ちょっと、そこ！レベルゲージのサプライヤーとして、私はさまざまなタイプのレベルゲージがどのように機能するかについてよく質問されます。今日は静電容量式レベルゲージに焦点を当てます。これらの小さなデバイスは非常に優れており、それらがどのように機能するかを理解することは、それらが自分のニーズに適しているかどうかを判断するのに役立ちます。
静電容量の基礎
容量性レベルゲージがどのように機能するかを説明する前に、静電容量とは何かを簡単に説明しましょう。静電容量は、システムが電荷を蓄える能力です。小さな蓄電ユニットのようなものです。水を入れることができるバケツと考えることができます。バケツに入れることができる水の量が多ければ多いほど、その「容量」は大きくなります。電気の世界では、システムが蓄えることができる電荷が多いほど、その静電容量は大きくなります。
静電容量はファラド (F) で測定されますが、ほとんどの実際のアプリケーションでは、マイクロファラッド (μF) やピコファラド (pF) などのさらに小さい単位が扱われます。 2 つの導電性プレート間の静電容量は、プレートの面積、それらの間の距離、およびプレート間の材料 (または誘電体) など、いくつかの要素によって決まります。
静電容量式レベルゲージの仕組み
容量性レベルゲージは、静電容量の原理を使用して、タンクまたはコンテナ内の物質のレベルを測定します。基本的なセットアップは、タンクに挿入されるプローブ (通常は金属棒またはチューブ) で構成されます。このプローブは、コンデンサ内の導電プレートの 1 つとして機能します。タンク壁または別の参照電極は、もう一方のプレートとして機能できます。
タンクが空の場合、プローブと参照電極の間の誘電体は通常空気です。空気の誘電率は比較的低いです。タンクが物質 (液体または固体など) で満たされると、プローブと参照電極の間の誘電体が変化します。ほとんどの液体と固体は空気よりも高い誘電率を持っています。
タンク内の物質のレベルが上がると、より多くのプローブがより高い誘電率を持つ物質に囲まれます。これにより、プローブと参照電極間の静電容量が増加します。レベルゲージはこの静電容量の変化を測定し、それをレベル測定値に変換します。
プロセスをいくつかのステップに分けてみましょう。
- 初期設定：レベルゲージはタンクが空のときに校正されます。ゲージは、空のタンク状態に対応する初期静電容量値を記録します。
- 物質の充填: タンクが物質で満たされると、プローブの周囲の誘電体が変化し、静電容量が増加し始めます。
- 静電容量測定: レベルゲージはプローブと参照電極間の静電容量を継続的に測定します。
- レベル計算: 校正データと測定された静電容量に基づいて、ゲージはタンク内の物質のレベルを計算します。
- 出力: 計算されたレベルは、ローカル インジケーターに表示されるか、電気信号 (4 ～ 20 mA 信号など) を介して制御システムに送信されます。
静電容量式レベルゲージの利点
静電容量式レベルゲージにはいくつかの利点があり、多くのアプリケーションで一般的な選択肢となっています。
- 多用途性: 液体、固体、さらにはスラリーのレベルを測定するために使用できます。水、油、穀物、粉末のいずれを扱う場合でも、静電容量式レベルゲージが作業を完了します。
- 非侵入的（場合によっては）: 一部の静電容量式液面計は、タンク壁を貫通せずにタンクの外側に取り付けることができます。これは、漏れや汚染のリスクを避けたい用途に最適です。
- 高精度: 容量性レベルゲージは、特に適切に校正されている場合、正確なレベル測定を提供します。
- 簡単な取り付け: 他のタイプのレベルゲージに比べて取り付けが比較的簡単です。プローブをタンクに挿入し、電気配線を接続するだけです。
静電容量式レベルゲージの限界
もちろん、完璧なレベル計は存在せず、容量性レベル計にはいくつかの制限があります。
- 誘電体の変化: 測定対象の物質の誘電率が変化すると (温度や組成の変化などにより)、レベル測定の精度に影響を与える可能性があります。
- コーティングとビルドアップ: 時間が経つと、プローブが測定対象の物質でコーティングされる可能性があります。このコーティングにより静電容量が変化し、読み取り値が不正確になる可能性があります。プローブを清潔に保つために定期的なメンテナンスが必要な場合があります。
- 電気的干渉: 静電容量式レベルゲージは電気的干渉に敏感です。近くに他の電気機器がある場合、または配線が適切にシールドされていない場合、測定に誤差が生じる可能性があります。
静電容量式レベルゲージの用途
静電容量式レベルゲージは、幅広い業界や用途で使用されています。
- 化学工業: 貯蔵タンク、反応器、パイプライン内の化学物質のレベルを測定するために使用されます。化学物質の誘電率は異なる場合がありますが、容量性レベルゲージはこれらの変動に対応できるように校正できます。
- 飲食業界: 容量性レベルゲージは、貯蔵タンク内の牛乳、ジュース、ビールなどの液体のレベルを測定するために使用されます。穀物や砂糖などの固形物のレベルを測定するためにも使用されます。
- 製薬産業: 製薬業界では、製品の品質と安全性を確保するために正確なレベル測定が非常に重要です。静電容量式レベルゲージは、製造プロセスにおける液体や粉体のレベルを測定するために使用されます。
- 水と廃水の処理: 静電容量式液面計は、貯蔵タンク、浄化槽、下水処理場の水位を測定するために使用されます。
当社の製品推奨事項
液面計のサプライヤーとして、当社はさまざまな高品質の静電容量式液面計やその他の液面測定製品を提供しています。たとえば、Rosemount 5408 非接触レーダーレベルトランスミッター | 2 - ワイヤーFMCWレーダー非接触レベル測定に最適なオプションです。レーダー技術を使用して、プローブを物質に接触させることなく正確なレベル測定を提供します。
固形物レベルスイッチをお探しの場合は、Rosemount™ 2555 固体レベル スイッチ - 静電容量プローブ信頼できる選択です。静電容量技術を使用して、タンクまたはコンテナ内の固体の有無を検出します。
ウェーブガイドレーダーレベル測定の場合、Rosemount™ 3302 レベルトランスミッター - ウェーブガイドレーダーは素晴らしい選択肢です。プローブを使用してレーダー信号をガイドし、液体と固体の正確なレベル測定を提供します。
結論
静電容量式レベルゲージは、タンクやコンテナ内の物質のレベルを測定するための多用途で便利なツールです。これらがどのように機能するかを理解することで、それらがアプリケーションにとって正しい選択であるかどうかについて、十分な情報に基づいた決定を下すことができます。当社のレベルゲージ製品についてご質問がある場合、または業界でのレベル測定に関するサポートが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様のニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。レベル測定の要件について話し合い、当社の製品がお客様の運用にどのようなメリットをもたらすかを検討するには、今すぐお問い合わせください。
参考文献
- 「レベル測定ハンドブック」エンドレス アンド ハウザー著
- 「計装および制御システム」トニー・ベックウィズ、ブライアン・バックリー、アラステア・キャンベル著
