Control Instru mentation

Level Measurement

Abstract

Level measurement is the process of determining the height or depth of a substance in a container or process vessel. This is typically done to monitor the level of liquids, powders, or granular materials in a wide range of industrial and commercial applications. Accurate level measurement is important for many reasons, including ensuring the safe and efficient operation of storage tanks, preventing overfilling or underfilling of containers, and optimizing production processes.
The selection of the appropriate level measurement technique depends on the type of substance being measured, the accuracy required, and the environmental conditions of the measurement location.
There are several methods used for level measurement, including:
- Mechanical level measurement: This method uses a float, tape or plumb-bob to physically measure the height of the substance in a container.
- Ultrasonic level measurement: This method uses ultrasonic waves to measure the distance between the top of the substance and the bottom of the container.
- Radar level measurement: This method uses radar waves to measure the distance between the surface of the substance and the radar sensor.
- Capacitance level measurement: This method measures the capacitance between two electrodes, which varies as the level of the substance in the container changes.
- Guided wave radar level measurement: This method uses guided electromagnetic waves to measure the level of the substance in a container.

Ⅰ. 수위계

1. 수위계란?

저수지, 배수지 등의 수위를 측정하는 계기로 접촉식과 비접촉식이 있으며 수위조절기 또는 레벨센서 또는 레벨트랜스미터 또는 액위측정계라고 부리기도 한다.
형식에 따라 기계식 또는 전자식으로 나눌 수 있으며, 기계식은 일번적으로 접촉식이며, 전자식은 일반적으로 비접촉 형식이다. 기계식(접촉식)에는 오뚜기식, 기어식, 플로트식, 전극봉식, 정전용량식, 압력식 등이 있으며, 전자식(비접촉식)에는 레이더 방식, 초음파 방식 등이 있다.
수위계는 정수처리 공정에서 재고관리 및 펌프 기 동 관리 등에 사용되며, 유량, 압력 측정과 함께 감시, 제어 등 운영관리상 중요한 요소이다.
수위계는 유량관리 및 수위에 따른 펌프 등 기계시설과 연동되는 요소로 선정시에는 초기투지비용보다 유지관리성을 고려하여 선정하여야 한다. 특히 취급 액체의 부식성, 온도, 수증기 발생 등을 고려하여 정확성이 높은 기종 및 제품을 선정하여야 한다.

※ Level Gauge, Water Level Meter, and Level Switchs, Level Transmitter는 어떻게 다를까요?

위의 모든 기기는 탱크나 저수지의 수위를 측정하거나 제어하는 데 사용되는 장치이지만 기능은 제각각이다.

Level gauge는 탱크나 저수지의 수위를 시각적으로 나타내기 위해 사용되는 장치이다. 일반적으로 눈금이 표시된 눈금이나 투명 튜브 또는 조준경에 표시된 일련의 표시로 구성되어 수위를 볼 수 있습니다.
Water Level meter는 우물이나 구멍 속의 물의 깊이를 측정하는 데 사용되는 장치이다. 이것은 보통 바닥에 닿을 때까지 물 속으로 내려가는 탐침과 물의 깊이를 표시하는 판독으로 구성된다. 또한 측정물체의 레벨을 실시간으로 연속적으로 측정할 수 있는 기기로 레벨 변화패턴을 실시간으로 확인할 수도 있다.
Level switch는 탱크나 저수지의 수위를 조절하기 위해 사용되는 장치이다. 일반적으로 스위치나 릴레이에 부착된 플로트 등으로 구성된다. 수위가 상승 또는 하강하면 플로트가 위 또는 아래로 이동하여 스위치 또는 릴레이를 활성화하고 펌프 또는 밸브를 On / Off 시켜 수위를 유지시킨다.
Level Transmitter는 Tank 내부의 액체 등의 높이를 측정하고 데이터를 전송하여 수위의 모니터링, 펌프, 밸브 등 주변 시설의 On/Off 제어할 수 있도록 해주는 기기이다.
즉, Level Gauge는 육안으로 확인하기 위함, Level meter는 깊이 측정을 위함, Level switch는 수위를 조절하기 위함, 그리고 Level Transmitter는 수위 모니터링 및 주변기기를 제어 할 수 있도록 도와준다.

