深井戸水位伝送器：2インチボアホール用プローブ（最大500m）

深井戸用レベル送信機とは？

深井戸用レベル送信機は、井戸、ボーリング孔、貯水池において、液体レベルまたは地下水深度を、静水圧を4-20 mA、RS-485 Modbus、HARTなどの標準化されたプロセス信号に変換して測定する、水中型静水圧計器です。深井戸モデルは最大500 mの測定範囲をカバーし、標準精度は0.5% FS（0.25% FSも利用可能）です。また、細径ボーリング孔用のバリアントでは、2インチ井戸を通過できるよう、直径わずか16 mmのプローブを使用します。WELKは、この用途向けに設計された 小径ボーリング孔用レベル送信機、 深井戸用レベル送信機、および装甲ケーブル付き水中型送信機を製造しています。

井戸・ボーリング孔のレベル測定がタンクレベルと異なる理由

タンクは密閉されたアクセス可能な容器です。井戸は、狭く、深く、多くの場合ライニングされていない地中の穴です。この違いにより、ほぼすべての設計上の決定が変わります。

物理的なアクセス。 2インチのボーリング孔の内径は約50.8 mmですが、プローブ、ケーブル、場合によっては揚水用のドロップパイプを収容する必要があります。そのため、16〜22 mm範囲の小径プローブの需要が生じます。標準的な27 mmのタンク用プローブは単純に収まりません。4インチのボーリング孔（約100 mm内径）でも、プローブはカップリング、スクリーン部、ケーシングの潜在的なずれを引っ掛かることなく通過する必要があります。

深度とケーブル長。 タンク用レベル送信機が水中に沈む深さは、通常数メートルを超えることはありません。深井戸は数十メートルから数百メートルに及びます。300 mの井戸には300 mのケーブルが必要であり、ケーブルの選択（ベント付き、装甲、信号互換）は、アクセサリではなく構造上の決定事項となります。その長さでは、ケーブルの抵抗、静電容量、引張強度がすべて重要になります。

測定原理の制約。 タンクで良好に機能するレーダー式および超音波式レベル計は、井戸では実用的でないことが多い。導波レーダーは、測定レンジ全体をカバーするのに十分な長さのプローブロッドまたはケーブルを必要とし、深くて狭いボアホールへの設置は高価で物理的に困難である。非接触レーダーは、小径のケーシングの上部からターゲットを確実に捉えることができず、超音波センサーは長距離や井戸内の湿気の多い乱流空気柱で精度が低下する。水中静水圧式トランスミッターは、泡、蒸気、結露、深さの影響を受けないため、この用途で主流となっている。リフトステーションや貯水池での関連用途については、WELKの「 上下水道のレベル測定 」ガイドを参照。

環境の厳しさ。 井戸は地下水の化学的性質、シルト、バイオファウリング、そして遠隔地では長いケーブル配線への雷誘導過渡現象にさらされる。ノズルにボルトで固定されたタンク用トランスミッターは、嵐の際にアンテナとして機能する300mのケーブルに直面することはない。これらの環境要因により、堅牢なハウジング、IP68シーリング、ベントチューブ保護、サージ抑制が必要となる。

水中静水圧式プローブの仕組み

静水圧式レベルトランスミッターは、そのダイアフラム上の液柱の圧力ヘッドを測定する。支配的な関係式は次の通り：

P = ρ × g × h

ここで、Pはパスカル単位の静水圧、ρはkg/m³単位の液体密度、gは重力加速度（9.81 m/s²）、hはメートル単位の液高である。式を変形すると、測定される高さはh = P / (ρ × g)となる。

トランスデューサーは全圧（液ヘッドと表面の大気圧の合計）に敏感であるため、トランスミッターは大気圧成分を差し引く必要がある。これが水中プローブが ベントケーブル 内蔵キャピラリーチューブを備え、地表のベントコネクタからセンサーダイアフラムの背面まで基準圧力を伝えます。大気圧基準により気圧変動の影響が相殺されるため、出力は液柱の高さのみを反映します。密閉型（非ベント）ゲージセンサーは天候の変化ごとにドリフトするため、井戸の水位監視には使用しないでください。

密度も重要な要素です。水（1,000 kg/m³）で校正されたプローブは、1,200 kg/m³の塩水では20%低く、950 kg/m³のプロセス流体では5%高く読み取ります。井戸の場合、媒体は通常地下水であるため、水校正が標準ですが、井戸が塩水、浸出液、または汚染された地下水プルームを含む場合は、実際の密度を計算に入力するか、送信機をその流体用に工場校正する必要があります。WELKの 水中静水圧レベル送信機 は、カスタム密度校正と、腐食性地下水に対応する各種ダイアフラム材質が用意されています。

