(hui)影響🐉元件(jian)的表面質(zhi)量。
4.3鉑銥元(yuan)件的車床(chuang)加工
　　車床(chuang)加工鉑銥(yi)元件存在(zai)的主要問(wen)題:(1)鉑銥合(he)金車🔞加工(gong)時非常容(rong)易粘刀,而(er)且散發出(chu)大量熱量(liang),刀具材料(liao)磨損得很(hen)快,加工精(jing)度不容易(yi)控制;(2)流量(liang)計元件都(dou)有密封性(xing)⛹🏻‍♀️要求,大部(bu)分密封是(shi)靠✍️加工斜(xie)面精💋度或(huo)倒R0.2的㊙️角來(lai)實現,所以(yi)對加工刀(dao)具的精度(du)要求💯很高(gao),人工磨🥰制(zhi)的刀具很(hen)難達到要(yao)求;(3)使用沖(chong)冷卻液方(fang)式可以有(you)📞效地降低(di)刀具加工(gong)的溫度,延(yan)長使用壽(shou)命,但同時(shi)會🏃‍♀️帶走大(da)量的粉狀(zhuang)車削料,加(jia)大了貴金(jin)屬材料的(de)損耗;(4)元件(jian)的使用面(mian)光潔度要(yao)求很高,車(che)加工難以(yi)達到要求(qiu),需要進行(hang)精細抛光(guang)。
　　針對以上(shang)問題,制定(ding)了适當的(de)加工工藝(yi)和控制措(cuo)施:(1)對每個(ge)元件的每(mei)個尺寸進(jin)行在線監(jian)測,避免了(le)刀具磨損(sun)對元件加(jia)工尺😘寸精(jing)度造成的(de)影響,提高(gao)了産品的(de)成品率;(2)采(cai)用了塗刷(shua)冷卻液的(de)方式進行(hang)鉑銥元件(jian)加工,減少(shao)了材料損(sun)耗,同時有(you)利于車削(xue)料的清洗(xi)和回收;(3)成(cheng)型刀具,滿(man)足各種⭕流(liu)量計用鉑(bo)🧡銥元件的(de)加工需要(yao);(4)采用了多(duo)種抛光技(ji)術相結合(he)📧的抛光方(fang)⭐法,制得㊙️了(le)鏡面效果(guo)的元件表(biao)面。采用高(gao)精☂️度儀表(biao)車床加工(gong)元件後,元(yuan)件的成♍品(pin)率達到95%以(yi)上,加工精(jing)度可以控(kong)制在± 0.005mm以内(nei)。
4.4鉑銥元件(jian)的檢測
鉑(bo)銥元件的(de)檢測主要(yao)包括成分(fen)分析、表面(mian)質量和💰尺(chi)⁉️寸檢🔱測3方(fang)🏃‍♂️面的内容(rong)。
(1)成分檢測(ce):由于鉑銥(yi)合金的難(nan)溶解性,不(bu)宜采用化(hua)學的🙇‍♀️分析(xi)方法檢測(ce)其成分。光(guang)譜和探針(zhen)分析雖然(ran)⭐有一👉定缺(que)🌈陷,如對某(mou)些微量元(yuan)素不能定(ding)量分析,隻(zhi)能通過标(biao)樣作💃定性(xing)分析,而主(zhu)元素的測(ce)量誤差也(ye)💞通常比化(hua)學分析大(da)一些。但由(you)于通常情(qing)況下鉑銥(yi)✉️合金的主(zhu)元素鉑和(he)銥要求成(cheng)分偏差不(bu)超過0.5%,雜質(zhi)🐕總量的要(yao)求不超過(guo)0.3%,所以采用(yong)光譜或探(tan)針的測量(liang)方法是完(wan)全可以滿(man)足要求的(de)。
