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电磁水表为什么会发生电极极化现象

来源:
2022-05-13

智能电磁水表是一种新型的全电子智能水表,具有高性能、低压损、寿命长等特点。它是物联网技术在供水系统中应用的重要终端。其核心是应用电磁感应的流量传感器。电极作为传感器中拾取信号的重要组成部分,直接接触被测介质。

流体介质的压力、温度和腐蚀性会对金属电极产生不同程度的影响。电极的工艺和维护是业内的热门话题,但没有深入阐述其原理。研究金属电极的极化干扰原理,提出改进工艺,对提高传感器的信噪比,特别是微电流励磁的智能电磁水表的测量扩展范围具有重要的指导意义。

电极化的一般行为:

不同的金属导体接触或连接会产生不同的电势,这被称为接触电势。根据固体能带理论,由于两种金属的费米能级(导带中电子的Z高占据能级,即占用电子和不占用电子区域的分界面的集合,代表电子的化学势)不同,当两种金属接触时,可以交换电子,产生从高化学势到低化学势的电子流动。这种化学能转化为电能的典型应用之一是金属的原电池效应,其逆过程是电解池。这两个过程都与金属电极在水中的行为有关。

智能电磁水表

原电池包括两个半电池反应,即阳极反应和阴极反应。其中,阳极(负极)失去电子氧化反应导致电势升高,阴极(正极)得到电子发生还原反应,其电势降低。相反,电解池将电能转化为化学能。

通常,两个电极是由相同材料制成的金属,即费米能级几乎相同。如果没有外部电源,就不会发生电子转移。当两个金属电极放置在电解液中并连接到外部电源时,液体介质将被电解,电子将从高电势电极(正极)流向低电势电极(负极)形成电流。

这时在两电极附近同样发生电化学半反应(微电池)阳极(正极)失去电子发生氧化反应电势升高,阴极(负极)得到电子 发生还原反应电势降低。因此随着时间的累积,正极的电势不断升高,负极的电势不断降低,相当于形成了一个与外接电源同向的电池串联在回路中。这正是水流体电磁检测技术中,恒磁励磁情况下信号电极在被测液体中所经历情形,即电极发生了极化。当有电流通过时,电极电位偏离其平衡电位的现象被称为电极的极化。此时极化电势同相叠加到信号电势上,会产生直流干扰。

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