流量測量的目的和意義 流量與電磁感應法的流量測量 電磁感應法的流量測量 電磁流量計的特點 電磁流量計的測量原理和理論 電磁流量計的組成 法拉電磁感應定律 電磁流量傳感器的工作原理 流體的定義和連續介質的形態 壓縮性與膨脹性對電磁流量計測量的影響 表面張力對流量測量帶來的影響 液體的電性質在電磁流量計測量時的表現 電磁流量計權重函數的物理意義 電磁流量計權重函數的實際應用 流速分布對電磁流量計的影響 磁場邊緣效應對測量的影響一渦電流的產生 磁場在管軸線方向有限長情況下的靈敏度 電磁流量傳感器的基本結構 電磁流量計勵磁方式及其特點 電磁流量計勵磁線圈的形狀 電磁流量傳感器的磁路分析 電磁流量計電磁場的能量損耗 電磁流量傳感器磁路參數設計方法 電磁流量計測量管材質與耐壓強度 電磁流量計測量管的長度 電磁流量計襯里

 電磁流量計襯里


    電磁流量計工作的基本條件之一,是測量管內壁除電極處外,其余地方的法向電流為零。為滿足這一條件,簡單的方法是將導電的金屬測量管內壁和法蘭端面襯以絕緣襯里。通俗地講,用絕緣村里的目的是防止感應信號電壓被金屬管短路,可見絕緣襯里在電磁流量計應用中的作用重要。因此,在電磁流量計的發展歷史中,也伴隨著襯里材料的應用和襯里制造技術的不斷改進。
    被測導電介質的流體種類非常之多,它們的物理化學特性也不盡相同,不可能用一種絕緣材料的襯里來滿足所有應用電磁流量計的測量流體介質的物理化學特性要求。這些要求表現在:介質對襯里的耐溫度、熱沖擊、高壓、負壓、磨損、腐蝕、粘結、附著等方面的要求。反過來說,也正是因為測量管有能適應流體介質這些物化特性的各種襯里材料,使得電磁流量計的應用范圍更加廣闊。
    測量管襯以絕緣材料的村里,當然帶來了制造工藝的復雜化和各種加工的困難,因為各種襯里材料自身的物化性能不一樣,它們的加工方法也不一樣。所以,襯里加工成了傳感器制造中難度大的技術關鍵之一。
    參考文獻[7〕曾經依據管壁法向電流為零這一基本要求的原則,設想將金屬測量管管壁與被測流體介質間保持等電位狀態,這樣就可以不要絕緣襯里。這個設想曾經成功地做出了樣機。然而,電磁流量計毫伏級(甚至是微伏級)的流量信號電壓是以流體介質為零電位基準的,其上有遠大于流量信號幅值的共模干擾,所以在金屬管上很難找到一個穩定的零電位的參考電位。同時,這種金屬管內壁與流體等電位的做法,要把流量信號經功率放大后,用較大的電流加到金屬測量管上,使流體電位跟隨電極上的流量信號電位的變化,始終保持金屬測量管與流體介質為等電位狀態,這在技術上困難很大。因此,到目前為止,不用襯里的金屬測量管電磁流量計尚不能商品化。
    目前,外用于測量管的襯里材料有聚四氟乙烯、橡膠、聚氯乙烯、聚氨酯橡膠、工業陶瓷等材料,過去也有用玻璃鋼、搪瓷襯里、PVDF等,現在已很少用。下面對這些襯里材料的主要性能特點和加工方法作簡單介紹。
    1. 氟塑料
    用作電磁流量計的氟塑料品種中,通常有PTFE, FEP, E-TEE和PFA等幾種,其分子組成、性能、加工等參見表5一5,
    在這幾種氟塑料中.以聚四氟乙烯(F'I'FE)化學穩定性好,但PIFM與不銹鋼測量管很難粘結在一起。盡管現在PTFE與耐酸鋼測量管的粘結工藝已經突破,但有一部分產品的PTFE襯里與耐酸鋼測量管仍是緊貼狀態。因此,在使用時需要注意流體的溫度與壓力變化,發生負壓以及熱沖擊造成的溫度劇烈變化容易使襯里與側量管脫離、剝落、拉破,從而使電極密封泄漏,引起儀表輸出不穩定,甚至損壞。
