描述

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(zhǎng)壽命等特性，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在供水系統(tǒng)中得以應(yīng)用的重要終端，其核心為應(yīng)用電磁感應(yīng)的流量傳感器。電極作為傳感器中拾取信號(hào)的重要部件，直接與被測(cè)介質(zhì)接觸。流體介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕性等都會(huì)對(duì)金屬電極造成不同程度的影響。關(guān)于電極的工藝及維護(hù)，在行業(yè)內(nèi)是比較熱門(mén)的話題，但未見(jiàn)深入闡述其原理的文獻(xiàn)報(bào)道。研究金屬電極的極化干擾原理，有針對(duì)地提出改進(jìn)工藝，對(duì)提高傳感器信噪比，特別是對(duì)微電流勵(lì)磁的電磁水表的測(cè)量擴(kuò)展范圍， 具有重要指導(dǎo)意義。

1、電極極化的一般行為

不同金屬導(dǎo)體接觸或相連，會(huì)產(chǎn)生不同的電勢(shì)，這被稱為接觸電勢(shì)。根據(jù)固體能帶理論的觀點(diǎn)，由于兩金屬的費(fèi)米能級(jí)（導(dǎo)帶中電子最高占據(jù)能級(jí)，即占有電子與不占有電子區(qū)域的分界面的集合，代表電子的化學(xué)勢(shì)）不同，所以當(dāng)兩金屬接觸時(shí)可以交換電子，發(fā)生從化學(xué)勢(shì)高到化學(xué)勢(shì)低的電子流動(dòng)，產(chǎn)生接觸電勢(shì)。這種化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的典型應(yīng)用之一是金屬的原電池效應(yīng)，其逆過(guò)程為電解池。這兩個(gè)過(guò)程均與金屬電極在水中的行為相關(guān)。

原電池包括兩個(gè)半電池反應(yīng)，即陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。其中陽(yáng)極（負(fù)極）失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致電勢(shì)升高，陰極（正極）得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，其電勢(shì)降低。電解池則相反，是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，通常兩電極為同材質(zhì)的金屬，即費(fèi)米能級(jí)近乎相同，若無(wú)外接電源不會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。兩金屬電極被置于電解液中并外接電源時(shí)，會(huì)使液體介質(zhì)電解，電子從電勢(shì)高的電極（正極）流向電勢(shì)低的電極（ 負(fù)極） ，形成電流。這時(shí)在兩電極附近同樣發(fā)生電化學(xué)半反應(yīng)（微電池）陽(yáng)極（正極）失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)電勢(shì)升高，陰極（負(fù)極）得到電子 發(fā)生還原反應(yīng)電勢(shì)降低。因此隨著時(shí)間的累積，正極的電勢(shì)不斷升高，負(fù)極的電勢(shì)不斷降低，相當(dāng)于形成了一個(gè)與外接電源同向的電池串聯(lián)在回路中。這正是水流體電磁檢測(cè)技術(shù)中，恒磁勵(lì)磁情況下信號(hào)電極在被測(cè)液體中所經(jīng)歷情形，即電極發(fā)生了極化。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電極電位偏離其平衡電位的現(xiàn)象被稱為電極的極化。此時(shí)極化電勢(shì)同相疊加到信號(hào)電勢(shì)上，會(huì)產(chǎn)生直流干擾。