物位仪表相关定义
《仪表选用及DCS组态》 1.4 物位仪表的选用
1.4.4 浮球式液位计
浮球1是由金属（一般为不锈钢）制成的空心球，它通过连杆2与转动轴 3相连，转动轴3的另一端与容器外侧的杠杆5相连，并在杠杆5上加上平衡重 物4，组成以转动轴3为支点的杠杆力矩平衡系统。
1.4.5 电容式物位计
电容式物位计可以 用于液位的测量，也可 以用于料位的测量，但 要求介质的介电常数保 持稳定。
• 对于液面连续测量，宜选用差压式仪表。对于界面测量，可选 用差压式仪表，但要求总液面应始终高于上部取压口。
• 腐蚀性液体、结晶性液体、粘稠性液体、易汽化液体、含悬浮 物液体宜选用平法兰式差压仪表。
高结晶、高粘度、结胶性、沉淀性的液体宜选用插入式法兰差 压仪表。
以上被测介质的液面，如果气相有大量冷凝物、沉淀物析出， 或需要 将高温液体与变送器隔离，或更换被测介质时，需要 严格净化测量头 的，可选用双法兰式差压仪表。
1.4.1 物位的概念及物位检测意义
（1）基本概念 物位：存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。 液位：液体介质液面的高低 固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。
液位、界位及料位的测量统称为物位测量。
1.4.2 物位仪表的分类
直读式
直读式物位仪表主要有 玻璃管液位计、玻璃板液位 计等。这类仪表最简单也最 常见，但只能就地指示，用 于直接观察液位的高低，而 且耐压有限。
pA
p2
h
ρ
p1
+-
液位零面
差压式液位变送器 测量液位原理图
设被测介质的密度为
ρ，容器顶部为气相介质，
气相压力为pA，根据静力 学原理可求得 p2=pA p1=pA+ρgh 因此，差压变送器正负压 室的压力差为 △p＝p1-p2 =ρgh
化工仪表及自动化答案--9---物位检测及仪表
三、电容式物位传感器
1.测量原理★ 2.液位的测量★ 3.料位的测量
1.测量原理
【引】电容式物位传感器是利用圆筒形电容器的电容值随物位 变化而变化的原理而工作的。
1.测量原理：在电容器的极板之间充以不同的介质时，由于 介电系数的不同，电容量的大小也会不同。测出电容量的 变化即可检测物位的高低。 H→△C
⇒ 此时，仪表的输出I0不能正确反映出液位的数值H。
⇒ 需要对差压变送器进行零点迁移，使得：
H = 0时，差压变送器输出I0 = 4mA； H = Hmax时，差压变送器输出I0 = 20mA。 即使液位的零值和满量程能与变送器输出的上下限相对应。
2.零点迁移问题
（3）差压变送器零点迁移的方法：可调节变送器上的迁移 弹簧，使得当液位H=0时，尽管差压变送器的输入信号Δ p≠0，但变送器的输出为最小值（对DDZ Ⅲ型，即 I0=4mA）。 H=0时， 尽管Δp≠0，但仍使I0=4mA
习题
Ex50.思考：
若 H = 2 m， 被 测 液 体 的 密 度 ρ min = 1.0 × 10 3 kg / m 3 , ρ max = 1 .5 × 1 0 3 kg / m 3。 求 差 压 变 送 器 的 差 压 变 化 范 围 。 （ g取 9.8N/kg）
解 ： ∆p min =Hgρ min = 2 × 9.8 × 1.0 × 103 N/m 2 = 19600 Pa ∆p max =Hgρ max = 2 × 9.8 ×1.5 ×103 N/m 2 = 29400 Pa
⇒ 范 围 ：19600 P a ~ 29400 P a。
（6）声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、 声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化即可测 出物位。
物位仪表的分类
物位仪表的分类
物位仪表是一种用来测量物料的液位、固位或其他状态的设备。
根据其原理和使用方法，可以将物位仪表分为多种类型。
1. 超声波物位仪表：利用超声波的传播速度和反射原理来确定液位或物料高度。
2. 雷达物位仪表：利用雷达波的传播速度和反射原理来确定液位或物料高度，适用于高温、高压、强腐蚀等恶劣环境。
3. 差压物位仪表：通过测量物料高度上下两点的压力差来计算液位或物料高度，适用于密度变化较小和液位高度变化不大的情况。
4. 磁翻板物位仪表：通过磁翻板的翻转来指示液位或物料高度，适用于小型装置和低温低压环境。
5. 振荡物位仪表：利用物料振动的原理来测量液位或物料高度，适用于固体物料的测量。
6. 电容式物位仪表：通过物料与电容板之间的电容变化来测量液位或物料高度，适用于高粘度、强腐蚀、易结晶等物料的测量。
不同类型的物位仪表具有不同的优缺点和适用范围，在选择时需要考虑物料特性、工艺要求、环境条件等因素。
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物位的定义及物位检测仪表的分类
