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레벨센서 (수위센서)

레벨센서란?

레벨센서는 수위를 측정하는 센서입니다. 이러한 수위센서, 즉 레벨센서는 두 가지 유형으로 나뉩니다. 포인트 레벨 센서는 단일한 별개의 액체 높이인 현재 수위 조건을 표시하는데 사용됩니다. 일반적으로 이러한 유형의 레벨센서는 수위가 너무 낮거나 높은 상황을 설정하여 알리도록 수위지시계의 기능도 할 수 있습니다.
지속 수위에 대한 레벨센서는 정전 용량 센서로 더 정교하며 전체 시스템에 대한 수위 모니터링을 제공할 수 있습니다. 이러한 센서는 한 지점에서보다는 용기 내의 유체 수위를 측정하여 용기 내의 수위와 직접적인 관계를 가지는 아날로그 출력을 생성합니다. 이 출력 신호를 공정 컨트롤 루프와 디스플레이(지시계)에 링크하여 수위 측정 시스템을 구축할 수 있습니다.
레벨센서
레벨 측정

레벨 센서의 원리와 종류

접촉식 레벨센서: 레벨 스위치 (플로트 스위치)

접촉식 레벨센서인 레벨 스위치(플로트 스위치) 는 포인트 레벨 센서에서 자기 부유는 액체 표면을 따라 움직이며 중심부분에 있는 밀폐된 리드 스위치(reed switch)를 작동시킵니다. 간단하고 유지관리 비용이 낮은 설계로, 쉽게 설치 가능하며 충격, 진동 및 압력을 최소화하고 다양한 매개체와 함께 쓸 수 있습니다. 리드 스위치는 SPST (single point single throw) 타입이나 SPDT (single point double throw) 타입 입니다.

비접촉식 레벨센서: 초음파 레벨 센서

비접촉 초음파 레벨센서 는 아날로그 신호 처리장치, 마이크로 프로세서, 2진법으로 코딩된 10진수(BCD) 범위 스위치 그리고 출력 드라이버 회로를 포함합니다. 마이크로 프로세서의 경로로부터 아날로그 신호 처리장치를 통하여 센서로 펄스와 게이트 신호를 전송하며 센서는 초음파를 액체 표면에 비춥니다. 센서는 표면으로부터 반향을 감지하여 센서와 표면 수위 간의 거리를 디지털로 나타내기 위하여 이를 다시 마이크로 프로세서로 보냅니다. 수신 신호의 지속적인 갱신을 통하여 마이크로 프로세서는 액체 수위의 측정을 위한 평균값을 계산합니다.

지속 센서의 경우 마이크로 프로세서는 평균값을 액체 수위와 선형인 4부터 20 mA까지의 아날로그 신호로 전환합니다. 수위로부터의 반향이 8초 내에 센서로 반환되지 않으면 시스템의 출력 신호는 4 mA 아래로 떨어지게 되며 이는 저 수위 상황이나 빈 배관을 나타냅니다. 포인트 센서의 경우 마이크로 프로세서는 평균값을 BCD 전환 설정과 비교하고 고 수위 또는 저 수위 표시를 위하여 출력 계전기에 전원을 공급합니다. 8초를 초과하는 신호 손실은 계전기의 전원 공급을 중단하고 원래의 상태로 복원합니다. 이 센서는 표면의 난류효과를 최소화하는 0.5초의 딜레이를 가집니다.

수위 측정용 접촉식 초음파 센서

접촉식 초음파 레벨 센서에 속하는 저에너지 초음파 장비는 특정 지점의 액체 수위를 측정합니다. 현장에서 장착 가능한 센서와 내장 솔리드 스테이트 증폭기로 이루어져 있으며 접촉식 초음파 센서는 가동부가 없고 교정이 불필요합니다. 보통 이 센서에는 전력원과 외부 제어장치로의 연결을 위한 단말 블록이 장착되어 있습니다. 초음파 신호는 센서에 있는 0.5인치의 틈을 가로질러 틈에 액체가 있는 경우 계전기 스위치를 제어합니다. 감지 수위는 수평으로 장착된 센서의 경우 틈을 따라 중간에 위치하며 수직으로 장착된 센서의 경우 틈의 위에 위치합니다. 액체가 이 수위 아래로 떨어지면 초음파 신호는 약해지고 마지막에는 계전기를 이전 상태로 전환시킵니다.

이러한 센서는 펌프, 솔레노이드 밸브 및 고/저 알람을 자동으로 작동시키기 위하여 용기나 배관 내에서 사용됩니다. 빈 탱크를 채우고 액체 부피를 측정하는데 두 개가 필요할 수 있습니다. 대부분의 액체와 호환 가능하며 코팅, 맺혀있는 물방울, 거품 및 증기의 영향을 받지 않습니다. 그러나 탄산가스 함유량이 높은 액체 또는 센서의 틈을 매울 정도로 점도가 높은 액체는 문제를 초래할 수 있습니다.

정전 용량 레벨 센서 (Capacitance Level Sensor)

초음파 센서와 마찬가지로 정전 용량 센서는 포인트 레벨 또는 지속 수위를 측정합니다. 이러한 센서는 센서 프로브로 탱크 내의 액체 수위 변화를 모니터링 하고, 전자적으로 용량 및 저항 수치에 대한 출력을 조절하여 측정 수치를 아날로그 신호로 변환합니다. 프로브와 용기 벽면은 액체에서 유전 매개체(dielectric medium)로의 콘덴서의 두 판과 동일합니다. 신호는 수위 변화만으로 발생하기 때문에, 물질이 센서 프로브에 묻어 측정 결과에 영향을 끼치지는 않습니다. 단 비전도성 액체 용기의 경우 이중 프로브 또는 외장 전도 스트립에 영향을 줄 수 있습니다.

