水位計の基礎知識

よくわかる水位計

水位計(レベルゲージ)の概要や特徴、メリットをわかりやすく解説しています。
当ページで水位計(レベルゲージ)の役割、仕組み、構造、種類、使い方、技術解説を学べます。

水位計とは

水位計とは水位センサーとも呼ばれ、水位(水面の高さ・レベル)を検知するための機器となります。 洪水や水害を防ぐために、下水処理場や下水道、河川、ダム、溜池、農業用水などの水位を把握することを目的として監視・観測が行われています。水位計は水に関連する施設や防災施設に利用されているケースが多いです。

水位計の画像

水位計の必要性

地球温暖化によるゲリラ豪雨や大型台風の影響で、中小河川だけでなく、大規模河川の氾濫による洪水や水害が多発しています。河川やダムの水位を測定することで、ある一定の水量に達した場合に、ダムの放水を緩めるなどの制御が行え、洪水や水害の予測ができます。
この水位測定に必要なアイテムがリアルタイムに水位情報を取得できる『水位計』です。水位計は水位監視システムの検出部として利用されます。

水位計の役割

水位計の役割

ダムは水道用水管理や治水(河川氾濫や渇水時に調整)の役割があります。正しい水量管理や、河川の危険水位監視ができなくなり水害発生に繋がります。

下水道は街を清潔に保ちます。下水管理がなくなれば汚水が氾濫し街が不衛生なる他、川や海に流れ環境悪化となります。

法(のり)面の水位観測や街中の浸水の検知をしていますので、水害時の避難や現地の状況把握ができなくなります。

水位計の種類

水位計として使用されるセンサーの種類は大きく接点方式と連続方式に分かれます。接点方式はスイッチ式、電極式があり、連続方式は投げ込み式、フロート式・ガイドロープ式、気泡式、超音波式があります。水位計は測定方式によって様々な種類があり、測定の場所などによって最適な方式を選ぶ必要があります。
各方式には長所・短所があるため、用途や使用環境に応じた水位計の選定をおすすめします。

出力 測定方式 イメージ メリット デメリット
水位計 接点方式(ON/OFF出力)
水と接することでON/OFFの信号を出します
スイッチ(浮き子)式
液面に浮かべたフロートの位置により水位を表示
スイッチ(浮き子)式
  • ローコスト
  • 汚水で使用可能
  • ゴミ、付着物による誤作動
  • リアルタイムでデータが取れない
電極式
可動部がなく、水に接触したときの通電の有無により水位を表示
電極式
連続方式(アナログ出力)
アナログ信号により、水位をリアルタイムで監視できます
投げ込み式
水圧から演算して水位を表示
投げ込み式
  • 簡易施工
  • ゴミ・泡等の誤作動がない
  • 腐食媒体に弱い
  • サイズが大きいものが多い
フロート式・ガイドロープ式
浮きの上下量により水位を表示
フロート式
  • ローコスト
  • 汚水で使用可能
  • ゴミ、付着物による誤作動
  • 測定レンジに制約がある
気泡式
エアーを出す時の圧力を地上部のセンサで検出して水位を表示
気泡式
  • ローコスト
  • 音が発生する
超音波式
超音波が水面で跳ね返り戻るまでの時間で水面の位置を検出
超音波式
  • 非接触で測定ができる
  • 高さのある橋の設置が容易
  • 周囲の物の反射による誤作動
  • 温度、蒸気、粉塵の影響を受けやすい
  • 短距離測定の精度が悪い

投げ込み式水位計とは?

投げ込み式水位計は、水底に設置することで水位計に加わる水圧により水の高さ(水位)を測ります。 ただし、タンク内圧力が大気圧という条件での利用となります。投げ込み式水位計は、設置スペースが狭い場所にも容易に取り付けでき、常に水位のモニタリングが可能です。

水位は水の高さ(=上にある水の重さ)に比例します。
つまり、投げ込み式水位計の観測値は、細い井戸も広いプールでも水深が1mであれば、同じ1mとなります。

水位計の役割

投げ込み式水位計の原理と構成部品

水位計の測定原理はセンサーの裏面に大気圧が加わることで水圧のみを検知します。

投げ込み式水位計の原理と構成部品

投げ込み式水位計のメリット・デメリット

メリット

  • 簡易施工、装置の組み込みが用意
    地上部でケーブルを固定し、センサ部を沈めればOK
  • ゴミ・泡等の誤作動がない
    ゴミ等は未検出で純粋に水だけを見ている

デメリット

  • 腐食媒体に弱い
    媒体内で直接測るので製品の材質確認が必要
  • 腐食対策のチタン製は存在するが高価
JTEKT製の投げ込み式水位計の特長

維持管理について

  1. ゴミの付着がある現場では、汚れの程度に応じて水位計先端部分の洗浄等メンテをしてください。(メーカーによっては先端キャップを外して洗浄できるタイプもあります。)
  2. 水位計は底から液体の上部を基準測量する計測機器のため、年1回、水位計の出力確認(校正)をしていただき、出力に異常がある場合は、販売店へお問い合わせください。
先端キャップを外して洗浄できるタイプ

水位測定のFAQ

Qスパン調整とは何ですか?
A

出力を4~20mAmのままで、水位計の測定範囲を変更する事です。変更方法は水位計自身で変更するものと、周辺機器(ディストリビュータ等)で変更するタイプがあります。

Q零点(シフト)調整とは何ですか?
A

通常水位計は水底へ沈めて4mA に合わせますが、下水の場合ヘドロ等に埋まらないよう少し上に設置します。仮に水槽の底から10m上げた場合は10m分の出力を加算(シフト)します。これにより水槽の底を0mとして計測管理できます。

Q水位計の出力には幾つの機器まで接続可能ですか?
A

水位計と電源間に入って良い電気的抵抗値が負荷抵抗です。出力4~20mAタイプの製品では600Ωまでが多く、ディストリビュータ、避雷器、表示器、ケーブル等の合計が600Ωを超えないように接続してください。

Qケーブルは切っていいですか?
A

水位計から4~20mAが出力するものは問題ありません。水位計から専用信号が出ているものはメーカーへご確認ください。

Q大気圧参照パイプって何ですか?
A

水位計は水圧で水位を測っています。この為気圧の影響を受けるので補正をしています(水圧と大気圧の差圧計測)。この役割が大気圧参照パイプでケーブルに内蔵されています。無いと台風と平時で水位に差が出てしまいます。
<補足説明>
水深=水圧(水の圧力+大気の圧力)ー大気の圧力

Q中継ボックス等現場機器はどうして必要なのですか?
A

中継ボックスの目的
 ・水位計のケーブル(専用線)から汎用線にする為の端子台
 ・現場で表示が見れる
 ・ボックスで大気圧開放
もしも表示が不要でしたら、汎用のボックスを加工(大気圧開放機構付き)しての使用でも問題ありません。

Q海水に対応した商品(水位計)はありますでしょうか?
A

詳細は販売店に問い合わせください。

Qディストリビューターに避雷器は必要?
A

水位計や周辺機器で避雷器内蔵型もありますが、ディストリビュータには避雷器が付いてないので保護する為設置を強くお勧めします。内蔵型の周辺機器の場合は2重設置になりますが、周辺機器でなく避雷器の交換は安価で簡易な為設置をお勧めします。