液面計とは
液面計とは、容器やタンク内部の液面高さを測定する機器です。
場合によっては、粉体の残量を測定することも可能です。レベル計と呼ばれることもあります。
測定対象や使用条件などに応じて、フロート式、チューブ式、超音波式などさまざまな測定方式が開発されています。液面計には、精度や信頼性が重要です。
誤った液面測定は生産プロセスに影響を与えるため、液面計のメンテナンスや校正を定期的に行うことが必要です。適切なケアを施すことで、長期にわたって正確な液面測定が可能になります。
液面計の使用用途
液面計は幅広い業種や用途で使用されます。
1. 石油業界
石油業界では、燃料の在庫管理や配送スケジュール決定に液面計を用います。燃料の漏れを検知するためのセンサーとしても利用されます。
2. 食品産業
食品産業においては、牛乳やチーズなどの製造過程で液面計が使用されます。製品の品質管理や容器の満杯判定などに利用され、生産ライン全体の効率向上に寄与します。
3. 化学産業
液面計によって、液体化学物質用容器の液面を測定することが可能です。プロセス制御や品質管理に利用されます。
液面計の原理
液面計は浮力や圧力、電気的な位相差などを活用して液面を測定します。これらの原理を組み合わせたり工夫を加えたりすることで、さらに正確な液面計が開発されています。
1. 浮力式
浮力式では、液体に浮かぶ浮体を用いて液面を計測します。
2. 位相差式
位相差式は高周波電気信号を液体に送り、液面と気体の境界面で反射された信号の位相差を測定することで液面を計測します。
3. 圧力式
圧力式は、液体の重さによって生じる圧力を測定することで液面を計測します。
液面計の種類
液面計は測定方法の違いからさまざまな種類が存在します。以下は液面計の種類の一例です。
1. フロート式液面計
フロートと呼ばれる浮きで液面を測定する液面計です。磁石などを内在するフロートが液面を浮くことで信号を出力します。測定原理は水洗トイレなどにも使用されるボールタップに類似しており、制御に使用可能なように電気接点出力を持つ場合が多いです。
フロート式液面計は、巻取り式と非巻取り式に大別されます。巻取り式にはスプリングバランス式やカウンタウエイト式があり、非巻取り式にはアームフロート式やボールフロート式などがあります。
2. チューブ式液面計
液面の高さと連動するチューブを容器外に取り付けて液面を測定する液面計です。チューブをガラスにすれば外側から目視で液面を確認できます。タンクや容器の設計時に液面計の設置を検討する必要があります。
ボイラーや水槽の液面測定用など、広い用途で使用される液面計です。
3. 超音波式液面計
液面に向かって超音波を発信し、反射して戻ってくる時間を計測することで液面を計測する方式です。液面計と測定対象の液体が接触しないで測定できる点や容易に設置できる点が特徴です。
超音波式では信号を液位に変換する必要があるため、演算用の制御基板などが付属する場合が一般的です。連続測定可能であり、アナログ出力信号を持つ場合が多いです。
4. 差圧式液面計
測定対象タンクなどの底面と上面の圧力差を測定することで液位へ変換する液面計です。液体密度が既知であることが使用条件であり、タンク底面などに測定用呼出口が必要なため簡単には後付けできません。
ただし、密閉したタンクにも使用することが可能なため、ボイラなどの圧力タンクに広く使用されます。
5. 静電容量式液面計
タンク内に電極を挿入し、電極上の静電容量の変化を検知して液位へ変換します。高温や高圧といった過酷な環境でも使用できることが特徴です。
6.電波式液面
マイクロ波を発射し計測対象に反射して戻るまでの時間を計測することで、液面の位置を計測します。温度やガス圧力の影響を受けづらいのが特徴です。
液面計の選び方
液体の種類や性質に合った液面計を選ぶことが重要です。液体が腐食性の場合や高温・高圧の場合は、耐久性が高く高精度な圧力式液面計が適しています。一方、液体が揮発性の場合は浮力式液面計や位相差式液面計が適しています。
測定精度も重要な要素の1つです。測定対象の液体の性質や温度などによって、必要となる測定精度が異なります。液面計を選ぶ際には適切な測定精度を選定することが大切です。
設置場所によっても、液面計の種類を選ぶ必要があります。狭いスペースに設置する場合は、小型の液面計が適しています。また、タンクの複雑な形状に合わせた特殊な形状の液面計も存在します。
液面計の機能面についても考慮する必要があります。遠隔操作やデータログ機能を持つ液面計を選定することで、効率的な操作・監視が可能です。
参考文献
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