物位的定义及物位检测仪表的分类本文由/提供物位的定义“物位”一词统指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。
对应不同性质的物料又有以下的定义。
1.液位，指设备和容器中液体介质表面的高低。
2.料位，指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。
3.界位，指相界面位置。
容器中两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成分界面，为液-液相界面;容器中互不相溶的液体和固体之间的分界面，为液-固相界面。
液-液、液-固相界面的位置简称界位。
物位是液位、料位、界位的总称。
对物位进行测量、指示和控制的仪表、称物位测量仪表。
物位测量仪表的分类由于被测对象种类繁多，测量的条件和环境也有很大差别，所以物位测量的方法有多种多样，以满足不同生产过程的测量要求。
物位测量仪表按测量方式分为连续测量和定点测量两大类。
连续测量方式能持续测量物位的变化。
定点测量方式则只检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置，定点测量仪表一般称为物位开关。
按工作原理分类，物位测量仪表有直读式、静压式、浮力式、机械式、电气式等。
1.直读式物位检测仪表，采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。
方法可靠、准确，但是只能就地指示。
主要用于液位检测和压力较低的场合。
2.静压式物位检测仪表，基于流体静力学原理，适用于液位测量。
容器内的液面高度与液柱重t所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。
这类仪表有压力式、吹气式和差压式等形式。
3.浮力式物位测量仪表，其工作原理基于阿基米德定律，适用于液位测量。
漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而可检测液位。
这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。
4.机械接触式物位测址仪表，通过测址物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测址。
这类仪表有重锤式、旋翼式和音叉式等。
5.电气式物位测量仪表，将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。
物位检测仪表
内容
概述 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电容式物位仪表 辐射式物位仪表 超声波物位计
1 概述
几个概念
在容器中液体介质的高低叫液位， 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位 测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计 测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计 在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时只需要 测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位测量的仪表 称为物位开关
理 声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波
反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位。根据工作原 理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。 光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作 ……
2 差压式液位计 基本工作原理 Δ P=ρ gH
零点迁移的目的：使H＝0时，变送器输出为Iomin（如4mA）
Δ P=ρ 1gH Δ P=ρ 1gH -ρ 2g（h2-h1）Δ P=ρ 1gH +ρ 1gh1
无迁移
负迁移
正迁移
迁移量：-ρ 2g（h2-h1） 迁移量：ρ 1gh1
3 浮筒式液位计
输出指示器
弹簧 磁钢
室
浮 筒
F浮 F弹
浮 筒
G
内置式 静井
外置式
基本工作原理 主要由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和输出指示器
6 超声波物位计
利用声波在介质中传播速度 不变的原理，通过检测声波 发射和反射全过程的时间间 隔可以计算出物料界面到探 头的距离，从而得到物位的 高低。
注意事项：
确保反射波能回到探头；
