1 引言

    電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計，廣泛應用于測量導電性液體，如給水排水、紙漿、石油混合液體、化學及食品工業(yè)的液體等。電極是電磁流量計的關鍵元件，常用的電極材料有耐蝕不銹鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金等材料，其中鉑銥合金是耐腐蝕性能、適用范圍zui廣的電極材料。重慶儀表材料研究所從2005年開始鉑銥元件的開發(fā)工作，在國內(nèi)實現(xiàn)了鉑銥合金棒材和元件一體化規(guī)模生產(chǎn)，為國內(nèi)眾多用戶解決了生產(chǎn)難題，降低了生產(chǎn)成本，并為國內(nèi)眾多合資公司實現(xiàn)了進口產(chǎn)品替代。目前我所已成為我國鉑銥元件種類zui多、規(guī)模zui大的專業(yè)化貴金屬元件生產(chǎn)單位。筆者通過電磁流量計中鉑銥元件的工作原理、鉑銥元件的使用特性、生產(chǎn)工藝問題及解決措施等方面的介紹，希望能對本行業(yè)的發(fā)展起到積極的參考作用。

    2 電磁流量計工作原理

    電磁流量計的工作原理是依據(jù)法拉第電磁感應定律。流量計測量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導磁合金管，兩只電極與軸流方向垂直安裝，電極頭與內(nèi)管表面平齊。當勵磁線圈由雙向進行方波脈沖時，即產(chǎn)生一個磁通密度為B的磁場，此時有一定導電率的流體流過測量管時，則切割磁力線感應產(chǎn)生電動勢E。感應電動勢與流量成正比，傳感器將感應電動勢轉(zhuǎn)化為標準電流信號（4~20mA）傳送至流量積算儀，流量積算儀就可以顯示當前的流量值V。圖1是電磁流量計的原理圖。

圖1 電磁流量計原理示意圖

    3 電磁流量計電極種類

    電極是電磁流量計中的核心部件，主要起著傳輸電信號的作用。而信號傳遞的準確性受電極形狀、大小、表面質(zhì)量及材料性能等因素影響，所以不同的流量測量應選擇與之相適應的電極材料，這樣可以盡量保證測量的準確性和延長使用壽命。電磁流量計常用的電極材料及耐腐蝕性能見表1。

表1 電極材料的耐腐蝕性能

    雖然鉑銥電極耐腐蝕性能，但其性能也不是的。其使用也會受到一定的條件限制，表2所列就有部分是鉑銥合金不耐腐蝕的化學介質(zhì)，當然表中列入的溶液僅是示例，而非全部。

表2 鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學介質(zhì)

    4 鉑銥電極生產(chǎn)中的問題及解決措施

    4.1 鉑銥合金的成分設計

    銥是一種揮發(fā)性非常強的金屬，在1500°C時其蒸汽壓比鉑低兩個數(shù)量級[2]，在高溫熔煉時其揮發(fā)性是鉑的幾十倍，所以在進行合金的成分設計時必須考慮銥元素的過量問題。zui常用的鉑銥合金觸點材料牌號有PtIr10、PtIr20、PtIr253種合金，成分要求見表3[3]。    

表3 鉑銥合金元件成分要求

    4.2 鉑銥合金的加工工藝

    鉑銥合金是一種容易發(fā)生成分偏析的合金，也是容易產(chǎn)生內(nèi)部縮孔等缺陷的合金，采用高頻和中頻二次真空熔煉可提高合金成分的均勻性。在進行中頻精煉時，為了減少由于銥元素的吸氣而產(chǎn)生合金錠內(nèi)部縮孔，爐腔的真空度應保持在10^-2MP等級。多次重熔的方法也有利于充分排盡合金錠內(nèi)部的氣體。

    鉑銥合金的鍛打工藝與合金中銥的含量有密切關系，銥含量較低（≤20%）的合金塑性較好，合金錠經(jīng)均勻化處理后可以進行冷加工，而銥含量較高（≥20%）的合金通常需要熱加工。

    鉑銥合金棒材的拉制應注意配模的變型量，銥含量低的合金單次變形量可以大一些，銥含量高的合金單次變形量則小一些，而且有些合金必須熱拉才能保證合金具有良好的塑性。拉制過程中應將棒材表面缺陷如劃痕清理干凈，否則這些缺陷會影響元件的表面質(zhì)量。

    4.3 鉑銥元件的車床加工

    車床加工鉑銥元件存在的主要問題：（1）鉑銥合金車加工時非常容易粘刀，而且散發(fā)出大量熱量，刀具材料磨損得很快，加工精度不容易控制；（2）流量計元件都有密封性要求，大部分密封是靠加工斜面精度或倒R0.2的角來實現(xiàn)，所以對加工刀具的精度要求很高，人工磨制的刀具很難達到要求；（3）使用沖冷卻液方式可以有效地降低刀具加工的溫度，延長使用壽命，但同時會帶走大量的粉狀車削料，加大了貴金屬材料的損耗；（4）元件的使用面光潔度要求很高，車加工難以達到要求，需要進行精細拋光。

    針對以上問題，我所制定了適當?shù)募庸すに嚭涂刂拼胧海?）對每個元件的每個尺寸進行在線監(jiān)測，避免了刀具磨損對元件加工尺寸精度造成的影響，提高了產(chǎn)品的成品率；（2）采用了涂刷冷卻液的方式進行鉑銥元件加工，減少了材料損耗，同時有利于車削料的清洗和回收；（3）設計制作成型刀具，滿足各種流量計用鉑銥元件的加工需要；（4）采用了多種拋光技術(shù)相結(jié)合的拋光方法，制得了鏡面效果的元件表面。我所采用高精度儀表車床加工元件后，元件的成品率達到95%以上，加工精度可以控制在±0.005mm以內(nèi)。