電磁流量計(jì)直流干擾
來(lái)源：江蘇宏佳儀表有限公司作者：admin發(fā)表時(shí)間：2019-01-30 08:10【小中大】
電磁流量計(jì)傳感器電極信號(hào)中的直流噪聲是來(lái)自測(cè)量電解質(zhì)的電化學(xué)現(xiàn)象。金屬材料的電極和接液部件（接地環(huán)、接地電極或金屬管道）與電解質(zhì)液體相接觸，電解質(zhì)液體中的離子將向它們定向移動(dòng)，從而在電極、接液部件與流體介質(zhì)間會(huì)形成一定的電位，這就是我們平常所說(shuō)的極化現(xiàn)象。如果兩電極對(duì)接液部件的電位相等、方向相同，兩電極之間的電位差等于零。當(dāng)兩個(gè)電極材質(zhì)或表面狀態(tài)有差異時(shí)，兩電極之間的電位差就表現(xiàn)出來(lái)?；蛘?，接液部件與液體間出現(xiàn)波動(dòng)大的極化電壓時(shí)，極化電壓的波動(dòng)也會(huì)在電極間反映出來(lái)。這個(gè)現(xiàn)象可以用一個(gè)小實(shí)驗(yàn)觀察。當(dāng)用高靈敏度的毫伏電壓表（數(shù)字式萬(wàn)用表的電壓檔）的試第插入一杯水中，電壓表能讀出電壓值。這是因?yàn)殡妷罕碓嚬P的材質(zhì)有差異，試筆上形成的極化電位不同，因而出現(xiàn)了電位差。
電極與接地環(huán)（或金屬管道、接地電極）材質(zhì)不同，使得它們與電解質(zhì)液體之間形成的極化電壓大小和極性也不同。極化作用形成的電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量電極、金屬管道（或者接地環(huán)、接地電極）對(duì)流體（視為零歐姆的電阻）的電壓分別為a、b和c，可以看出c是共模電壓狀態(tài)，它們分別與差動(dòng)的流量信號(hào)疊加，將共模干擾轉(zhuǎn)換為串模狀態(tài)進(jìn)人轉(zhuǎn)換器的差動(dòng)放大器。過(guò)大的串模極化電壓（可能高達(dá)數(shù)百毫伏）直接進(jìn)入差動(dòng)放大器往往把放大器阻塞，流量信號(hào)不能放大。即使能放大，由于疊加的共模電壓是漂移變動(dòng)的，所以流量信號(hào)的輸出擺動(dòng)也很大。這樣看來(lái)，降低極化電壓的產(chǎn)生非常重要。例如，用鉭電極或鉑金電極在測(cè)量水流量時(shí)，以碳鋼管道為接液部件，輸出擺動(dòng)很大。因此，即使電極應(yīng)用很好的耐腐蝕金屬材料，未注意到接液部件材質(zhì)的極化電位，同樣也會(huì)發(fā)生大的輸出擺動(dòng)。
任何金屬浸入一種電解質(zhì)溶液時(shí)，其帶電的正離子趨向于溶解而金屬本身則保持負(fù)電荷，這就形成了一定電位的電極。這種電極在介質(zhì)中形成一個(gè)電位差，同時(shí)產(chǎn)生電流，使電極繼續(xù)溶解，即繼續(xù)腐蝕，這就是電化學(xué)的過(guò)程。
按金屬材料學(xué)，在一種金屬中加入其他合金材料，能提高基體的電極電位。譬如鐵素體中溶解11.7%的鉻時(shí)，其電極電位將由-0.56V躍升為+0.20V；加入大量的鉻或鉻鎳，合金能使鋼形成單相的奧氏體組織，以免形成微電池，降低直流極化電壓，從而顯著提高耐腐蝕性。
實(shí)踐中，可以用高輸人電阻的數(shù)字電壓表來(lái)測(cè)試安裝在管路中并充滿(mǎn)流體的電磁流量計(jì)傳感器兩電極分別對(duì)接地環(huán)的直流電壓。我們發(fā)現(xiàn)，如果金屬電極的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電位比接地部件材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電位高時(shí)，測(cè)得電極對(duì)接地基準(zhǔn)點(diǎn)電壓為正，否則為負(fù)。如果電極材質(zhì)與接地部件的材質(zhì)相同，兩電極對(duì)接地基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓幅度很小。因此，以普通碳鋼材質(zhì)管道為接液部件的傳感器，電極上的極化電壓比較高。而且，由于碳鋼管道的內(nèi)部表面銹蝕狀態(tài)差異較大，兩電極對(duì)接液基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓會(huì)不相等，這種不相等的直流電壓發(fā)生儀表輸出的漂移。大的直流串模干擾往往堵塞轉(zhuǎn)換器放大器，影響測(cè)量線性度。
