この記事の対象になる方
- 排水ピットやタンクの水位監視を検討している生技・工務・保全担当者
- 水位レベル計の方式選定で迷っている方
- レベル計の誤検知、接点不良、メンテナンス負荷を減らしたい方
はじめに
工場設備では、排水ピット、薬液タンク、洗浄槽、原料タンク、冷却水槽など、液体を扱う場面が多くあります。
そこで必要になるのが、水位レベル計です。
水位レベル計は、液面の高さを検出するための機器です。
ただし、ひとことで水位レベル計といっても、選び方は意外と簡単ではありません。
満水になったら分かればよいのか。
空になりそうなことだけ分かればよいのか。
液面を常に数値で監視したいのか。
将来的にデータ化や見える化まで考えるのか。
この目的によって、選ぶべきレベル計は変わります。
現場では、なんとなく過去と同じ方式で選んだ結果、汚れやゴミの付着で検出不良が起きたり、屋外環境でセンサが傷んだり、後から連続監視したくなっても信号が取れずに困ったりすることがあります。
水位レベル計は、液面を検出するだけの部品ではなく、設備停止・あふれ・環境リスクを未然に防ぐための重要な機器です。
この記事では、水位レベル計の選定方法を現場目線で整理します。
ON/OFF監視と連続監視の違い、電極式・静電容量式・ガイドパルス式の特徴、液体の性状、設置環境、メンテナンス性まで含めて解説します。
水位レベル計はまず「ON/OFF式」か「連続監視式」かで考える
水位レベル計を選ぶとき、いきなり次のセンサ方式名から考えると迷いやすくなります。
電極式がよいのか。
静電容量式がよいのか。
ガイドパルス式がよいのか。
もちろん方式も重要ですが、最初に考えるべきことはそこではありません。
まずは、監視したい内容が ON/OFF式 なのか、連続監視式 なのかを整理することが、選定をスムーズに進めるうえで大切だと筆者は考えています。
ON/OFF式とは
ON/OFF式とは、ある決まった水位に到達したかどうかを検出する方式です。
たとえば、次のような用途です。
- 満水になったら警報を出す
- 下限水位になったらポンプを止める
- 排水ピットがあふれる前に検知する
- タンクが空になる前に知らせる
- ポンプの空運転を防止する
この場合、液面が今何％なのかを細かく知る必要はありません。
知りたいのは、設定した位置まで液面が来たかどうか です。
つまり、ONかOFFか。
現場的に言えば、分かりやすくてシンプルですよね。
特に排水ピットの満水警報や、タンクの上限・下限検知などでは、ON/OFF式で十分な場合があります。
連続監視式とは
連続監視式とは、液面の高さを連続的に測定する方式です。
たとえば、0〜100％の液位を表示したり、センサまたはアンプからのアナログ信号でPLCやデータロガーへ取り込んだり、通信で上位システムへデータを渡したりする使い方です。
連続監視式は、次のような用途に向いています。
- タンク残量を視覚的に常に監視したい
- 液面変化をトレンドで確認したい
- 薬液や重要液の残量管理を細かくしたい
- 補給タイミングを見える化したい
- 設備のIoT化やデジタル化につなげたい
- 異常の予兆を把握したい
ON/OFF式が警報中心の監視だとすれば、連続監視式は状態監視です。
満水だけ分かればよいのか、液面の変化まで見たいのか。
ここを最初に分けるだけで、どんなセンサにすべきか自ずと見えてきます。
水位レベル計の代表的な方式
水位レベル計にはさまざまな方式がありますが、この記事では現場で候補に上がりやすい方式として、次の3つを中心に整理していきます。
- 電極式
- 静電容量式
- ガイドパルス式
それぞれに特徴があり、得意な用途も違います。
どれが絶対に正解というより、液体の性状や監視目的によって使い分けるのが基本です。
電極式レベル計
電極式は、このような外観です。
電極式レベル計は、液体に電極を差し込み、液体を介した導通によって水位を検出する方式です。
水位が電極に到達すると導通し、液面到達を検出します。
構造がとてもシンプルで、ON/OFF監視によく使われます。
電極式レベル計のメリット
電極式の最大のメリットは、仕組みが分かりやすいことです。
- 液体が電極に触れる
- 導通する
- 水位到達を検出する
この流れが非常にシンプルです。
そのため、現場で説明しやすく、トラブル時の切り分けもしやすいです。