プローブの選定：小径、重量、ケーブルオプション

プローブ径

最も重要な寸法は、井戸内の最小の狭窄部（通常はケーシング、スクリーン、またはねじ込みカップリング）に対するプローブの外径です。一般的な目安として：

• 2インチ井戸（内径50.8 mm）： 直径16〜22 mmのプローブを使用します。WELKの最小ボアホールプローブは16 mmで、標準的な2インチケーシングに適合しながら、ケーブル、ウェイト、および破片のためのクリアランスを確保します。
• 4インチ井戸（内径100 mm）： 22〜27 mmのプローブが適しており、より重いウェイトと装甲ケーブルのためのスペースも確保できます。
• より大きな井戸と貯水池： 標準的な水中プローブは27 mm以上からあり、多くの場合、ウェイトやケーブルアーマーの追加オプションがあります。

クリアランスは必須です。紙面上でケーシングに適合するプローブでも、ずれた継ぎ目、鉱物の堆積、ケーシングのわずかな曲がりで詰まることがあります。すべての制限をクリアする最大のプローブを指定することで、ダイアフラム面積が最大化され、精度が向上し、詰まりの感度が低下します。

ウェイト

浮遊または漂流するプローブは誤ったレベル測定値を生み出します。すべての水中井戸トランスミッターには、ステンレス鋼製の底部ウェイト（通常316Lステンレス、浅い井戸では約0.5 kgから、深い井戸や流れのある井戸では2〜3 kgまで）を取り付けて、プローブを正しい測定深度に固定する必要があります。ウェイトはまた、ケーブルを張った状態に保ち、ケーシングに対してコイル状に巻き付いたり擦れたりするのを防ぎます。 深井戸レベルトランスミッター 構成では、WELKはプローブとウェイトのアセンブリ全体の吊り下げ点を評価し、ケーブルが重いウェイトの負荷を単独で支えることがないようにしています。

ケーブルオプション

ケーブルの選択は信頼性の決定であり、井戸の場合、仕様段階で行うべきです：

• ベントケーブル（ポリウレタンまたはFEP/PFA）： あらゆる静水圧プローブの基本です。ベントチューブは大気圧基準を伝えます。PURはほとんどの地下水に適し、FEP/PFAは攻撃的な化学薬品や高温に耐えます。
• アーマードケーブル： ベントコアの上にスチールワイヤーまたはステンレススチール編組を施し、岩石、ケーシングのエッジ、げっ歯類による損傷、張力から保護します。WELKの 装甲ケーブル式静水圧レベル送信機 は、深井戸、粗いライニングのあるボアホール、およびケーブルが繰り返し昇降される設置箇所での標準的な選択肢です。
• ケブラーまたはポリアミド補強材： ケーブルがプローブを支え、別の吊り下げワイヤーを使用しない吊り下げ用途向け。

通気キャピラリーはプローブの「呼吸」システムであることに留意してください。水で満たされると大気圧基準が失われ、測定値がドリフトします。地表でのケーブル終端部は、潜在的な洪水位より上に保ち、乾燥剤を取り付ける必要があります。この点は設置の項で再度説明します。

深井戸の考慮事項：レンジ、信号、および雷保護

レンジとケーブル長

機械的なケーブル長と電子測定レンジは、井戸では同じ数値になることがよくありますが、同じ仕様ではありません。200 mの井戸には200 mのケーブルが必要です。送信機のレンジは、プローブ上の予想最大水柱であり、井戸の全深度ではありません。プローブが予想最低水位より5 m下に吊り下げられている場合、200 mレンジの送信機は、プローブと最高水位の間の195 mのヘッドを測定します。レンジを過大に指定すると分解能と精度が低下するため、実際の液柱に合わせてレンジを設定し、ケーブルが最低設置点に余裕を持って届くことを確認してください。

信号減衰と出力選択

長いケーブル配線は抵抗と静電容量を追加し、信号を劣化させる可能性があります：

• 4-20 mA 2線式ループ： 井戸監視の主力です。ループは電流ベースであるため、ケーブルに沿った電圧降下に対して本質的に影響を受けません。供給電圧が送信機の最小値（通常、4-20 mA / HARTループでは9-36 V DC）を上回っている限り、4-20 mA信号は数百メートル確実に伝送できます。250〜300 mの配線では、ループ抵抗予算を確認してください。24 V供給で、100 mあたり約10 Ωの300 mケーブルの場合、電圧降下は標準的なHARTループの許容範囲内に十分収まります。
• RS-485 Modbus: 単一のツイストペアケーブル上でのマルチドロップテレメトリに優れ、リピータが必要になるまでの実用的なバス長は約1,200 mです。各4-20 mAレベル伝送器はそれぞれ独自のループを持つ必要がありますが、RS-485では1台のRTUが多くの井戸用伝送器をポーリングできるため、10〜50の監視ポイントを持つ地下水ネットワークに適しています。
• HART: 4-20 mAループ上にデジタルプロセス変数と診断情報を重畳します。技術者がプローブに容易に到達できない深井戸では、HARTにより地表から遠隔でのレンジ設定、校正オフセット、故障診断が可能です。

