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レベルスイッチ・レベル計とは?

レベルスイッチ、レベル計とは、どのような製品で、どのような箇所で使用されているのでしょうか?
工場やプラントなどの産業界をはじめ、様々な箇所で使用されているレベルスイッチ、レベル計、レベルセンサの概要についてご説明いたします。

 

「レベルスイッチ」「レベル計」とは?

工場やプラント、各種装置、及び、河川や用水タンクでは、液体・粉粒体等のレベルや残量の監視・管理が必要になります。タンクや容器、配管などの中にある液体や粉粒体などの被測定物を的確に検知・計測するためのセンサ・計測機器が「レベルスイッチ」「レベル計」になります。

「レベルスイッチ」「レベル計」とは? 図1

空の時の電気的な状態と、満の時の電気的な状態の違いを捉え、レベル検知を行います。空の時の検出電極と接地電極の電気的な状態は、抵抗値(Ro)が無限大で、静電容量(Co)は取付状態で決まる固定の静電容量値になります。


レベルスイッチとは?

レベルスイッチとは、液体や粉粒体の有・無をポイント検出するセンサです。(レベルセンサとも言います)例えば、タンクに液体等が投入されて水位が上昇する場合には、液体等がタンクから溢れだす可能性が生じます。こういった事態(オーバーフローと言います)を避けるために、タンクの上部にレベルスイッチを取り付け液体等がレベルスイッチに接触すると警報出力を行なうようにすると、液体等が溢れだすことを防ぐ事が出来ます。(このようにタンクに被測定物が充満したことを検出することを満検出、または上限検出と言います)、逆にタンクから液体等が排出されて水位が下がる場合に、タンク内の液体等が空になることを防ぐ検出をすることを空検出、または下限検出と言います。

レベル計とは?

レベル計は、レベルスイッチとは違い、液体や粉粒体の量を連続値で出力する計測器です。(連続レベル計、液面計、粉面計とも言います)レベルスイッチの様にポイントの検出をするのでは無く、例えばタンク内の液体が15%貯蔵されているという様に0〜100%の連続指示値で出力します。すなわち、レベルスイッチよりもより細かい残量監視・管理を行なう事が出来ます。実際には4〜20mAの電流出力を行ないます。(4mAの時は0%、20mAの時は100%、12mAの時は50%となります)

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レベルスイッチ、レベル計の重要性

生産設備の省力化に伴い、各種のセンサーが数多く使用されています。
それらセンサーの中でもレベルセンサーは温度、圧力、振動、周囲の環境等、極めて過酷な条件のもとで使用され、又、測定対象物も多岐に渡ります。そうした条件のもとでレベルセンサーには極めて高い信頼性が要求されます。当社のレベル機器はそれら諸条件を満足し、かつ品質、信頼性を誇れるセンサーとして経験、技術力を集結して完成されたものです。

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様々な原理のレベルセンサの紹介

検出・計測する物質(例えば、液体〜粉粒体)や使用条件(例えば、使用温度など)によって、最適な検知センサを選択しないと正しく検出できず、トラブルを起こす場合があります。

本ページでは検出・計測する物質や条件によって、どのような方式や製品(レベルスイッチ、レベル計など)が最適か代表的な例をあげて説明します。

液体の検知(液面計・水位計)

様々な原理のレベルセンサの紹介 図1

液体の計測・検知の代表的な方式としては、

  1. フロート式
    :水面に浮く「浮き」の原理を使用
  2. 超音波式
    :超音波の反射の原理を使用
  3. 静電容量式
    :液体が持つ誘電率の原理を使用
  4. 圧力式
    :液体の圧力(水圧)の原理を使用

などがございます。


各方式において長所・短所があり、液体の種類や使用条件によって方式を選択する必要があります。
以下に各方式の特長、選定の注意点を説明します。

 
方式 1.フロート式
(スイッチ・連続)
2.超音波式
(スイッチ・連続)
3.静電容量式
(スイッチ・連続)
4.圧力式
(スイッチ・連続)
フロート式 超音波式 静電容量式 圧力式
原理 フロート(浮き)が浮力の原理によって上下し、フロート内のマグネットによりリードスイッチが作動して検出信号を出力します。 超音波を発信し、液面で反射した超音波を受信し、送信と受信の時間差を計測信号に変換して出力します。 被測定物の持っている固有の誘電率と空気の誘電率との差を検知・計測して検出・計測信号を出力します。 タンクの下部に設置し、液体の圧力を検知・計測して検出・計測信号を出力します。
長所 コストが安く手軽に使用できます。 非接触で計測できます。取り扱いが容易です。 高温や高圧など苛酷な環境下でも検知・計測可能。粘性の強い液体にも対応します。 手軽に使用できます。
短所 粘性の強い液体、比重の軽い液体、高温・高圧の場所では使用できないことがあります。 真空では使用不可。高温、高圧、ベーパ-、粉塵、障害物があるなどの環境下では測定できないことがあります。 液体の誘電率が変化する場合は計測できません。 高温や高圧では誤差が大きくなったり計測できない場合があります。また、連続指示タイプはタンクの下部に取付ける必要があります。
関連リンク 製品紹介
標準使用例
特殊使用例
製品紹介
標準使用例
特殊使用例
使用上の注意
製品紹介
標準使用例
特殊使用例
使用上の注意
製品紹介
標準使用例

液体以外の検知(レベルスイッチ)

様々な原理のレベルセンサの紹介 図2

粉粒体の計測・検知の代表的な方式としては、

  1. 振動式
    :振動する棒の減衰原理を使用
  2. 静電容量式
    :粉体が持つ誘電率の原理を使用
  3. パドル式
    :回転羽根が停止する原理を使用
  4. 超音波式
    :超音波反射の原理を使用

などがございます。


各方式において長所・短所があり、粉粒体の種類や使用条件によって方式を選択する必要があります。
以下に各方式の特長、選定の注意点を説明します。

 
方式 1.振動式
(スイッチ)
2.静電容量式
(スイッチ・連続)
3.パドル式
(スイッチ)
4.超音波式
(スイッチ・連続)
振動式 静電容量式 パドル式 超音波式
原理 ロッド(棒)を特定の周波数で振動させ、被測定物がロッドに触れると振動が減衰し、その減衰を検知し検出信号を出力します。 被測定物の持っている誘電率と空気の誘電率との差を検知・計測して検出・計測信号を出力します。 羽根が先端についたシャフトを回転させ、被測定物が羽根に触れると羽根が停止し、その停止を検知し検出信号を出力します。 超音波を発信し、粉面で反射した超音波を受信し、送信と受信の時間差を計測信号に変換して出力します。
長所 物性が変化しても検出可能です。初期調整やメンテナンスの必要ありません。 高温や高圧など苛酷な環境下でも検知・計測可能。付着する粉粒体にも対応します。 低コストで手軽に使用できます。 非接触で計測できます。
短所 設置場所の振動が強いところ、高温・高圧。 物質の誘電率が変化すると計測できません。 機械式のために、メンテナンスの必要が生じることがあります。設置場所の振動の強いところ。 真空では使用不可。高温、高圧、ベーハー、粉塵、障害物があるなどの環境下では測定できないことがあります。
関連リンク 製品紹介
標準使用例
特殊使用例
製品紹介
標準使用例
特殊使用例
使用上の注意
製品紹介
標準使用例
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使用上の注意

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