CN102292468B - 具有对测量电极的腐蚀保护的电磁流量计及包含其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于电磁流量计中的测量电极的腐蚀保护的系统和方法。根据本发明，一种用于测量经过测量管(12)的介质(14)的流量的电磁流量计(10)包括第一和第二金属测量电极(16、18)，其布置在所述测量管(12)的相对侧上，并与所述介质(14)接触。所述介质(14)在所述测量管(12)中的流率可通过来自所述测量电极(16、18)的输出信号(30、31)来测量，所述输出信号(30、31)代表所述测量电极(16、18)之间由所述测量管(12)中的所述介质(14)在存在磁场(38)的情况下的流动引起的电位差。所提出的流量计(10)进一步包括电流源(22、24)，用于将恒定的直流传递给所述金属测量电极(16、18)中的每一者。传递给每一金属测量电极(16、18)的所述恒定直流适于使相应测量电极(16、18)相对于所述介质(14)的电极电位降低到低于阈值(64)，以使所述金属测量电极(16、18)不受所述介质(14)的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及电磁流量计，特别地，涉及电磁流量计中的测量电极的阴极保护。
背景技术
电磁流量计，也称为磁感应流量计，利用电动力学感应的原理来对流体介质进行流率测量。在电磁流量计中，在介质流经的流量计管的测量截面上产生磁场，其通过法拉第定律的运算产生与介质流量和磁场两者垂直的电压。所感应的电压由测量截面的相对侧上的一对电极来测量。由这些电极测量的该感应电压与待测量的介质在管的横截面上平均化的流速成比例。
电磁流量计中所使用的测量电极可依据流量计既定用于的应用由某一范围的不同材料制成。因为必须考虑到腐蚀作用的影响，因此常常需要考虑测量电极的材料对于给定媒介的合适性问题。有时，为了承受特定媒介的腐蚀作用，必须使用非常特殊(昂贵)的材料，如铂。此外，万一发生腐蚀，流量测量上的噪声级会增加。
发明内容
本发明的目标是提供一种改进的具有对测量电极的腐蚀保护的电磁流量计。
上述目标是由根据技术方案1所述的电磁流量计来实现。上述目标还由根据技术方案4所述的方法来实现。
本发明的基本概念是提供一种对电磁流量计的测量电极进行腐蚀保护的技术，其避免了为不同种类的媒介选择合适材料的测量电极的任务。所提出的方法使用恒定的直流来将测量电极的电极电位降低到一电平，以使其不受介质腐蚀。因此，有可能使用较便宜的材料作为测量电极。
在一个实施例中，基于金属测量电极的材料的布拜(Pourbaix)图来确定所述阈值，使得当所述金属测量电极的电极电位降低到低于所述阈值时，所述金属测量电极达到与介质的pH值无关的对腐蚀免疫的状态。此设置可有利地用于许多应用，而不管介质的性质如何，而且用户无须为每一情况调整测量电极的电极电位。
在优选实施例中，所述流量计进一步包括流量测量构件，其用于基于来自所述测量电极的输出信号而测量所述介质的流量，其中所述电流源具有输出阻抗，所述输出阻抗并不显著降低所述流量测量构件的输入阻抗。此实施例的优点是测量系统并不对电极加以可具有相对较高输出阻抗的电压信号。输出阻抗取决于媒介传导性和电极直径。
附图说明
下文参考附图中所示的所说明实施例来进一步描述本发明，其中：
图1是根据本发明一个实施例的电磁流量计，以及
图2是说明不同pH值的介质对测量电极的材料的腐蚀作用的示范性布拜图。
具体实施方式
现在参看图1说明根据本发明一个实施例的电磁流量计设备10。流率待测量的流体介质14沿测量管12的轴40的方向流经测量管12。待测量的介质14是导电的，至少是轻微导电的。
流量计10包含一对测量电极16和18，其布置在测量管12的相对侧上并与介质14接触。第三电极20通常提供于测量管12的底部，处于接地状态。提供磁性布置，其包含电磁体34和36，电磁体34和36产生磁场38，其定向在垂直于介质14的流动方向。由于此磁场38，介质14中的电荷载流子迁移到具有相反极性的测量电极16和18。在电极16和18上累积的电位差与介质14在测量管12的横截面面积上平均化的流速成比例。流量测量构件(例如差分放大器26)放大此电位差(即，分别来自测量电极16和18的输出信号30和31的差)，且将经放大的输出32提供给流量检测电路28。流量检测电路28将差分放大器26的输出32校准到流速或流率的单位，并向输出电路(未图示)提供输出。
由导电金属材料制成的测量电极16和18易受来自介质14的腐蚀作用。为了确定测量电极的金属材料的腐蚀趋势，可使用布拜图。参看图2说明示范性布拜图50。所说明的布拜图50是沿轴52表示的测量电极的电极电位E(以伏V为单位)和沿轴54表示的介质的pH值的曲线图。如所属领域的技术人员已知，布拜图绘制电化学系统的可能的稳定(平衡)阶段。主要离子边界由若干条线表示。参看图2，这些稳定阶段由布拜图50中的区56、58、60和62表示。区56和60指示腐蚀状态，区58指示钝化状态，而区62指示免疫状态。基于上文所述的布拜图50，可通过使测量电极16和18中的每一者的电极电位降低到在区62内，使得所述电极的材料变得对腐蚀免疫，来实现对测量电极16和18的阴极保护。