配線や動作原理も比較的理解しやすいため、保全担当者から見ても扱いやすい方式となります。
筆者の経験上、使いやすさという意味では、電極式はかなりおすすめです。
特に、きれいな水や比較的シンプルな液体の満水・渇水検知では、扱いやすい方式だと感じます。
電極式レベル計は、構造がシンプルで分かりやすく、ON/OFF監視に向いた使いやすい方式です。
電極式レベル計の注意点
一方で、電極式には注意点もあります。
特に問題になりやすいのが、液体に含まれる不純物やゴミ、付着物です。
電極式は液体との接触を利用して検出するため、電極に汚れが付着すると、検出が不安定になることがあります。
現場では、ゴミやスケール、粘度の高い液体の付着によって、接点不良のような状態になり、正常に水位を検出できないケースがあります。
筆者も、電極式レベル計で付着物による検出不良を経験したことがあります。
最初は普通に動いていても、時間が経つにつれて汚れが蓄積し、気づいたときには検出が怪しくなる。
この手のトラブルは、地味ですがかなり厄介です。
電極式を使用する場合は、次のような液体には注意が必要です。
- 粘度が高い液体
- ゴミや不純物が多い液体
- スケールが付きやすい液体
- 汚れが電極に残りやすい液体
- 導電性が安定しにくい液体
このような条件では、定期的な清掃や点検を前提にする必要があります。
電極式は使いやすい方式ですが、汚れや付着に弱い面があるため、メンテナンス前提で選定することが重要です。
静電容量式レベル計
静電容量式は、このような外観です。
静電容量式レベル計は、空の状態と液体がある状態で静電容量が変化することを利用して水位を検出する方式です。
液体やタンクの状態によって静電容量が変わるため、その変化を検出して液面を判断します。
静電容量式には、ON/OFF検出タイプもあれば、連続監視に対応したタイプもあります。
そのため、用途によって比較的幅広く検討できます。
静電容量式レベル計のメリット
静電容量式のメリットは、電極式よりも高度な監視に使いやすい点です。
電極式のような単純な導通検出ではなく、静電容量の変化を見るため、液体条件に合えば安定した監視が期待できます。
また、メーカーによってはノイズキャンセル機能や感度調整機能を備えた製品もあります。
設備側のノイズ環境やタンク条件に合わせて調整できるものも多く、現場環境に合わせやすい方式です。
さらに、連続監視に対応したタイプを選べば、将来的なデジタル化や見える化にもつなげやすくなります。
たとえば
- タンク残量をPLCへ取り込み、画面表示する
- 液面変化をトレンドで見る
- 補給タイミングを見える化する
このような使い方を考えるなら、静電容量式は候補に入れやすい方式です。
静電容量式レベル計の注意点
静電容量式は便利ですが、もちろん環境により左右される場合もあります。
液体の性状、タンク材質、付着物、温度変化などの影響を受けることがあるためです。
筆者は、静電容量式を使用しているタンクが経年劣化により凹んでしまい、タンク壁面に静電容量式のプローブが接触していることで、誤検知しまくり！！という経験があります。
まぁ、これは溶液が濁っているものだったので外から見えにくく、かなりレアケースではあります。
ただ、だからこそ「選定時には液体条件をメーカーへしっかり伝えること」が重要です。
特に確認したい項目は次の通りです。
- 液体の種類
- 粘度
- pH
- 導電性
- 付着性
- タンク材質
- タンク形状
- 温度変化
- 設置方法
静電容量式は、条件に合えば非常に使いやすい方式です。
一方で、液体やタンク条件を確認せずに選ぶと、思ったような安定検出ができない可能性があります。
静電容量式は、液体条件と設置条件を確認して使うことで強みを発揮する方式です。
ガイドパルス式レベル計
ガイドパルス式は、静電容量式と似てこのような外観です。プローブ(電極の部分)が長めです。
ガイドパルス式レベル計は、プローブに沿ってパルスを伝搬させ、液面からの反射を利用して液位を測定する方式です。
そのため、必然とプローブが長めということです。
連続監視に向いており、タンク内の液面高さを数値として把握したい場合に候補になります。
ガイドパルス式レベル計のメリット
ガイドパルス式のメリットは、液面を連続的に監視しやすいことです。
単純な満水警報だけでなく、液位を常時把握したい用途に向いています。
たとえば、次のような用途です。
