液位計是企業自動化生產所需的重要檢測工具，主要用于檢測與控制生產過程中罐、釜、塔等設備的液位或界面高低。近幾年來，隨著電子技術的進步以及企業自動化和節能的需要，液位測量與控制技術得到了很大的提高。目前，企業生產過程中所應用的液位計種類繁多，主要有伺服式液位計、鋼帶液位計、浮筒式液位計、UHZ磁翻板液位計、超聲波液位計、磁致伸縮液位計、雷達液位計、電容液位計、電極液位開關等。其中，電極液位開關由于其工作原理簡單、成本低等特點而在生產中得到普遍應用。

 

1 工作原理

電極液位開關是利用液體導電的性能來監測液位高低。其適用于導電液體的液位檢測，液位一旦觸及對應的極棒便產生開關信號，信號經處理后用于控制液位。

 

電極液位開關的工作原理如圖1所示。

 

2 使用案例

圖1所示的電極液位開關結構簡單，可測量不同液位，適用于不要求連續顯示具體液位的場合。在日常生活中，水罐污水池的排水溝常使用電極液位開關。水池補水過程中，在低液位時開泵，高液位時停泵；排水過程中，在高液位時排水，在低液位時停泵；也可用于監控水池液位，發出報警信號。

3 電極液位開關在藥廠中的應用

隨著制藥過程自動化的實現，部分制藥廠家使用電極液位開關來控制液位。如根據液位高低，控制灌裝緩沖罐內的液位，電極棒使用不銹鋼材料，將高、中、低不同液位輸入到PLC中，不同廠家的PLC輸入開關的信號電壓范圍為DC 5～24 V。

圖2為注射劑生產工藝流程框圖。注射劑生產中的飲用水、安瓿均經過凈化處理，在潔凈室內進行藥液灌裝，藥液配制后由配料罐經過濾，再泵打至緩沖罐后灌裝。緩沖罐藥液在低液位時，開啟泵補充藥液，在高液位時停泵，控制簡單，僅使用開關信號，不必顯示具體液位。液位控制是藥品生產的關鍵環節，會對藥品質量產生重要影響。

4 藥液電解

電解是指將電流通過電解質溶液或熔融態電解質（又稱電解液），在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程。電解質是溶于水溶液中或在熔融狀態下就能夠導電的化合物。

 

由電極液位開關的工作原理可知，如果電極液位開關正常工作，藥液導電，則電極間通入直流電流，即可滿足電解條件。不同藥液的成分不同，本文以藥液中常含的NaCl為例，其電解反應過程如下：

陽極反應：Fe-2e - →Fe 2+

陰極反應：2H + +2e - →H 2

Fe 2+ +2OH - →Fe（OH） 2 ↓

4Fe（OH） 2 +2H 2 O+O 2 →4Fe（OH） 3 ↓

 

NaCl溶液中的兩電極如圖3所示，電解后，電極液位開關接直流電正極，不銹鋼內的鐵失電子發生氧化反應變為二價鐵離子，二價鐵離子與氫氧根離子生成灰綠色的絮狀沉淀物Fe（OH） 2 ，由于Fe（OH） 2不穩定，極易被氧化成4Fe（OH） 3 ，鹽水變為紅褐色絮狀沉淀物，電解后的NaCl溶液如圖4所示。電極液位開關接直流電負極，氫離子得電子發生還原反應，被還原為氫氣。

由以上描述可知，NaCl藥液中產生了新的物質，即H 2 和Fe（OH） 3 。而GMP規定生產設備不得對藥品有任何危害，與藥品直接接觸的生產設備表面應光潔、平整、易清洗或消毒、耐腐蝕，不得與藥品發生化學反應或吸附藥品，或向藥品中釋放物質而影響產品質量并造成危害。因此，電極液位開關不能滿足GMP要求。

 

5 藥廠液位計的選擇

電極液位開關的工作原理決定了所控制液位的液體必須導電，雖然降低電壓、電流或者用交流電代替直流電的方法可以減緩電解反應的速度，但藥品成分復雜，不能避免電解產生的物質進入藥液中，不符合GMP要求。因此，藥液的液位檢測應選擇間接測量的方法，使用如音叉液位計、超聲波液位計等測量工具。

 

音叉液位計是使用壓電晶體以音叉的固有頻率對音叉進行振動。對于這種頻率的變化，可進行連續監控。當產品用于低報警用途時，容器內的液體向下排放流經音叉，引起固有頻率的變化，這一變化被電子元件檢測到，從而切換輸出狀態。當用于高報警用途時，容器內的液體上升并與音叉接觸，又可切換輸出狀態。

 

超聲波液位計是由微處理器控制的數字物位儀表。在測量中，脈沖超聲波由傳感器（換能器）發出，聲波經物體表面反射后被同一傳感器接收，轉換成電信號，并由聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器到被測物體的距離。由于超聲波液位計

采用非接觸測量的方式，被測介質幾乎不受限制，所以可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測量。

 

6 結語

測量同一物理量，有多種不同工作原理的傳感器可供選用，在選型時需要根據被測量介質的特點和傳感器的使用條件，綜合考慮以下一些具體問題：（1）量程大小；（2）被測位置對傳感器體積的要求； （3）測量方式，是接觸式還是非接觸式；（4）信號的引出方法，是有線還是無線；（5）傳感器來源，是國產還是進口，價格能否承受。藥液的液位控制不同于排污泵、給水泵的控制，液位計的選擇不僅要考慮使用成本及便捷性，還需要考慮使用的安全性，防止對藥品產生污染，使用前應考慮各種液位計的工作原理，確保選型無誤。