一種電導式液滿檢測裝置的研究

中國電子科技集團公司第四十九研究所，黑龍江哈爾濱 150001

一、引言

液位檢測在工業生產中有著重要的作用，通常液位檢測指非滿狀態下，液面在貯罐中的位置，液位檢測方法包括微波法[1]、超聲法[2]、激光法[3]、靜壓法[4]、電容式[5]，電導式[6]及浮子式[7]等。

電導式液位測量方法根據液體導電的特點，采用與被測液體相接觸的電極進行液體電導測量，通過測得的液體電導計算被測液體的液位值。

在液體收集過程中，更多關注的是回收罐中液滿與否，電導式液位檢測傳感器也可以進行液滿的檢測，但成本高，制作及安裝相對復雜，且對電導率不恒定液體如污水，電導法不適用。另外，在貯液罐液體收集過程，液滿與否的檢測主要依靠人為定時查看，操作過程費時費力。

為此，設計了一種電導式液滿檢測裝置，該裝置無需實時監測液位高度，可在線檢測液滿狀態，且檢測不受液體電導率變化影響，成本低，安裝及操作簡單，適合工業生產過程廢液及其他貯液罐液滿檢測。

二、檢測原理

設計的檢測裝置為分體式，檢測電極和檢測電路通過連接電纜實現信號的采集和輸出。檢測電路可根據使用情況安裝在操作室，液體收集過程無需人為現場觀測。

液滿檢測裝置如圖1所示。電極安裝在廢液回收罐罐口部位，緊貼電極有一層吸水材料。工作時，對電極兩端施加一個振蕩電壓，吸水材料中無待檢液體時，電極兩端檢測到的是吸水材料的電導（電阻）值G1，由于吸水材料自身材質接近于絕緣物，因此電極兩端檢測到的阻值無限大，處于絕緣狀態。當吸水材料被待液體潤濕后，電極兩端檢測到的是待測液體的電導（阻）值G2，吸水材料電阻遠大于待測液體，即電導（電阻）G2遠大于電導（電阻）G1，因此，當吸水材料從無水狀態到被潤濕后，電極兩端電導（阻）值發生了突變。設計中，將電極兩端電導（阻）值采集并轉化成電壓信號，在檢測電路采集的電壓值變化到某一設定點，電路中的蜂鳴器發出報警聲訊號，提示液滿。

三、檢測電極設計

檢測電極結構如圖2所示。檢測電極采用環形設計，環形中間為過水孔。貯液罐液滿后，透過吸水材料的液體從過水孔透過PCB板，到達水收集罐罐口的視窗。環狀電極均勻分布于PCB板，通過引線串接分別形成電極1和電極2，同時，任意兩個圓環間距相等，滿足在檢測過程中，吸水海綿任意點潤濕，電極均可準確及時的反饋出電導（電阻）信號。

環形電極采用電路板成型工藝，電路板常用錫或金，電極材料選用貴金屬金，由于其化學穩定性優于錫，且具有很高的耐腐蝕特性，避免長時間暴露于水收集罐上方，金屬表面的腐蝕和鈍化。

四、報警范圍的選取

取三種不同電導率參數的水質，分別對電極間吸水材料進行滴水試驗，并記錄電極間阻值。如表1所示。可以看出，加水量越多，即吸水材料潤濕面積越大，阻值越??；水質電導率越大，阻值越小。

表1 不同水質下電極間吸水材料滴水試驗

在報警參數的選取中考慮到以下因素：

（1）為防止吸水材料上微量的飛沫導致誤報警，報警參數不能太大；

（2）為防止長時間使用，可能因電路不穩，產生的波動電阻大于報警電阻，報警參數不能太小。

圖3為表1數據中吸水材料水量與電極間阻值的關系曲線。如圖3所示，向吸水材料滴加第三滴水開始，在100±30μs/cm水質范圍內，電極間阻值出現明顯突變。結合以上兩種因素，選擇電極間阻值達到400kΩ～700kΩ，為報警裝置報警范圍。即當吸水材料被水浸潤至電極間阻值小于等于400kΩ～700kΩ間任何阻值，給出報警信號，即提示液滿。

另外，從表1數據及設計的報警范圍實現電導式液滿檢測裝置，不受待檢液體電導率的影響。

五、響應時間

在實驗室環境，將設計的檢測電極安裝在廣口瓶頸部，向瓶中收集不同水質的液體，經試驗，液滿后液體快速潤濕吸水材料，記錄的響應時間如表2所示。

表2 不同水質下液滿檢測裝置響應時間

表2中響應時間為向吸收材料滴加第一滴水至蜂鳴器給出報警信號的時間，由數據可以看出該電導式液滿檢測電極響應快速、檢測靈敏，避免了因響應信號滯后引起液體溢出貯液箱的狀態。

六、結論

設計的電導式液滿檢測裝置，原理簡單，成本低廉，易于加工，檢測電極可以根據回收罐形狀而設計，使用及操作簡單，響應時間快，檢測方法不受檢測對象電導率變化的影響，很好的滿足了工業生產中各種貯液罐液滿在線監測。