프로브는 견고한 타입과 신축성이 있는 타입이 있습니다. 보통 PTFE로 절연 처리된 도선을 사용합니다. 신축성이 있는 프로브는 견고한 금속 프로브를 사용하기에는 공간이 충분하지 않거나, 매우 긴 길이를 필요로 하는 적용분야에서 사용 합니다. 견고한 타입 프로브 재질은 보통 스테인리스 강을 이용하며, 비전도성, 과립형 또는 유전체 속성(4보다 낮은 유전율)이 낮은 액체를 측정하는데 필요한 추가 감도를 제공합니다. 견고한 탐침기는 특히 난류 시스템에서 탐침기의 흔들림이 신호 변동을 초래하는 경우 높은 안정성을 제공합니다.

레벨센서의 종류: 적합한 레벨센서 선택하기

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초음파 레벨센서 비접촉 초음파 수위센서
전력 및 프로그래밍 선택사항과 함께 RS-232 또는 RS-485 통신 기능, 푸시버튼 교정 그리고 온도 보상 신호를 가진 LVU40 시리즈 초음파 수위 센서 는 지속 비접촉 레벨 측정 시스템에 또다른 차원의 유연성을 부여합니다. 0.3부터 18.3 m(1부터 60’)까지의 전체 범위에서 매우 정확하며 주변의 방해요인으로부터 잘못된 반향을 사실상 제거하는 여과기능을 갖추고 있습니다. PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 또는 오메가 CNi 시리즈 패널 디스플레이 컨트롤러와 함께 포인트 레벨 측정에 사용 가능합니다.
레이더 레벨센서 레이더 레벨 트랜스미터
유체 수위의 비접촉 측정을 요구하는 적용분야에서 레벨센서의 수위 측정 통신 범위의 확장이 필요할 때 비용 효율적인 솔루션은 LVRD500 레벨 트랜스미터 입니다. 레이더 센서는 안테나 끝에서부터 탱크의 밑부분까지의 대상 액체의 이력을 기록하기 위하여 마이크로파 펄스 기술을 사용합니다. 이러한 첨단 반향 표시계(Echo Marker)의 신호 처리는 환경조건의 영향을 받지 않아 신뢰할 수 있는 지속 펄스 형태를 제공합니다. RS-232및 RS-485 통신제품도 있습니다. 포켓형 적외선 온도계 의 경우 크기가 매우 작습니다. 이 써모미터는 보통 셔츠 주머니에 넣고 다닐 정도로 작습니다.
로터리 레벨스위치 패들 레벨스위치
C다양한 과립형, 조립형 및 가루형 물질과 호환 가능한 LVD-800 시리즈는 건식 로터리 패들 유량 스위치 입니다. 이 패들 레벨스위치는 고장대비 통, 호퍼, 사일로 및 탱크가 현황을 모니터링 하도록 하는 자력 기반 특허기술(magnetic technology)을 사용합니다. 자가진단 마이크로 제어기는 지속적으로 축과 모터 장착판의 회전을 모니터링하며 물질 존재와 기계적 또는 전기적 고장에 즉시 반응합니다. 자기 감지는 광학 시스템에 내재하는 오염 문제를 방지합니다. 트위스트-온 덮개로 인하여 나사가 필요 없고 2개의 도관 입구 있으며 대부분의 제품들은 상태등을 가지고 있습니다. 고온 제품은 399°C(750°F)까지의 등급을 가집니다. 작고 저렴한 적외선 센서이며 자가 동력을 갖추고 써모커플 센서를 모방한 출력을 생성한다는 특장점이 있습니다.
정전용량 수위센서 정전 용량 센서
고온과 고압을 견딜 수 있으며 다양한 부식성분에 영향을 받지 않는 LV3000/4000 시리즈 정전 용량 레벨 센서는 센서 프로브 타입으로, 까다로운 적용분야에서 신뢰할 수 있는 연속 수위 측정값을 제공합니다. 액체, 페이스트 및 전도성이 있던 없던 일부 고체에 적절하며 가동부가 없고 손쉽게 설치 가능합니다. 인입 전력을 교정 및 여과 후에 무선 주파수 신호를 생성하여 전류의 변화를 계산하며 전자 회로관은 프로세스 수위에 비례하는 4에서 20 mA까지의 2선 출력 신호를 만들어냅니다. 간편한 영점 및 범위 조정은 매개체 유형, 용기 치수, 막대 길이 그리고 설치 위치와 같은 변수 요인들을 조정할 수 있게 해줍니다. 스테인리스 강 프로브가 전도성 용기 벽면 가까이에서 사용되며 PTFE 절연 처리된 제품은 합선을 방지합니다.

FAQ

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레벨센서 선택 시 필수 확인사항

레벨센서, 레벨스위치 등 각종 수위 측정 장비를 선택하기 전에 다음의 필수 고려사항을 확인하시기 바랍니다.
1. 어떤 종류의 물질의 수위를 측정하는가?
2. 적용분야의 온도 및 압력 범위는 어느 정도인가?
3. 특정 포인트 레벨 측정이 필요한가, 지속 측정이 필요한가?
4. 필요한 수위 측정 범위는 얼마인가?
5. 측정 물질은 전도성(electrically conductive)을 가지고 있는가?
6. 물질이 표면을 코팅하거나 표면에 쌓이는가?
7. 액체의 표면에 난류, 거품 또는 증기가 발생하는가?
8. 접촉식 측정이 가능한가, 비접촉 측정을 해야하는 경우인가?
9. 아날로그, 계전기, 디지털 디스플레이 등에서 필요한 출력의 유형은 무엇인가?