電極和接液部件材質(zhì)的極化過(guò)程也是材料腐蝕的過(guò)程。它們的表面的狀態(tài)影響到腐蝕的速率和強(qiáng)度，流體溫度對(duì)金屬的腐蝕速率影響也很大。材料腐蝕過(guò)程是氧化——還原反應(yīng)，而且反應(yīng)過(guò)程又是電化學(xué)的平衡過(guò)程。材料受到電解質(zhì)的腐蝕，在材料的表面會(huì)形成一個(gè)抗拒腐蝕的薄膜。一且有了這個(gè)薄膜，腐蝕減弱，這個(gè)薄膜被破壞，材料會(huì)重新生成，直至被完全腐蝕。有這樣的例子，維修的傳感器用粗糙的砂紙打磨電極，在測(cè)量清水時(shí)發(fā)生輸出擺動(dòng)，當(dāng)將傳感器充滿(mǎn)水泡一段時(shí)間后輸出不擺動(dòng)了。這是因?yàn)榻?jīng)打磨的電極表面粗糙，抗水銹蝕的氧化膜被破壞。電極接觸水后要重新生成氧化膜，就有大的極化電壓發(fā)生，所以發(fā)生輸出擺動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，氧化膜形成極化電壓就降低了，輸出即不發(fā)生擺動(dòng)。
實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，還有一些產(chǎn)生直流干擾的可能。一種情況是工業(yè)金屬管道為了防腐的目的在管道通以數(shù)十安培級(jí)、直流的陰極保護(hù)電流，陰極電流可能在傳感器兩端形成不可忽視的電壓降，這個(gè)壓降改變著信號(hào)的基準(zhǔn)電平成為直流共模干擾；另一種情況是應(yīng)用在電解系統(tǒng)，如電解鋁過(guò)程中，測(cè)量電解鋅的漿液，流體介質(zhì)帶有大的直流電流，同樣在傳感器兩端產(chǎn)生大的直流壓降。這兩種應(yīng)用的情況可以使用導(dǎo)電性良好的大面積紫銅板，把傳感器兩端短路起來(lái)，讓直流電流由紫銅板旁路流過(guò)。
另外，在電磁流量計(jì)測(cè)量中還有一種表現(xiàn)在低電導(dǎo)率介質(zhì)測(cè)量時(shí)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象的直流極化電壓，這就是前文所稱(chēng)的“流動(dòng)噪聲”。被測(cè)流體的電導(dǎo)率低到一定程度，警如酒精、純水等介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，如同電容器中的電荷移動(dòng)，位移電流不可忽視。
流體在流動(dòng)中摩擦襯里表面，使得聚集電極附近的電荷跟隨移動(dòng)，于是在電極上感應(yīng)出變動(dòng)的極化噪聲。很顯然，如果介質(zhì)的介電常數(shù)高，則位移電流大，電極附近運(yùn)動(dòng)的電荷也增多，流動(dòng)噪聲隨介質(zhì)介電常數(shù)增高而增大；根據(jù)邊界條件忽略位移電流的條件，流體電導(dǎo)率。的減小，位移電流將增大，流體電導(dǎo)率與流動(dòng)噪聲電壓成反比關(guān)系；粘度高的流體中，電荷不容易克服流體的束縛力而游離到電極附近，所以流體運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)大小與流動(dòng)噪聲成反比；流量信號(hào)電壓作為電介質(zhì)的外加電場(chǎng)，流體的流速越高，電極上感應(yīng)的信號(hào)電壓也越高，即施加在電介質(zhì)流體的外電場(chǎng)強(qiáng)度越大，從而加劇電荷的移動(dòng)，流動(dòng)噪聲也增大。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，流體流速與流動(dòng)噪聲大小量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。另外，物理學(xué)告訴我們，外電場(chǎng)的頻率對(duì)電介質(zhì)的極化影響很大。由于極化是個(gè)過(guò)程，存在極化弛豫現(xiàn)象，當(dāng)電場(chǎng)頻率增高時(shí)、轉(zhuǎn)向極化（有極分子組成電介質(zhì)的極化過(guò)程）來(lái)不及“跟隨”，亦即電偶極子來(lái)不及隨電場(chǎng)變化而作相應(yīng)的轉(zhuǎn)向，于是轉(zhuǎn)向極化實(shí)際上不存在，電介質(zhì)的介電常數(shù)將大為減小。