(2)表面質量(liang)檢測:表面(mian)質量的檢(jian)測包括表(biao)面裂紋和(he)表面粗糙(cao)度的檢測(ce)。由于鉑銥(yi)元件的密(mi)度大,不适(shi)宜射線探(tan)傷;由于加(jia)工鉑銥元(yuan)件的鉑銥(yi)棒材通常(chang)直徑較小(xiao)(< 8mm),超聲波探(tan)傷也很困(kun)難,采用超(chao)聲波探傷(shang)和着色探(tan)傷相結合(he)的辦法來(lai)檢測合金(jin)🌈的内部和(he)表面裂紋(wen),達到了比(bi)較理想的(de)效果,元件(jian)的表面粗(cu)❤️糙度通常(chang)用目測或(huo)放大鏡配(pei)合檢測即(ji)可。
(3)尺寸檢(jian)測:元件的(de)配合螺紋(wen)、傳遞信号(hao)面R的弧度(du)、密封處的(de)倒角弧度(du)等尺寸是(shi)精度要求(qiu)最高的,需(xu)要重點檢(jian)測。R弧度根(gen)據大小和(he)精度要求(qiu)通常用R規(gui)、工具顯微(wei)鏡或投❌影(ying)儀檢🔴測;螺(luo)紋一般需(xu)要用環規(gui)(通止規)進(jin)行檢測;密(mi)封處的倒(dao)角😍一般尺(chi)寸較小爲(wei)R0.2～ 0.3mm,三坐标法(fa)檢測有一(yi)定的困難(nan),投影檢測(ce)必須對元(yuan)件進行破(po)壞,用輪廓(kuo)儀進行檢(jian)測🔱可以在(zai)不破壞元(yuan)件🏃‍♂️的情況(kuang)下得到較(jiao)好的檢測(ce)效果。
5鉑銥(yi)電極在流(liu)量計領域(yu)的應用現(xian)狀及前景(jing)
5.1應用現狀(zhuang)
　　我國目前(qian)在流量計(ji)領域每年(nian)消耗鉑銥(yi)電極約20000～ 25000顆(ke)。由💋于國💚内(nei)以前沒有(you)專門的鉑(bo)銥元件生(sheng)産廠家,需(xu)方單🍓位須(xu)🔆采購鉑銥(yi)💜棒材自行(hang)機加工成(cheng)元件,而有(you)些對元件(jian)質量要求(qiu)高的公司(si)則直接使(shi)用進口元(yuan)件,這些進(jin)口元件大(da)部分來自(zi)德國和日(ri)本。
5.2産品發(fa)展方向
　　資(zi)源節約型(xing)産品是未(wei)來産品的(de)發展方向(xiang),鉑和銥❄️均(jun)是世界稀(xi)缺的資源(yuan),所以鉑銥(yi)元件的設(she)計和生産(chan)工藝均應(ying)充分考慮(lü)節約材料(liao)的因素。現(xian)在有的使(shi)用廠家也(ye)在逐步進(jin)行産品的(de)升級換代(dai),在不影響(xiang)使用性能(neng)的條件下(xia),将原來完(wan)全用鉑銥(yi)合金制💚作(zuo)的元件改(gai)爲部分使(shi)用鉑銥合(he)金。比如有(you)的廠家将(jiang)裝配後浸(jin)🏃🏻于腐蝕液(ye)的部分設(she)計成鉑銥(yi)材料,其🔆餘(yu)部分設計(ji)成其👈它材(cai)料,通過螺(luo)紋或焊接(jie)的方式将(jiang)兩者連接(jie)起來。
　　另一(yi)方面,包覆(fu)型貴金屬(shu)是貴金屬(shu)元件的最(zui)新發展方(fang)向,其中包(bao)鉑的貴金(jin)屬元件在(zai)我國一些(xie)企業🧑🏽‍🤝‍🧑🏻已經(jing)開始得到(dao)應用,通過(guo)包鉑及包(bao)鉑銥的貴(gui)金屬元件(jian)。随着科學(xue)技術的🚩進(jin)步,更多、更(geng)先進的工(gong)藝将在貴(gui)金屬元件(jian)得到應用(yong)。

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