汙水管道流量計工藝處理方法與電*四氟襯裏對流體噪聲影（yǐng）響

提高汙水管道（dào）流量計（jì）襯裏和電*的（de）加工粗糙（cāo）度水平，不僅（jǐn）改善了（le）產（chǎn）品的外觀性能，更重要的（de）是從本質上降低了流體噪聲產生的幾率和幅度，從（cóng）而提（tí）高流量計測量的靈敏度和穩定性。本文（wén）從傳感器襯裏和電*粗糙度引起（qǐ）汙水管道流量計動態（tài）零點的流體（tǐ）噪聲分（fèn）類（lèi）、產生，引導（dǎo）出能夠降低流（liú）體噪聲提高信噪比的（de）重（chóng）要措施。進而介（jiè）紹汙水管道流量計傳感器製造中（zhōng）一些關鍵工藝措施，希（xī）望對提高我國汙水管道（dào）流量計製造水平和產品競（jìng）爭能力起到一定幫助作用。
1.流體噪聲
汙水管道流量計在應用中（zhōng）除了受周（zhōu）圍環境條件（jiàn），電磁場、靜電（diàn）場（chǎng）等因素產生的噪聲影響外，被測介質的流體噪聲（shēng）也（yě）是（shì）非常重要的影響因素。流體噪聲是一種（zhǒng）直流*化電壓，在低頻矩形（xíng）波勵磁方式中尤為突出，常有：漿液噪（zào）聲、流（liú）動噪聲（shēng）和高（gāo）端（duān）流速噪聲（shēng）。
流體（tǐ）噪聲的產生（shēng）原因有下麵幾種情況：
⑴不（bú）鏽鋼電*的（de）耐腐蝕是在其表麵具有（yǒu）一個*薄（báo）的鈍化層，使得電化學反應達到平衡狀態。如圖1所示，流體中的固體物撞擊電*，使得（dé）電*表（biǎo）麵鈍化層被破壞（huài），失掉電化（huà）學平衡。而金屬材料與流（liú）體（tǐ）介質接觸具有重新恢複生成表（biǎo）麵鈍化層保持電化學平衡的能力。在達到點化學平衡期間，金屬和流體中的遊離離子在信號電場作用下不斷進行著電化學反應。固體顆粒撞擊電*，不斷破壞保護的鈍化層；電化學反應又反複生（shēng）成鈍化層，於是形成（chéng）了電*間的電位（wèi）不斷大幅地度變化，這種變化的電（diàn）位造成流量信號中的流體噪聲。這種（zhǒng）情況也即汙水管道流量計中通常講的漿液（yè）噪聲。理論和實踐表明，影響電（diàn）化學反應信號電場變化的頻率升（shēng）高（gāo），可使流（liú）體噪聲幅度迅速下降，這就是高頻勵磁和雙頻（pín）勵磁可以解（jiě）決漿液測量的原因。
⑵流體摩擦襯（chèn）裏和電*，流體（tǐ）中發生的正、負離子從電解質流（liú）體中分離。襯裏和電*表麵越粗糙，遊離的離子濃度就越高。見圖2，受電*信號電（diàn）場的作用，一部分離子會向電（diàn）*移動，形成噪聲電壓，這種噪聲被稱為流動噪聲。流動噪聲在低（dī）電導率測量時表（biǎo）現比較突出。流動噪聲與外電場強度有關，高流速時感應信（xìn）號越大，噪聲幅度也越大，輸出就會很不穩定（dìng）。
⑶流體電導率和pH值的急劇變化也會形成流動（dòng）噪聲，流量計（jì）上遊加藥表現的測量不穩定（dìng）就是典型例（lì）子（zǐ）。原因是（shì）不同介（jiè）質在不均勻混合（hé）時，流體中容（róng）易分離出正、負離子，受電*信號電場的（de）作用，一部分離子會（huì）向電*移動，形成了流動噪聲電壓，造成輸出的不穩（wěn）定。
⑷由於高流速流動流體靠近襯裏和汙水管道流量計電*部位（wèi）的層流邊界層厚度變得很薄，如圖3所示，襯裏和（hé）電*的粗糙度高度突破了流速層流（liú）邊界層的（de）厚度，流體撞擊這部分粗糙度高度，發生流速發散（sàn）和突變。有一（yī）部分與（yǔ）測量管中心軸（zhóu）方（fāng）向相同（或相反）的流速分（fèn）量，受信（xìn）號權重函數的作用，對電*信號產生了很大影響，形成了大的正誤差，這就是（shì）高端流速噪聲。
