レベル計測器の種類：基本原理、特徴および選定ガイド

レベル測定は、化学工業、水処理、食品・飲料製造、医薬品、農業用水管理、鉱業、貯蔵システム、および産業用自動化など、幅広い分野で広く用いられています。 媒体、タンク構造、温度、圧力および設置環境に応じて、異なる計測技術が求められる。

一般的な技術には、静水圧式、超音波式、フローティング式、レーダー式、RFアドミタンス式、および容量式レベル計測法があります。いずれの技術もすべての用途に適しているわけではなく、選定にあたってはプロセス条件、測定範囲、設置要件、信号出力、およびメンテナンス要件を総合的に考慮する必要があります。

1. 静水圧式レベル計測法

静水圧式レベル計測法は、液体の柱によって生じる圧力に基づいて液体の液面を測定する手法です。液体の密度が比較的安定している場合、液体の高度が増加すると、静水圧もそれに応じて増加する。

基本的な測定原理

連続的な液面測定に適用可能。

代表的な応用分野

水タンク、貯水池、井戸および産業用貯蔵システム。

プロセスの安定性

泡、蒸気および表面乱流は、圧力測定に直接的な影響を及ぼさない。

システム統合

産業用モデルは、4-20mA または RS485 出力を提供可能。

静水圧測定は、液体の密度によって影響を受ける。 温度、濃度、またはプロセス組成によって密度が著しく変化する場合には、 算出されたレベルもずれる可能性があります。 圧力付き密閉タンクでは、気相圧力補正または差圧測定が必要となる場合があります。

2. 超音波式レベル測定

超音波式液面送信器は、通常、非接触式計測装置である。 センサーは、液体または固体の表面に向けて超音波パルスを発射し、反射された信号の渡り時間を測定する。 測定された距離は、設置基準高さに基づいてレベル値に変換されます。

非接触式測定

センサーは通常、プロセス媒体と直接接触しません。

液体および一部の固体の適用

タンク、浴槽、廃水システム、開放式水路、および選定されたバルク固体に適しています。

設置が比較的簡単です。

安定した大気条件下での大気圧環境への適用に最適です。

自動化統合：

PLC、RTU、データロガー、および遠隔監視システムに接続可能です。

超音波信号がプロセス上のガス空間を伝播するため、 温度の変動、蒸気、泡、強い気流、粉塵、表面の乱流、および内部の障害物などが、計測の安定性に影響を及ぼす可能性があります。

3. フロート式水位計測

浮力式計器は、浮力を利用して液体の液面の変化を測定する。 液体の液面が上昇または下降するにつれて、浮体はそれに応じて移動し、その位置が磁気結合によってレベル信号に変換される。 機械的リンク、リードスイッチ、またはその他の検出方式。

直接機械式原理

従来の液面計測用途に広く用いられます。

誘電率に依存しません。

多くの標準的な液体に適用可能です。

点検式または連続測定が可能です。

液面スイッチや連続的な液面表示に使用できます。

浮体は媒体と直接接触しているため、粘度、腐食、固体粒子などが影響を及ぼす可能性がある。 結晶化、堆積、および利用可能な移動空間については、すべて考慮する必要がある。 高粘度や付着性のある媒体は、浮体物の移動を制限する可能性があります。

：レーダーによるレベル測定。

：レーダーレベル送信装置は、非接触式レベル測定に高周波電磁波を用います。 アンテナはプロセス表面に向けてレーダー信号を放射し、反射された信号を解析することで、実際の液体または固体の液面を算出する。

非接触式計測

液体およびバルク固体の両方に適用可能。

より厳しい条件にも適しています。

超音波測定に比べて、温度・圧力・蒸気状態の変化に対する感度は一般的に低いです。

機械的な可動部を有しません。

長期的な連続測定に最適です。

幅広い用途に適用可能です。

タンク、サイロ、水処理、化学プロセス、鉱業分野などに使用されています。

レーダー反射は、依然として誘電率および設置位置の影響を受ける。 タンクの形状および不要なエコー 誘電率の低い媒体や複雑な形状の容器では、レーダー周波数、アンテナの設計および設置位置を慎重に選定する必要がある。

5. RFアドミタンスレベル測定

RFアドミタンスレベル計は、プローブと容器との間の電気的特性の変化を検出する。 通常、接触プローブを使用し、液体、スラリー、粉末、粒状材料に適用可能です。

複数の媒体タイプに対応。

液体、スラリー、粉末、粒状材料に適しています。

ポイントレベル検出

高レベルおよび低レベルの警報に広く用いられます。

：一部のコーティング媒体に適用可能。

：適切な設計により、特定のコーティングまたは堆積条件を耐えることが可能です。

：RFアドミタンス測定は、媒体の電気的特性によって影響を受ける可能性があります。 プローブのコーティングおよび設置の幾何学的構造 大きな誘電特性の変化または著しい電荷蓄積が生じる用途については、実際のプロセス条件下で較正および検証を行う必要があります。