返回参看图1，根据本发明，流量计10具备一个或一个以上电流源22和24，用于将恒定的直流传递给测量电极16和18中的每一者，所述直流将使这些电极相对于介质14的电极电位降低到低于阈值，在所述阈值以下，这些电极达到对介质14免疫的状态。在测量电极处并入直流源的优点是其不干扰来自测量电极的流量信号。这是因为流量检测电路28通常包括高通滤波器，其抑制DC电压(由电流源和电极处的固有DC电压引起)。另外，如从图2看出，如果测量电极的电极电位下降超过特定的阈值，那么测量电极将达到与介质的pH值无关的免疫状态。因此，此设置可有利地用于许多应用，而不管介质的性质如何，而且用户无须为每一情况调整测量电极的电极电位。
参看图1，差分放大器26具有高输入阻抗，例如1012Ω的量级。测量电极的电极阻抗是介质的传导率和电极的机械特性(例如直径)的函数。举例来说，对于1mm的电极直径和5μS/cm的媒介传导率，所得的电极阻抗为106Ω。来自测量电极的流量信号(输出信号)因此为相对较高输出阻抗的电压源。因此，在优选实施例中，通过降低流量测量构件26的输入阻抗，电流源22和24具有不影响流量信号32的高输出阻抗。
本发明的优点是其使得有可能结合侵蚀性非常大的媒介使用腐蚀特性相对较弱的电极。本发明的主要优点是降低传感器成本，且最小化具有不同电极材料的不同传感器的库存。
总而言之，本发明提供一种用于电磁流量计中的测量电极的腐蚀保护的系统和方法。根据本发明，一种用于测量经过测量管的介质的流量的电磁流量计包括第一和第二金属测量电极，其布置在所述测量管的相对侧上，并与所述介质接触。所述测量管中的所述介质的流率可通过测量来自所述测量电极的输出信号来测量，所述输出信号代表所述测量电极之间由所述测量管中的所述介质在存在磁场的情况下的流动引起的电位差。所提出的流量计进一步包括电流源，用于将恒定的直流传递给所述金属测量电极中的每一者。传递给每一金属测量电极的恒定直流适于使相应的测量电极相对于所述介质的电极电位降低到低于阈值，以使所述金属测量电极不受所述介质腐蚀。
尽管已参考特定实施例描述了本发明，但此描述内容无意在限制意义上进行解释。所属领域的技术人员在参考本发明的描述后将明白对所揭示实施例的各种修改以及本发明的替代实施例。因此，预期可在不脱离如由下文所提到的专利权利要求书所定义的本发明的精神或范围的情况下作出此些修改。
Claims (4)
1.一种电磁流量计（10），其用于测量经过测量管（12）的介质（14）的流量，所述电磁流量计（10）包括：
第一和第二金属测量电极（16、18），其布置在所述测量管（12）的相对侧上，并与所述介质（14）接触，其中所述介质（14）在所述测量管（12）中的流率可通过测量来自所述测量电极（16、18）的输出信号（30、31）来测量，所述输出信号（30、31）代表所述测量电极（16、18）之间由所述测量管（12）中的所述介质（14）在存在磁场（38）的情况下的流动引起的电位差，以及
电流源（22、24），用于将恒定的直流传递给所述金属测量电极（16、18）中的每一者，传递给每一金属测量电极（16、18）的所述恒定直流适于使相应测量电极（16、18）相对于所述介质（14）的电极电位降低到低于阈值（64），以使所述金属测量电极（16、18）不受所述介质（14）的腐蚀,
其中，基于所述金属测量电极（16、18）的材料的布拜图（50）来确定所述阈值（64），使得当所述金属测量电极（16、18）的所述电极电位降低到低于所述阈值（64）时，所述金属测量电极（16、18）达到与所述介质（14）的pH值无关的对腐蚀免疫的状态。
2.根据权利要求1所述的流量计（10），其进一步包括流量测量构件（26），所述流量测量构件（26）用于基于来自所述测量电极（16、18）的输出信号而测量所述介质的流量，其中所述电流源（22、24）具有输出阻抗，所述输出阻抗并不显著降低所述流量测量构件（26）的输入阻抗。
3.一种对用于测量经过测量管（12）的介质（14）的流量的电磁流量计（10）进行腐蚀保护的方法，所述方法包括：
将恒定的直流传递给提供于所述测量管（12）的相对侧上并与所述介质（14）接触的第一和第二金属测量电极（16、18），传递给每一金属测量电极（16、18）的所述恒定直流适于使相应测量电极（16、18）相对于所述介质（14）的电极电位降低到低于阈值（64），以使所述金属测量电极（16、18）不受所述介质（14）的腐蚀，
其中，基于所述金属测量电极（16、18）的材料的布拜图（50）来确定所述阈值（64），使得当所述金属测量电极（16、18）的所述电极电位降低到低于所述阈值（64）时，所述金属测量电极（16、18）达到与所述介质（14）的pH值无关的对腐蚀免疫的状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其包括通过电流源（22、24）向所述测量电极（16、18）中的每一者提供所述恒定直流，所述电流源（22、24）具有输出阻抗，所述输出阻抗并不显著降低基于所述测量电极（16、18）的输出信号（30、31）的流量测量的输入阻抗。
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