静水圧式液位測定のしくみ
液柱がタンク底面を押す圧力は、液の高さと密度だけで決まり、タンクの形や容積には左右されません。そのため、底部の圧力伝送器や液中に吊り下げた投げ込み式センサーで液位を測定できます。
p = ρ × g × h
ρ は密度（kg/m³）、g は重力加速度、h はダイアフラムから上の液の高さです。標準重力加速度では、20 °C の水 1 m は 9.789 kPa、つまり 97.89 mbar になります。
伝送器のレンジを決める
伝送器は、測定したい最低液位で 4 mA、最高液位で 20 mA になるよう校正します。
LRV = ρ × g × (hmin + h0) URV = ρ × g × (hmax + h0)
h0 は伝送器からゼロ液位までの高さです。タンク底面より 0.3 m 下のノズルに取り付けた伝送器は、常に 0.3 m 分の液を余分に検出します。この場合 LRV はゼロより上になります（ゼロエレベーション）。スパンは変わりません。
校正スパンがセンサー範囲の大部分を使えるよう、上限測定範囲が URV と同じか少し上の伝送器を選びます。範囲がずっと大きいセンサーはターンダウンが大きくなり、上限測定範囲に対する百分率で規定された誤差がスパンに比べて大きくなります。圧力伝送器精度計算ツールで確認してください。
計算例
約 20 °C の水のタンク、液位 0〜5 m、伝送器はタンク底面:
- 密度 998.21 kg/m³、1 m あたりの圧力 9.789 kPa
- LRV 0 bar、URV 0.48945 bar（489.45 mbar）
- 液位 3 m で 0.29367 bar、スパンの 60 %、13.6 mA
同じ伝送器が底面より 0.5 m 下にあると、レンジは 0.04895〜0.53840 bar になります。スパンは変わりません。
密度と温度
静水圧式液位測定の最大の誤差要因は密度です。水は 4 °C で 999.97 kg/m³、20 °C で 998.21 kg/m³、60 °C で 983.20 kg/m³ です。冷水で校正したタンクは、水が 60 °C になると 1.5 % 低く表示します。塩水、油、酸、スラリーはさらに大きく異なり、濃度で密度が変わることもあります。プロセスデータシートの運転温度における密度を使うか、実測してください。
開放タンク、密閉タンク、加圧タンク
開放タンク・大気開放タンク。 ゲージ圧伝送器または大気開放型の投げ込み式センサーで液柱を直接測ります。センサーケーブル内の大気開放チューブは、ふさがず乾いた状態に保つ必要があります。
液面上にガスや蒸気がある密閉タンク。 ガス圧が指示値に加わります。低圧側を気相部に接続した差圧伝送器を使えば、ガス圧は両側に掛かって相殺されます。乾いた基準脚であれば、このページの計算をそのまま使えます。
ウェット基準脚。 低圧側の導圧管が凝縮水や封液で満たされると、低圧側に一定の液柱が加わります。レンジは負の値の方へずれ（ゼロサプレッション）、脚の高さと封液の密度で計算し直す必要があります。
よくある誤り
別の液体なのに水柱メートルで校正する。 0〜5 mH₂O に設定した伝送器は、密度 850 kg/m³ の液体では 15 % 低く表示します。
取付位置の差を忘れる。 タンク底面より下の伝送器は、タンクが空でもノズルの高さ分を表示します。
加圧タンクをゲージ圧伝送器で測る。 ブランケット圧の変化がすべて液位の変化に見えます。
ターンダウンしすぎる。 0〜10 bar の伝送器を 0〜0.5 bar に設定しても動作しますが、上限測定範囲基準の温度影響と安定性は、スパンに対して 20 倍になります。
よくある質問
どの単位を使えますか？
長さは m、cm、mm、ft、in、圧力は bar、mbar、kPa、psi、mH₂O、inH₂O です。水柱は 圧力単位換算ツール と同じく 4 °C 基準です。
液位を容量に換算するには？
タンク形状によります。縦型円筒なら比例、横型円筒や球形タンクは非線形です。伝送器が測るのは高さなので、容量テーブルは制御システム側で適用します。
4–20 mA 出力は液位に比例しますか？
はい、直線的に比例します。任意の液位での電流は「時」の欄に表示されます。現場での換算には 4–20 mA 換算ツール を使えます。