流體噪聲的原因及襯裏和電極的表麵粗糙度對流體噪聲的影響

智能電磁流量計在應用中除了受周圍環（huán）境條件，電磁場、靜電場等因（yīn）素產生的噪（zào）聲影響外（wài），被測介質（zhì）的流體噪聲也是非常重要的影響因素。流體噪聲是（shì）一種（zhǒng）直流極化電壓，在低頻矩形波勵磁方式中尤為（wéi）突出，常見的有漿（jiāng）液噪聲（shēng）、流動噪聲和（hé）流速噪聲（shēng）。

一、流體噪聲的產（chǎn）生原因有下麵幾種情況

1、不鏽鋼（gāng）電極的耐腐蝕是在其表麵具有一個薄的鈍化層，使得（dé）電化學反應達到平衡狀態。

    流體中的固體物（wù）撞擊電極，使得電極表麵鈍化層被破壞，失掉電化學平衡。而（ér）金屬材（cái）料（liào）與流體介質接觸具有重新恢（huī）複生成表麵鈍化層保持電化學平衡的（de）能力。在達到點化學平衡期間，金屬和流體（tǐ）中的遊離離子在信號電場作用（yòng）下不（bú）斷進行著電化（huà）學反應。固體顆粒撞擊電極，不（bú）斷破壞保護（hù）的鈍化層；電化學反應又反複生成鈍化層，於（yú）是形成了電極間的電位（wèi）不斷大幅地度變化（huà），這種變化的電位造成流量信號中的流體噪聲。這種情況也即電磁流量計中通常講的漿液噪聲。理論和實踐（jiàn）表明（míng），影響電化學反應信號電場變（biàn）化的頻（pín）率升高，可使流體（tǐ）噪聲幅度迅速下降，這就是高頻勵磁和雙頻勵磁可以解決漿液測（cè）量的原因。

2、流體摩擦襯裏和電極，流體中發生的正、負離子從電解質（zhì）流體中分離。

   流量計襯裏和電極表麵越粗糙，遊離的（de）離子濃度就越高（gāo）。受電極信號電場（chǎng）的作用，一部分（fèn）離子會向電極移動，形成噪聲電（diàn）壓，這種噪聲被稱（chēng）為流動噪聲。流動噪聲在低電導率測（cè）量時表現比較突出（chū）。流動噪聲與外電（diàn）場強度有（yǒu）關，高流（liú）速（sù）時感應信號越大，噪聲（shēng）幅度也越（yuè）大，輸出就會很不穩定。

3、流體電導率（lǜ）和pH值的急劇變化也會形成流動噪聲。

    在電磁流量計上（shàng）遊加藥表現的測量不穩定（dìng）就是典型例子（zǐ）。原因是不同介質在不均勻混合時，流體中容易（yì）分離出（chū）正、負離子，受電（diàn）極信（xìn）號電場的作用，一（yī）部分離（lí）子會向電極移動，形（xíng）成了流動噪聲電壓，造成輸（shū）出的不（bú）穩定。

4、由於高流速（sù）流動（dòng）流體靠近襯裏和電極部位的層流（liú）邊界層厚度變（biàn）得很薄。

    襯裏和電極（jí）的粗糙度高（gāo）度突破了流速層流邊界層的厚度，流體撞擊這部分（fèn）粗糙度（dù）高度，發生流速發散和突變。有一部分與測量管中心（xīn）軸方向相同（tóng）（或相反）的流速分量，受信號權重函數的作用，對電極信號產（chǎn）生了很大影響，形成了大的正誤差，這就是流速噪（zào）聲（shēng）。

    上述（shù）流體噪聲中的流動噪聲和流速噪聲（shēng）與（yǔ）測量管的襯裏（lǐ）和電極表麵粗糙度直接（jiē）有關，極（jí）化電壓產生的（de）漿液噪聲與電極表麵粗糙度也有很（hěn）大關係。下麵就介（jiè）紹一下襯裏和電極的表麵粗糙度對流體噪聲的（de）影響。