6. 静電容量式液面測定

静電容量式レベル計は、試料がプローブと基準電極の間の検出領域に進入する際に生じる静電容量の変化を測定する。 プロセス媒体の誘電率は、静電容量の応答に直接的な影響を及ぼします。

液体および選定された固体用｜

各種液体、粉末、粒状材料に適用可能｜

コンパクトな構造｜

小型容器や空間が限られた設置環境に適｜

連続測定または点測定｜

連続レベル検出または点レベル検出に設定可能

静電容量測定法は、誘電率および材料組成に対して感度を持つ。 プローブの積層、湿度、および設置構造。 培地の特性に著しい変化が生じた場合には、再校正が必要となる場合があります。

7。一般的なレベル測定技術の比較

8. 水準測定技術の選定方法

水槽・貯水池・井戸

設置状況およびプロセス条件に応じて、静水圧測定法、超音波測定法、またはレーダー測定法から選定できます。

廃水および処理水システム

フォーム、スラッジ、腐食、および浮遊物質を考慮する必要がある。より困難な条件下では、レーダーの適用を検討することができる。

産業用貯蔵タンク

通常の大気環境下にあるタンクには、超音波、レーダー、または静水圧測定法が適用可能である。一方、高温または高圧の処理プロセスでは、レーダー、誘導波レーダー、あるいは差圧測定法が必要となる場合がある。

塊状固体用サイロ

粉塵の性質、測定範囲、および対象材料の特性に応じて、レーダー、超音波、RFアドミタンス、または静電容量式レベル検出方式のいずれかを選定することができる。

微小血管およびポイントレベル検出

フローティングスイッチ、容量型スイッチ、またはRFアドミタンスレベルスイッチが適している場合があります。

9. レベル用計器の選定に必要な情報

FAQ、

Q1：一般的な水位測定にどのレベル測定技術が適していますか？

A1：静水圧式、超音波式、レーダー式計器のいずれも使用可能です。最終的な選定は、測定範囲、設置条件、およびプロセス条件に応じて行われます。

Q2：超音波式計器とレーダー式計器の主な違いは何ですか？

A2：超音波式計器は音波を用い、レーダー式計器は電磁波を用います。レーダー式計器は、一般的に温度、圧力、および蒸気状態の変化に対して感度が低くなります。

Q3：静水圧レベルの測定は、液体の密度によって影響を受けますか？

A3：はい。静水圧式レベル計は液体の柱圧に基づいてレベルを算出するため、密度に大きな変動がある場合、算出されるレベルに影響を及ぼす可能性があります。

Q4：レーダー式レベル計は、バルク固体の測定にも使用できますか？

A4：はい。レーダー式レベル計は、タンクやサイロにおける液体およびバルク固体の両方に対して広く用いられています。

Q5：容量式レベル計において、誘電率が重要となる理由は何ですか？

A5：静電容量法による測定は、プロセス媒体によって生じる静電容量の変化に依存するため、誘電率が測定結果に直接的な影響を及ぼします。

Q6：フォームが存在する場合、どの技術を検討すべきでしょうか？

A6：選定はフォームの厚さおよびプロセス条件に依存します。厚いフォームでは超音波エコーが弱まる可能性があるため、レーダー測定または接触式測定を評価する必要がある場合があります。

Q7：すべての計測器を PLC に接続することは可能ですか？

A7：それは出力構成に依存します。4-20mA、RS485 Modbus、またはリレー出力を備えた計測器は、通常、PLC、RTU、またはデータ収集システムと統合することが可能です。

結論

静水圧式、超音波式、フローティング式、レーダー式、RFアドミタンス式および容量式レベル計は、それぞれ異なる測定原理に基づいており、異なるプロセス条件に適しています。 静水圧計測法は、密度が比較的安定した液体に適している。 超音波測定法は、非接触式での液体および特定の固体の測定に広く用いられている。 浮遊式計器は、一般的な液体に対して直接的な機械的解決策を提供する。 レーダーは、より厳しい条件を要する戦車およびサイロ環境に適している。 RFアドミタンス技術および容量型技術は、特定の接触測定や点レベル検出に広く用いられている。

適切な選定には、プロセス媒体、測定範囲、温度、圧力、フォーム、蒸気、粉塵、設置条件、出力信号、およびシステム統合に関する要件を考慮する必要がある。 METRAVON レベル測定用製品は、他のシステムと統合することが可能です。PLC s、RTU、SCADA 液体タンク、水処理システム、産業プロセス、およびバルク・固体用途向けのシステムおよび産業用IoTプラットフォーム。