レーダー式レベル計は、産業用レベル測定において重要な機器であり、一般的に非接触式レーダーレベル計（「レーダー式レベル計」とも呼ばれる）と導波式レーダーレベル計（接触式）に分類されます。どちらもマイクロ波反射の原理に基づいて動作しますが、信号伝搬方式が異なるため、特性や適用範囲が大きく異なります。以下に、それぞれのタイプの主な特徴を示します。
I. レーダー式レベル計（非接触式）の特性
非接触式レーダーレベル計は、測定対象媒体の表面に向けてアンテナからマイクロ波信号を発信します。信号は媒体で反射され、アンテナで受信されます。レベル高さは、「時間差」または「周波数変調連続波（FMCW）」技術を用いて算出されます。主な特徴は以下のとおりです。
1. 優れた安全性と衛生性を備えた非接触測定
- 媒体との非接触：センサーは測定対象媒体と物理的に接触しないため、媒体による腐食、摩耗、物質の堆積、汚染のリスクが排除されます。
- 高い衛生基準への準拠：食品・飲料や医薬品など、厳格な衛生要件が求められる業界（FDAや3-Aなどの基準を満たす）に最適で、センサー材料の剥離や媒体の交差汚染に関する懸念を回避します。
2. 柔軟な設置と低メンテナンスコスト
- 簡単な設置：通常はタンク上部に設置するため、媒体への挿入は不要で、タンク内部構造にも干渉しません。既存のタンクや大型貯蔵タンクへの後付けに特に適しています（穴あけやタンクの改造は不要です）。
- メンテナンスの手間が少ない：可動部品がなく、媒体との接触もないため、堆積物、詰まり、摩耗によるメンテナンス作業が軽減され、耐用年数が長くなります。
3. 多様なメディアに対応可能だが、環境干渉に敏感
- 幅広い媒体に対応：液体、固体粒子（プラスチックペレット、穀物など）、スラリーの測定が可能です。特に、高粘度媒体（蜂蜜、樹脂など）、腐食性の高い物質（酸性／アルカリ性溶液など）、揮発性媒体に適しています。
- 環境感度：マイクロ波信号は、伝搬中に水蒸気、塵、泡、霧などの環境要因の影響を受けやすく、反射信号が弱まったり歪んだりする可能性があります。そのため、高周波設計（例：26GHz、80GHz）、特殊アンテナ（例：ホーンアンテナ、パラボラアンテナ）、または信号フィルタリング技術を用いて、干渉防止性能を高めています。
4. 広い測定範囲、精度は誘電率に影響される
- 広い測定範囲：従来の測定範囲は0.1m～100mに達し、一部のモデルでは超大型貯蔵タンクや開放型容器にも対応しています。
- 誘電率への依存性：媒体の誘電率（εᵣ）が高いほど、反射信号は強くなります（例えば、εᵣ≈80の水は強い反射を示します）。誘電率の低い媒体（例えば、εᵣ≈2のガソリン、εᵣ≈1.5の液化石油ガス）は弱い反射を示し、測定精度が低下する可能性があります（高周波レーダーや高性能アンテナを使用することで精度が向上します）。
制限事項
- 誘電率が非常に低い媒体（εᵣ<1.5）の測定は困難であり、偽エコー（例えば、タンクの壁や攪拌機からの反射）による干渉を受けやすい。
- 粉塵、高濃度の蒸気、または厚い泡などの過酷な条件下では、追加の防塵・防霧アンテナまたはパージ装置が必要となります。そうでない場合、精度が低下する可能性があります。
II．導波レーダー式レベル計の特性
導波レーダー式液面計は、金属プローブ（導波管、ケーブル、または同軸ケーブル）に沿ってマイクロ波信号を送信します。信号は媒体と空気の境界面で反射し、これらの反射を解析することで液面レベルが算出されます。主な特徴は以下のとおりです。
1. 強力な耐干渉性を備えた接触式測定
- 指向性信号伝搬：マイクロ波はガイドプローブに沿って伝搬し、エネルギーを集中させ、蒸気、塵、泡、乱流などの環境要因による干渉を最小限に抑えます。厚い泡や激しく攪拌された環境下でも、安定した反射信号が維持されます。
- 複雑な条件下にも適しています。特に高粘度媒体（ビール発酵槽、洗剤など）、懸濁粒子を含む媒体（果汁、スラリーなど）、または低誘電率物質（軽油、液化ガスなど）に効果的で、非接触レーダーにおける信号減衰の問題を解決します。
