レベル計の種類と選び方｜差圧・電波・超音波・フロート式を比較

同じタンクのレベル計が「3.2 m」と表示していても、差圧式は液の重さ、電波式と超音波式は天井から液面までの距離、フロート式は浮きの高さからその数字を出しています。手がかりが違うので、苦手な条件も方式ごとに違います。

方式を選ぶときは、液の密度が変わるかどうかと、泡・蒸気・付着の有無、撹拌機などタンク内の構造物を先に確かめます。ここで候補を2つほどに絞り、測定範囲や出力、防爆の要否で1つに決めるのが実務の進め方です。

本記事では、差圧式・電波式・超音波式・フロート式を中心に、レベル計の種類ごとの原理と向き不向き、液の性状とタンクの条件に合わせた選び方、指示がおかしいときの原因の見分け方について解説します。

レベル計とは｜連続で測る計器と、点で知らせるスイッチ

レベル計とは、タンクや槽の中の液面の高さを測り、指示や信号として取り出す計器です。液位を0〜100%で連続して出す「レベル計」と、決めた高さに達したかだけを知らせる「レベルスイッチ」があり、目的が違います。

連続式は4-20 mAなどのアナログ信号をDCSや調節計へ送り、残量の監視や液位の制御に使います。スイッチは接点のON/OFFで警報やポンプの発停に使い、P&ID（配管計装図）でも記号を分けて書きます。

図1：連続式のレベル計とレベルスイッチ

同じタンクに、液位を連続で送る計器と、上限・下限で接点を出すスイッチを組み合わせて付けるのが一般的です。

※P&IDでは、連続式をLT、上限・下限のスイッチをLSH・LSLの記号で表します。

連続式の信号は電流なので配線が長くても値が落ちにくく、記録計やPLCでは抵抗で電圧に変えて取り込みます。配線と設定の例は4-20 mAを1-5 Vで記録する方法で詳しく扱っています。

レベル計の種類を一覧で比較

主なレベル計は7方式あり、液の重さ・液面までの距離・浮力・電気の性質のどれを手がかりにするかで4つに分けられます。

方式	測る手がかり	液に触れるか	向く条件	注意する条件
差圧式（圧力式）	底にかかる液の重さ（静水圧）	触れる（受圧部）	高温・高圧、泡や撹拌で液面が荒れる槽	密度が変わる液、導圧管が詰まるスラリー
電波式（非接触レーダー）	電波が液面で反射して戻る時間	触れない	腐食性・付着性の液、蒸気のある槽、大型タンク	比誘電率の低い液（反射が弱い）、厚い泡
ガイドパルス式（ガイドレーダー）	プローブに沿って戻る電波の時間	触れる（プローブ）	泡・蒸気のある槽、小さい槽、2液の界面	撹拌でプローブが振れる槽、固着する付着
超音波式	音が液面で反射して戻る時間	触れない	開放水槽・排水槽など条件の穏やかな槽	気温の変化、泡、蒸気、満液近くの不感帯
フロート式	浮きの位置（浮力）	触れる（浮き）	電源なしの現場表示、密度が一定の清浄な液	付着で浮きが動かない液、密度の低い液
静電容量式	プローブとタンク壁の静電容量	触れる（プローブ）	導電性の液、小さい槽、高圧の槽	非導電性液は比誘電率の変化で誤差
電極式	電極間に液が触れて流れる電流	触れる（電極）	水・排水の上下限検知、ポンプの発停	油など電気を通さない液、純水

図2：レベル計の4つの手がかりと方式

電波式とガイドパルス式はどちらも電波の往復時間を使い、空間に飛ばすかプローブに沿わせるかが違います。

重さ（圧力）差圧式。底の静水圧と密度から高さを出す

距離（往復時間）電波式・ガイドパルス式・超音波式。液面までの距離から引き算で高さを出す

浮力フロート式。液面に浮く浮きの位置を磁石で外へ伝える

電気の性質静電容量式・電極式。液に触れたプローブの容量や電流の変化を見る

※距離で測る3方式は、タンク高さから液面までの距離を引いてレベルを求めます。そのためタンク高さとゼロ点の設定が誤差の元になります。

差圧式｜液の重さから高さを出す

差圧式は、タンク底の圧力と液面上の圧力の差から液位を出す方式で、差圧＝密度×重力加速度×高さ（ΔP＝ρgh）の関係を使います。開放タンクは大気圧を、密閉タンクはタンク上部の圧力を基準にして差を取るため、気相の圧力が変わっても液位だけが残ります。

