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造成电磁智能水表电极极化干扰的原因分析

点击次数:420 发布时间:2022-07-22
  电极作为传感器中拾取信号的重要组成部分,与被测介质直接接触。研究金属电极极化干扰原理,提出改进工艺,对提高传感器信噪比,特别是对电磁智能水表的测量扩展范围,具有重要的指导意义。
  
  电磁智能水表电极极化的一般行为:
  
  不同的金属导体接触或连接会产生不同的电势,称为接触电势。从固体能带理论的角度来看,由于两种金属的费米能级不同(导带中电子的Z高占据能级,即占有电子与非占有电子区域的分界面的集合,代表电子的化学势)。
  
  因此当两种金属接触时,可以交换电子,从高化学势到低化学势的电子流动,产生接触电势。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。
  
  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)失去电子发生氧化反应,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。电解池则相反,将电能转化为化学能。
  
  通常,两个电极是同一材料的金属,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。当两个金属电极被放置在电解液中并连接到外部电源时,液体介质会被电解。电子从高电势的电极(正极)流向低电势的电极(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,电磁智能水表就会产生直流干扰。
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