关键词：电极液位开关；液位；电解质；工作原理
0 引言
液位计是企业自动化生产所需的重要检测工具，主要用于检测与控制生产过程中罐、釜、塔等设备的液位或界面高低。近几年来，随着电子技术的进步以及企业自动化和节能的需要，液位测量与控制技术得到了很大的提高。目前，企业生产过程中所应用的液位计种类繁多，主要有伺服式液位计、钢带液位计、浮筒式液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、磁致伸缩液位计、雷达液位计、电容液位计、电极液位开关等。其中，电极液位开关由于其工作原理简单、成本低等特点而在生产中得到普遍应用。
1 工作原理
电极液位开关是利用液体导电的性能来监测液位高低。其适用于导电液体的液位检测，液位一旦触及对应的极棒便产生开关信号，信号经处理后用于控制液位。
电极液位开关的工作原理如图1所示。
2 使用案例
图1所示的电极液位开关结构简单，可测量不同液位，适用于不要求连续显示具体液位的场合。在日常生活中，水罐污水池的排水沟常使用电极液位开关。水池补水过程中，在低液位时开泵，高液位时停泵；排水过程中，在高液位时排水，在低液位时停泵；也可用于监控水池液位，发出报警信号。
3 电极液位开关在药厂中的应用
随着制药过程自动化的实现，部分制药厂家使用电极液位开关来控制液位。如根据液位高低，控制灌装缓冲罐内的液位，电极棒使用不锈钢材料，将高、中、低不同液位输入到PLC中，不同厂家的PLC输入开关的信号电压范围为DC 5～24 V。
图2为注射剂生产工艺流程框图。注射剂生产中的饮用水、安瓿均经过净化处理，在洁净室内进行药液灌装，药液配制后由配料罐经过滤，再泵打至缓冲罐后灌装。缓冲罐药液在低液位时，开启泵补充药液，在高液位时停泵，控制简单，仅使用开关信号，不必显示具体液位。液位控制是药品生产的关键环节，会对药品质量产生重要影响。
4 药液电解
电解是指将电流通过电解质溶液或熔融态电解质（又称电解液），在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程。电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合物。
由电极液位开关的工作原理可知，如果电极液位开关正常工作，药液导电，则电极间通入直流电流，即可满足电解条件。不同药液的成分不同，本文以药液中常含的NaCl为例，其电解反应过程如下：
阳极反应：Fe-2e-→Fe2+
阴极反应：2H++2e-→H2
Fe2++2OH-→Fe（OH）2
4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3
NaCl溶液中的两电极如图3所示，电解后，电极液位开关接直流电正极，不锈钢内的铁失电子发生氧化反应变为二价铁离子，二价铁离子与氢氧根离子生成灰绿色的絮状沉淀物Fe（OH）2，由于Fe（OH）2不稳定，极易被氧化成4Fe（OH）3，盐水变为红褐色絮状沉淀物，电解后的NaCl溶液如图4所示。电极液位开关接直流电负极，氢离子得电子发生还原反应，被还原为氢气。
由以上描述可知，NaCl药液中产生了新的物质，即H2和Fe（OH）3。而GMP规定生产设备不得对药品有任何危害，与药品直接接触的生产设备表面应光洁、平整、易清洗或消毒、耐腐蚀，不得与药品发生化学反应或吸附药品，或向药品中释放物质而影响产品质量并造成危害。因此，电极液位开关不能满足GMP要求。
5 药厂液位计的选择
电极液位开关的工作原理决定了所控制液位的液体必须导电，虽然降低电压、电流或者用交流电代替直流电的方法可以减缓电解反应的速度，但药品成分复杂，不能避免电解产生的物质进入药液中，不符合GMP要求。因此，药液的液位检测应选择间接测量的方法，使用如音叉液位计、超声波液位计等测量工具。
音叉液位计是使用压电晶体以音叉的固有频率对音叉进行振动。对于这种频率的变化，可进行连续监控。当产品用于低报警用途时，容器内的液体向下排放流经音叉，引起固有频率的变化，这一变化被电子元件检测到，从而切换输出状态。当用于高报警用途时，容器内的液体上升并与音叉接触，又可切换输出状态。
超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中，脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号，并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于超声波液位计采用非接触测量的方式，被测介质几乎不受限制，所以可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。
6 结语
测量同一物理量，有多种不同工作原理的传感器可供选用，在选型时需要根据被测量介质的特点和传感器的使用条件，综合考虑以下一些具体问题：（1）量程大小；（2）被测位置对传感器体积的要求；（3）测量方式，是接触式还是非接触式；（4）信号的引出方法，是有线还是无线；（5）传感器来源，是国产还是进口，价格能否承受。
药液的液位控制不同于排污泵、给水泵的控制，液位计的选择不仅要考虑使用成本及便捷性，还需要考虑使用的安全性，防止对药品产生污染，使用前应考虑各种液位计的工作原理，确保选型无误。