Крикун Ярослав Викторович

Факультет Компьютерных Информационных Технологий и Автоматики

Кафедра Электронной Техники

Специальность: Электронные системы

Научный руководитель: к.т.н., доц. Коренев Валентин Дмитриевич

Обоснование и исследование структуры электронной системы измерения расхода питьевой воды в напорных трубопроводах большого диаметра

Библиотека по теме выпускной работы

4. Влияние приэлектродных процессов на показания магнитных расходомеров

Авторы: Васильев Л.Г., Хожаинов А.И.

Источник: Магнитная гидродинамика в судовой технике. – Л.: Судостроение, 1967. – 248 с.

В магнитных расходомерах кондукционного типа, предназначенных для измерения расхода жидкостей с ионной проводимостью, на границе электрод – жидкость протекают сложные электрохимические процессы. Под действием электростатических сил в прилегающих к электродам топких слоях жидкости возникают электрические заряды, образующие вместе с поверхностью электрода двойной электрический слой. Поверхность электрода в рассматриваемом случае подобна заряженному конденсатору.

Возникновение двойного слоя приводит к появлению между электродом и жидкостью разности потенциалов, зависящей от материала электрода, химического состава жидкости и других факторов и составляющей 0,5-0,7 В. Обычно электроды выполняются из одного материала, поэтому скачки потенциала между ними и жидкостью должны быть направлены навстречу друг другу и должны взаимно компенсироваться. Однако, вследствие некоторой химической неоднородности электродов, деформации их поверхности, а также наличия окисных пленок, разность потенциалов между электродами может достигать десятков милливольт и превосходить значение измеряемого сигнала. Таким образом, магнитный расходомер является своеобразным гальваническим элементом, э. д. с. которого зависит от концентрации жидкости, температуры, давления и изменяется во времени.

При движении жидкости относительно электрода двойной электрический слой частично срывается потоком, что приводит к колебаниям напряжения в измерительной цепи. В результате электролиза на электродах выделяется газ, что также увеличивает нестабильность электродных потенциалов.

Скорость разряда ионов на электродах ограничена, и при прохождении тока у электродов увеличивается концентрация ионов противоположных знаков. Происходит поляризация электродов, что приводит к появлению в области между ними дополнительной э. д. с., ослабляющей измеряемый сигнал.

Перечисленные процессы затрудняют использование постоянного магнитного поля при измерениях расхода жидкостей с ионной проводимостью.

В настоящее время разработаны электроды специальной конструкции, позволяющие значительно уменьшить помехи, обусловленные приэлектродными электрохимическими процессами. Однако эти электроды сложны по конструкции и мало пригодны для промышленных расходомеров. На практике для жидкостей с ионной проводимостью отдают предпочтение магнитным расходомерам с переменным магнитным полем. В этих приборах неустойчивость собственной гальванической э.д.с. легко устраняется с помощью фильтров верхних частот [147]. Уменьшается и влияние поляризации электродов на показания магнитных расходомеров.

Индукционные помехи, возникающие в измерительной цепи прибора при переменном магнитном поле, могут быть снижены специальными компенсационными методами [147].

Постоянное магнитное поле успешно используется в кондукционных расходомерах, предназначенных для измерения расхода жидких металлов. Жидкие металлы обладают электронной проводимостью и при измерении скорости их течения не приходится сталкиваться с трудностями, связанными с приэлектродными электрохимическими процессами. Применение в данном случае переменного магнитного поля в связи с высокой проводимостью жидких металлов может привести к значительным потерям, обусловленным вихревыми токами в потоке.

К достоинствам магнитных расходомеров с постоянным магнитным полем относится простота конструкции и небольшая стоимость. Для них не требуется электромагнит с сердечником из листовой электротехнической стали и стабилизированные источники электроэнергии.

Вместе с тем в магнитных расходомерах постоянного тока для жидких металлов при определенных условиях может возникать так называемое контактное сопротивление, снижающее чувствительность прибора. Его влияние особенно сильно сказывается при низких температурах жидкого металла [213].

Влияние контактного сопротивления не поддается аналитическому расчету. Это сопротивление измеряется с течением времени и зависит от состояния поверхности электродов.

Интересные исследования свойств контактного сопротивления, возникающего на границе электрод – жидкий металл, выполнены сотрудниками Института физики АН Латв. ССР [262]. Проведенные исследования показали, что контактное сопротивление определяется различными причинами. К ним, в частности, можно отнести сопротивление различных окислов и пленок физической адсорбции, почти всегда присутствующих на поверхности в обычных условиях. Пленки физической адсорбции в большинстве случаев являются диэлектриками и при температурах порядка комнатной могут представлять значительное сопротивление.

Величина контактного сопротивления определяется также отсутствием истинного контакта по всей поверхности электрода. Оно равно нулю при смачивании поверхности и колеблется в очень широких пределах при его отсутствии. Кроме того, ыл установлен весьма интересный факт: с повышением температуры контактное сопротивление падает и при достижении температуры 400° С в большинстве случаев исчезает.

На рис. 52 приведены результаты исследования контактного сопротивления, возникающего на границах нержавеющая сталь — жидкий натрий и нержавеющая сталь — свинцово-висмутовая эвтектика. В экспериментах использовалась нержавеющая сталь марок 1Х18НТ и 1Х18Н9Т соответственно. Кривые 1 соответствуют очищенным электродам, кривые 2 — электродам, покрытым окисной пленкой.

На рис. 53 приведены опытные данные, характеризующие влияние контактного сопротивления на показания магнитных расходомеров [134]. Нетрудно видеть, что с увеличением температуры чувствительность магнитного расходомера, зависящая от величины контактного сопротивления, возрастает.

Рисунок 52 – Зависимость контактного сопротивления Rk от температуры

Рисунок 53 – Изменение показаний магнитного расходомера во времени при увеличении температуры жидкого металла