因此，勵(lì)磁頻率高時(shí)，極化現(xiàn)象減弱，流動(dòng)噪聲降低。但是，也應(yīng)注意到過(guò)高的勵(lì)磁頻率使電介質(zhì)的介質(zhì)損耗加大。在外加電壓作用下，電介質(zhì)中的一部分電能轉(zhuǎn)換為熱能。高頻外電場(chǎng)使電介質(zhì)反復(fù)極化，頻率意高，發(fā)熱愈顯著。所以，一般用于低電導(dǎo)率測(cè)量流量計(jì)的助磁頻率可能在100-400Hz。
電極與接地環(huán)（或金屬管道、接地電極）材質(zhì)不同，使得它們與電解質(zhì)液體之間形成的極化電壓大小和極性也不同。極化作用形成的電磁流量計(jì)傳感器測(cè)量電極、金屬管道（或者接地環(huán)、接地電極）對(duì)流體（視為零歐姆的電阻）的電壓分別為a、b和c，可以看出c是共模電壓狀態(tài)，它們分別與差動(dòng)的流量信號(hào)疊加，將共模干擾轉(zhuǎn)換為串模狀態(tài)進(jìn)人轉(zhuǎn)換器的差動(dòng)放大器。過(guò)大的串模極化電壓（可能高達(dá)數(shù)百毫伏）直接進(jìn)入差動(dòng)放大器往往把放大器阻塞，流量信號(hào)不能放大。即使能放大，由于疊加的共模電壓是漂移變動(dòng)的，所以流量信號(hào)的輸出擺動(dòng)也很大。這樣看來(lái)，降低極化電壓的產(chǎn)生非常重要。例如，用鉭電極或鉑金電極在測(cè)量水流量時(shí)，以碳鋼管道為接液部件，輸出擺動(dòng)很大。因此，即使電極應(yīng)用很好的耐腐蝕金屬材料，未注意到接液部件材質(zhì)的極化電位，同樣也會(huì)發(fā)生大的輸出擺動(dòng)。
任何金屬浸入一種電解質(zhì)溶液時(shí)，其帶電的正離子趨向于溶解而金屬本身則保持負(fù)電荷，這就形成了一定電位的電極。這種電極在介質(zhì)中形成一個(gè)電位差，同時(shí)產(chǎn)生電流，使電極繼續(xù)溶解，即繼續(xù)腐蝕，這就是電化學(xué)的過(guò)程。
按金屬材料學(xué)，在一種金屬中加入其他合金材料，能提高基體的電極電位。譬如鐵素體中溶解11.7%的鉻時(shí)，其電極電位將由-0.56V躍升為+0.20V；加入大量的鉻或鉻鎳，合金能使鋼形成單相的奧氏體組織，以免形成微電池，降低直流極化電壓，從而顯著提高耐腐蝕性。
實(shí)踐中，可以用高輸人電阻的數(shù)字電壓表來(lái)測(cè)試安裝在管路中并充滿(mǎn)流體的電磁流量計(jì)傳感器兩電極分別對(duì)接地環(huán)的直流電壓。我們發(fā)現(xiàn)，如果金屬電極的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電位比接地部件材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電位高時(shí)，測(cè)得電極對(duì)接地基準(zhǔn)點(diǎn)電壓為正，否則為負(fù)。如果電極材質(zhì)與接地部件的材質(zhì)相同，兩電極對(duì)接地基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓幅度很小。因此，以普通碳鋼材質(zhì)管道為接液部件的傳感器，電極上的極化電壓比較高。而且，由于碳鋼管道的內(nèi)部表面銹蝕狀態(tài)差異較大，兩電極對(duì)接液基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓會(huì)不相等，這種不相等的直流電壓發(fā)生儀表輸出的漂移。大的直流串模干擾往往堵塞轉(zhuǎn)換器放大器，影響測(cè)量線性度。
電極和接液部件材質(zhì)的極化過(guò)程也是材料腐蝕的過(guò)程。它們的表面的狀態(tài)影響到腐蝕的速率和強(qiáng)度，流體溫度對(duì)金屬的腐蝕速率影響也很大。材料腐蝕過(guò)程是氧化——還原反應(yīng)，而且反應(yīng)過(guò)程又是電化學(xué)的平衡過(guò)程。材料受到電解質(zhì)的腐蝕，在材料的表面會(huì)形成一個(gè)抗拒腐蝕的薄膜。一且有了這個(gè)薄膜，腐蝕減弱，這個(gè)薄膜被破壞，材料會(huì)重新生成，直至被完全腐蝕。有這樣的例子，維修的傳感器用粗糙的砂紙打磨電極，在測(cè)量清水時(shí)發(fā)生輸出擺動(dòng)，當(dāng)將傳感器充滿(mǎn)水泡一段時(shí)間后輸出不擺動(dòng)了。這是因?yàn)榻?jīng)打磨的電極表面粗糙，抗水銹蝕的氧化膜被破壞。電極接觸水后要重新生成氧化膜，就有大的極化電壓發(fā)生，所以發(fā)生輸出擺動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，氧化膜形成極化電壓就降低了，輸出即不發(fā)生擺動(dòng)。