可見（jiàn），上述流體噪聲中的（de）流動噪聲和高端流速噪聲與測量管的襯裏和電*表麵粗糙度（dù）直（zhí）接有關，*化電壓產生的漿液噪聲與電（diàn）*表麵（miàn）粗糙度也（yě）有很大關（guān）係。
2.金屬電*抗流體腐蝕鈍化膜（mó）的形成
不鏽鋼電*的抗腐蝕性能，主要是由於（yú）表麵覆蓋著一層*薄(約（yuē）1nm厚)致密的鈍化膜。這層鈍化膜隔離腐（fǔ）蝕性流體介質，是不鏽鋼電（diàn）*防護的基本屏（píng）障。不鏽鋼電*鈍化具有動態特（tè）征，不應看作（zuò）腐蝕完全停止（zhǐ），而是形成擴散的阻擋層，使陽（yáng）*反應速度大大降低。對不鏽鋼電（diàn）*，通常在（zài）有還原劑(如氯離子（zǐ）)情況下傾向於破壞鈍化膜，而在氧化劑(如空氣和水)存在時能保持或修複（fù）鈍化膜。不鏽鋼電*放置於空氣和水中會形成氧化膜，但這種（zhǒng）膜的（de）保護性不夠（gòu）完善，速度也很慢。圖4為不鏽鋼電*用XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)光電能譜設備進行的表麵化學分析量化圖。左（zuǒ）圖是未經工（gōng）藝處理的電*表麵（miàn）向內不同深度（dù）主要（yào）元素鉻（Cr）、氧（O）、鐵（Fe）的含量比率。可以看到（dào），在（zài）深度約1nm位（wèi）置鉻的（de）含量約20%，即表示鈍化膜為貧鉻層。右（yòu）圖為經過機（jī）械研（yán）磨拋光（guāng）或酸洗、化學拋光等工序進行鈍化處理工藝措施，使鐵與（yǔ）鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優先溶解，去掉了貧鉻層，造成鉻在不鏽鋼表麵的富集，在深（shēn）度約1nm位置鉻的含量約達30%。這種富鉻鈍化膜的*化電位(SCE)可達+1.0V，接近貴金屬金、鉑的*化電位，因此，不鏽鋼得以提高抗腐蝕的穩定性。不同的鈍化處理方法也會影響膜的成分與結構，從而影響不鏽性。如通過電化學改性處（chù）理，可使鈍化膜具有多層結構，在阻擋（dǎng）層形成CrO3或Cr2O3，或形成（chéng）玻璃態的氧化膜，使不鏽（xiù）鋼能發（fā）揮*大的耐蝕（shí）性。廣州明柏儀表廠專供
不鏽鋼電（diàn）*的耐腐蝕主要依靠表麵（miàn）鈍化膜，如果鈍化膜不完整或有（yǒu）缺（quē）陷，不鏽（xiù）鋼（gāng）仍會被（bèi）腐蝕，當然仍然會出現（xiàn）流體噪聲。電*在加工成形、組裝及（jí）安裝標記等過程中會帶來表（biǎo）麵油汙（wū）、鐵鏽、非金屬髒物、低熔點金屬汙染物、油漆（qī）、焊渣與飛濺物等，這些物質影響了不鏽鋼電*的表麵質（zhì）量，破壞了其表麵的氧化膜，降低了不繡鋼的抗全麵腐蝕性能，也形成流體噪聲（shēng）的產生（shēng），影響到（dào）流量計（jì）測量的穩定性。所以改（gǎi）善電*裝配前的（de）工藝處理和（hé）存放、裝配的工藝（yì）方法，保護好鈍化膜是汙水管道流量計（jì）製造中重要技術之一。
3.襯裏和電（diàn）*的表麵粗糙度對流體噪（zào）聲的影響
流體（tǐ）噪聲的高低與襯裏和電*表麵的粗糙（cāo）度有關（guān）。無論對漿（jiāng）液噪聲（shēng）、流（liú）動噪聲和流速（sù）高端噪聲這種關係都很密（mì）切。
很明（míng）顯，粗糙的襯裏和電*表麵會加（jiā）大對（duì）流（liú）體的（de）摩擦力，容（róng）易引（yǐn）起流體（tǐ）中離子分離的加劇，給流動噪聲產生創造條件。光滑的襯裏和電*表麵（miàn）能夠讓流（liú）體順滑（huá）流過，減小流體與襯裏和電*的摩擦力，因（yīn）此離子分離（lí）的機會將大大（dà）減少，流動噪聲也將減小。可以想象流（liú）體流動速度加快，襯裏和電*對流體的摩擦力也會加大，流體中離子分離同樣會加劇。再加（jiā）上流體流速的加快，感應電勢增（zēng）大，電場對離子（zǐ）運動的作（zuò）用力增大，因此流動噪聲要增大。所以，在有流動噪聲的情（qíng）況下流量計使用流速不宜過高。