雷および過渡電圧保護

地中深くのプローブから地表のコントローラまで延びる長い垂直ケーブルは、実質的に雷のアンテナとなります。直撃がなくても、近くの落雷によりケーブルにキロボルト単位のサージが誘導され、保護されていない伝送器のダイアフラムやPLC/RTUの入力段を破壊します。保護は任意ではなく必須です：

• 伝送器内蔵のサージ保護： ガス放電管（GDT）と過渡電圧抑制（TVS）ダイオードがプローブでの高エネルギー過渡電圧をクランプします。WELK深井戸用伝送器には、IEC 61000-4-5に準拠した内蔵サージ保護を備えたモデルがあります。
• 地表での避雷器/サージプロテクタ： ケーブルが制御盤に入る信号線に設置し、4-20 mAまたはRS-485用のラインサージ保護デバイス（SPD）が、PLCアナログ入力に到達する前にサージを接地へ分流します。SPDは機器のできるだけ近くに、短くまっすぐな接地線で設置してください。
• 接地の徹底： 単一点接地が不可欠です。プローブ本体、ケーブルシールド、SPD接地、制御盤は、低インピーダンス（雷対策用接地では通常4 Ω未満、または地域の規制に準拠）の共通接地基準を共有する必要があります。300 mの配線の片端でシールドを浮かせたままにしないでください。シールドが電荷を集めるアンテナになります。シールドはコントローラ側で接地し、メーカー指定がある場合は坑口でも接地しますが、単一の明確な基準に保つことで接地ループを避けてください。
• 遠隔地および太陽光発電サイト： 太陽光充電コントローラーやバッテリーがサージを計器に導通させる可能性があるため、電源入力と信号線の両方にSPDを追加してください。

地下水モニタリングと産業用タンク用途の比較

同じ基本プローブが、2つの非常に異なる条件下で使用されます：

地下水モニタリング は通常、遠隔地にあり、バッテリーまたは太陽光発電で動作し、低帯域幅です。レベルデータはデータロガーに記録され、テレメトリ（LoRa、NB-IoT、GPRS/4G、衛星）を介して数分から数日の間隔でポーリングされます。電力予算が主要な制約となるため、送信機は低消費電力ループまたは3.3〜5 Vデジタルセンサーである必要があり、ケーブルはメンテナンスアクセスなしで恒久的な浸水に耐える定格でなければなりません。0.5% FSの精度で通常は帯水層のトレンド分析に十分であり、長期的なゼロ安定性とバッテリー寿命が分解能よりも重要です。

産業用タンク用途 は連続電源で、近くに制御システムがあり、多くの場合、HART診断付きのループ電源4-20 mA、より高い精度（0.25% FS）、およびプロセスに適合した材料が要求されます。プラント内の坑口やボーリング孔（例：処理系統に供給する揚水井）はハイブリッドであり、ウェル形状のプローブが必要ですが、産業用出力プロトコルが必要です。

仕様を決定する前に、WELKの 静水圧レベル送信機のRFQチェックリスト を確認してください。密度、レンジ、ケーブル長、媒体の化学特性、電源に関する質問が含まれており、地下水モニタリングプローブと産業用タンク送信機のどちらを選ぶかを決定します。

プローブ選定クイックリファレンス

上下水道用途におけるセンサー技術の詳細な比較（井戸用プローブがレーダーや超音波式に勝る場合を含む）については、WELKの 上下水道レベル測定センサー選定ガイドを参照してください。井戸がプロセスラインではなく貯水池や貯蔵槽に供給する場合、 井戸と貯水池のアプリケーションページ で測定チェーン全体を説明しています。

設置および試運転のヒント

吊下げ方法。 プローブは、ケーブルが吊下げ用に定格され、強度部材を備えている場合にのみ、通気ケーブル自体で降下させます。深井戸の場合、別のステンレス鋼ハンガーワイヤーまたはケブラーコードが機械的負荷を受け、電気ケーブルは1〜3 m間隔でそれに結束されます。これにより、200 mの降下におけるケーブルの伸びとコネクタの歪みが防止されます。

