レベルスイッチの様々な種類や方式の
仕組み・特長・注意点などを解説します。
最適なレベルスイッチを選定する為に各方式の原理・構造・特長を知っておくと選定しやすくなります。ここでは当社が販売しているレベルスイッチ各方式の製品の構造・特長・注意点を分かりやすく解説します。
レベルスイッチとは
タンク・容器内の任意のポイントでの測定物の有無
それを正確に検出するのがレベルスイッチです。
レベルスイッチは、液体や粉粒体の有・無をポイント検出するセンサです。（ポイント式レベルセンサとも言います。）
例えば、タンクに液体などが投入されて水位が上昇する場合には、
液体などがタンクから溢れ出す（オーバーフロー）可能性が生じます。こういった事態を避けるために、タンクの上部や側部にレベルスイッチを取り付けて、液体などがレベルスイッチに接触した時に警報出力を行うようにすると、液体などが溢れ出すことを防ぐことができます。このようにタンクに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などが排出されて水位が下がる場合に、タンク内の液体など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。タンクへの取付けは、タンクの上や横など様々です。
レベルスイッチは、非常に多種多様な製品があり、価格帯も安価なものが多いため、導入しやすいというメリットがあります。主に、静電容量式、フロート式、音叉式、電極式、高周波式などがあり、それぞれ、原理、構造、特長が異なります。
静電容量式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 液体、粘性液体、粉粒体、泡、界面 |
| 可動部 | なし |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | 静電容量式レベルスイッチは、測定物が持っている固有の誘電率と空気の誘電率との差を検出・計測して測定物の有無を検出します。 |
原理と構造
測定物を検知する電極は接地電極、検出電極、絶縁物に分かれており、検出電極と接地電極の間の静電容量値を計測します。
測定物が検出電極に触れる（空状態から接液状態に変化する）ことによって、空気の誘電率と測定物が持っている固有の誘電率との差によって静電容量の差が発生します。この差を検知・計測して検出信号を出力します。
通常の静電容量式レベルスイッチは静電容量値Cのみしか検出しませんが、弊社独自のレベルスイッチは抵抗値Rも検出します。
長所・特長
- 液体から粉粒体、絶縁性から導電性まであらゆる物質の検出や計測が可能。
- 粘性の強い液体（付着対応）や界面検出、泡検出、泡無視検出にも対応。
- 温度、圧力、粉塵などの影響を受けず、高温や高圧等の過酷な条件下にも対応。
- 電極の形状や材質の設計自由度が広く、様々な条件に合わせた選定が可能。
- 電極に可動部がなく、耐久性に優れている。
- 振動の強い現場や狭所のスペースにも対応（分離型）
短所・注意点
- 初期調整が必要。
- 測定物の誘電率が大きく変化する場合に注意が必要。
- 腐食性の測定物の場合には、樹脂チューブで被覆した電極を選定する。
- 非金属タンクへの取付けはアースを取る必要がある。
- 振動がある場所に取付ける場合は分離型を選定する。
適応アプリケーション
- 粘性液体、スラリー、界面、粉粒体などの検出
- 泡検知及び無視
- 高温、高圧、真空での使用
- 食品・医薬関連
- 配管内の液体の有無検出。
音叉式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 液体、粘性の弱い液体 |
| 可動部 | なし |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | 振動する音叉状の検出部とその振動の変化を検出する検出回路から構成されており、検出対象物が検出部の高さに達すると、測定物の有無を検出します。 |
原理と構造
2枚の振動翼を備えた音叉部と、その振動翼の振動数の変化を検知する検出回路で構成されており、未検出時は、検出部である音叉に検出対象物が接していないので、振動数は一定となります。検出対象物が検出部の高さに達すると、検出部に対象物が接して振動数が低下し、その変化を検出回路が検知して検出信号を出力します。
長所・特長
- 様々な液体の検出が可能。
- 測定物の物性が変化しても対応可能。
- 初期調整が不要。
- 上限と下限の検出に適している。
短所・注意点
- 測定物が、音叉の間に挟まると誤検知を起こす。
- 粘度が強い液体やスラリー・スラッジには向かない。
- 検出対象物の比重が軽いと、反応しないことがある。
- 測定物によって、電極部の材質を変更する必要がある。
- 音叉式のセンサ部分の交換寿命がある。
