電磁流量計(jì)與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐濁型、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。
(1) 襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測(cè)量管)
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。氟塑料包括聚四氟乙烯(F-4)、全氟乙丙烯(四氟乙烯和六氟丙烯共聚物,F(xiàn)-46;國(guó)外商品名Teflon FEP,習(xí)稱FEP)、四氟乙烯和乙烯共聚物(F-40)和全氟烷基乙烯基醚共聚物(改性聚四氟乙烯,國(guó)外商品名Teflon FEP)玻璃鋼有用作襯里的,也有單獨(dú)制成測(cè)量管的。今年有采用高純氧化鋁(99.7%A12O3)陶瓷制成陳立的,但只限中小口徑傳感器。
氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及若酸堿,價(jià)格zui為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐濁性液體,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中zui早引用的是聚四氟乙烯,因與測(cè)量管間僅靠壓貼,無(wú)粘結(jié)力,不能用于負(fù)壓管道,后開發(fā)各種改性品種,實(shí)現(xiàn)注塑成型,與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力,可用于負(fù)壓,其品種為:
材料名稱(括號(hào)內(nèi)為略稱或習(xí)稱)
性能特點(diǎn)
適用流體例
注意事項(xiàng)
氟塑料
整體
·內(nèi)表面光滑,不易附著沉淀物
·耐酸性能優(yōu)越
·流體使用溫度范圍寬
·氫氟酸、鹽酸、醋酸等高滲透性液體
·硫酸、燒堿、電解質(zhì)等強(qiáng)附著性液體
·容易產(chǎn)生結(jié)垢、沉積、附著、固化的液體
·有衛(wèi)生要求的液體
·耐磨耗性差
·不耐一些氧化物和少數(shù)種液體腐蝕或侵濁
聚四氟乙烯(F-4)
Polytecrafluoroethylene(PTFE)
商業(yè)名:Teflon(Dupount公司)
·氟塑料中有zui優(yōu)的耐化學(xué)腐蝕,除注意事項(xiàng)所列不耐腐外,幾乎抗所有化學(xué)介質(zhì)
·與測(cè)量管間不能粘結(jié),不能注塑,只能緊貼套配,不能用于負(fù)壓
·三氟化氯,高溫下三氯化氧、液氧、臭氧等不耐腐蝕
四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物 tetrafluoroethylene-perfuorinatedalkalivinvlether copolymer
改性聚四氟乙烯,又名聚全氟化烷氧基 Perfluoralkoxy(PFA)
商業(yè)名:Teflon PFA(Dupount公司)
·耐化學(xué)腐蝕性略遜于PTFE
·可采用注塑成型,與測(cè)量管間有較強(qiáng)粘結(jié)力
·能用于較高的負(fù)壓
·有替代PTFE的趨勢(shì)
·同PTFE不耐的介質(zhì)
全氟乙丙烯(F-46)
Perfluorinated ethylene-propylene copolymer(FEP)
·耐化學(xué)腐蝕型略遜于PTFE
·可采用注塑成型,與測(cè)量管間有較強(qiáng)粘結(jié)力
·能用于較高的負(fù)壓
·同PTFE不耐的介質(zhì)
·不耐發(fā)煙硝酸、丁基鋰
乙烯-四氟乙烯共聚物(F-40)
ethylene tetrafluoro ethylenecopolymer(E-TFE);商業(yè)名;Tefzel(Dupount公司)
·耐化學(xué)腐蝕性和加工工藝和FEP相近
·耐核輻射輻照性能優(yōu)于其他氟塑料
·美國(guó)食品和要管理局(FDA)認(rèn)可食品安全
·同F(xiàn)EP不耐的介質(zhì)
聚氨酯橡膠
Polyurethane
·耐磨耗性優(yōu)越,為天然橡膠的10倍,適用于含有泥沙、石礫等固體顆粒的漿液
·耐腐蝕性差,只能用于弱酸弱堿等液體
·海水、泥漿、污泥水、礦漿、煤漿
·不能用于酸、堿液和有機(jī)溶劑混合液
·適用較低溫度
氯丁橡膠
Neoprene chloroprene gum
·耐磨性中等
·與其它橡膠比,耐油性和耐化學(xué)液性好
·上水、下水、海水、工業(yè)用水、泥水
·對(duì)有機(jī)溶劑和部分酸、堿液耐腐性弱
氧化鋁陶瓷
ceramic
·耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍
·高溫高壓下不變性
·性脆,不耐液體溫度巨變
·內(nèi)表面光滑,不易附著結(jié)垢
·硬質(zhì)漿液
·腐蝕性液
·易附著結(jié)垢液
·耐熱沖擊性(即溫度急劇變化)差
·耐機(jī)械沖擊性差,性脆易碎,防止夾裝受力不勻
·應(yīng)用于氟酸、磷酸、強(qiáng)堿液,應(yīng)充分注意
