レベルトランスミッターの選択方法は？

• 導入

液面測定トランスミッターは、液面レベルを連続的に測定する機器です。特定の時間における液体またはバルク固体の液面レベルを測定するために使用できます。水、粘性流体、燃料などの媒体、またはバルク固体や粉体などの乾燥媒体の液面レベルを測定できます。

液面測定トランスミッターは、コンテナ、タンク、さらには河川、プール、井戸など、様々な作業環境で使用できます。これらのトランスミッターは、マテリアルハンドリング、食品・飲料、電力、化学、水処理などの業界で広く使用されています。それでは、よく使われる液面計をいくつか見ていきましょう。

• 水中レベルセンサー

水中レベルセンサーは、静水圧が液体の高さに比例するという原理に基づき、拡散シリコンまたはセラミックセンサーのピエゾ抵抗効果を利用して静水圧を電気信号に変換します。温度補償と線形補正を行った後、4～20mADCの標準電流信号出力に変換されます。水中静水圧トランスミッターのセンサー部は液体に直接挿入でき、トランスミッター部はフランジまたはブラケットで固定できるため、設置と使用が非常に便利です。

水中レベルセンサーは、高度な絶縁型拡散シリコン感応素子で作られており、容器または水に直接入れてセンサーの端から水面までの高さを正確に測定し、4〜20mAの電流またはRS485信号を介して水位を出力します。

• 磁気レベルセンサー

磁気フラップ構造はバイパス管の原理に基づいています。主管内の液面は容器設備内の液面と一致します。アルキメデスの法則に従い、磁気フロートが液体中に生成する浮力と、液面上の重力バランスフロートによって浮力が調整されます。測定対象容器の液面が上下すると、液面計の主管内の回転フロートも上下します。フロート内の永久磁石鋼が、磁気連結台を介して指示計内の赤と白の柱を180°回転させます。

液面が上昇すると、フロートは白から赤に変化します。液面が下降すると、フロートは赤から白に変化します。白と赤の境界は、容器内の媒体の実際の液面の高さを示し、液面表示を実現します。

• 磁歪式液面センサー

磁歪式液面レベルセンサーの構造は、ステンレス鋼管（測定棒）、磁歪線（導波線）、可動フロート（内部に永久磁石を含む）などから構成されます。センサーが作動すると、センサーの回路部分が導波線にパルス電流を励起し、その電流が導波線に沿って伝播すると、導波線の周囲にパルス電流磁場が生成されます。

センサーの測定ロッドの外側にはフロートが配置されており、液面の変化に応じてフロートが測定ロッドに沿って上下に移動します。フロート内部には永久磁石リングが組み込まれています。パルス電流の磁場がフロートによって生成された磁気リングの磁場と衝突すると、フロート周囲の磁場が変化し、磁歪材料で作られた導波線がフロートの位置にねじり波パルスを生成します。このパルスは導波線に沿って一定速度で伝播し、検出機構によって検出されます。伝播するパルス電流とねじり波の時間差を測定することで、フロートの位置、つまり液面の位置を正確に特定できます。

• 無線周波数アドミタンス物質レベルセンサー

無線周波数アドミタンスは、容量性レベル制御から発展した新しいレベル制御技術であり、より信頼性が高く、より正確で、より適用範囲が広くなっています。これは、容量性レベル制御技術のアップグレードです。
いわゆる無線周波数アドミタンスとは、電気におけるインピーダンスの逆数であり、抵抗成分、容量成分、誘導成分から構成されます。無線周波数は高周波液面計の電波スペクトルであるため、無線周波数アドミタンスは高周波電波を用いてアドミタンスを測定することと理解できます。

計測器が作動すると、計測器のセンサーは壁面と測定対象物との間にアドミタンス値を形成します。物質のレベルが変化すると、アドミタンス値もそれに応じて変化します。回路ユニットは、測定されたアドミタンス値を物質レベル信号出力に変換し、物質レベル測定を実現します。

• 超音波レベル計

超音波レベル計は、マイクロプロセッサで制御されるデジタルレベル計です。測定では、センサーからパルス状の超音波が発信され、物体表面で反射された音波がセンサーで受信され、電気信号に変換されます。音波の送信から受信までの時間から、センサーと測定対象物間の距離を算出します。

利点は、機械的な可動部品がなく、信頼性が高く、設置が簡単で便利で、非接触測定が可能で、液体の粘度や密度の影響を受けないことです。

欠点は、精度が比較的低く、試験に盲点が生じやすいことです。圧力容器や揮発性媒体の測定は許可されていません。

• レーダーレベルメーター

レーダー液面計の動作モードは、送信・反射・受信です。レーダー液面計のアンテナから電磁波が発射され、測定対象物の表面で反射された後、アンテナで受信されます。電磁波の送信から受信までの時間は、液面までの距離に比例します。レーダー液面計はパルス波の時間を記録し、電磁波の伝播速度は一定であるため、液面からレーダーアンテナまでの距離を算出し、液面の高さを知ることができます。

実用上、レーダー液面計には周波数変調連続波とパルス波の2つのモードがあります。周波数変調連続波技術を採用した液面計は消費電力が高く、4線式システムと複雑な電子回路を特徴としています。一方、レーダーパルス波技術を採用した液面計は消費電力が低く、24VDCの2線式システムで動作するため、本質安全防爆構造を容易に実現でき、高精度で幅広い用途に対応します。

• ガイド波レーダーレベル計

ガイド波レーダー式レベルトランスミッタの動作原理はレーダー式レベルゲージと同じですが、マイクロ波パルスをセンサーケーブルまたはロッドを通して送信します。信号は液面に到達し、センサーに戻り、トランスミッタハウジングに到達します。トランスミッタハウジングに内蔵された電子回路は、信号がセンサーを通過して戻ってくるまでの時間に基づいて液面を検出します。このタイプのレベルトランスミッタは、プロセス技術のあらゆる分野における産業用途で使用されています。