PEM制氢系统设备中的Waytop液位传感器

WKC319-NPT 1-2解决超纯水液位检测痛点的应用案例

一、前提摘要

质子交换膜（PEM）水电解制氢技术作为绿色制氢的核心路径，对系统内部件可靠性与精确性要求极高。其中，高纯度去离子水（电导率＜5μS/cm）作为电解反应的唯一原料，其液位的精准监测直接关乎制氢系统的产氢效率、安全运行及设备寿命。然而，高纯水近乎绝缘的特性（介电常数约80，几乎不导电）使得依赖介质导电性的传统电极式、普通电容式液位传感器完全失效，成为长期困扰行业的技术瓶颈。

广州市威恒电子有限公司推出的Waytop品牌WKC319-NPT1/2型变频电容接触式液位计，凭借其精妙的变频电容技术，成功解决了这一痛点。该传感器通过检测介电常数的变化而非导电性来感知液位，彻底摆脱了对介质导电性的依赖，并为PEM制氢系统在高达4MPa的工作压力下提供了稳定、可靠的液位测量解决方案，为制氢效率与安全保驾护航。

二、行业痛点

在PEM制氢系统的高纯水液位检测中，主要存在以下长期未能有效解决的痛点：

· 绝缘介质检测失效：高纯水（超纯水）因其离子含量极低，导电性极差，近乎绝缘。传统依靠介质导电性工作的电导式、射频导纳式液位开关无法形成电流回路，因此无法有效检测其液位。

· 常规电容式测量漂移：普通电容式传感器虽不依赖导电性，但其测量原理易受温度、湿度、挂料及物料特性变化的影响。在PEM系统复杂的电磁环境与压力波动下，测量值极易发生漂移，导致误报警，可靠性不足。

· 高压环境适应性挑战：PEM电解槽通常在2.0-4.0MPa的高压下运行。许多液位传感器无法承受如此高的压力，存在密封失效、壳体变形甚至破裂的风险，严重威胁系统安全。

· 对洁净度的苛刻要求：PEM系统对水质洁净度要求极高，任何传感器材料的离子析出或污染都可能污染水质，进而毒化昂贵的质子交换膜，导致制氢效率急剧下降和设备损坏。单次故障损失不低于3万元。

三、传感器工作原理

WKC319-NPT1/2液位传感器的核心在于其变频电容检测技术（专利号：ZL 2015 2 0344946.X，本安防爆认证Ex ia IIC T6 Ga，编号：CNEx22.6239X）。其工作原理突破了传统思维的桎梏： 传感器内置一个精密振荡电路，其探头作为电容的一个极板，容器壁或另一个电极作为另一极板。当液位变化时，探头被浸没的比例随之改变，导致两极板间的介电常数发生显著变化（纯水的介电常数≈80，空气≈1）。传感器内部的MCU通过变频技术，精确测量这一电容量的微小变化，并将其转换为标准的开关量信号输出，从而实现对液位的精准识别。

四、性能参数与核心优势

1. 关键性能参数：

· 工作电压：24V DC，适配工业自动化标准电源；

· 工作电流：≤0.1A，低功耗设计，支持长时间连续运行；

· 输出方式：NPN+PNP双路输出，常闭/常开可选；

· 调节方式：2种调节方式，磁铁（赠送）或手持器（需另购）进行调节传感器灵敏度

· （1）磁铁设置方式：

· ①切换常开/常闭：将传感器断电，磁铁对准传感器S点后通电，等信号灯红绿灯交替闪烁，拿走磁铁

· ②调节灵敏度：将传感器断电，传感器感应头接触液体，磁铁对准传感器S点后通电，等信号灯绿灯闪烁，拿走磁铁。

· （2）手持器设置方式：

· ①将传感器接通手持器

· ②将传感器感应头接触物料

· ③观察手持器接触物料后当前值和在空气中的当前值分别是多少

· ④设定值取这2个数值的中间值即可

· 材质与结构：探头采用peek材质，外壳采用316L不锈钢，耐压力范围0-4mpa，螺纹尺寸为NPT1/2

· 接线方式：

·   我们的传感器为四芯线，棕线、蓝线、黑线、和白线，棕线接正极24v，蓝线接负极0v，黑线负极接NPN（低电平0v输出），白线正极接PNP（高电平24v输出），接线时，黑线白线二选一即可。

· 安装方式：如打孔可采用侧面安装/顶部安装/底部安装（非平齐安装）

2. 核心优势：

· 真正不依赖导电性：基于介电常数识别，完美适配超纯水、去离子水、绝缘油等弱导电或非导电介质。

· 高压坚固结构：采用全不锈钢316L材质，内部固态化设计，无任何活动部件，耐受高达4MPa的系统压力，专为PEM高压环境打造。

· 卓越的抗干扰能力：内置先进算法，对系统压力波动、温度变化（-20-85℃）、以及电解产生的气泡干扰具有极强的抑制能力，读数稳定可靠。

五、质量管理与卓越性能

5.1 质量认证

广州市威恒电子有限公司已通过ISO9001质量管理体系认证，确保了从研发、生产到销售和服务全过程的质量可控性和产品一致性，为每一台WKC319-NPT1/2传感器的可靠性提供了体系保障。