- 薬液タンクの残量監視
- 重要液の液位管理
- タンク残量の見える化
- 液面トレンドの取得
- 上位システムへのデータ連携
- 補給タイミングの管理
メーカーによってはノイズキャンセル機能や安定測定機能を備えている製品もあり、連続監視用途では非常に有力な候補になります。
将来的に液位をデータ化したい場合は、ガイドパルス式のような連続監視方式を最初から候補に入れる価値があります。
ガイドパルス式レベル計の注意点
ガイドパルス式も、静電容量式と同じく設置条件や液体条件の確認が必要です。
単純な満水検知だけが目的であれば、ガイドパルス式はオーバースペックになる場合もあるでしょう。
また、連続監視式はON/OFF式に比べて構成が複雑になりやすく、コストも高くなりがちです。
そのため、重要液の監視や見える化が必要な用途で採用すると、メリットが出やすい方式となります。
選定の第一歩は計測する液体の重要度を考えること
水位レベル計を選ぶとき、まず考えたいのは、実は方式ではありません。
最初に考えるべきなのは、計測したい液体がどれくらい重要なものかです。
普通の排水ピットで、目的が
あふれそうになったら警報を出すだけ
であれば、連続監視まで必要ない場合があります。
もちろん、「予算にかなり余裕がある！」という企業であれば良いかもしれませんが、自分で車を買うのと同じ感覚で考えて、コストは意識しましょう。
この場合は、ON/OFF式のレベル計で満水検知を行い、ポンプ起動や警報を出す構成でも十分なことがあります。
一方で、あふれたときに環境事故につながる液体であれば、話は変わります。
この場合、単純な満水検知だけでは不安が残ります。
たとえば、次のような構成が考えられます。
- 連続監視式で液位を常時監視する
- 上限警報として電極式を追加する
- 異常高水位を二重監視する
- PLCや監視画面でトレンドを確認する
- 必要に応じてポンプ停止や遮断弁制御と連動する
つまり、液体の重要度が高いほど、当然、監視のレベルも上げる必要があります。
水位レベル計の選定は、何を測るかではなく、あふれたとき・空になったときに何が起きるかから考えると失敗しにくくなります。
液体の重要度別の選定イメージ
液体の重要度で考えると、選定は次のように整理できます。
| 液体・用途 | 監視の考え方 | 選定イメージ |
|---|---|---|
| 一般的な排水ピット | あふれ防止が目的 | ON/OFF監視中心 |
| 品質・設備停止につながる液体 | 上限・下限の確実な検知が必要 | ON/OFF監視＋必要に応じて連続監視 |
| 環境事故につながる液体 | 異常前から状態把握が必要 | 連続監視＋二重監視 |
| IoT化・データ化したいタンク | トレンド取得が重要 | 連続監視＋PLC/上位連携 |
重要なのは、安い・高いだけで決めないことです。
普通の排水ピットに過剰な連続監視を入れる必要はないかもしれません。
逆に、環境事故につながる液体を単純な1点検知だけで済ませるのはリスクが大きい場合があります。
ここは、選定後の監視イメージを関係者と共有し、合意を得た上で進めるようにしましょう。
設置環境も必ず確認する
レベル計は液体だけでなく、取り付ける環境にも大きく影響を受けます。
特に屋外や高温多湿の環境では、本体の保護構造や設置方法を確認しておく必要があります。
確認すべき項目は次の通りです。
- 屋内か屋外か
- 雰囲気温度の最高値
- 雰囲気温度の最低値
- 湿度
- 水がかかる可能性
- 直射日光が当たるか
- 屋根があるか
- 結露が発生するか
- 薬品ミストがあるか
- 粉じんがあるか
- 本体の保護構造はIP67などに対応しているか
- ケーブル引き込み部は防水できるか
屋外設置の場合、センサ本体がIP67対応であっても、それだけで安心とは限りません。
直射日光、雨、結露、ケーブルグランド部、コネクタ部など、実際には弱点になる箇所がいくつもあります。
屋根がない場所に取り付ける場合は、次のような対策も検討したいところです。
- センサ上部に簡易屋根を設ける
- 保護カバーを設置する
- 制御部を箱に入れる
- ケーブル引き込み部を下向きにする
- 水が溜まりにくい取り付けにする
- 直射日光を避ける配置にする
レベル計は、カタログ上の仕様だけでなく、実際にどんな環境に取り付けられるかまで見て選定する必要があります。