適応アプリケーション
- 液種が変わるタンク、容器内の液面の上限・下限検出。
- 食品・医薬関連
- 配管内の液体の有無検出。
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高周波式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 液体、粘性液体、粉粒体 |
| 可動部 | なし |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | 高周波式レベルスイッチは、測定物に高周波信号を発信し、インピーダンス変化を捉えて測定物の有無を検出します。 |
原理と構造
センサ部の先端とその周囲の測定物（例えば、液体や粉体、空気など）で形成されたコンデンサ（キャパシタ）と、スイッチ内部のコイルにより構成された共振回路を応用した周波数技術によって測定物の有無を検知します。
長所・特長
- 液体から粉粒体、絶縁性から導電性まであらゆる物質の検出や計測が可能。
- 本製品1台で導電性から絶縁性まで幅広い測定物を検知可能。
- 高粘度の付着やペースト状にも対応。
- 電極に可動部がなく、耐久性に優れている。
短所・注意点
- センサ部の形状変更に制限がある。材質等の変更にも制限がある。
- 長いセンサ電極には対応できない。
- 比重の小さい粉体、超高温仕様には対応不可。
適応アプリケーション
- 複数の測定物の判別
- チョコレートやクリーム状や高粘度の対象物の検出
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フロート式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | 多点スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 液体 |
| 可動部 | あり |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | フロート式レベルスイッチは、フロート（浮き）を使用したレベルスイッチで、フロートが液体の浮力によって上下することにより液体の有無を検出します。 |
原理と構造
液面に浮くフロート（浮き）とそのフロートの上下と連動してON/OFFするリードスイッチで構成されており、液面が任意の高さになった時にレベルを検出するように設置します。フロート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、ステム内のリードスイッチが作動して検出信号を出力します。
長所・特長
- コストが安く、構造も簡単なので手軽に使用できる。
- 液体の電気的な特性変化の影響を受けない。
- 多点検知が可能（最大７点）
- 腐食性の液体にも対応（樹脂製）
短所・注意点
- 粘性の強い液体、比重の軽い液体には対応できない。
- ゴミや浮遊物のある液体では詰まって故障や誤検知する場合がある。
- 液面に波立ちがあるとチャタリングを起こす。
- 可動部があるので故障する場合がある。
- 高温、高圧の環境下では使用できない場合がある。
適応アプリケーション
- 水や薬液などの多点検知。
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ケーブルフロート式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | 多点スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 液体 |
| 可動部 | あり |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | ロープ・ケーブルに接続されたフロートを利用したレベルスイッチで液面の高さを検出します。多点検出可能で、最長15ｍまで対応しています。 |
原理と構造
ロープ・ケーブルに接続されたフロートが液面に応じて上昇し、制限幅の上段になるとフロートが反転運動を行い、フロート内部の可動ウエイトがマグネットと接触し磁化されてリードスイッチを作動させ上限ONの信号を出します。また、液位下降時には制限幅の下限となるとフロートが反転運動を行い、フロート内部の可動ウエイトが動き、リードスイッチはOFFとなり、下限OFF信号を出力します。
長所・特長
- 1台で多点（1～6点）の検出が可能。
- 最長15mまで対応可能。
- 液体の電気的な特性変化の影響を受けない。
- 波立ちや流れがある場合に最適。
- 自己保持機能を有するため１台でポンプ制御が可能。
短所・注意点
- 粘性の強い液体は使用できない。
- 高温の環境下では使用できない。
適応アプリケーション
- 水や薬液などの多点検知。
