提高电磁流量计衬里和电极的加工粗糙度水平,不仅仅是改善了产品的外观性能,更重要的是从本质上降低了流体噪声产生的几率和幅度,从而提高流量计测量的灵敏度和稳定性。本文从传感器衬里和电极粗糙度引起电磁流量计动态零点的流体噪声分类、产生,引导出能够降低流体噪声提高信噪比的重要措施。进而介绍电磁流量计传感器制造中一些关键工艺措施,希望对提高我国电磁流量计制造水平和产品竞争能力起到一定帮助作用。
关键词 流体噪声 极化电压 电极钝化膜
序言
电磁流量计测量中,电解质流体对金属电极的电化学反应会产生直流极化电压。这种与流速无关的电压被称为流体噪声。从法拉第1832年应用地磁场和电磁感应方法测量泰晤士河流速的失败,到广泛地应用电磁流量计测量导电液体流量的今天,流体噪声一直是电磁流量计要解决的重要技术问题之一。尤其在进入低频矩形波励磁时代以来,流体噪声的影响表现得更为突出。往往有些新装配的流量计受电极极化的影响,输出摆动需要经过长时间在水中浸泡才能消除。流体噪声的大小直接影响到流量计测量的灵敏度、线性度和稳定性。因此,研究流体噪声,探讨其产生的原因,找出降低流体噪声的方法,提高传感器信噪比,特别是对微弱励磁电流(电磁水表、两线制电磁流量计)的发展和低流速(0.1m/s以下)及高流速(15m/s以上)流量测量范围的扩展具有重大意义。
1.流体噪声
电磁流量计在应用中除了受周围环境条件,电磁场、静电场等因素产生的噪声影响外,被测介质的流体噪声也是非常重要的影响因素。流体噪声是一种直流极化电压,在低频矩形波励磁方式中尤为突出,常有:浆液噪声、流动噪声和流速噪声。
流体噪声的产生原因有下面几种情况:
⑴不锈钢电极的耐腐蚀是在其表面具有一个极薄的钝化层,使得电化学反应达到平衡状态。如图1所示,流体中的固体物撞击电极,使得电极表面钝化层被破坏,失掉电化学平衡。而金属材料与流体介质接触具有重新恢复生成表面钝化层保持电化学平衡的能力。在达到点化学平衡期间,金属和流体中的游离离子在信号电场作用下不断进行着电化学反应。固体颗粒撞击电极,不断破坏保护的钝化层;电化学反应又反复生成钝化层,于是形成了电极间的电位不断大幅地度变化,这种变化的电位造成流量信号中的流体噪声。这种情况也即电磁流量计中通常讲的浆液噪声。理论和实践表明,影响电化学反应信号电场变化的频率升高,可使流体噪声幅度迅速下降,这就是高频励磁和双频励磁可以解决浆液测量的原因。
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