レベルスイッチとは
レベルスイッチとは、液体や粉体などの物質の残量を検知するためのセンサーの一種です。
在庫管理や製品タンクなどの保守運用に欠かせません。ラインナップは簡易的なものから高精度なものまで、種類が数多く存在します。
レベルスイッチの使用用途
レベルスイッチは、主に物質の貯蔵施設に使われます。水道水や化学薬品などの液体を貯蔵するタンクや、粉体材料を投下する設備であるサービスホッパーなどです。
タンクも形やサイズ、据え付け方も様々なため、設置する向きや場面に応じて適したレベルスイッチが使用されます。また、設置目的は単純にタンク内の残量検知および発報のためだけに設置する場合と、ある閾値をまたいだ時に他の装置に何かしらのフィードバック制御を行う場合とに分類されます。
レベルスイッチの原理
レベルスイッチには、液体を検知する「フロート式」と粉体などを検知する「音さ式」に大別できます。
1. フロート式
液体の検知によく用いられるフロート式のレベルスイッチは、浮きがついたレベルスイッチであり、機械的な制御を行います。液体にフロートが接触していない場合にはフロートは傾いており、フロートと反対側についている内部回路は遮断された状態となっています。一方、フロートが液体により押し上げられると反対側の回路が接触し、回路が導通し推移を検知できます。ただしフロート型は液体のみの検知しかできません。
2. 音さ式
粉体などの検知には、音さ式のレベルスイッチが使われます。常に一定の振動数で振動する音さを用意し、その部分へ粉体などが接触すると空気中での振動数と異なる振動数が検出されます。振動数の変化を検知して粉体位置を判定する仕組みです。
レベルスイッチの選び方
検知したい物質が液体か粉体などの固体かによって選ぶレベルスイッチが異なります。液体の残量検知といった簡易的なものであれば、フロートスイッチが適しているでしょう。化学薬品の場合は、耐薬品性があるかは確認しておきましょう。
固体の場合は、音さ式レベルスイッチが適していますが、粒径やサイズによっては音さに挟まるといったトラブルも考えられます。電極型などその他原理を利用したレベルスイッチなども存在するので、メーカーへ相談するのもよいでしょう。
レベルスイッチのその他情報
1. 電極式レベルスイッチ
電極式のレベルスイッチは、アンプとなる電源装置で電極間にごく低圧の電圧を印加極保持用器具で構成されます。アンプの接点はヒステリシスを持っている場合が多く、レベル高の電極が液面についてからレベル低の電極が液面を切るまで接点を短絡させます。
保持器具は周辺金具と電極を絶縁するために樹脂等の絶縁材料で製作されます。電極はコモン電極とレベル高、レベル低の3電極構成が一般的です。警報用に2電極で使用する場合もあります。
フロート式のレベルスイッチは撹拌機のあるタンクの中などでは使用できないのに対し、電極式であれば安定して使用可能です。ただし、導電性ではない液体 (油等) では使用できません。
また、液体の種類によっては電極が腐食などで溶け出してしまうため、電極材質も注意深く選定する必要があります。一般に腐食性の低い液体の検知にはSUS304やSUS316Lが使用されることが多いです。腐食性の高い液体にはハステロイやチタンなどを使用しますが、より高価となります。
2. 静電容量式レベルスイッチ
静電容量式レベルスイッチは、粉体や液体で使用できるレベルスイッチです。原理としては、接地された電極と検出用の電極が絶縁されて配置され、接液することで電極間の静電容量の変化を検知して動作します。静電容量での検知のため、絶縁材料のレベル検知も可能です。
形状は一本の円筒状になっており、薬液タンクやホッパーなどの側面に取り付けて使用します。デメリットとしては、測定対象に接触して検知するため、腐食やこびりつきでの誤検知が発生する恐れがあります。
参考文献
https://yamaden-sensor.jp/document/introduction/
https://www.h-repic.co.jp/descriptions/levelswitch
https://www.fa.omron.co.jp/guide/faq/detail/faq05651.html
https://yamaden-sensor.jp/document/capacitance/