电磁水表电极的极化现象

电磁水表是新型全电子智能水表之一，具有高性能、低压损、长寿命等特性，是物联网技术在供水系统中得以应用的重要终端，其核心为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部件，直接与被测介质接触。流体介质的压力、温度、腐蚀性等都会对金属电极造成不同程度的影响。关于电极的工艺及维护，在行业内是比较热门的话题，但未见深入阐述其原理的文献报道。研究金属电极的极化干扰原理，有针对地提出改进工艺，对提高传感器信噪比，特别是对微电流励磁的电磁水表的测量扩展范围， 具有重要指导意义。

1、电极极化的一般行为

不同金属导体接触或相连，会产生不同的电势，这被称为接触电势。根据固体能带理论的观点，由于两金属的费米能级（导带中电子最高占据能级，即占有电子与不占有电子区域的分界面的集合，代表电子的化学势）不同，所以当两金属接触时可以交换电子，发生从化学势高到化学势低的电子流动，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，其逆过程为电解池。这两个过程均与金属电极在水中的行为相关。

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，是将电能转化为化学能，通常两电极为同材质的金属，即费米能级近乎相同，若无外接电源不会发生电子转移。两金属电极被置于电解液中并外接电源时，会使液体介质电解，电子从电势高的电极（正极）流向电势低的电极（ 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，会产生直流干扰。

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