メンテナンス性も設置条件に入れる
レベル計は、設置して終わりの機器ではありません。
特に液体に接触するタイプは、清掃や点検が必要になることがあります。
設置時には、メンテナンス性も必ず確認したいポイントです。
確認したい項目は次の通りです。
- センサを簡単に取り外せるか
- 点検スペースがあるか
- 清掃しやすい構造か
- 液を抜かずに点検できるか
- 汚れの付着状態を確認しやすいか
- 交換時に配線作業が大変ではないか
- 予備品を持つ必要があるか
- 通常納期はどれくらいか
- メーカーサポートは受けやすいか
現場では、センサ性能そのものよりも、掃除できるか、交換できるか、すぐ手に入るかが重要になることがあります。
特に、汚れや付着が想定される液体では、メンテナンス頻度をゼロにはできません。
電極式を使う場合は、定期清掃を前提にした配置にしておくことが大切です。
レベル計をタンクの奥まった場所や、足場の悪い場所に取り付けてしまうと、点検するたびに大仕事になります。
この状態になると、だんだん誰も見に行かなくなります。
そして、見に行かなくなったセンサほど、だいたい一番嫌なタイミングでトラブルを起こします。
選定の流れ
ここまで説明をしてきましたが、選定の流れをさらっとおさらいしましょう。
1. 監視目的を決める
まず、ON/OFF監視でよいのか、連続監視が必要なのかを決めます。
2. 液体の重要度を確認する
目次の「液体の重要度別の選定イメージ」を参考に選定してみましょう。
重要度が高い液体ほど、連続監視や二重監視を検討する価値があります。
3. 液体の性状を確認する
液体の粘度、pH、濁り、不純物、付着性、腐食性などを確認します。
4. 設置環境を確認する
屋内か屋外か、温度、湿度、水がかかるか、直射日光が当たるかなどを確認します。
5. メンテナンス性も考慮する
設置個所は清掃しやすいか、点検できるか、交換しやすいかを確認します。
レベル計はトラブル時に見に行く機器です。
見に行けない場所、外せない構造、清掃しにくい構造は、あとで保全担当者を泣かせます。
6. メーカーへ条件を伝えて確認する
最後に、液体条件と設置条件を整理してメーカーへ確認します。
カタログだけで決めるのではなく、実際の液体で使えるか、屋外設置できるか、サンプル確認が必要かなどを相談するのが安全です。
ほとんどのメーカーが溶液のサンプルテストを実施してくれるはずです。
迷った場合、まずはサンプルテストから始めるのもアリです！！
ありがちな選定ミス
安さだけで選んでしまう
普通の水なら問題なくても、汚れや付着の多い液体では不安定になることがあります。
初期費用だけでなく、清掃頻度やトラブル時の停止リスクも含めて考える必要があります。
ON/OFF監視でよい用途に過剰な連続監視を入れる
新しいもの好きにありがちなパターンです。
連続監視は便利ですが、すべての用途に必要なわけではありません。
普通の排水ピットで満水警報だけが目的なら、ON/OFF監視で十分な場合もあります。
重要液なのに1点検知だけで済ませる
環境事故や品質問題につながる液体の場合、単純な1点検知だけではリスクが残ることがあります。
連続監視や二重監視を検討する価値があります。
液体の性状を確認していない
粘度、pH、ゴミ、付着性を確認しないまま選ぶと、現場で誤検知や検出不良につながります。
設置環境を軽く見ている
屋外、直射日光、雨、水しぶき、結露はセンサにとって厳しい条件です。
本体の保護構造だけでなく、取り付け方やカバーの有無まで確認する必要があります。
メンテナンスできない場所に取り付ける
どれだけ良いセンサでも、清掃できなければ意味がありません。
特に電極式は、点検・清掃しやすい場所に設置することが重要です。
まとめ
水位レベル計を選ぶときは、いきなり方式から決めるのではなく、監視目的を明確にしておくことが最も大切です。
オーバースペックとならないように適切な機器を選定し、運用していきましょう。
本記事は学習目的の情報提供です。実際の電気工事・設計・配線・機器選定・部材選定・改造は、法令・社内基準に従い、有資格者および責任者の管理下で実施してください。現場条件により最適解は変わるため、必ずメーカー仕様書・設計基準・安全規程・JISを確認のうえ判断してください。
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