レーダー式レベル計と超音波式レベル計の比較：違いと選定ガイド

METRAVON レーダー式レベル計と超音波式レベル計の比較：違いと選定ガイド

レーダー式レベルメーターと超音波式レベルメーターは、タンク、貯水池、サイロ、廃水システム、水処理用途、および一般的な工業プロセスにおいて、連続的な非接触式レベル測定に広く用いられています。

これらの技術は、製品表面へ信号を送信し、反射されたエコーを受信することで、センサから表面までの距離を算出する仕組みです。 根本的な相違点は、のレーダーが電磁波を用いるのに対し、超音波測定法は機械的音波を用いる点にある（）。 この差異により、各技術が蒸気、真空、温度変化、粉塵、不規則な固体表面、およびその他のプロセス条件に対してどのように反応するかが決定される。

1．レーダー式および超音波式レベル計の動作原理は？

レーダー式レベル計

レーダー装置は、製品表面に向けて電磁波を送信し、反射された信号を受信する。距離は、信号の伝搬時間または周波数差から算出される。

一般的な産業技術には、パルスレーダーおよび周波数変調連続波（ FMCW ）レーダーが挙げられる。電磁波は伝播に空気や他の気体を必要としないため、レーダーは真空中でも使用可能であり、超音波測定に比べて気体相の温度への依存度が一般的に著しく低い。

超音波式レベル計

超音波センサーは、空気または他の気体中を伝播する高周波の音波を発生する。音波は製品表面で反射し、トランスデューサへと戻ってくる。この音波の飛行時間を測定することで、物体までの距離を算出する。

音速は伝播媒体に依存するため、超音波式計測装置では通常、温度補正が施される。気体組成の変化、蒸気、強い気流、あるいは真空状態の存在は、計測性能に著しい影響を及ぼす可能性がある。

したがって、本質的な相違点は以下の通りである：

ラダーは電磁波を用いて測定するのに対し、超音波は音響波を用いて測定する。

2.パルスレーダー vs FMCW レーダー

FMCW が、自動的に測定範囲の拡大または精度の向上を意味するわけではありません。 最終的な性能は、レーダー電子回路、アンテナ設計、信号処理、標的の反射率、および設置条件にも依存します。

3. レーダーにおいて誘電特性が重要となる理由

レーダー波が被覆表面に到達すると、電磁エネルギーの一部がアンテナ方向へ反射される。 この反射の強度は、部分として、媒質の誘電特性およびガス空間と製品とのコントラストに依存する。

誘電特性がより強い液体または固体は、一般的により強いレーダーエコーを生成する。 誘電率の低い媒体では反射が弱くなるため、アンテナ、周波数、測定範囲および設置の点でより慎重な選定が必要となる場合があります。

重要：誘電率が低いからといって、自由空間レーダーの適用が不可能であるとは限らず、また導波レーダーの採用が必然であるとも限らない。現代のレーダー装置は、用途と装置が適切に適合している場合には、多数の低誘電率媒体を測定することが可能である。

超音波測定では、誘電率を主要な選定基準として用いない。 本手法は、ガス空間内の音速、温度、蒸気分圧、気流、および対象表面の音響反射率に対してより感度が高い。

4．温度、蒸気分圧およびガス状態は、各技術にどのように影響を及ぼすか？

5. 測定範囲はどのように比較されますか？

超音波式水位計は、短～中距離の用途に広く用いられていますが、最大測定距離が一律に15mであるという共通の基準は存在しません。 トランスデューサのサイズ、音響周波数、送信器の設計が異なると、得られる測定範囲も大きく異なる。選定された産業用超音波計は、数十メートルに及ぶ測定範囲を達成することがある。

レーダーは、より広範な応用分野に対応している。 モデルによっては、レーダーによる測定距離は数メートルから数十メートルに及び、選定された長距離用バルク・固体レーダー装置では100メートルを超える場合もある。

大規模なタンク、高層サイロ、深いシャフト、または長距離にわたる水位監視の场合では、レーダーは通常、より多くの選定の柔軟性を提供する。

6. 液体の測定において、どちらの技術がより適しているか？

超音波は、多くの場合、適切な選択肢となります。

液体は比較的清浄であり、容器は大気条件下で、測定範囲は狭いから中程度であり、ガス空間は安定しており、プロジェクトコストが重要な検討事項となる。このような条件下では、

