一种新型电极式电子水尺的制作方法

本实用新型涉及水位测量技术领域，具体涉及一种新型电极式电子水尺。

背景技术：

目前，市场主要用到的水位测量仪器设备主要有五种：浮子式水位计、压力式传感器、超声波传感器、电容式水位传感器以及电极式水位传感器。

浮子式水位计。浮子式水位计利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。

压力式传感器也称为投入式传感器，是根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁，它采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，然后对电信号进行处理即可得到水位的高度。

超声波水位传感器应用声波反射的原理来测量水位，基本方法是将超声波发射、接收头置于水面正上方某一基准处，测量开始时，超声波发射头发出超声波，经水面反射后，被接收头接收到。通过计算发射超声波至超声波被接收的时间差，即可得到探头与水面的距离，再根据基准值即可计算出水位实际值。

电容式水位传感器是基于平板电容原理设计而成的传感器，其测量原理是，将水当介质，根据水位不同引起介电常数不同而导致传感器电容量发生变化，通过测量电容量，再依据电容量与传感器浸入水体深度的数学关系，计算出实际水位。

电极式水位传感器(电子水尺)是一种新型的水位测量传感器，由PCB电路板、公共电极、检测电极、环氧树脂、金属外壳、电缆等组成。其中，公共电极、检测电极与PCB电路板，通过一定的设计规则连接在一起并焊接固定，使用环氧树脂将PCB密封，但公共电极和检测电极裸露，以便与水良好接触。利用水的导电性，在有水或者无水状况下使两个接点间导通或者断开，通过公共电极和若干个纵向等距(如1cm)排列的检测电极直接与水接触为控制电路提供一个信号。

电子水尺具有测量精度高，不受环境如温度、湿度、泥沙、波浪、降雨等因素的影响。尤其适用于测量精度要求高，水位变幅不大的场合。电子水尺采用棒体结构，并有不锈钢防护外壳，内部用高性能的环氧树脂材料进行特殊密封处理，产品具有防腐、防冻、耐热、耐老化等特点，可在泥桨、污液和腐蚀性液体、冰冻等各种恶劣的环境中使用。质量重，体积大，较难安装，量程在80cm～160cm不等，需要单独的外置电池、太阳能或者市电供电。

不锈钢通常是指Cr质量分数为12％～30％的铁基耐蚀合金，由于加入了Cr、Ni、Mo等微量元素，表面上生成了致密的氧化膜，因此在腐蚀介质中的腐蚀速率大大降低。

不锈钢作为重要的工程材料，已应用于国民经济的各个领域，常规来说，不锈钢在水中是不腐蚀的，但由于电解质存在的情况下，通过氧化剂的配合作用形成原电池产生的电化学腐蚀为主导，在特殊环境中，不锈钢的钝化膜会被打破，导致的腐蚀后果会更严重。在含有Cl^-等侵蚀性离子、微生物、溶解氧或氧化剂的环境中，Cl^-优先吸附于钝化膜上，并与其中的阳离子结合生成可溶性氯化物，钝化膜的修复平衡被打破，使得局部钝化膜被破坏，裸露的微小金属成为阳极，周围钝化膜成为阴极，大阴极小阳极的结构使得阳极电流高度集中，腐蚀迅速向内发展，形成蚀孔(孔径多在20～30μm)。蚀孔的发展过程遵循闭塞腐蚀电池理论。当蚀孔形成后，孔外被腐蚀产物阻塞，内外的电流和扩散受到阻滞，孔内成为闭塞区，主要发生阳极反应，不锈钢基体被腐蚀。而阴极反应转移到孔外进行，蚀孔迅速发展，孔内逐渐累积的金属离子发生水解，pH降低。Cl^-由孔外迁入孔内，孔内Cl^-浓度增高，H+和Cl-形成强腐蚀性的盐酸，小孔腐蚀开始自催化加速。孔蚀迅速发展，成为不锈钢构筑物的巨大隐患，不锈钢由于局部腐蚀导致的损失日趋见长。

阴极保护是通过给要保护的金属材料施加阴极电流，使阴极上只发生还原反应，氧化反应则发生在辅助电极上，从而金属受到保护，不会被夺去电子而发生腐蚀。这种方法被广泛应用于特殊环境中，可以保护金属构筑物。阴极保护防腐技术在国内外的输气管道及输水管道上已应用几十年，阴极保护防腐技术被公认为是解决电化学腐蚀的最有效的方法。阴极保护可对为水文测量仪器进行有效的保护，不仅可以抑制局部腐蚀的发生，而且对于已经发生的点蚀、缝隙腐蚀也具有良好的抑制作用。

电子水尺的检测电极一般采用304不锈钢，304不锈钢虽然有一定的耐腐蚀能力，但是在通电的情况下会与水产生原电池，进而产生电化腐蚀，使用一段时间后电极会腐蚀，特别是在液位与空气交界处，电极腐蚀更加明显，电极腐蚀后表面金属氧化物，最后导致电极不导电，无法实现测量功能，严重影响了电子水尺的可靠性，大大缩短了电子水尺的工作寿命。对不锈钢进行保护，延长恶劣环境中不锈钢构筑物的使用寿命，减少损失，是十分必要的。