同じ高さでも液が重いほど差圧は大きくなるので、横河電機は差圧式を使う条件として「密度（比重）が一定であること」を挙げています。

図3：液の密度と、高さ1 mあたりの差圧

密度が2割変わると差圧も2割変わり、レンジを直さなければ液位の指示も2割ずれます。

単位：kPa（ΔP＝ρgh、g＝9.807 m/s²で計算）

油など（密度800 kg/m³）

7.8

水（1,000 kg/m³）

9.8

比重1.2の液（1,200 kg/m³）

11.8

※油の密度800 kg/m³は計算のための例です。実際の密度は液と運転温度で確認します。

差圧式の強みは、液面の反射を使わないことです。泡や撹拌で液面が荒れても測定が途切れず、伝送器を底のノズルに付けられるので、高温・高圧の槽でも実績が多い方式です。

図4：差圧式が向く条件と、ずれる原因

向き不向きは「密度が一定か」と「受圧部まで圧力が正しく届くか」で決まります。

向く条件密度が一定の液。泡・撹拌で液面が荒れる槽、高温・高圧の槽、蒸留塔の塔底など

密度の変化でずれる濃度や温度で密度が変わる液や、気泡を含んで軽くなった液。指示は重さに比例するので、軽くなると低く出る

導圧部でずれるスラリーで導圧管が詰まる、密閉タンクの低圧側に凝縮液がたまる

気温でずれるダイアフラムシールのキャピラリが日なたと日陰で温度差を持つと、封入液の密度差が誤差になる

※キャピラリの温度影響と対策（両側の長さをそろえる等）は、横河電機の技術資料によります。

取付高さとゼロ点の合わせ方、密閉タンクのドライレグ・ウェットレグ、導圧管の勾配といった差圧伝送器ならではの注意は、別記事で詳しく解説しています。仕組みを図で追いたい人には、MONOSCOPEの差圧伝送器の解説動画（YouTube）もあります。

電波式とガイドパルス式｜電波の往復時間で距離を測る

電波式とガイドパルス式は、どちらも電波が液面で反射して戻るまでの時間から液面までの距離を求め、タンク高さから引いてレベルを出す方式です。電波を空間に飛ばすのが非接触の電波式（レーダー）、プローブ（棒やワイヤ）に沿わせるのがガイドパルス式で、苦手な条件が分かれます。

非接触の電波式（レーダー）

電波式は液に触れないため、腐食性や付着性の液、蒸気が立つ槽にも付けやすい方式です。VEGAは、非接触で測るため温度・圧力・製品の性状に指示が左右されないと説明しており、音速が気温で変わる超音波式との大きな違いになります。

注意するのは、液の比誘電率（電気の通しにくさを表す値で、油や溶剤は低い）と、ビームの広がりです。比誘電率が低い液は電波の反射が弱く、ビームが広いとタンク内の撹拌機や加熱コイルからの反射を液面と取り違えます。

図5：80 GHzの電波式で、取付口ごとのビーム角

アンテナが大きいほどビームは細くなり、10 m先の照射の直径は14°で約2.5 m、3°なら約0.5 mです。

単位：度（VEGAPULS 64の製品ページ記載値）

ネジ G¾

14°

ネジ G1½

7°

フランジ DN50〜

6°

フランジ DN80〜

3°

※照射の直径は 2×距離×tan（ビーム角÷2）で計算した目安です。ビーム角は機種・周波数で異なります。

VEGAは80 GHz機のVEGAPULS 64について、26 GHzの広いビームでは拾っていた撹拌機や内部構造物の反射を避けやすいとしています。比誘電率の低い液も従来機より測りやすいとの説明ですが、測れる下限は機種の仕様で確かめます。

ガイドパルス式（ガイドレーダー）

ガイドパルス式は、電波のパルスをタンク内に垂らしたプローブに沿わせ、液面で反射して戻る時間から液位を求めます。電波がプローブの周りに集まるので、狭い槽や構造物の多い槽でも反射を取り違えにくく、液体ではロッド（棒）、粉体ではケーブルを使い分けます。