防止物料对声波的吸收（如表 面泡沫漂浮）。
当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度H成正比。
物位测量仪表简要概述
物 位 测 量物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。
液体介质液面的高低称为液位；液体——液体或液体——固体的分界面成为界位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。
液位、界位及料位的测量统称为物位测量。
物位测量的目的在于正确的测知容器或设备中储藏物质的容量或质量。
第一章 浮力式液位计第一节 测量原理浮力式液位计是应用浮力原理测量液位的。
它是利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；或利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。
前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。
1、 恒浮力法液位测量H F∆∆=ρg A （2-1-2）式中ΔH ——浮子高度的变化量；ΔF ——浮力变化量；ρ——被测液体密度；g ——重力加速度；A ——浮子的截面积。
2、 变浮力法液位测量Cx=W-AH ρg （2-1-3）Δx=gA c g A ρρ+ΔH=K ΔH （2-1-5）式中H——浮筒被液体浸没的高度；ΔH——液位的变化量；c——弹簧刚度；x——弹簧压缩位移；Δx——浮筒产生的位移；ρ——被测液体密度；g——重力加速度；A——浮子的截面积。
变浮力法液位测量是通过检测元件把液位的变化转换为力的变化，然后再将力的变化转化为机械位移，并通过转换将机械位移转换为标准信号，以便远传和显示。
第二节恒浮力式液位1、浮球式液位计浮球式液位计平衡关系式为（W-F）l1=Gl2（2-1-6）式中W——浮球的重力；F——浮球所受的浮力；G——平衡重物的重力；l1———转动轴到浮球的垂直距离；l2———转动轴到重物中心的垂直距离；2、磁翻转式液位计磁翻转式液位计在与容器连同的非导磁管内，带有磁铁的浮子随管内液位的升降，利用磁性的吸引，使得带有磁铁的红白两面的翻板产生翻转。
有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外，根据红色指示的高度可以读得液位的具体数值。
3、浮子钢带式液位计浮子钢带式液位计整个系统采用了力平衡原理。
当浮子浸没在液体中某一个高度时，液体对浮子产生的浮力为F，若浮子本身的重力为W，恒力弹簧对浮子的拉力为T，整个系统平衡时应满足T=W-F （2-1-7）如果液位升高，则在瞬间会使浮力F增加，恒力弹簧会通过钢带将浮子向上拉升，钢带上的小孔和钉轮上的钉状齿啮合，从而刚带的线位移变为钉轮的角位移。
物位检测仪表的分类
检测原理浮标式浮球式变浮力式沉筒式基于沉筒的浮力随液位变化而变化的原理物位检测仪表的分物位检测仪表的种类直读式差压式接触式连通器原理利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理玻璃管液位计玻璃板液位计压力式液位计差压式液位计恒浮力式电阻式液位计浮力式式基于浮标或浮球随液位的变化而产生位移的原理通过将物位的变化转换成电阻、电容、电感等电量的变基于超声波在气、液、固体中的衰减程度、穿透能力和辐射声阻抗各不相同的性质利用微波反射原理超声波式物位仪表雷达式物位仪表非接触式电气式电容式液位计电感式液位计通过将物位的变化转换成电阻、电容、电感等电量的变化来实现测量利用核辐射透过物料时，强度随物质层的厚度而变化的原理核辐射式物位仪表主要特点用途可连续测量敞口或密封容器中的液位、界位需远传显示、控制的场合表的分类结构简单，价格低廉，显示直观，但玻璃易损，读数不十分准确能远传现场就地指示用于敞口或封闭容器中，工业上多用差压变送器结构简单，价格低廉测量储罐的液位仪表轻巧、滞后小、能远传，但线路复杂、成本高用于高压腐蚀性介质的物位测量准确性高、惯性小、但成本高，使用和维护不便用于对测量精度要求高求高的场合不受温度、压力、蒸汽、气雾和粉末的限制；无测量盲区，测量误差小，分辨率高。
测量大型存储罐，易凝结、悬浊液、粘稠及具有腐蚀性的液体的液位仪表轻巧、滞后小、能远传，但线路复杂、成本高用于高压腐蚀性介质的物位测量能测各种物位，但成本高，使用和维护不便用于腐蚀性介质的物位测量。
物位仪表相关定义
一、什么是物位测量？测量两相物料的分界面的位置，叫物位测量（例如测量气相液相间分界面称液体测量），完成这种测量任务的仪表叫做物位计。
二、什么是物位变送器?把物位传感器输出物位信号转换成适合单元组合仪表要求的电信号（例如4～20mA或1~5V)装置，叫物位变送器。
国家标准是这样定义“变送器"的：使输出为规定标准信号的装置称变送器。
三、什么是液位计？测量容器中液体界面（液—气，液—液）高度的测量仪表。