レーダーが好ましく用いられる。

蒸気量が大きく、温度変動が著しく、真空・圧力環境が存在する場合、測定範囲が広くなる場合、容器の形状が複雑である場合、あるいは狭いビームが求められる場合など、さまざまな条件下で適用可能です。

一般的な水槽、浴槽、廃水処理用途において、超音波技術は依然として成熟した経済的な解決策として用いられています。 プロセス条件がより厳しく、あるいは長期的な安定性が優先される場合には、レーダーはより高い応用柔軟性を提供できる。

7. 塊状固体および粉末では、なぜレーダーが頻繁に選ばれるのか？

塊状固体の表面は、ほとんど平坦ではない。 これらは一般的に、ピークおよび谷、休止角、および充填・排出過程における幾何学的形状の連続的な変化を有する。 粉塵、粒子径、および不規則な表面は、エコー検出を困難にすることがある。超音波を用いた計測法（

）は、一部のバルク・固体用途に適用可能であるが、その性能は以下の要因により制限される可能性がある：

• 大量の粉塵による音響減衰；

• 軟質または多孔質材料による音の吸収；

• 傾斜した表面による音のトランスデューサからの反射；

• 充填工程中に発生する粉塵および気流。

現代のレーダー、特に狭角レーダーは、サイロの壁や内部構造をより容易に回避することができ、さらに高度なエコー追跡技術を用いて不規則な材料表面を識別することが可能です。 高所設置のサイロ、大量の粉塵が存在する環境、および複雑なバルク固体物処理の场合では、レーダーが一般的により広範な適用可能性を提供します。

8. 粉塵環境ではレーダーが常に優位に立つのか？

レーダーは、重度の粉塵環境において一般的に優位性を持つが、粉塵の影響を全く受けないとは言い切れない。

レーダーの性能は、以下に示す要因によって依然として影響を受ける可能性がある：

• アンテナの粉塵蓄積；

• 極めて高い粉塵濃度；

• 反射性が低い材料表面；

• 内部容器構造；

• 設置位置およびエコー処理設定。

したがって、レーダーが単に「あらゆる粉塵を透過」できると仮定するのではなく、包括的な測定システムを評価すべきである。

9. フォームはレーダーおよび超音波測定にどのような影響を及ぼすか？

フォームは、これら二つの技術に影響を及ぼし得る特殊なプロセス条件である。

超音波測定において、フォームは音響エネルギーを吸収または散乱し、液体表面からのエコーを弱める可能性がある。 レーダーに対する影響は、フォームの厚さ、液体含有量、誘電特性、および動作周波数に依存します。一部のフォームではレーダーエネルギーが部分的に透過するのに対し、他のフォームでは自らの可測な反射を発生させる場合があります。

厳重なフォーム使用の場合には、レーダーが常に影響を受けないと仮定するのではなく、実際の製品およびプロセス条件に基づいて選定を行うべきです。

10. 圧力対応能力の相違点は何ですか？

：レーダー波の伝播は、気体圧力に依存しない。 適切なプロセス接続、シールシステム、および圧力等級を備えれば、レーダーは真空容器および高圧容器で使用することが可能である。

超音波は、常圧または低圧の開放容器においてより広く用いられている。 密閉された加圧ガス空間については、ガス組成、温度、音響特性、およびトランスデューサの圧力定格のすべてを考慮する必要がある。

11．レーダーと超音波検査には、どのような設置上の共通要件があるか？

測定原理は異なるが、両技術には以下の実用的な設置上の要件が共通している。

• 主レーダービームまたは超音波音響円錐の外側には、固定された障害物を設けないこと。

• 高速で流入する液流や激しい飛沫領域を直接照射しないこと。

• 計器の最小測定距離外に、液面または材料表面の最大レベルが常に維持されるようにすること。

• 代表的な液体または材料の表面を選択すること。

• 適切な外装構造およびケーブル導入部のシールを維持すること。

• 屋外設置時において、適切な接地、過電圧保護および環境保護を確保すること。

ラダーおよび超音波装置は、単一の固定された壁からの距離基準に従って設置してはならない。 適切な位置は、ビームまたは音錐の角度、血管の幾何学的形状、および内部構造に依存する。

12。迅速選択比較

：13．一般的な技術仕様はどのように解釈すべきか？

以下の情報は、の一般的な選定用参考資料としてのみ提供されています。最終的な性能は、常に選定した計測器のデータシートおよび実際のプロセス条件に基づいて確認する必要がある。