2. 高い測定精度と安定性
- 集束反射信号：ガイド付きプローブはマイクロ波エネルギーを媒体表面に集中させ、強力で安定した反射信号を生成します。測定精度は通常±0.05%FSに達し、再現性も優れています（±0.02%FS）。
- タンクの容積に影響されない：プローブはタンク構造物からの干渉を受けずに独立して信号を伝播するため、小型タンク、不規則な形状の容器、または内部に障害物（攪拌機、仕切りなど）があるタンクに適しています。
3. 中規模物件に適した設置とメンテナンス
- 設置方法：プローブは媒体に挿入する必要があります。材質（例：316Lステンレス鋼、PTFEコーティング）およびプローブの種類（低粘度液体用ロッド型、高粘度または深タンク用ケーブル型、低誘電率媒体用同軸型）は、媒体の粘度と腐食性によって異なります。
- メンテナンス上の注意：媒体との接触により、堆積物（高粘度媒体）、腐食（腐食性の高い媒体）、またはスケールが発生する可能性があります。信号の歪みを防ぐため、定期的な清掃が必要です。また、プローブが破損する恐れがあります（攪拌環境では衝突防止設計が必要です）。
4. 媒体および環境適合性
- 媒体適合性：液体、スラリー、固体粒子に適しており、特に誘電率が低い（εᵣ≥1.8）、高粘度（例：アスファルト、シロップ）、または結晶化しやすい媒体（例：苛性ソーダ溶液）に優れています。
- 環境適応性：高温（-50℃～400℃）および高圧（最大40MPa）に耐えるため、石油化学プラントや貯蔵タンク施設などの過酷な環境に適しています。
制限事項
- 接触測定は、頻繁な洗浄検証が必要となるため、高度な衛生管理が求められる場面（例えば、無菌医薬品）での使用が制限される。
- プローブの長さが固定されているため、測定範囲が制限され（通常は最大30m）、超大型の開放型船舶には適していません。
- 高粘度または固化しやすい媒体はプローブへの堆積物を引き起こし、精度に影響を与える可能性があります。腐食性の高い媒体には、高価な防錆材が必要です。
III．主要特性の比較概要
| 比較次元 | レーダー式レベル計（非接触式） | ガイド波レーダー式レベル計 |
|---|---|---|
| 測定方法 | 非接触式（マイクロ波は空気中を伝わる） | 接触型（マイクロ波はプローブに沿って伝搬する） |
| 耐干渉機能 | 蒸気、泡、粉塵に弱い。高周波／特殊アンテナで最適化。 | 強力な耐干渉性。泡、蒸気、乱流の影響を受けない。 |
| 衛生 | 非接触、高衛生レベル；食品・医薬品に適しています | 接触頻度は中程度。頻繁な清掃が必要なため、超高衛生環境では使用が制限される。 |
| 測定精度 | ±0.1%～±0.5%FS（環境および誘電率の影響を受ける） | ±0.05%～±0.1%FS（安定した信号、高精度） |
| 維持費 | 低（非接触、摩耗なし） | 中程度（プローブの洗浄、腐食防止／堆積物防止が必要） |
| 適切な媒体 | 腐食性が高く、粘度が高く、衛生的な媒体（接触汚染を回避） | 誘電率が低く、発泡性が高く、粒子を含む媒体。複雑な条件。 |
| インストールに関する制限事項 | タンクトップ上部にスペースが必要です。挿入は不要です。 | プローブの挿入が必要。タンク内部構造およびプローブの長さによって制限される。 |
結論
非接触式レーダー液面計は、非接触操作、高い衛生性、低メンテナンス性といった特長を備えており、高衛生環境、腐食性物質、または大型タンクでの用途に最適です。一方、導波レーダー式液面計は、強力な耐干渉性、高精度、複雑な媒体への適応性を備えているため、泡状物質、誘電率の低い媒体、または小型・不規則形状のタンクでの用途に適しています。実際の選定においては、媒体の特性（粘度、腐食性、誘電率）、環境条件（蒸気、粉塵、圧力）、および衛生要件を考慮する必要があります。
投稿日時：2025年7月22日