四、什么叫电容式物位计？利用两电极间电容量随被测介质物位高低变化而变化的原理构成的物位测量仪表，叫电容式物位计。
五、什么是传感器?传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。
如果传感器进一步对此输出信号进行处理，转换成标准统一信号（例如：4—20mA或1-5V;0—10mA或0—5V等）时，此时的传感器一般称为变送器。
国家标准是这样定义“传感器"的：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置.通常由敏感元件和转换元件组成。
六、什么是电容式传感器？电容式传感器是将被测物理量变化转换为电容量变化的一种传感器.七、什么叫测量？通过一定的实验方法，求出某个量大小的过程.八、什么叫电导率？电阻率的倒数叫电导率，它的单位是:米/欧姆.平方毫米九、环境温度的变化，对“哲士”仪表有什么影响?电子元件，即使品质很好的元件,在环境温度变化时，它的参数都会有变化，绝对不变是没有的,这就是我们常说的“温度漂移",所以由电子元件组成的仪表的工作状态也一定会受环境温度影响，关键在于人们有多大智慧，掌握多少手段去减少和补偿这种变化,使其限制在可以接受的水平，所以环境温度变化对哲士仪表是有影响,但无碍：连续测量的品种不会因温度变化而丧失精度，物位开关类不会因温度变化而误动作。
但高寒地区使用,换季时最好重新标定一次。
十、为什么哲士仪表在标定、投运前要上电预热30—40分钟?这是一个十分重要的程序！由于仪表刚上电时,电路参数并未稳定，尤其温度参数，上电预热一段时间后，电路元件的温度会从刚上电时的环境温度变成了处于动态平衡状态下的工作温度，就稳定了，就可标定或投运了.十一、探极外套装的聚丙烯、氟塑料管用于食品医药行业是否可以?可以！其实聚丙烯管就是食用自来水管.十二、选用“哲士"物位仪表时要考虑哪些因素?（1）是物位连续测量还是物位高度报警；（2）是检测液态物料还是固态物料；（3）介质温度、压力；（4）物料是否有腐蚀性;(5）用什么电源?是AC220V还是DC24V(6)是否有防爆要求?级别如何?（7）现场是否有剧烈机械振动?.。
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一、什么是物位测量？
测量两相物料的分界面的位置，叫物位测量(例如测量气相液相间分界面称液体测量)，完成这种测量任务的仪表叫做物位计。
二、什么是物位变送器？
把物位传感器输出物位信号转换成适合单元组合仪表要求的电信号（例如4～20mA或1～5V）装置，叫物位变送器。
国家标准是这样定义“变送器”的：使输出为规定标准信号的装置称变送器。
三、什么是液位计？
测量容器中液体界面（液—气，液—液）高度的测量仪表。
四、什么叫电容式物位计？
利用两电极间电容量随被测介质物位高低变化而变化的原理构成的物位测量仪表，叫电容式物位计。
五、什么是传感器？
传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。
如果传感器进一步对此输出信号进行处理，转换成标准统一信号（例如：4-20mA或1-5V；0-10mA或0-5V等）时，此时的传感器一般称为变送器。
国家标准是这样定义“传感器”的：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
六、什么是电容式传感器？
电容式传感器是将被测物理量变化转换为电容量变化的一种传感器。
七、什么叫测量？
通过一定的实验方法，求出某个量大小的过程。
八、什么叫电导率？
电阻率的倒数叫电导率，它的单位是：米/欧姆.平方毫米
九、环境温度的变化，对“哲士”仪表有什么影响？
电子元件，即使品质很好的元件，在环境温度变化时，它的参数都会有变化，绝对不变是没有的，这就是我们常说的“温度漂移”，所以由电子元件组成的仪表的工作状态也一定会受环境温度影响，关键在于人们有多大智慧，掌握多少手段去减少和补偿这种变化，使其限制在可以接受的水平，所以环境温度变化对哲士仪表是有影响，但无碍：连续测量的品种不会因温度变化而丧失精度，物位开关类不会因温度变化而误动作。
但高寒地区使用，换季时最好重新标定一次。
十、为什么哲士仪表在标定、投运前要上电预热30-40分钟？
这是一个十分重要的程序！由于仪表刚上电时，电路参数并未稳定，尤其温度参数，上电预热一段时间后，电路元件的温度会从刚上电时的环境温度变成了处于动态平衡状态下的工作温度，就稳定了，就可标定或投运了。
十一、探极外套装的聚丙烯、氟塑料管用于食品医药行业是否可以？
可以！其实聚丙烯管就是食用自来水管。
十二、选用“哲士”物位仪表时要考虑哪些因素？
（1）是物位连续测量还是物位高度报警；
（2）是检测液态物料还是固态物料；
（3）介质温度、压力；
（4）物料是否有腐蚀性；
（5）用什么电源？是AC220V还是DC24V
（6）是否有防爆要求？级别如何？
（7）现场是否有剧烈机械振动？
......