5.2 性能参数优势

· 主体材质：探头采用peek材质，外壳采用316L不锈钢，兼具卓越的耐腐蚀性和机械强度。

· 电气接口：标准NPT 1/2" 螺纹接口，安装便捷，通用性强。

· 防护及密封等级：IP68防护等级，高压金属密封，确保在4MPa压力下长期无泄漏。

· 卓越的稳定性与可靠性：产品设计及测试标准符合国军标（GJB）等级要求，每一台传感器在出厂前均须经过8小时浪涌老化测试（模拟复杂电网下的电压冲击），确保其在恶劣工业环境下的超长寿命和稳定性。

· 电气性能：宽电压供电（12-24V DC），输出开关量信号，带极性反接保护，可直接与主流PLC、DCS系统对接。

六、对比进口品牌传感器Waytop传感器的优势

与堡盟（Baumer）、易福门（ifm）等进口高端品牌同类产品相比，WKC319-NPT1/2传感器不仅性能上并驾齐驱，更在多方面展现出显著优势：

七、WKC319-NPT1/2在PEM制氢系统中的实际应用成效

在某知名新能源企业的500Nm³/h PEM制氢装备项目中，WKC319-NPT1/2传感器被应用于纯水箱及电解槽进水管路的液位监测与连锁控制。

· 成效一：实现精准可靠测量：自替换某品牌传感器以来，系统未再发生因液位信号跳变或丢失导致的跳机停产事故。传感器输出信号稳定，成功实现了对高纯水液位的连续精准监控，保证了电解槽水位的平稳供给。

· 成效二：保障系统安全运行：其4MPa的高压耐受能力，彻底消除了高压环境下传感器损坏或泄漏的隐患，为整个系统的安全、无泄漏运行提供了关键保障。

· 成效三：提升经济性：相比原进口方案，单台设备传感器采购成本直接下降40%，同时，快速的本地化服务将因传感器问题导致的潜在停机时间减少了约90%，综合经济效益显著。

· 成效四：维护便捷：出色的稳定性大大降低了维护频率和备品备件的库存需求，为客户节省了大量维护人力和物力成本。

七、客户评价 
   我们一直被PEM制氢系统中高纯水的液位检测问题所困扰，传统传感器完全无效，进口品牌则成本高昂、货期漫长。Waytop的WKC319-NPT1/2传感器彻底改变了这一局面。其变频电容技术精准稳定，4MPa的耐压等级让它在高压环境下运行毫无压力，完全满足了我们对纯水绝缘性检测和系统安全性的严苛要求。使用一年多来实现了零故障运行，为我们节省了超过40%的采购成本，并极大缩短了设备交付周期。这是一款真正解决了我们核心痛点的国产高端传感器，性能比肩国际品牌，是我们实现关键部件国产化的优秀选择，后续项目我们将毫不犹豫地持续选用。”

六、其他应用行业

WKC319-NPT1/2变频电容式液位传感器的技术特性，使其在以下需要检测弱导电或非导电介质的领域同样具有广阔的应用前景：

· 半导体制造：超纯水（UPW）输送系统、CMP研磨液液位检测、高纯化学品（酸、碱、光刻胶）储罐与分配系统。

· 光伏行业：多晶硅/单晶硅生产过程中的特气检测、切割液、清洗剂等绝缘液体的液位控制。

· 电力能源：变压器绝缘油位监测、燃气轮机润滑油系统、高压开关绝缘介质液位。

· 精密化工：各种高阻抗有机溶剂（如甲苯、二甲苯）、树脂、绝缘漆的储罐液位管理。

· 生物制药：纯化水、注射用水（WFI）储罐、配液罐的液位测量，要求无菌、无析出、无污染的场合。

八、结论

Waytop WKC319-NPT1/2变频电容接触式液位计的成功应用，标志着我国在高端工业传感器领域攻克了一项“卡脖子”技术难题。它以其创新的变频电容技术、卓越的高压耐受性、出色的稳定性和本土化服务优势，完美解决了PEM制氢系统在高纯水液位检测中的核心痛点，性能比肩甚至超越国际一流品牌。

该传感器不仅为PEM制氢装备的国产化、降本增效提供了强有力支撑，其可靠的技术平台更可广泛应用于半导体、光伏、电力等众多高端制造领域，展现出巨大的市场潜力与价值。选择WKC319-NPT1/2，即是选择了一份可靠、高效与经济兼得的解决方案，为清洁能源装备的稳定运行注入强劲的“感知”动能。

九、客户实际应用图片分享

十、关于威恒电子

广州市威恒电子有限公司传感器部门依托公司2009年成立以来的技术积累，专注于工业传感器的研发、生产与销售，部门主导的产品液位/料位传感器，广泛应用于食品、制药、包装、电子、汽车制造等工业自动化领域，以及轨道交通、航空航天、医疗设备等高端场景，拥有多项自主知识产权专利，擅长光电、电容、超声波等技术的创新应用，以“专注于品质、创新、服务”为理念，为客户提供定制化检测解决方案，实现液位物位检测等功能。

十一、资料索取

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