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    電磁水表電極的極化現象
    發布時間:2021-06-12 08:03:40

    電磁水表是新型全電子智能水表之一,具有高性能、低壓損、長壽命等特性,是物聯網技術在供水系統中得以應用的重要終端,其核心為應用電磁感應的流量傳感器。電極作為傳感器中拾取信號的重要部件,直接與被測介質接觸。流體介質的壓力、溫度、腐蝕性等都會對金屬電極造成不同程度的影響。關于電極的工藝及維護,在行業內是比較熱門的話題,但未見深入闡述其原理的文獻報道。研究金屬電極的極化干擾原理,有針對地提出改進工藝,對提高傳感器信噪比,特別是對微電流勵磁的電磁水表的測量擴展范圍, 具有重要指導意義。

    1、電極極化的一般行為

    不同金屬導體接觸或相連,會產生不同的電勢,這被稱為接觸電勢。根據固體能帶理論的觀點,由于兩金屬的費米能級(導帶中電子最高占據能級,即占有電子與不占有電子區域的分界面的集合,代表電子的化學勢)不同,所以當兩金屬接觸時可以交換電子,發生從化學勢高到化學勢低的電子流動,產生接觸電勢。這種化學能轉化為電能的典型應用之一是金屬的原電池效應,其逆過程為電解池。這兩個過程均與金屬電極在水中的行為相關。

    原電池包括兩個半電池反應,即陽極反應和陰極反應。其中陽極(負極)失去電子發生氧化反應導致電勢升高,陰極(正極)得到電子發生還原反應,其電勢降低。電解池則相反,是將電能轉化為化學能,通常兩電極為同材質的金屬,即費米能級近乎相同,若無外接電源不會發生電子轉移。兩金屬電極被置于電解液中并外接電源時,會使液體介質電解,電子從電勢高的電極(正極)流向電勢低的電極( 負極) ,形成電流。這時在兩電極附近同樣發生電化學半反應(微電池)陽極(正極)失去電子發生氧化反應電勢升高,陰極(負極)得到電子 發生還原反應電勢降低。因此隨著時間的累積,正極的電勢不斷升高,負極的電勢不斷降低,相當于形成了一個與外接電源同向的電池串聯在回路中。這正是水流體電磁檢測技術中,恒磁勵磁情況下信號電極在被測液體中所經歷情形,即電極發生了極化。當有電流通過時,電極電位偏離其平衡電位的現象被稱為電極的極化。此時極化電勢同相疊加到信號電勢上,會產生直流干擾。

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