一种电导式液满检测装置的研究

中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨 150001

一、引言

液位检测在工业生产中有着重要的作用，通常液位检测指非满状态下，液面在贮罐中的位置，液位检测方法包括微波法[1]、超声法[2]、激光法[3]、静压法[4]、电容式[5]，电导式[6]及浮子式[7]等。

电导式液位测量方法根据液体导电的特点，采用与被测液体相接触的电极进行液体电导测量，通过测得的液体电导计算被测液体的液位值。

在液体收集过程中，更多关注的是回收罐中液满与否，电导式液位检测传感器也可以进行液满的检测，但成本高，制作及安装相对复杂，且对电导率不恒定液体如污水，电导法不适用。另外，在贮液罐液体收集过程，液满与否的检测主要依靠人为定时查看，操作过程费时费力。

为此，设计了一种电导式液满检测装置，该装置无需实时监测液位高度，可在线检测液满状态，且检测不受液体电导率变化影响，成本低，安装及操作简单，适合工业生产过程废液及其他贮液罐液满检测。

二、检测原理

设计的检测装置为分体式，检测电极和检测电路通过连接电缆实现信号的采集和输出。检测电路可根据使用情况安装在操作室，液体收集过程无需人为现场观测。

液满检测装置如图1所示。电极安装在废液回收罐罐口部位，紧贴电极有一层吸水材料。工作时，对电极两端施加一个振荡电压，吸水材料中无待检液体时，电极两端检测到的是吸水材料的电导（电阻）值G1，由于吸水材料自身材质接近于绝缘物，因此电极两端检测到的阻值无限大，处于绝缘状态。当吸水材料被待液体润湿后，电极两端检测到的是待测液体的电导（阻）值G2，吸水材料电阻远大于待测液体，即电导（电阻）G2远大于电导（电阻）G1，因此，当吸水材料从无水状态到被润湿后，电极两端电导（阻）值发生了突变。设计中，将电极两端电导（阻）值采集并转化成电压信号，在检测电路采集的电压值变化到某一设定点，电路中的蜂鸣器发出报警声讯号，提示液满。

三、检测电极设计

检测电极结构如图2所示。检测电极采用环形设计，环形中间为过水孔。贮液罐液满后，透过吸水材料的液体从过水孔透过PCB板，到达水收集罐罐口的视窗。环状电极均匀分布于PCB板，通过引线串接分别形成电极1和电极2，同时，任意两个圆环间距相等，满足在检测过程中，吸水海绵任意点润湿，电极均可准确及时的反馈出电导（电阻）信号。

环形电极采用电路板成型工艺，电路板常用锡或金，电极材料选用贵金属金，由于其化学稳定性优于锡，且具有很高的耐腐蚀特性，避免长时间暴露于水收集罐上方，金属表面的腐蚀和钝化。

四、报警范围的选取

取三种不同电导率参数的水质，分别对电极间吸水材料进行滴水试验，并记录电极间阻值。如表1所示。可以看出，加水量越多，即吸水材料润湿面积越大，阻值越小；水质电导率越大，阻值越小。

表1 不同水质下电极间吸水材料滴水试验

在报警参数的选取中考虑到以下因素：

（1）为防止吸水材料上微量的飞沫导致误报警，报警参数不能太大；

（2）为防止长时间使用，可能因电路不稳，产生的波动电阻大于报警电阻，报警参数不能太小。

图3为表1数据中吸水材料水量与电极间阻值的关系曲线。如图3所示，向吸水材料滴加第三滴水开始，在100±30μs/cm水质范围内，电极间阻值出现明显突变。结合以上两种因素，选择电极间阻值达到400kΩ～700kΩ，为报警装置报警范围。即当吸水材料被水浸润至电极间阻值小于等于400kΩ～700kΩ间任何阻值，给出报警信号，即提示液满。

另外，从表1数据及设计的报警范围实现电导式液满检测装置，不受待检液体电导率的影响。

五、响应时间

在实验室环境，将设计的检测电极安装在广口瓶颈部，向瓶中收集不同水质的液体，经试验，液满后液体快速润湿吸水材料，记录的响应时间如表2所示。

表2 不同水质下液满检测装置响应时间

表2中响应时间为向吸收材料滴加第一滴水至蜂鸣器给出报警信号的时间，由数据可以看出该电导式液满检测电极响应快速、检测灵敏，避免了因响应信号滞后引起液体溢出贮液箱的状态。

六、结论

设计的电导式液满检测装置，原理简单，成本低廉，易于加工，检测电极可以根据回收罐形状而设计，使用及操作简单，响应时间快，检测方法不受检测对象电导率变化的影响，很好的满足了工业生产中各种贮液罐液满在线监测。