2. 수위계의 종류

① 초음파식 수위계 ② 플로트식 수위계 ③ 기어식 수위계 ④ 전극식 수위계 ③ 압력식 수위계 ⑥ 차압식 수위계 ⑦ 정전용량식 수위계

(Level Sensor & Switches)

3. 종류별 특징

1) 초음파식 수위계

음원에서 발사된 Pulse 음파가 액면에서 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 수위를 측정한다.
초음파식은 비접촉식으로 화공 약품, 해수, 하천, 댐 및 물, 기름 탱크뿐만 아니라 배수, 폐수, 정화조 등의 수위 측정 및 제어에 사용된다.

(초음파식 수위계)

(초음파식 수위계와 레벨스위치)

2) 플로트식 수위계

가장 오래된 형식으로 구조가 간단하고 설치에 커다란 설비를 필요로 하지 않는 점과 각종 신호변환기의 조합이 쉬워 현재도 널리 이용되고 있으며 전기식과 기계식이 있다.

(플로트식 수위계)

3) 기어식 수위계

기어식 수위계는 와이어에 플로트가 매달려 있는 형식으로 수위에 따라 드럼에 와이어가 감기는 힘과 플로트에 가해지는 부력이
평행상태를 기본으로 하는 형식으로 구조가 간단하여 유지관리가 쉽다.
액면에 의한 수주압력을 차압계를 이용하여 측정하는 원리로 차압계에는 정전용량식 및 다이아프램식 차압계 등이 있다.
광범위한 액면 변화를 연속적으로 측정할 수 있으나, 검출기 설치 장소에 제약이 있다.

(기계식 수위계)

(기어식 수위계)

기어식 수위계는 무동력으로 간편하나, 겨울철 Spring 이동결되어 작동이 안되는 단점이 있음으로 주의를 기해야 한다.
동결은겨울철배수지 수분이 스프링 드럼이 있는 헤드로 유입되면서 얼어 붙는데, 그 온도는 그리 낮자 않은 영도시 근처에서종종 발생하여 오동작을유발 시키는 단점이 있다.

(기계식 수위계 내부 스프링 드럼과 와이어 드럼)

(기어식 수위계 내부 스프링 드럼과 와이어 드럼)

4) 전극식 수위계

전극식 수위계는전극봉에 물이 닿을 때의 전도도를 이용하는 센서로 레벨 콘트롤러와 함께 사용하며 탱크의 상단부에 후렌지 혹은 나사식으로 설치하여 HH, H, L , LL 등 최대 4 포인트의 수위접점출력을 얻을 수 있으며 콘트롤러를 적절하게 선택하여 펌프 등의 기계시설과 연동 운영시킨다.

5) 압력식 수위계

투입 압력식 수위계는 깊은 심도, 좁은 홀 등의 지하수, 탱크 내 액체의 압력을 측정하여 수위를 환산하는 방식이다.
측정은 지하수 또는 수조 외부에 변환기반을 설치하고 케이블 및 와이어에 연결된 측정 센서를 측정 하고자 하는 지하수 또는 탱크 바닥까지 내려 설치하고, 수위에 따라 센서 바닥의 다이아프램이 받는 압력이 다른 원리를 이용하여 측정한다.

(Pressure Sensr)

(Pressure Sensor)

6) 차압식 수위계

액면에 의한 수주압력을 차압계를 이용하여 측정하는 원리로 차압계에는 정전용량식 및 다이아프램식 차압계 등이 있다.
광범위한 액면 변화를 연속적으로 측정할 수 있으나, 검출기 설치 장소에 제약이 있다.

7) 정전용량식 수위계

정전용량식은 액체 중에 전극을 삽입하고 삽입된 전극과 탱크벽 또는 액간의 정전용량이 액면의 높이에 비례하는 성질을 이용하여 수위를 측정하는 계기이다.
도전성 또는 비도전성 유체뿐만 아니라 휘발성분위기에도 적용이 가능하다.
구조가 견고하고 가동부가 없어 보수가 용이하나, 전극에 오염물질 부착이 있는 경우 오차 원인이 된다.
※ 정전용량(Electrostatic capacity)이란 유전체의 전하 축적능력을 표시하는 값으로 콘덴서(축전기) 용량을 나타낼 때 사용된다.

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2. 수위계의 종류

3. 종류별 특징

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