參考文獻曾經討論過高雷諾數（shù）（即高流速）下（xià）汙水管道流量計測量管粗糙度對測量的影響，圖5所示出不同襯裏材料（主要表麵粗糙度不同）的誤差差別。可以看出，橫（héng）河加不鏽（xiù）鋼網的PFA襯裏由於粗糙度*低，剛度好，試驗條件下未出（chū）現高端流速噪聲（shēng）形成誤差；橡膠襯（chèn）裏的粗糙（cāo）度*高（gāo），出現高（gāo）端流速噪聲誤差組*早；聚氨酯（zhǐ）襯裏（lǐ）盡管出現高端（duān）流速噪聲（shēng）晚一些，但由於其強度不高，產生（shēng）的誤差幅度*大。這說明襯裏和電*粗糙度是產生高端流速噪聲（shēng）的重要原因。
對（duì）於漿液噪聲，由於電*表麵覆蓋的一層鈍（dùn）化膜僅有約1nm厚，如果電*本身粗（cū）糙度較高，表麵高（gāo）低不平，鈍化膜就很難達（dá）到致密和厚薄均（jun1）勻，這將對膜的（de）穩定性受到影響，進而也會影響到（dào）膜的保持和修複。流體和電*的電化學（xué）反應就會不斷進行，就難以做到穩定的測量漿液流體。也就是說，電*表麵的粗（cū）糙度高低，也直接影響到漿液噪聲的產生與消除。
圖6摘自知名汙水管道流量計生（shēng）產廠商E+H公司的流（liú）量測量手冊一書，它是用於食品工業生產過程流（liú）量測量（liàng）用PTFE或（huò）PFA氟塑料襯裏電 磁流量計的剖視圖。由於（yú）食品的電（diàn）導（dǎo）率一般較低而且粘度較高，測量時出現流動噪聲的可能性很高。可以看到，E+H公司的襯裏和電*粗糙度（dù）要（yào）求為Ra0.3，入口和出口連接金（jīn）屬管的粗糙度要求（qiú）為Ra0.8。Ra0.3和Ra0.8分別表示絕對粗糙度的平均高度為0.3μm和0.8μm。Ra0.3已經是由機械研磨或電（diàn）解拋光到達的鏡麵粗糙度（dù）等級。這裏，金屬管起接液環作（zuò）用（yòng），用來把測量流體電連接為信號的基準參考電位。接液環（接液電*或流量計上、下遊連接金屬管道）如同電*，同樣受到被測流體的電化學（xué）作用產生流體噪聲，所以也（yě）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（jiū）開發的雙頻兩線製汙水管道流量計，把降低襯裏和電*的粗糙度，完善電*鈍化膜作為提高傳感器信噪比的關鍵技術之一。對襯裏和電*粗糙度提出了Ra在 0.05～0.15μm範圍的（de）鏡麵（miàn）要求（qiú）。這一措施使得傳感器感應信號和傳感器（qì）的信噪比提高1倍以上，因此在大幅（fú）度降低勵（lì）磁電流的（de）情況下，兩線製（zhì）雙頻勵磁汙水管道流量計能夠得到與四線製具有同樣優良的測量精度。
4.襯裏和電*加工工藝方法討論
4.1 襯裏
為滿足測量（liàng）管粗糙度要求，汙水管（guǎn）道流量計需要根據流體種類選用優良的襯（chèn）裏材料。對不同的襯裏材料更需要采用優良的加工工（gōng）藝方法。目前（qián）常用（yòng）的襯裏材料有：氯丁橡膠、EPDM橡膠、聚氨酯、氟塑料PTFE和PFA。這裏簡述不同（tóng）襯裏的工藝要點，提請流量計製造者（zhě）參考。
氯（lǜ）丁（dīng）橡膠適於DN300以上大口徑傳感器，多用於測量水、汙水、弱酸（suān）、弱堿介質流體。一般直接用膠片粘接貼附在不鏽鋼導管內壁（bì），通過硫化製成。這種工藝，橡膠襯裏（lǐ）的表（biǎo）麵粗糙度一（yī）般比較高，操作時應特別注意搭接縫處的平整，但相對粗糙度要低。用於小（xiǎo）口徑的氯（lǜ）丁橡膠和EPDM橡膠襯裏，則*好使用模具加壓，貼附在導管內壁然後硫化，降低襯裏表麵粗糙度取（qǔ）決於模具（jù）芯棒的表麵粗（cū）糙度和加（jiā）壓及硫（liú）化工（gōng）藝。