VEGAはガイドレーダーについて、密度・泡・蒸気・粉じんの変化に影響されず、プローブや槽壁の付着も測定に影響しないと説明しています。油と水のような2液の界面を測れる機種があるのも特徴で、測定長は同社のVEGAFLEXシリーズでロッド最大6 m、ケーブル最大75 mです。

図6：非接触の電波式とガイドパルス式の違い

空間に飛ばす電波はビームの中にある構造物でも反射し、プローブに沿う電波は液面以外を拾いにくくなります。

※撹拌の強い槽では、ガイドパルス式のプローブが振れたり荷重がかかったりするため、固定方法や長さの制約をメーカーに確認します。

超音波式｜音の往復時間で測る、条件を選ぶ方式

超音波式は、天板のセンサから音のパルスを出し、液面で反射して戻るまでの時間から距離を求めます。距離＝音速×往復時間÷2で計算するため、音速が変わればそのまま距離の誤差になるのがこの方式の弱点です。

空気中の音速は331.5＋0.6T（m/s、Tは気温℃）で、20℃の343.5 m/sに対し40℃では約3.5%速くなります。補正なしでは5 mの距離で約17 cmずれるため、Endress+Hauserのセンサは温度プローブを内蔵して補正しています。

もう一つの制約が、センサ直下で反射を受け取れない「ブロッキング距離」で、同社の超音波センサDU 51 Zでは約0.8 mです。満液の液面はこの距離より下に置く必要があるため、天井に余裕のない小さな槽では測れる高さが削られます。

図7：超音波式のブロッキング距離と測れる範囲

センサの真下に測れない帯があり、最高液位はその下に決めます。

センサ（天板のノズル）音のパルスを出し、同じセンサで反射を受ける

ブロッキング距離（DU 51 Zで約0.8 m）

最高液位（100%）ブロッキング距離より下に置く。ノズルが長いとその分も削られる

測定範囲

最低液位（0%）タンク高さから距離を引いてレベルを出す

※ブロッキング距離は機種で異なります。Endress+Hauserの技術資料TI078F（DU 51 Z）の値です。

測れる距離は、反射の強さと途中で音が弱まる量で決まります。Endress+Hauserは、温度差や液面の乱れ、粉じんごとに音の減衰量（dB）を示し、合計から測定範囲を見積もる方法を載せています。

図8：超音波を弱める条件と減衰量

減衰が30 dBの例（温度差60℃で20 dB＋撹拌で10 dB）では、測定範囲は約9 mになります。

単位：dB（各条件の上限値、Endress+Hauser TI078F）

センサと液面の温度差 60℃まで

10〜20

強い液面の乱れ（撹拌機）

10〜20

温度差 40℃まで

5〜10

液面の波

5〜10

粉じんが多い

5〜10

※泡については同資料で「メーカーに相談」とされ、数値はありません。液面が厚い泡で覆われる槽には使わないよう求めています。

こうした制約から、超音波式が力を発揮するのは開放水槽や排水槽のように、気温の変化が小さく泡や蒸気の少ない槽です。

フロート式・静電容量式・電極式｜液に触れて測る方式

液に触れて測る3方式は、構造が簡単で現場に多く残っている一方、付着や液の電気的な性質に結果が左右される点が共通の弱点です。

図9：液に触れて測る3方式の特徴

フロート式は浮力、静電容量式と電極式は液の電気的な性質を手がかりにします。

浮力フロート式（マグネット式）タンク横の筒（バイパス室）に浮きを入れ、磁石で外の表示を動かす。電源が要らない。浮きが動かなくなる付着に注意

静電容量静電容量式プローブとタンク壁がコンデンサになり、液に浸かるほど容量が増える。非導電性の液は比誘電率で校正が要る

電流電極式長さの違う電極を垂らし、液に触れた電極間に電流が流れるかで上下限を知らせる。電気を通さない油には使えない

フロート式（マグネット式液面計）

タンク横に付けるマグネット式液面計は、タンクと連通管でつないだ筒の中で浮きが上下し、磁石入りの浮きが外側の2色ローラーを回して液位を見せます。WIKAのBNA形は電源なしで動き、-196〜+450℃、真空〜400 barまで使え、発信器や磁気スイッチを後から足せます。

