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レベルセンサ
(レベルセンサ)
レベルセンサとは、タンク、ホッパー、サイロなどに貯蔵された液体や粉粒体の高さ、残量、満空状態を検出するセンサです。液面センサ、レベル計、残量センサなどと呼ばれる場合もあります。
レベルセンサには、上限・下限など特定位置への到達を検出する方式と、貯蔵量の変化を連続的に測定する方式があります。対象物の性質、容器形状、必要な測定範囲、粉じん、泡、付着などを考慮して方式を選定します。
ハカルプラスでは、液体タンクや粉体サイロの残量監視について、センサ選定、表示、警報、PLC制御、無線通信、履歴保存まで含めた構成を検討します。
ポイント式と連続式
ポイント式レベルセンサは、設定した高さに原料や液体が到達したかを検出します。満杯、空、供給開始、供給停止などの判定に適しています。
連続式レベルセンサは、容器内の高さを連続値として測定します。残量表示、消費量の把握、補充時期の予測、遠隔監視などに利用できます。
- ポイント式：上限、下限、満空、オーバーフロー検知
- 連続式：高さ、残量率、容積、質量換算
主な測定方式
レベルセンサには、対象物や環境に応じたさまざまな方式があります。
- フロート式：液面に浮くフロートの位置を検出
- 静電容量式：対象物の有無による静電容量変化を検出
- 超音波式：超音波の往復時間から距離を測定
- レーダー式：電波の反射時間から距離を測定
- 圧力式：液体の静水圧から液位を算出
- 回転式：羽根の回転停止から粉体の到達を検出
- 振動式：振動体の状態変化から対象物の有無を検出
一つの方式がすべての用途に適するわけではありません。対象物の誘電率、粒径、かさ密度、粘度、温度、圧力などを確認します。
液体を測定する場合
液体タンクでは、フロート式、圧力式、静電容量式、超音波式、レーダー式などが使用されます。水や油だけでなく、薬液、粘性液体、泡立つ液体などでは、接液材質や測定方式に注意が必要です。
圧力式では、タンク底部にかかる静水圧から液位を求めます。液体密度が変化すると換算値に影響するため、温度や液種が変わる設備では補正を検討します。
粉体・粒体を測定する場合
粉体サイロやホッパーでは、表面が水平にならず、投入位置を中心に山形となることがあります。排出時には逆円すい状のくぼみができるため、一点の高さだけでは正確な残量を表せない場合があります。
また、粉じん、付着、ブリッジ、ラットホールが測定へ影響します。非接触式センサを使用しても、センサ面への付着や内部構造物からの反射に注意します。
高さから残量へ換算する方法
連続式センサが直接測定するのは、センサから対象物表面までの距離です。タンクの基準高さから測定距離を差し引き、対象物の高さへ換算します。
円筒タンクで断面積が一定なら、高さと容積は比例します。しかし、底部が円すい形や角すい形の場合、高さと容積は単純比例しません。容器形状に合わせた換算テーブルや演算式を使用します。
粉体重量へ換算する場合は、容積にかさ密度を掛けます。ただし、かさ密度は締まり方や含水率によって変動するため、概算値として扱う場合があります。
センサの取付位置
非接触式レベルセンサは、投入流や槽内構造物を避けて設置します。投入原料が直接センサへ当たる位置や、補強材、はしご、配管が測定範囲に入る位置では誤検出が起こる場合があります。
粉体表面が傾斜する場合は、代表的な高さを測定できる位置を選びます。大型サイロでは複数点を測定し、平均値や最小値を用いる場合もあります。
出力と制御への利用
ポイント式では、接点出力やトランジスタ出力をPLCへ入力し、供給機やポンプの起動・停止に使用します。連続式では、4～20mA、電圧出力、デジタル通信などを利用して残量を取り込みます。
上限到達時に供給を停止し、下限到達時に補充を開始する制御では、チャタリングを防ぐために上限と下限を分けたり、判定時間を設けたりします。
異常検出とフェールセーフ
レベルセンサが故障すると、満杯にもかかわらず供給を続けたり、空の状態でポンプやフィーダーを運転したりする危険があります。
重要設備では、上限センサと連続式センサを併用するなど、異なる検出手段を組み合わせます。信号断線、測定範囲外、応答停止を異常として判定し、安全側へ設備を停止する構成を検討します。
異常値が表示された場合の確認
値が急に変化する場合は、投入中の原料、泡、粉じん、撹拌、波立ちなどの影響を確認します。値が固定された場合は、センサ面への付着、導圧管の詰まり、フロートの固着、信号断線を点検します。
実際の残量と表示が合わない場合は、基準高さ、空点・満点、容器形状、かさ密度、PLC側のスケーリング設定を確認します。
保守と点検
センサ面や検出部への付着を定期的に確認し、対象物に応じた方法で清掃します。分解清掃が必要な場合は、設備を停止し、安全を確保して作業します。
満杯・空の模擬試験や、実測値との比較を行い、警報、表示、通信、制御出力まで正常に動作することを確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、対象物、容器形状、測定範囲、粉じん、泡、付着、温度などを確認し、適切なレベルセンサを選定します。
残量表示、上限・下限警報、供給機やポンプとの連動、無線通信、遠隔監視、データ保存まで含めた構成を検討します。
よくある質問
Q. 液体用と粉体用のレベルセンサは共用できますか？
A. 共用できる方式もありますが、誘電率、粉じん、付着、泡などの条件が異なるため、対象物に合わせた選定が必要です。
Q. レベルセンサで重量を測定できますか？
A. 高さから容積を求め、かさ密度を掛けて重量を推定できますが、直接計量するロードセルより誤差が大きくなる場合があります。
Q. サイロ内の粉じんが多くても測定できますか？
A. 粉じん環境に適した方式を選び、取付位置やセンサ面への付着対策を行うことで測定できる場合があります。
Q. 満杯時だけ検出したい場合もレベルセンサを使いますか？
A. 上限位置を検出するポイント式レベルセンサが適しています。
Q. 既設タンクの残量を遠隔監視できますか？
A. センサ、表示器、通信機器を組み合わせ、既設タンクの残量を遠隔監視する構成を検討できます。