電磁流量計由轉換器和流量傳感器組成。其中，電極作為流量傳感器信號采集的重要部件，直接與流體接觸，采集從1mm/s的低流速到12m/s的高流速信號。如何合理選擇電極，尤其電極的材質、外型結構，從而降低流體噪聲，實現準確信號采樣是一個關鍵問題。
1.極化電壓
極化現象：電極在電解質流體中會產生正負離子的定向移動，在電極與流體中形成一定的電場，從而產生極化電壓。
如果兩個電極完全相同，那么它們的極化電壓應該相等。事實上，因為電極的材質以及表面處理工藝不完全相同，必然會產生不同的極化電壓。目前，轉換器中的去極化電路只能濾除直流電壓。如果極化電壓像低頻交流信號一樣隨機波動，并且這個低頻交流信號在頻率上與正常流速信號的頻率相近，這時，前端低通、高通濾波電路無法有效濾除此類低頻交流信號，去極化電路也無法濾除該類低頻交流信號；結果會導致干擾信號直接進入高共模抑制比的前置放大器，放大后的干擾信號疊加在正常信號上，從而引起計量誤差。
如表1所示，傳感器滿管無流量狀態下，不同口徑傳感器的極化電壓測試情況。1~6號傳感器兩個電極極化電壓相近，轉換器工作正常。7號DN150傳感器，兩個電極材質有明顯差異，極化電壓測試結果相差2倍左右，從而導致轉換器AD芯片出現飽和，無流速輸出。
因此，如何選擇合適的電極，降低極化電壓，以保證兩個電極輸出性能的一致性，成為影響電磁流量計測量精度的一個關鍵因素。
2 電極材質
流量傳感器電極在材質上分為多種材料類型，并具備不同的耐腐蝕性、電極電位等特點。實際應用中；電極材料的選擇首先考慮被測流體的腐蝕性(見表2)，避免產生電極表面效應，其次是選擇電極電位低的材質(見表3)。
電磁流量計主要用于生活及工業用水等流體的測量，根據電極的耐腐蝕性要求，以及電極電位、成本等綜合考慮，一般選擇316L不銹鋼材質的電極。不銹鋼電極具備良好的耐腐蝕性、電極電位低的特點，其共模電壓在300mV左右，高共模抑制比的差分放大器能輕易將其濾除。
3 電極結構
電極主要有3種不同型式：常規電極、刮刀電極、可更換電極，以適應不同的應用環境。電磁流量計作為生活、工業用水類計量儀表，通常采用常規電極結構，如圖2所示。
粗糙的電極表面會加大流體的摩擦力，增加流動噪聲。為了降低粗糙度對流體噪聲的影響，電極表面會進行拋光與鈍化處理。通過機械拋光，先將電極表面的粗糙度加工到一定程度。隨后，進行化學拋光或電化學拋光，除去電極表面上的微觀不平，以提高鏡面光滑度。化學拋光或電化學拋光不但提高了電極表面的光滑度，而且也實現了鈍化處理，使電極表面形成良好的鈍化層，獲得穩定的抗腐蝕性能。不銹鋼電極的耐腐蝕主要依靠鈍化層，如果鈍化層殘缺不完整，不銹鋼電極仍會被腐蝕而產生流體噪聲。
電磁流量計的電極通常包含2個信號電極、2個接地電極，并安裝于內襯表面。如果電極表面凸出內襯表面過高，凸出部分會根據凸出高度的不同對測量管道內部的流場造成不同程度的影響，產生相應的層流和紊流，嚴重影響電極對流速信號的采樣。特別是DN150以下口徑的測量管道，本身管道內孔徑小，在小流量測試時影響程度更為明顯，會產生隨機性的測量誤差，導致計量重復性變差。
如表4所示，選2只相同規格表：相同電極材質、類型以及轉換器。唯一不同為電極安裝高度，1號表電極凸出內襯表面1.2mm，2號表電極凸出內襯表面0.8mm，相同測試條件下Q3、Q2、Q1各測試3次。從實測數據看，1號表在Q3大流量下各誤差有輕微波動，但整體變化不大。但在Q2、Q1小流量下，各誤差出現劇烈波動，重復性不合格；2號表各誤差和重復比較很穩定。實際論證了電極凸出高度過高將會對小流量性能產生比較大影響。
|