聚氨酯橡膠有好的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有好的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時(shí)疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃),但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150 ℃要有10min時(shí)間。
襯里材料的選擇及其特點(diǎn)和不適用流體請(qǐng)參閱上圖,s.2,通用型電磁流量計(jì)幾種材料的壓力溫度大體適用范圍可看右圖。
(2)電極和接地環(huán)材料
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
1) 選擇耐腐蝕材料電磁流量計(jì)
電極的耐腐蝕性要求很高,不允許腐蝕或者嚴(yán)格地說(shuō)只允許低的腐蝕速率,否則會(huì)破壞電極與襯里間密封性。介質(zhì)泄漏,輕則破壞絕緣而儀表無(wú)法工作,直至毀壞整臺(tái)電磁流量傳感器。常用金屬材料有含耐酸鋼1Cr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C,鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。下表格所展示的是這些材料的大體使用范圍。
電極材料
特點(diǎn)及適用范圍
耐酸鋼ICrl8Ni9Ti
含鉬耐酸鋼
OCrl8Ni12MoTi(相當(dāng)于316L)
主要用于生活工業(yè)用水、原水、下水、廢物水及稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿、鹽液,價(jià)格zui低
哈氏合金B(yǎng)
低濃度鹽酸等非氧化性酸和非氧化性鹽液適用,硝酸等氧化性酸不適用
哈氏合金C
對(duì)常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液有耐腐蝕性,鹽酸等還原性酸和氯化物不適用
鈦
耐腐蝕性略優(yōu)于耐酸鋼,對(duì)氯化物、次氯酸鹽、海水有優(yōu)良的耐腐蝕性,對(duì)常溫硝酸等氧化性酸有耐腐蝕性,鹽酸、硫酸等還原性酸不適用
鉭
具有和玻璃相似的優(yōu)越耐腐蝕性,除氫氟酸、發(fā)煙硫酸等少數(shù)酸(參見下表)外,大部分酸液適用,氫氧化鈉等堿液不適用
鉑、鉑銥合金
對(duì)幾乎所有酸堿液耐腐蝕,王水、銨鹽以及少數(shù)介質(zhì)(參見下表)不適用,價(jià)格昂貴
碳化鎢硬質(zhì)合金
漿液專用電極材料,可降低漿液噪聲,耐腐蝕性較差,腐蝕性液體不適用
導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電氟塑料多孔性陶瓷
低噪聲電極材料,抗?jié){液噪聲和流動(dòng)噪聲;導(dǎo)電氟塑料耐化學(xué)品性能好
上述表中所展示的耐腐蝕性適用范圍只是個(gè)概貌。各種介質(zhì)對(duì)不同材料的腐蝕性可查閱有關(guān)的“腐蝕手冊(cè)”.,例如《腐蝕數(shù)據(jù)和選材手冊(cè)》集中了大量數(shù)據(jù),可作選用電極材料時(shí)參考,以確定初步方案。但這只能是初步方案,是否適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用條件,還需進(jìn)一步調(diào)查。因?yàn)閺氖謨?cè)查閱的數(shù)據(jù)大部分是在實(shí)驗(yàn)室比較“純”的條件下取得的,而實(shí)際使用的流體,往往含有微量雜質(zhì),也常是幾種介質(zhì)的混合液,它們的腐蝕性與純粹或單一介質(zhì)的腐蝕性有顯著差別;液體是否含有溶解氣體以及流動(dòng)速度也相當(dāng)程度上影響著腐蝕速度。例如哈氏合金B(yǎng)對(duì)80% 10%濃度,不充氣鹽酸耐腐蝕,而對(duì)充氣的鹽酸卻不耐腐。所以在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。有時(shí)候要作必要的實(shí)驗(yàn),如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。zui好的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片,這是zui接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn),可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。
鉭耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的面很廣,鉑銥合金對(duì)各類酸堿鹽液也有很好的耐腐蝕性,但它們也有一些不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì),下表中列出若干不耐腐蝕的介質(zhì),兩者之間有互補(bǔ)性。
2)避免電極表面效應(yīng)
電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。
電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。
化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。它們對(duì)耐磨腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化,生成絕緣層。