浮きが浮くには液に十分な密度が要り、同形の限界密度は340 kg/m³です。浮きは想定される最も低い密度で、運転温度のときに浮力が足りるかを確かめて選ぶので、密度の値は常温ではなく運転温度で調べます。

静電容量式

静電容量式は、プローブとタンク内壁を電極にしたコンデンサの容量が、液に浸かるほど増えることを使います。Endress+HauserのLiquicap M FMI51では、導電率100 µS/cm以上の液なら比誘電率の影響を受けず、再校正なしで液を替えて測れるとしています。

裏を返すと、油のような非導電性の液では比誘電率が変わると指示もずれるため、液に合わせた校正が必要です。同機の測定範囲は0.1〜4.0 mで、樹脂製のタンクでは対向電極になるグランドチューブを付けて使います。

電極式（フロートなしスイッチ）

電極式は連続で測る計器ではなく、上限・下限を知らせるスイッチとして給排水の制御に使われます。液が電極に触れたときの電極間抵抗で判定するので、液の導電率に合った感度の機種を選ぶのが要点です。

図10：電極式は液の導電率で感度を選ぶ

オムロンの形61Fでは、導電率が低い（電気を通しにくい）液ほど高感度の機種を選びます。

15〜25 μS/cm一般用電極間動作抵抗 0〜4 kΩ。上水・工業用水などの一般的な用途

5〜10 μS/cm高感度形動作抵抗 0〜70 kΩ（61F-GH）など。導電率の低い水

0.5〜2 μS/cm超高感度形動作抵抗 0〜1 MΩ（61F-UHS）。純水に近い水

※1 MΩを超える純水は61Fに向かず、別のレベルスイッチが勧められています。導電率の単位はオムロン資料では「μS」と書かれていますが、導電率の単位であるμS/cmに直しています。電極間抵抗はテスターではなく、61Fの交流電圧で測ります。

電極やフロートスイッチの接点を使って、給水ポンプを下限で起動し上限で止めるといった液位の保ち方は、レベル制御の記事で比例制御と比べながら解説しています。

レベル計の選び方｜液の性状→タンクの条件→出力の順で絞る

レベル計は、①液の性状で候補を外し、②タンクの条件で取付けられる方式に絞り、③出力と仕様で機種を決める順に選ぶと迷いません。液の性状で合わない方式を先に外すのは、取付けや出力はあとから工夫できても、液の性質は変えられないからです。

図11：レベル計の選定フロー

各段階の問いに「はい」なら、右に書いた方式を候補から外すか、注意して選びます。

①液の性状

密度が変わる？はい → 差圧式・フロート式は補正か別方式へ。距離で測る方式が候補

泡・蒸気・付着がある？はい → 超音波式は外す。差圧式・ガイドパルス式・電波式を比べる

電気を通さない液？はい → 電極式は使えない。静電容量式は比誘電率で校正

②タンクの条件

撹拌機・構造物がある？はい → ビームの細い電波式か、底で測る差圧式

天井に余裕がない？はい → 超音波式のブロッキング距離で満液が測れないか確認

高温・高圧・防爆？はい → 温度圧力の範囲と防爆の種類が合う機種に絞る

③出力と仕様

連続値が要る？はい → 連続式（4-20 mA・HART）。警報だけならスイッチ

精度・測定範囲は？必要な精度と最高・最低液位から、機種の仕様を当てる

保全しやすい？接液部の清掃・交換、校正の手間と、運転中に外せるか

※候補の外し方は方式の一般的な傾向です。機種によって泡や付着への強さは変わるため、最後は実液の条件をメーカーに伝えて確認します。

爆発性のガスが出る槽では、レベル計も防爆の構造（耐圧防爆・本質安全防爆など）を合わせる必要があり、選び方は安全増防爆と耐圧防爆の違いで扱っています。メーカーへ問い合わせる前に、次の項目をそろえておくと機種の当たりが早くつきます。

• 液の名前と、運転温度での密度・粘度・導電率（分かれば比誘電率）
• 泡・蒸気・付着・結晶の有無と、撹拌機・加熱コイルなど内部構造物の位置
• タンクの高さ・形（縦置き・横置き・球形）と材質、取付けに使えるノズルの位置と口径
• 最高・最低液位と、運転時の温度・圧力（真空になるか）、防爆の要否
• 必要な出力（4-20 mA・HART・接点）と精度、表示の要否

