作为一种高效低成本的检测方法, 电容式液位探测广泛应用于检验科和实验室设备。在之前的系列文章中, 我们介绍了几种不同的液位探测方案及其应用场景, 目前绝大部分仪器厂商都是采用美国产的液位芯片来做方案, 但是在新冠疫情和得州暴风雪的双重打击下, 芯片供应链受到严重影响, 加上国际间的贸易限制和争端与日俱增, 越来越多的公司开始选择诸如PCS0902这样的基础器件+算法的液位模块, 以摆脱对进口专用芯片的过度依赖, 提高供应链的安全性和稳定性。在本次CACLP展会中, 不少工程师来展台交流咨询液位应用相关的问题, 我们发现其实很多问题都具有共通性, 因此本文仍然以PCS0902为例, 对电容式液位探测方法在应用过程遇到的常见问题进行汇总分析, 希望能帮助各位工程师少走弯路, 节省集成调试时间。

Q1: 应该选用什么样的加样针?

A1: 推荐使用层间电容较稳定,一致性较好的双层试剂针, 比如伊藤制作所的双层针, 如下图1。内层研磨光洁度不够, 或者层间绝缘不均匀, 均会导致电容测量值发生随机漂移, 当试剂针进行一次加样后悬停不动时, 这种漂移现象可通过PUSICAN软件实时监控波形来观察到。在精度要求不是很高的探测场景, 也可以采用单层钢针, 但是这种情况下需要特别注意Q2所述的机架安装方式。

通过PUSICAN工具可以很方便的对试剂针的品质进行判断, 首先断开同轴电缆与试剂针的连接, 直接使用同轴电缆的芯线接触液面, 我们将会从PUSICAN上得到如下图2左的波形; 然后连上试剂进行液面接触, 可能会得到类似下图2右的波形, 某些品质较差的针波形畸变很严重; 当针悬停不动时, 可以通过观察波形漂移的程度来判断双层针极间介质的稳定性。

Q2：机架结构和安装方式对液位探测的影响?

A2: 由于机架组件的分布电容, 以及机架上安装的电机, 电磁阀, 布线等带来的干扰, 很多工程师通常在第一次接上电容模块测试时就被杂乱不堪的数据波形迷糊了, 这也从侧面反映了机架结构和安装方式的重要性, 需要在设计阶段电子工程师和结构工程师之间的协调配合。一个典型的机架结构如下所示, 为了达到最佳探测效果, 首先加样臂和试剂针之间的连接部A应采用绝缘性较好且介电常数较为稳定的材料, 比如聚酰亚胺, 而POM就相对较差; 其次, 为了降低加样臂轴上的马达绕组干扰, 应将加样臂B和机架D均与24V GND连接, 如果PCS0902的5V供电是与24V隔离, 则最好将试管架下底板C与5V GND连接。