水位センサの特徴と主な活用シーン

甚大な被害を与える水害は、河川やダム、農業用水路などが許容できる範囲を水位が超えることで発生します。

国土交通省では、氾濫危険水位や注意水位を定めており、水位観測所では水位センサを活用して水面の高さを監視しています。河川であれば増水による氾濫の危険を予測でき、ダムであれば機械の運転や解除の目安にして安全に制御することが可能です。

現在、水位センサは水害のリスクが想定される場所に設置するだけではなく、農業用水路などさまざまな場面で活用されています。

本記事では、水位センサの基礎知識と主な種類、活用シーンを紹介します。水位センサの設置を検討している方は、ぜひ参考にしてください。

水位センサ（水位計）とは

水位センサとは、水位を計測する機器のことです。基本的には危機管理型水位計として使用されているため、水害のリスクがある場所に設置されます。

主な目的は水位の監視と観測で、以下の場所に設置するのが一般的です。

• 河川
• ダム
• 工場
• 農業用水
• 水処理施設

最近では、水位センサをネットワークと接続させ、遠隔監視が行えるIoT水位センサも広がりをみせています。遠隔監視が可能なIoT水位センサなら現場から離れた場所にいても監視と観測が可能です。一定の水位を超えた場合に管理者へ警告を通知することで、水害の早期発見へとつなげます。

ビジネスシーンにおける活用例としては、水位センサをスマートフォンのアプリと連動させ、遠隔で水位を可視化するといった取り組みもあります。

水位センサの主な種類

水位センサは大きく分けて7種類に分類されます。それぞれの特徴を以下で簡単に説明します。

①電波式水位計

電波式水位計は、センサから発信されたマイクロ波パルスが測定物から反射して戻るまでの時間を計測する非接触式レベル計です。

温度・気圧・ガス・粉塵・蒸気など、設置環境の影響を受けにくいという特徴があります。しかし、マイクロ波は比誘電率の影響を受けやすく、反射強度や測定距離に影響する場合があります。

②超音波レベル計

超音波レベル計は、水位センサから発信された超音波パルスが測定物から反射して戻るまでの時間を計測する非接触式レベル計です。

電波式水位計と同じ仕組みですが、比較的安価で導入できることが特徴。しかし、ガス・粉塵・蒸気などが発生している環境では、超音波が減衰し、指示飛びなどの現象が発生しやすくなります。

③フロート式レベル計

フロート式レベル計は、ステンレステープに吊るしたフロートを液面に浮かべてテープの長さを計測する接触式レベル計です。

主にタンクの液面検出、液体の電気的物性変化の影響を受けにくいことが特徴。簡単な構造で容易に設置できますが、付着の影響を大きく受けるため、浮遊物がある液体の場合は誤作動が起きやすくなります。

④ガイドロープ式レベル計

ガイドロープ式レベル計は、タンクの天井から垂らしたプローブに沿ってマイクロ波パルスを発信して計測する接触式レベル計です。

電波式水位計や超音波レベル計のように放射角がないため、狭い箇所への設置に適しています。しかし、液中に汚れや浮遊物があるとプローブに付着して間違った反射波の発生につながります。

⑤差圧式レベル計

差圧式レベル計は、液圧からタンク内圧を差し引いて貯蔵レベルを算出する接触式レベル計です。

タンク内の圧力変化の影響を受けませんが、液体の密度が変化するような場合は誤差が発生しやすくなります。

⑥静電容量式レベル計

静電容量式レベル計は、タンク天井から垂らしたプローブ電極とタンク壁の間に発生する静電容量変化を比較計測して貯蔵レベルを算出する接触式レベル計です。

狭い箇所での計測に適しており、液体や粉粒体に使用できます。しかし、比誘電率が低い液体や気泡・浮遊物がある液体の場合は、正確な検出ができない場合があります。

⑦圧力式レベル計(投げ込み式水位計)

圧力式レベル計は、液位による液圧の変化をダイヤフラムが捉えて、貯蔵レベルに換算して算出する接触式レベル計です。

タンク内圧が大気圧という条件でのみ利用でき、狭い場所の設置に適しています。液体に気泡・浮遊物などが多いと検出精度が低くなる場合があります。

水位センサの主な活用シーン

水位センサで対象のレベルを把握することは、危機管理や業務効率化に欠かせません。ここからは、ネットワークと組み合わせたIoT水位センサの具体的な活用シーンを2つ紹介します。

河川

水位センサは、河川の氾濫を監視する危機管理を目的に活用されています。豪雨で河川が氾濫した場合、周辺に生活している人は甚大な被害を受けます。

しかし、河川にIoT水位センサを設置して計測すれば、急激な水位の変化をデータで捉えて氾濫の予知に役立てられます。

また、水位の変化をメールなどで情報発信させることも可能なため、現場に行く必要がありません。氾濫の危険性を事前につかむことで、河川の周辺に住んでいる方の避難ルートを確保できます。

農業用水

水位センサは、農業用水の管理にも活用できます。

稲作において、全工程の約半分の時間を費やしているのは水の管理だといわれています。稲の成長に不可欠な水の給水や止水などの作業は、自分の目で見て回り管理する必要があるため、膨大な時間と労力がかかります。

しかし、水田にIoT水位センサを設置すれば、遠くにいてもスマートフォンから水位を確認することが可能です。これにより、水の管理に割く時間と労力を大幅に削減でき、農作業の効率化や品質向上につながります。

まとめ

河川やダム、農業用水路などの水位を計測する水位センサは、危機管理目的だけではなく作業の効率化などでも活用されています。

IoT水位センサの設置による大きなメリットは、遠隔監視が可能な点です。これまで現場を巡回しなければ確認できなかった河川や農業用水路の水位を遠隔地から確認できるため、安全管理や農作業の効率化を実現できます。

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