最好向我厂索要并填写“技术调查表”，以便协助选型。
十三、防护等级IP65的意义是什么？
IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示防尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示防潮气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示防护等级越高。
IP65中的“6”表示完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入；“5”表示防止来自各方向由喷嘴喷射出的水进入仪表造成损坏。
十四、电容式物位开关与阻旋式料位开关相比有何优点？
首先，没有任何一种东西是万能的，按不同的机理做成的不同产品各有优缺点。
一般说来，阻旋式转轴易被堵死误动作，小电机也易坏。
十五、什么是“介电常数”？物料的介电常数不同对“哲士”电容式物位开关运行有何影响？
电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为（相对）介电常数。
电容式物位开关是利用无料时介质是空气，有料时介质是物料这种差别来实现料位报警的，空气的介电常数约为“1”，如果物料的介电常数越大，则无/有料之间的电容差别就越大，物位开关越好判断。
而物料品种一旦固定了，它的介电常数也就固定了，要使无/有料的差别尽量大，只好延长探极长度，以使电容式物位开关稳定工作。
当然，电容式物位开关也有“灵敏度标定”这种方法去适应上述“差别”的大、小，但灵敏度标定得太高，抗干扰能力会变低。
所以，还是在可能情况下，用长一点探极好。
附少量物质介电常数：物料介电常数物料介电常数
水 80 水泥 1.5-2.5
甲醇 33.7 干砂 2.5
煤油 2.8 洗衣粉 1.2-1.5
矿物油 2.1 纯白糖 3
油 4.6 食盐 7.5
丙酮 20 碳酸钙 8.3-8.8
苯 2.3 聚本乙烯 2.4-2.6
油漆 3.5 橡胶 2-3
十六、“哲士”电容式物位仪表传感器外壳如何良好接地？
塑料仓最好接地网；碳钢、不锈钢板仓用导线良好接仓体；混凝土仓则良好接其中钢筋。
十七、物位仪表的检测对象一般是什么？
料位、液位、界面。
十八、什么是物位仪表
对料位、液位、界面进行检测和控制的装置为物位仪表。
十九、“射频”电容式物位计有何特点？
——所谓“射频”，就是可以发射的频率，它比普通电容式物位计的工作频率高很多，从而克服了普通电容式物位计的抗干扰能力低、温漂大、工作灵敏度低等缺点。
我厂现在所有的电容式物位开关、物位计都是采用射频电容式，只是为简洁起见，才没有在每种产品前都加上“射频”这外名称而已。
二十、什么是物位控制器？
——能把物位自动控制在一定范围内的装置称物位控制器。
-二十一、什么是物位开关？
——能检测物位到达某一位置并同时发出一个开关信号的装置称物位开关。
二十二、什么是泡沬传感器？
——把泡沬的有无转换成开关或其他信号的装置称泡沬传感器。
二十三、什么是音叉式物位开关？
——利用物位变化而影响叉体振动频率的现象，检测物位并发出开关信号的装置，称音叉式物位开关。
二十四、什么是电导式液位控制？
——利用液体的导电性能检测和控制液位高度的装置，称电导式液位控制器，又称电接点液位控制器。
二十五、仪表防爆的基本原理
——防止爆炸，就是要避免爆炸发生的三个条件同时存在。
由于氧气（空气）无处不在，难以控制。
因此，控制易爆气体和引爆源为两种最常见的防爆原理。
而在仪表行业中还有另外一种防爆原理：控制爆炸范围。
仪表中常见的三种防爆原理：控制易爆气体人为地在危险场所（我们把同时具备发生爆炸所需的三个条件的工业现场称着危险场所）营造出一个没有易爆气体的空间，将仪表安装在其中,典型代表为正压型防爆方法Exp。
工作原理是：在一个密封的箱体内，充满不含易爆气体的洁净气体或惰性气体，并保持箱内气压略高于箱外气压，将仪表安装在箱内。
常用于再线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站或其它仪表置于现场的正压型防爆仪表柜。
控制爆炸范围人为地将爆炸限制在一个有限的局部范围内，使该范围内的爆炸不致于引起更大范围的爆炸。
典型代表为隔爆型防爆方法Exd。
工作原理是：为仪表设计一个足够坚固的壳体，按标准严格地设计、制造和安装所有的界面，使在壳体内发生的爆炸不致于引发壳体外危险性气体（易爆气体）的爆炸。
隔爆防爆方法的设计与制造规范极其严格而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格。
该方法决定了隔爆的电气设备、仪表往往非常笨重，操作须断电等，但许多情况下也是最有效的办法。
控制引爆源人为地消除引爆源，既消除足以引爆的火花，又消除足以引爆的表面温升，典型代表为本质安全型防爆方法Exi。
工作原理是：利用安全栅技术，将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内。
按照国际标准和我国的国家标准，当安全栅安全区一侧所接设备发生任何故障（不超过250V电压）时，本质安全防爆方法确保危险现场的防爆安全。
Ex ia级本质安全设备在正常工作、发生一个故障、发生二个故障时均不会使爆炸性气体混合物发生爆炸。
因此该方法是最安全可靠的防爆方法。
二十六、什么叫液位传感器
——把液位的变化以一定精度转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置，叫液位传感器。
-二十七、什么叫液位控制器
——能感知液位的变化，并把液位控制在一定范围内的装置叫液位控制器。