よくある質問：レーダー式と超音波式レベル測定の違い｜

Q1：レーダー式と超音波式レベル測定における根本的な違いは何ですか？｜

A：レーダー式は電磁波を用いており、伝搬媒体としてガスを必要としません。一方、超音波式は機械的音波を用いるため、伝搬に空気または他のガスを必要とします。

Q2：誘電率が低い場合、レーダーを使用できないのでしょうか？

A：いいえ。誘電率の低い媒体では一般的に表面反射が弱くなりますが、機器、測定距離、設置条件を適切に選定すれば、現代の自由空間レーダーでも多くのこのような対象を測定することが可能です。

Q3：超音波による測定は15メートルまでしか適用できないのでしょうか？

A：いいえ。多くの超音波式計測装置は短～中距離の用途向けに設計されていますが、選定された産業用モデルでは数十メートルに及ぶ測定距離を実現することがあります。実際の測定距離は、トランスデューサ、音響環境、および対象物に対する反射率に依存します。

Q4：バルク・固体サイロへの適用において、どちらの技術がより適していますか？

A：いずれの技術も、適切な固体用途で使用可能ですが、高所にあるサイロ、大量の粉塵が存在する環境、不規則な表面、あるいは複雑な内部構造がある場合には、一般的にレーダー式が推奨されます。

Q5：大量の蒸気が存在する場合、なぜレーダーが一般的に用いられるのでしょうか？

A：レーダーによる測定は気相内の音速に依存しないのに対し、超音波による測定は温度や気体組成の変化によって影響を受ける可能性があります。そのため、レーダーは複雑な蒸気環境において一般的により適しています。

Q6：超音波による測定は真空環境でも使用できますか？

A：いいえ。音の伝播には媒体が必要です。レーダー用電磁波は真空中でも伝播可能であるが、その伝搬プロセスおよび計器の構成は、実際の真空環境に適した設計が求められる。

Q7：簡易な水槽に対してレーダーは必要か？

A：必ずしも必要ではない。清浄で大気中を流れる、短距離の水槽かつ安定した気体空間を有する場合、超音波による測定が実用的かつ経済的な解決策となり得る。

Q8：フォームが存在する場合には、常にレーダーを選択すべきか？

A：いいえ。フォームはレーダーおよび超音波による測定にいずれも影響を及ぼす可能性があります。性能はフォームの厚さ、液体含有量、誘電特性、および音響特性に依存するため、厳密なフォーム使用環境については個別に評価する必要があります。

Q9：レーダーは常に超音波よりも精度が高いですか？

A：いいえ。精度は使用する計器および適用用途によって異なります。レーダーは、困難なガス環境下での運用、長距離測定、およびバルク・固体用途においてより高い柔軟性を提供するのに対し、超音波式計測装置は、簡易な短距離液体測定用途において安定した測定性能を発揮します。

Q10：どのような情報が含まれていますか？ METRAVON レーダーまたは超音波式液面計の選定が必要ですか？

A：媒体（液体または固体）について、該当する場合は誘電体特性または音響特性、最大測定距離、タンクまたはサイロの寸法、温度、圧力、真空状態、蒸気、フォーム、粉塵、内部構造、プロセス接続、および必要とする出力インターフェースをそれぞれご提供ください。

結論

レーダー式および超音波式液面計はいずれも成熟した非接触式計測技術ですが、その動作原理は異なります。レーダー式は電磁波を用い、超音波式は機械的音波を用います。

この相違が、それらの適用範囲を規定する。 レーダーは、一般的に～に特に適している。広範な計測範囲、真空状態、顕著な蒸気、複雑なガス環境、大量の粉塵、高所にあるサイロ、および不規則な塊状固体の表面超音波測定は、多くの場合、実用的かつ経済的な選択肢として用いられている。清潔で空気感のある、短～中距離の液体用途向け製品。安定したガス空間を備えた。

選定にあたっては、価格や名目上の価格帯だけでは不十分であり、それ以上の要素を考慮すべきである。 媒体の特性、誘電性または音響的特性、温度、ガス組成、粉塵、フォーム、容器の幾何学的形状、設置スペース、および制御システムとのインターフェースについては、すべて評価する必要がある。 METRAVON さまざまな産業用途に最適なレーダーおよび超音波式液面計測設定を提供することで、ユーザーが安定性・信頼性が高く、かつ容易に統合可能な連続的な液面計測を実現できるよう支援します。