實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，還有一些產(chǎn)生直流干擾的可能。一種情況是工業(yè)金屬管道為了防腐的目的在管道通以數(shù)十安培級(jí)、直流的陰極保護(hù)電流，陰極電流可能在傳感器兩端形成不可忽視的電壓降，這個(gè)壓降改變著信號(hào)的基準(zhǔn)電平成為直流共模干擾；另一種情況是應(yīng)用在電解系統(tǒng)，如電解鋁過(guò)程中，測(cè)量電解鋅的漿液，流體介質(zhì)帶有大的直流電流，同樣在傳感器兩端產(chǎn)生大的直流壓降。這兩種應(yīng)用的情況可以使用導(dǎo)電性良好的大面積紫銅板，把傳感器兩端短路起來(lái)，讓直流電流由紫銅板旁路流過(guò)。
另外，在電磁流量計(jì)測(cè)量中還有一種表現(xiàn)在低電導(dǎo)率介質(zhì)測(cè)量時(shí)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象的直流極化電壓，這就是前文所稱(chēng)的“流動(dòng)噪聲”。被測(cè)流體的電導(dǎo)率低到一定程度，警如酒精、純水等介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，如同電容器中的電荷移動(dòng)，位移電流不可忽視。
流體在流動(dòng)中摩擦襯里表面，使得聚集電極附近的電荷跟隨移動(dòng)，于是在電極上感應(yīng)出變動(dòng)的極化噪聲。很顯然，如果介質(zhì)的介電常數(shù)高，則位移電流大，電極附近運(yùn)動(dòng)的電荷也增多，流動(dòng)噪聲隨介質(zhì)介電常數(shù)增高而增大；根據(jù)邊界條件忽略位移電流的條件，流體電導(dǎo)率。的減小，位移電流將增大，流體電導(dǎo)率與流動(dòng)噪聲電壓成反比關(guān)系；粘度高的流體中，電荷不容易克服流體的束縛力而游離到電極附近，所以流體運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)大小與流動(dòng)噪聲成反比；流量信號(hào)電壓作為電介質(zhì)的外加電場(chǎng)，流體的流速越高，電極上感應(yīng)的信號(hào)電壓也越高，即施加在電介質(zhì)流體的外電場(chǎng)強(qiáng)度越大，從而加劇電荷的移動(dòng)，流動(dòng)噪聲也增大。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，流體流速與流動(dòng)噪聲大小量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。另外，物理學(xué)告訴我們，外電場(chǎng)的頻率對(duì)電介質(zhì)的極化影響很大。由于極化是個(gè)過(guò)程，存在極化弛豫現(xiàn)象，當(dāng)電場(chǎng)頻率增高時(shí)、轉(zhuǎn)向極化（有極分子組成電介質(zhì)的極化過(guò)程）來(lái)不及“跟隨”，亦即電偶極子來(lái)不及隨電場(chǎng)變化而作相應(yīng)的轉(zhuǎn)向，于是轉(zhuǎn)向極化實(shí)際上不存在，電介質(zhì)的介電常數(shù)將大為減小。因此，勵(lì)磁頻率高時(shí)，極化現(xiàn)象減弱，流動(dòng)噪聲降低。但是，也應(yīng)注意到過(guò)高的勵(lì)磁頻率使電介質(zhì)的介質(zhì)損耗加大。在外加電壓作用下，電介質(zhì)中的一部分電能轉(zhuǎn)換為熱能。高頻外電場(chǎng)使電介質(zhì)反復(fù)極化，頻率意高，發(fā)熱愈顯著。所以，一般用于低電導(dǎo)率測(cè)量流量計(jì)的助磁頻率可能在100-400Hz。
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