光电式液位传感器是一种通过光学原理检测液位高度的装置，其核心是利用光的折射或反射特性来判定液体是否存在。以下是其详细工作原理：

1. 核心组件

  • 红外发光二极管（LED）：发射红外光。

  • 光敏接收器（如光电晶体管）：接收光信号并转换为电信号。

  • 棱镜或透明探头：安装在待测液位处，光路通过此部分。

2. 工作原理

（1）无液体时（空气环境）

  • 红外光从LED发出，在棱镜/探头表面发生全内反射（因空气折射率低，临界角小），反射光被接收器检测到。

  • 传感器输出高电平或“有信号”状态。

（2）有液体时

  • 液体（尤其是水）折射率高于空气，光在棱镜界面处折射进入液体，而非全反射。

  • 接收器检测到的光强显著减弱或消失。

  • 传感器输出低电平或“无信号”状态。

3. 关键光学现象

  • 全内反射条件：光从高折射率介质（棱镜）射向低折射率介质（空气）时，若入射角大于临界角，则发生全反射；液体存在时破坏此条件。

  • 折射率匹配：液体折射率越接近棱镜材料（如玻璃/塑料），传感器越灵敏。

4. 输出信号处理

  • 接收器信号经电路放大、比较后，触发开关信号（数字输出）或模拟量输出（部分高级型号）。

  • 可设置阈值适应不同液体或污染环境。

5. 应用特点

  • 优点：

    • 无机械运动部件，寿命长。

    • 响应快（毫秒级），适合微小液位变化。

    • 不受液体颜色、导电性、气泡影响（依赖设计）。

  • 局限性：

    • 探头需清洁，污染物可能干扰光路。

    • 粘稠液体可能导致残留误判。

6. 典型应用场景

  • 水箱液位报警（家电、工业设备）。

  • 饮料机、咖啡机的液体检测。

  • 医疗设备（避免液体溢出或干烧）。

通过这种非接触式检测，光电液位传感器实现了高可靠性和低维护需求，尤其适合清洁液体或恶劣环境（如腐蚀性液体需特殊探头材质）。