一個(gè)典型的置換器液位傳感器安裝原理圖
置換器液位傳感器使用阿基米德原理通過連續(xù)測(cè)量浸入過程液體中的置換器桿的重量來檢測(cè)液位。置換器為具有恒定橫截面積的圓柱形形狀，并可根據(jù)需要制成長(zhǎng)或短。標(biāo)準(zhǔn)高度范圍從14英寸到120英寸。
隨著液位升高，置換桿承受更大的浮力，使感測(cè)儀器顯得更輕，將重量損失解釋為液位升高并傳輸成比例的輸出信號(hào)。當(dāng)液位下降時(shí)，浮子桿上的浮力隨著重量的增加而減小，液位傳感器將其解釋為液位下降，然后給出相應(yīng)的信號(hào)輸出。
下圖是一個(gè)典型的置換器液位傳感器安裝：
盡管上面已經(jīng)概述了基本的工作原理，但在實(shí)際的置換液位傳感器中，其結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可通過復(fù)雜的電子電路實(shí)現(xiàn)所需的測(cè)量目標(biāo)。
在這些類型的置換器液位傳感器中，置換器連接到彈簧上，該彈簧限制浮力每次增加（即液位變化）時(shí)的運(yùn)動(dòng)。
帶有線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)的變送器用于隨著液位變化跟蹤置換器桿的上升和下降。然后使用復(fù)雜的電子設(shè)備將來自LDVT的電壓信號(hào)處理為4-20mA輸出信號(hào)。
阿基米德原理應(yīng)用于置換器
根據(jù)阿基米德原理，浸沒物體上的浮力總是等于物體排開的流體體積的重量。
假設(shè)在置換器液位傳感器中，我們有一個(gè)圓柱形置換器桿，其密度為ρ，半徑為r，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，過程流體的密度為У。在此安裝中，置換桿的長(zhǎng)度與被測(cè)液位成正比：
置換桿體積，V=πr2L
如上圖所示的置換器液位傳感器安裝圖，當(dāng)容器裝滿時(shí)，置換器桿完全浸入過程流體中，因此置換的過程流體體積為V=πr2L。當(dāng)容器液位為空或最低時(shí)，置換的過程流體體積為V=0
因此：
當(dāng)容器裝滿時(shí)，浮子桿上的浮力由下式給出：
浮力=置換過程流體的重量
=πr2LУg（g=重力加速度）
置換器實(shí)際重量=πr 2 Lρg
當(dāng)容器裝滿時(shí)，LVDT、變送器和相關(guān)電子設(shè)備檢測(cè)到的置換器凈重為：
=πr 2 Lρg?πr 2 LУg=πr 2 Lg(ρ–У)=Vg(ρ–У)
如上所示，LVDT檢測(cè)到的凈重與置換桿的密度(ρ)和過程流體的密度(У)之差成正比
因此，置換桿必須具有比被測(cè)液位更高的比重，并且必須針對(duì)液體的比重進(jìn)行校準(zhǔn)。
使用置換器液位傳感器的液體的典型比重范圍為0.25至1.5。另一點(diǎn)值得一提的是，浮子液位計(jì)的范圍僅取決于為給定應(yīng)用指定的浮子桿的長(zhǎng)度(L)。
當(dāng)容器為空或液位最低時(shí)，
浮子上的浮力=0
因此，LVDT感測(cè)到的重量為=πr 2 Lρg
LVDT記錄容器最低液位的電壓信號(hào)并輸出相應(yīng)的信號(hào)。置換器長(zhǎng)度由指定的操作范圍（跨度）、過程流體的比重、壓力和溫度決定。直徑和重量由工廠計(jì)算，以確保正確操作并提供準(zhǔn)確的4-20mA輸出。
應(yīng)用領(lǐng)域
置換器液位傳感器用于液位測(cè)量應(yīng)用，例如分離罐、冷凝罐、分離器、閃蒸罐、儲(chǔ)存罐和接收罐。
