置换器液位传感器使用阿基米德原理通过连续测量浸入过程液体中的置换器杆的重量来检测液位。置换器为具有恒定横截面积的圆柱形形状，并可根据需要制成长或短。标准高度范围从14英寸到120英寸。

　　随着液位升高，置换杆承受更大的浮力，使感测仪器显得更轻，将重量损失解释为液位升高并传输成比例的输出信号。当液位下降时，浮子杆上的浮力随着重量的增加而减小，液位传感器将其解释为液位下降，然后给出相应的信号输出。

　　下图是一个典型的置换器液位传感器安装：

　　尽管上面已经概述了基本的工作原理，但在实际的置换液位传感器中，其结构经过精心设计，可通过复杂的电子电路实现所需的测量目标。

　　在这些类型的置换器液位传感器中，置换器连接到弹簧上，该弹簧限制浮力每次增加（即液位变化）时的运动。

　　带有线性可变差动变压器(LVDT)的变送器用于随着液位变化跟踪置换器杆的上升和下降。然后使用复杂的电子设备将来自LDVT的电压信号处理为4-20mA输出信号。

　　阿基米德原理应用于置换器

　　根据阿基米德原理，浸没物体上的浮力总是等于物体排开的流体体积的重量。

　　假设在置换器液位传感器中，我们有一个圆柱形置换器杆，其密度为ρ，半径为r，长度为L，过程流体的密度为У。在此安装中，置换杆的长度与被测液位成正比：

　　置换杆体积，V=πr2L

　　如上图所示的置换器液位传感器安装图，当容器装满时，置换器杆完全浸入过程流体中，因此置换的过程流体体积为V=πr2L。当容器液位为空或最低时，置换的过程流体体积为V=0

　　因此：

　　当容器装满时，浮子杆上的浮力由下式给出：

　　浮力=置换过程流体的重量

　　=πr2LУg（g=重力加速度）

　　置换器实际重量=πr 2 Lρg

　　当容器装满时，LVDT、变送器和相关电子设备检测到的置换器净重为：

　　=πr 2 Lρg−πr 2 LУg=πr 2 Lg(ρ–У)=Vg(ρ–У)

　　如上所示，LVDT检测到的净重与置换杆的密度(ρ)和过程流体的密度(У)之差成正比

　　因此，置换杆必须具有比被测液位更高的比重，并且必须针对液体的比重进行校准。

　　使用置换器液位传感器的液体的典型比重范围为0.25至1.5。另一点值得一提的是，浮子液位计的范围仅取决于为给定应用指定的浮子杆的长度(L)。

　　当容器为空或液位最低时，

　　浮子上的浮力=0

　　因此，LVDT感测到的重量为=πr 2 Lρg

　　LVDT记录容器最低液位的电压信号并输出相应的信号。置换器长度由指定的操作范围（跨度）、过程流体的比重、压力和温度决定。直径和重量由工厂计算，以确保正确操作并提供准确的4-20mA输出。

　　应用领域

　　置换器液位传感器用于液位测量应用，例如分离罐、冷凝罐、分离器、闪蒸罐、储存罐和接收罐。