指示がおかしいときに疑う原因

既設のレベル計の指示がおかしいときは、症状から方式ごとの原因を当てると早く絞れます。

症状	疑う方式と原因	確かめること
満液に近づくと指示が止まる・飛ぶ	超音波式・電波式：液面がブロッキング距離（不感帯）に入った	天板から最高液位までの距離と機種の不感帯
撹拌を始めると指示が乱れる	超音波式：液面の乱れで反射が弱まる。電波式：撹拌機の羽根の反射	ビーム内の構造物と、取付位置・アンテナの大きさ
液を替えたら指示がずれた	差圧式：密度の違い。静電容量式：比誘電率の違い	新しい液の運転温度での密度・比誘電率とレンジ設定
昼と夜で指示が変わる	超音波式：気温による音速の変化。差圧式：キャピラリの温度差	温度補正の有無、キャピラリの長さと日当たり
液はあるのに下限警報が出る	電極式：電極に油膜などの絶縁被膜、液の導電率不足	電極の汚れと、61Fの電圧で測った電極間抵抗
指示が動かない	フロート式：付着で浮きが固着。差圧式：導圧管の詰まり	浮きの動き、導圧管のドレン・ブロー

原因を直したあとは、空に近い液位と満液に近い液位で、指示が実際の液位と合っているかを確かめます。校正の間隔と記録の残し方は計測器の校正周期の決め方が参考になります。

レベル計のよくある質問

タンクの残量を体積（m³）で表示するにはどうする？

縦置きの円筒タンクなら体積は液位に比例しますが、横置きの円筒や球形のタンクでは比例しません。その場合はタンクの形から液位と体積の対応表を作り、変換器やDCSで液位を体積に換算して表示します。

溢れ防止の上限警報は、レベル計の値から出してよい？

連続式のレベル計が故障すると、その値から作った警報も同時に出なくなります。溢れを防ぐ警報は、レベル計とは別の方式のレベルスイッチで独立して取る設計が多く、計器の故障と液位の異常を分けて検知できます。

油と水の界面は測れる？

ガイドパルス式は、電波の一部が上の液を通り抜けて下の液で反射するため、界面を測れる機種があります。静電容量式にも界面やエマルジョン（乳化した層）を測る使い方があり、どちらも上下の液の電気的な性質に十分な差があることが条件です。

4 mAと20 mAはどの高さに合わせる？

運転で使う最低液位を4 mA（0%）、最高液位を20 mA（100%）に合わせるのが基本です。非接触式では100%をブロッキング距離より下に、差圧式では下側の取出し口より下を0%にできない点に注意して範囲を決めます。

まとめ

レベル計の選定と保守は、計装エンジニアや設備保全の担当が日常的に向き合う仕事です。関連する職種は設備保全や生産技術で、液位を保つ仕組みはバッファタンクの役割ともつながります。

出典

出典・参考資料（9件）を開く出典・参考資料を閉じる

• 80 GHz電波式のビーム角・温度圧力範囲・内部構造物：VEGA「VEGAPULS 64」製品ページ
• 電波式の原理と温度・圧力の影響：Heating and Process「Radar Level Measurement Using VEGA VEGAPULS Sensors – How Does It Work?」
• ガイドパルス式の原理・界面・測定長：VEGA「Guided Wave Radar」製品ブローシャ（VEGAFLEXシリーズ）
• 超音波式の原理・ブロッキング距離・温度補正・減衰量：Endress+Hauser 技術資料 TI078F「Ultrasonic sensor DU 51 Z」
• 空気中の音速と気温の関係：村田製作所「超音波センサ 基礎知識 ― 音波の性質」
• 静電容量式の原理と導電率・比誘電率の影響：Endress+Hauser 技術仕様書 TI01490F「Liquicap M FMI51」（2025年2月）
• 電極式の導電率と機種の選び方：OMRON Automation Knowledge Base「61F フロートなしスイッチで純水を制御するときの注意」
• マグネット式液面計の構造と運転限界：ICS Schneider「WIKA Model BNA bypass level indicator with magnetic display」
• 差圧式の前提（密度一定）とキャピラリの温度影響：横河電機「How to Avoid Temperature Effects in Differential Pressure Level Measurements」