- 流れや波立ちのある層での液面検知。
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電極式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | 多点スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 導電性液体 |
| 可動部 | なし |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | 複数の電極棒（コモン電極と検出電極）を使用して、電極間を流れる微小電流の有無で液面を検出し、主に導電性液体の検出に使用されています。 |
原理と構造
コモン電極と複数の検出電極から構成され、コモン電極と検出電極の２本の電極の両方が測定物（導電性液体）に接すると、電極間に微小電流が流れてリレー接点を開閉し、液体の有無を検出します。検出電極は複数の電極接続が可能で、それぞれの長さを変えることにより、多点の液面検出が可能になります。
長所・特長
- コストが安く、構造も簡単なので手軽に使用できる。
- 多点（最大６点）の検出が可能。
- お客様で電極を切ったりすることで調整ができる。
短所・注意点
- 絶縁性液体の検出には難がある。
- 粘性液体やゴミや浮遊物がある液体、付着が残る液体は誤動作を起こす。
- 高温の環境下では使用できない。
- 誤検知する可能性があるため定期的な清掃を実施する必要がある。
適応アプリケーション
- ドレンタンク、浄水層などの多点検知。
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振動式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 粉粒体、微粉、パウダー、塊体、沈殿物 |
| 可動部 | なし |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | 振動式レベルスイッチは、センサ部の振動を利用した接触型のレベルスイッチで、主に粉体・粒体の有無検出や液中の沈殿物の残量検出に使用されています。 |
原理と構造
振動式の原理は、センサ部のロッド（ステンレスの棒）を圧電素子により特定の周波数で振動させ、測定物（粉粒体）がロッドに触れると振動が減衰・停止し、その減衰・停止を検知し検出信号を出力します。振動式のラインナップの中には、液体内の沈殿物の検知が可能なタイプもあります。
長所・特長
- 粉体、粒体の検出に最適。
- 高感度の為、比重の軽い微粉やパウダーの検出も可能。
- 初期設定が不要。
- 可動部がないので故障しにくい。
- ラインナップの中には、液中の沈殿物の検出が可能なタイプもあり。
- 温度、圧力、粉塵、電気的特性等の変化による影響を受けない。
短所・注意点
- ロッド部の測定物の堆積・付着で誤動作を起こす可能性あり。
- 振動が強い設置場所では使用できない。
適応アプリケーション
- 粉体、ペレット、食品、飼料、砂の検出。
- 微粉やパウダーの検出。
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パドル式レベルスイッチ
| スイッチ・連続 | スイッチ |
|---|---|
| 測定物（おすすめ） | 粉体、粒体、塊体 |
| 可動部 | あり |
| 接触・非接触 | 接触 |
| 概要 | パドル式レベルスイッチは、常時回転している羽根に測定物（粉粒体）が触れて羽根を停止させることによって、粉粒体の有無の検出信号を出力します。 |
原理と構造
パドル式の原理は、羽根が先端についたシャフトをモーターで回転させることにより、羽根をゆっくりと回転させます。タンク内の測定物（粉粒体）の上昇に従い、羽根が測定物に埋まることにより羽根が停止し、その停止を検知し検出信号を出力します。
長所・特長
- 粉体、粒体、塊体の検出が可能。
- コストが安く、構造も簡単なので手軽に使用できる。
- 羽根を測定物の比重に合わせた形状に変更可能。
- 軸受けにマム構造を採用し、目詰まりを起こしにくい。
短所・注意点
- 可動部があるため、故障の可能性がある。
- 高圧の環境下では使用できない。
- 振動が強い場所では故障の可能性がある。
- 比重が小さいものは誤作動する可能性がある。
- 設置場所に注意（投入場所の真下、安息角など）
適応アプリケーション
- 粉体、ペレット、飼料、砂、骨材の検出。
- 高温環境下での粉粒体検出。
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レベルスイッチ（静電容量式)
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静電容量式レベルスイッチについて