當（dāng）前，國內聚氨酯襯裏多使用的是軟（ruǎn）質材料，采用（yòng）澆灌的（de）工藝辦法，襯裏粗（cū）糙度不僅取決於芯棒模具表麵粗糙度，也（yě）會（huì）受到（dào）澆灌、排氣、加熱、冷卻和材料成分、比例的影響。國外（wài）硬質聚氨酯多采用聚氨（ān）基甲酸（suān）乙（yǐ）脂（zhī）橡膠（jiāo），其成形的重要（yào）工（gōng）藝要點是，除去注（zhù）入過程中卷入的氣泡、使化學反應（硬化、交（jiāo）聯）得以穩定進行；采用離心澆注（zhù）的工藝方法：保（bǎo）證原料在保管時處於幹燥狀態，均勻、順滑地對原料進行混合、攪拌，為除去卷入原（yuán）料的氣（qì）泡，設定適（shì）當（dāng）導管的旋轉速度，良好地控製原料處理、硬化、交聯的（de）溫度。
要求（qiú）粗糙度低的襯裏材料應使用氟塑料。用於配管、罐等容器的PTFE氟塑料襯裏，通常是在金屬（shǔ）管（guǎn）內襯入一個薄（báo）壁聚四（sì）氟乙烯管，或者是采用將聚四氟乙烯管插入，然後進行粘接的工藝方法。這種襯裏主要的缺點是耐負壓（yā）不高，受溫度（dù）影響（xiǎng）大，粘接往往不可靠。對於汙水管道流量計，優良的氟塑料襯（chèn）裏是PFA。PFA主要采用的辦法是注入熔融樹脂（zhī），而後（hòu）注塑（射出注塑法）。采用射出注塑法，屬（shǔ）無接（jiē）縫（féng）一體成形。PFA襯裏的（de）品（pǐn）質具有良好的耐化學藥品性、耐熱（rè）性、耐附著性（表麵光潔度）。尤其是在耐化學藥品性、耐熱性方麵，運用獨特的製造技術，可減少內部應力與內在氣泡，以避免產生裂紋，這（zhè）樣使流量計用在嚴酷的環境下時，仍具（jù）有很高的可靠性。為此，在（zài）PFA襯裏製造（zào）過程中，重要的管理點是對注（zhù）塑溫度（樹脂粘度、金屬模具溫度）、金屬模具的冷（lěng）卻控製（冷卻時間、溫度（dù））、樹脂（zhī）的壓力控製。注塑溫度設定要（yào）盡可能低，以減（jiǎn）少PFA樹脂的熱劣化。注塑中，金屬模具的溫度要均勻地保持（chí）大於樹脂熔點。由於需要進行高精度冷卻控製，故應在金屬模具中設置多個冷卻回路，並進（jìn）行相互獨立的冷卻控製操作。在進行冷卻控製的同時，還應（yīng）對樹脂壓力進行控製（zhì）。
4.2 電*
電*處理包（bāo）括（kuò）拋光和鈍（dùn）化工藝。拋（pāo）光有三種方法，機械拋（pāo）光（guāng）是（shì）不鏽鋼拋（pāo）光的三種拋光（即機械拋光，化學拋光和電（diàn）化學拋光）的*一（yī）道工序（xù）。接下來兩者相結（jié）合（hé），如機械拋光—化學拋光或機械拋光—電化學拋光。機械拋光用於初級拋光，將電*表麵凹凸的不平度加工到一定的粗糙度（dù），然後（hòu）再進行化學拋光或電化學拋光。化學拋（pāo）光和電化學拋光可以除去電*表麵微觀不平度，從而（ér）提高到鏡麵光亮，同時可以完成拋光和鈍化兩道工藝的目的，增（zēng）加表麵了鉻含量，形成良（liáng）好的鈍化（huà）層。對於毛坯表麵由於存在宏觀不平度，要先用機械拋光方法達到Ra≤0.8µm的粗糙（cāo）度，再用化學拋光或（huò）電化（huà）學（xué）拋光方法提升到Ra=0.05µm 以上的粗糙度（dù），才能獲取*後的光亮度，鏡麵光澤和良好的鈍化層。
經過拋光和鈍化處理的電*能夠形成穩定的鈍化層。但在儲存、轉運、裝配時，一定要注（zhù）意保持（chí）表（biǎo）麵鈍化層不被破（pò）壞。與汙水管道流量計傳感器傳統地、簡單地采用在水中（zhōng）浸泡（有時這種方法需（xū）要****時間），自然形成鈍化層生產方式相比，經過拋光和鈍（dùn）化工藝處理的電*，能（néng）夠獲得（dé）穩定抗腐蝕性能的電*，相當高地（dì）提高了生產效率，是（shì）一種先進的生（shēng）產工藝。

上（shàng）一篇：高精度水處（chù）理流量計對於測量流體介質溫度影響（xiǎng）分析說明

下一篇：礦漿水（shuǐ）流（liú）量計的原理（lǐ）結果及在廢水處理中的應用介（jiè）紹