二、襯裏和電極的表麵粗糙度對流體噪聲的影響

    流（liú）體噪聲的高低與襯裏和電極（jí）表麵的粗糙度有關。無論對（duì）漿液噪（zào）聲、流動噪（zào）聲和流速噪聲這種關係都很密切。很明顯，粗糙的襯裏和電極表麵會加大對流體的摩擦力，容易引起流體中離子分離的加（jiā）劇，給流動噪（zào）聲產生創造條件。光滑的襯裏和電（diàn）極（jí）表麵能夠讓流體（tǐ）順滑流過，減小流體與襯裏和電極的摩擦力，因此（cǐ）離子分（fèn）離的機會將大（dà）大減少，流動噪聲也將（jiāng）減小。可以想象流體流動速度加快，襯裏和電極對流體（tǐ）的摩擦力也會加（jiā）大，流體中離子分離同樣會加劇。再加上流體流（liú）速（sù）的加快，感應電勢增大，電場對離子運動（dòng）的作用力增大，因此（cǐ）流動噪聲要增大。所以，在（zài）有流動噪聲的（de）情況下流量計使用流速（sù）不宜過高。

     曾經有學（xué）著和專家們討論過高雷諾數（即高流速）下電磁流量計測量管粗糙度（dù）對測量的影響。不鏽鋼網的（de）PFA襯裏由於粗糙度zui低，剛度好（hǎo），試驗條（tiáo）件下（xià）未出現流速噪聲形成誤差（chà）；橡膠襯裏的（de）粗糙度（dù）高，出現流速噪（zào）聲誤差組（zǔ）zui早；聚氨酯襯裏盡管出現流速（sù）噪聲晚一些，但由於其強度不高（gāo），產生（shēng）的誤差幅度zui大。這說明襯裏和電極粗糙度是產生流速噪（zào）聲的重要原因。

    對於漿液噪聲，由於電極（jí）表麵（miàn）覆蓋的一層鈍化膜僅有約1nm厚，如果電極（jí）本身粗糙度較高，表麵高低不平，鈍化膜就很難達到致密和厚薄均勻，這將對膜的穩定性受到（dào）影響，進而也會影響到（dào）膜的保持和修複。流體和電極的電化學反應就會不斷進行，就難（nán）以做到穩定的測量漿液（yè）流體。也就是（shì）說，電（diàn）極表麵（miàn）的粗糙度高低，也直接（jiē）影響到漿液噪（zào）聲的產（chǎn）生與消除。   

    對於用於食品工業過程流量測（cè）量用的衛（wèi）生型電磁流量計來說，PTFE或PFA氟塑料襯（chèn）裏是zui常用的，由於食品的（de）電導率一般較低而且粘度較高，測量時出現（xiàn）流動噪聲的可能性很高。這裏，金屬管起接液環作用，用來把測量（liàng）流體電連接為信號的基準參考電位。接液環（接液電極或流量（liàng）計上（shàng）、下遊連接金屬管道）如同電極，同（tóng）樣（yàng）受到被測流體的電化學作用產生流體噪聲（shēng），所以也需要受到高度重視，減小粗糙度高度。

    日本橫河公司2009年研究開發的雙（shuāng）頻兩線製電磁流量計，把降低襯裏和電極的粗糙（cāo）度，完善電極（jí）鈍化膜作為（wéi）提高傳感器信噪比的關鍵技（jì）術（shù）之一。對（duì）襯裏和電極粗糙度提出了Ra在 0.05～0.15μm範圍的（de）鏡麵要求。這（zhè）一措施使得傳感器感應信號和傳感器（qì）的（de）信噪比提高1倍以上，因此在大幅（fú）度降低勵磁電流的情況下，兩線製雙頻勵磁電磁流量計能夠（gòu）獲得與四線製具有同樣優良的（de）測量精度。

    從（cóng）法拉（lā）第1832年首（shǒu）次應用地磁場和電磁（cí）感（gǎn）應方法（fǎ）測量泰晤（wù）士河流速的失敗，到廣泛地應用（yòng）電磁流量計測量導電液體流量的今天，流體噪聲一直是電磁流（liú）量計要解決的重要技術問題之一（yī）。尤其在進入低頻矩（jǔ）形波勵磁時代以（yǐ）來，流體噪聲的影響表現（xiàn）得更為突出。往往有（yǒu）些新（xīn）裝配的流量計受電極極化的影響，輸出擺動需要經過長時間在（zài）水中浸泡才能消除。流（liú）體噪聲的大小直接影響到流量計測量的靈敏（mǐn）度、線性度和（hé）穩定性。因此，研（yán）究流體（tǐ）噪聲，探討其產生的原（yuán）因，找出降低流體（tǐ）噪聲的方法，提高傳（chuán）感器信噪比，特（tè）別是對微弱勵磁電流（電磁（cí）水表、兩（liǎng）線製電磁流量計）的發展和低流（liú）速（sù）（0.1m/s以（yǐ）下）及高流速（15m/s以上）流（liú）量測量（liàng）範圍的擴展具有重大意義（yì）。

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