另外，与本发明创造最相近的技术实现方案如下，但都存在一定不足：

遥测电子水尺：实用新型专利，公开(公告)号为CN202015000716037：密闭容纳腔的基体包含数字逻辑电路板、无线传输模块、充电电池以及稳压电路板，以及数字逻辑电路板电气连接的探针(电极)，其中探针为不锈钢材料，未见保护探针的方法。

一种新型电子水尺，实用新型专利，公开(公告)号为CN202015000716037：不锈钢外壳内部设置有传感测量体，传感测量体利用机械方法定位感应水位变化，经模数转换模块进行数字编码处理，实现数字化分度、数字化采样、数字化传输，将模拟信号转换成数字信号后传送至中央控制器，未见保护传感测量体的方法。

一种触点式无线电子水尺，实用新型专利，公开(公告)号为CN202016001249967：包括触点选择电路，未见保护探针的方法。

一体化多段检索式智能电子水尺，实用新型专利，公开(公告)号为CN20201500046862.5：电子水尺上的数据采集单元传感采集模块包含多个触点(电极)，触点包含触点供电模块、触点电平高低采集模块、信号回传模块，未见保护探针的方法。

因此，特别需要一种降低检测电极电化腐蚀效应，延长电子水尺检测电极的使用寿命的新型电极式电子水尺，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种降低检测电极电化腐蚀效应，延长电子水尺检测电极的使用寿命的新型电极式电子水尺，来解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种新型电极式电子水尺，包括金属外壳、金属铝块、塑料外壳、电路主板，所述塑料外壳固定设置在金属外壳外侧面上，所述电路主板设置在金属外壳内，所述电路主板集成有存储模块、电量监测模块、电源转换模块、微处理器和检测电极，所述存储模块、电量监测模块、电源转换模块和检测电极均与微处理器连接，所述金属铝块的底部与检测电极相连，所述检测电极和金属铝块穿过金属外壳和塑料外壳并固定在塑料外壳上，所述塑料外壳和金属外壳之间注满环氧树脂。

为了进一步实现本实用新型，所述检测电极包括电阻R1和水体电阻，所述电阻R1的一脚与VCC_PWM连接，所述电阻R1的另一脚与水体电阻一脚和VCC_CHECK连接，所述水体电阻的另一脚接电源负极。

为了进一步实现本实用新型，所述电源转换模块为3.3V电源转换模块。

为了进一步实现本实用新型，所述金属外壳为304不锈钢金属外壳。

有益效果

本实用新型在正常使用的情况下，采用牺牲阳极(金属铝块)的阴极保护法，铝失电子首先被腐蚀，完成金属铝块对检测电极的保护，降低检测电极电化腐蚀效应，大大延长电子水尺检测电极的使用寿命，不需外部电源，应用灵活、易于安装、运行维护简单，成本低对附近非保护金属构筑物无干扰等优点。

附图说明

图1为本实用新型新型电极式电子水尺的电路框图；

图2为本实用新型新型电极式电子水尺中单路检测电极的电路图；

图3为本实用新型新型电极式电子水尺的局部结构示意图；

图4为本实用新型新型电极式电子水尺中塑料外壳和电路主板的安装结构示意图。

附图标记说明：

1、金属外壳；2、金属铝块；3、塑料外壳；4、环氧树脂；5、电路主板；6、检测电极；7、存储模块；8、电量监测模块；9、电源转换模块；10、微处理器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。

实施例一

如图1-图4所示，本实用新型新型电极式电子水尺包括304不锈钢金属外壳1、金属铝块2、塑料外壳3、电路主板5，其中：

塑料外壳3固定设置在金属外壳1外侧面上，电路主板5设置在金属外壳1内，电路主板5集成有存储模块7、电量监测模块8、电源转换模块9、微处理器10和检测电极6，存储模块7、电量监测模块8、电源转换模块9和检测电极6均与微处理器10连接，金属铝块2的底部与检测电极6相连，存储模块7用于存储水位信息等关键信息，微处理器10用于与各模块进行通信，协调各模块有序工作，电源转换模块9为3.3V电源转换模块，为微处理器10提供3.3V的电源输出，检测电极6用于检测水位信息，检测电极6和金属铝块2穿过金属外壳1和塑料外壳3并固定在塑料外壳3上，塑料外壳3和金属外壳1之间注满环氧树脂4，用于保护内部电路，使用时采用外部12V供电。

如图2所示，检测电极6采用低压的脉动电压VCC_PWM代替直流供电，降低检测电极6电化腐蚀效应，检测电极6包括电阻R1和水体电阻，电阻R1的一脚与VCC_PWM连接，电阻R1的另一脚与水体电阻一脚和VCC_CHECK连接，水体电阻的另一脚接电源负极，检测电极6遇到水后VCC_CHECK为低脉动电压，无水时VCC_CHECK为高脉动电压。

本实用新型在正常使用的情况下，采用牺牲阳极(金属铝块)的阴极保护法，铝失电子首先被腐蚀，完成金属铝块对检测电极的保护，降低检测电极电化腐蚀效应，大大延长电子水尺检测电极的使用寿命，不需外部电源，应用灵活、易于安装、运行维护简单，成本低对附近非保护金属构筑物无干扰等优点。

为延长电子水尺的使用寿命，需要定期(设备不能正常工作)对金属铝块进一步处理，可以更换铝块或者使用锉刀锉去氧化层。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。