    其余三種氟塑料耐腐蝕性略遜于PTFE,然而均可注塑或塑制,并且采用加不銹鋼鋼絲網或不銹鋼測量管內壁與法蘭端面車制燕尾槽等措施,注塑的氟塑料與其結合更加牢固,更能解決流體的熱沖擊和負壓問題。
    2. 橡膠
    橡膠是電磁流量計常用的襯里材料之一,在測量水、污水和一般弱酸、弱堿的常溫流體中使用.其使用量較大。常用像膠的種類有天然橡膠、氯丁橡膠、丁晴橡膠等。
    3. 聚氨酯橡膠
    聚氨酯橡膠(Polyurethane)有的耐磨性能,相當于天然橡膠10倍以上的耐磨性。一般用于測量含水的泥漿、水煤漿、礦漿的傳感器襯里,通常使用溫度在70℃以下。
    聚氨酯橡膠襯里通常有澆注成型、離心澆注成型,并經過硫化的工藝方法加工成型。
    4. 聚氯乙烯管
    硬聚氯乙烯管(PVC管)是一種工程塑料型材,不用再內襯絕緣材料,用來直接作為測量管用。譬如潛水型電磁流量計的測量管、導流噴嘴和仿真傳感器都是用硬聚氯乙烯管制造。有些低溫、低壓流體測量的一般電磁流量計測量管也可用硬聚氯乙烯管制造。
    硬聚氯乙烯具有良好的耐化學性、耐焰自熄、耐磨,及強度較高、電絕緣性較好等優點。它的缺點是熱穩定性差,受熱引起不同程度的降解。使用溫度在一20- +70℃可以用硬聚氯乙烯管和板,采用塑料焊接的加工方法制作傳感器。   
   5. 工業陶瓷
   20世紀80年代,以高純度三氧化二鋁材料為代表的工業陶瓷開始應用于電磁流量計的側量管中。工業陶瓷是以99.6%到99.9%的Al2O3制成坯燒結而成。工業陶瓷的耐腐性能見附錄F。工業陶瓷襯里較氟塑料、橡膠和聚氨酯橡膠襯里有很高的剛性和機械強度,具有良好的耐熱性、耐磨性和耐腐蝕性,其電絕緣性能也非常好。在高溫、高壓下幾乎不發生變形,因而尺寸穩定。通過熱沖擊破壞性試驗證明,的燒結工藝能夠保證工業陶瓷測量管較寬的耐熱沖擊性范圍。工業陶瓷的硬度非常高,以致難于用切削加工工藝對燒結后的測量管進行再加工。其耐磨性要比聚氨酯橡膠高10倍以上。工業陶瓷的耐腐蝕性決定于陶瓷的種類和純度。例如同樣是Al2O3,純度為99.7%和99.9%,如表3一3所示,純度不同抗腐蝕性能有較大差別。

純度﹨腐蝕環境

20%HCL,95℃

20%HCL,95℃

99.7 % A12O3

0.075mm/年

0.112mm/年

99.9 % A12O3

0.047mm/年

0.084nmi/年

表3一3不同純度的氧化鋁及抗腐蝕性能  

    應用工業陶瓷的測量管,能夠采用鉑粉與氧化鋁混合的金屬陶瓷(Pt一Al2O3)制成無密封部位的電極結構,這樣不會發生電極泄漏,不存在液體殘存和滲透等現象。電極部位與測量管的內壁具有尺寸相同,同樣光滑的表面,漿液流體流過時的摩擦系數小,出現的低頻極化電壓很低,儀表輸出穩定。這一材料和工藝的改進對解決電磁流量計的可靠性和耐腐蝕性至關重要.非常有效。高純度氧化鋁陶瓷的燒結溫度很高,大約在1800℃左右,已經超過金屬耐酸鋼的熔點。因此,燒結過程的升溫、保溫和冷卻降溫的時間控制和工藝方法直接影響到產品的質量。總之.工業陶瓷是比較理想的襯里材料。但是,由于生產工藝復雜,技術難度高,目前工業陶瓷電磁流量計尚待發展,國外也只能做到DN200以下的通徑測量管。


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