底部ウェイト。 流れ条件に合わせてサイズ設定された316Lステンレスウェイトを取り付けます。静止した地下水には軽量、プローブを持ち上げる可能性のある汲み上げによる水位低下が発生する井戸にはより重いものを使用します。測定ゼロ基準を確認します。ダイヤフラムはウェイト先端から一定のオフセットで配置されるため、コミッショニング中にこのオフセットを記録し、正確な水深計算を行います。

シルト層を避ける。 浮遊堆積物や崩壊した井戸材料が井戸底に蓄積します。プローブを可能な限り深い位置に吊り下げますが、予想される堆積物レベルから少なくとも0.5〜1 m上に保ち、ダイヤフラムの埋没や目詰まりを防ぎます。ダイヤフラムと堆積物の間の吸入口はクリアな状態を保ちます。

通気チューブの管理。 通気ケーブルの終端は、乾燥剤カートリッジを備えた乾燥した高所の筐体に設置する必要があります。通気キャップが浸水したり乾燥剤が飽和したりすると、水が毛細管を伝って浸入し、大気圧基準が失われます。これは「数週間にわたる緩やかなドリフト」という典型的な故障です。乾燥剤は保守スケジュールに従って交換し、湿潤気候では通常3〜6か月ごとに交換します。

信号チェック前にセンサーを湿らせる。 静水圧プローブは空気中では検証できません。既知の深さにプローブを浸漬してコミッショニングするか、認定された分銅/圧力テスターをダイヤフラムに使用します。ゼロヘッドで4 mAポイントを検証し、既知の水柱でスパンを検証してから、設置済みゼロを記録します。

保守と一般的な故障モード

井戸内の水中プローブは予測可能な方法で故障し、ほとんどの故障は予防可能です。

• ベントチューブの浸水（最も一般的）。 症状：レベル読み値のゆっくりとした上方ドリフト、または天候に追従する読み値。原因：ベント終端部からの水の侵入。対策：終端部を乾燥させ、乾燥剤を交換し、ケーブル全長に沿って切り傷がないか確認する。
• ダイアフラムの目詰まりまたは汚れ。 バイオフィルム、シルト、スケールがダイアフラムに付着し、応答が鈍くなったりスパン誤差が生じたりする。原因：プローブが堆積物に近すぎる、または有機物の多い地下水にある。対策：定期的に引き上げ、柔らかいブラシと中性洗剤で清掃し、プローブをより高い位置に再設置する。
• ケーブル損傷。 ケーシングとの摩耗、吊り下げ点での張力、またはげっ歯類による損傷。症状：不安定な信号、短絡、またはループ断線。原因：外装または強度部材の仕様不足。対策：引き上げ時に点検し、交換には 外装ケーブル式静水圧レベル伝送器 を使用する。
• 落雷による損傷。 雷雨の後に伝送器が動作しない場合、ほぼ常にサージ損傷である。原因：SPDがない、または接地不良。対策：一体型サージ保護付き伝送器と地上側SPDを追加し、接地を修正する。
• ゼロ点ドリフト。 長年の使用後、4 mA点でオフセットが生じる。通常はダイアフラムの疲労または密閉センサーの漏れによる。対策：工場で再校正するかセンサーを交換する。ここで スマートHART静水圧式レベル伝送器 は、プローブを引き上げずにゼロ点や診断フラグを遠隔で読み取れるため、価値があります。

実用的なメンテナンス計画としては、水質やファウリングの履歴に応じて、井戸用伝送器を12〜24ヶ月ごとに回収、洗浄、点検、再校正することを推奨します。各回収を記録し、ドリフト傾向がプロセスエラーになる前に把握できるようにしてください。

FAQ

深井戸用レベル伝送器とボアホール用レベル伝送器の違いは何ですか？ 両者は同じ静水圧の原理で動作します。違いは形状と定格です。ボアホール用レベル伝送器は小径タイプ（16〜22 mm）で、2インチおよび4インチのモニタリング井戸向けに設計され、通常10〜100 mのレンジを持ちます。深井戸用レベル伝送器は最大500 mのレンジ向けに作られ、より長い防爆通気ケーブル、より高い吊り下げ定格、そして長いケーブル配線用のサージ保護を備えています。

4-20 mAレベル伝送器は300 mの井戸で動作しますか？ はい。4-20 mA電流ループはケーブルに沿った電圧降下の影響を受けないため、適切に供給されたループは数百メートルにわたって信頼性の高い信号を伝送します。遠端で供給電圧が伝送器の最小値（約9 V DC）以上であること、およびケーブルとインジケータを含む総ループ抵抗が4-20 mA / HARTの予算内であることを確認してください。

井戸用レベル伝送器を落雷から保護するにはどうすればよいですか？ 3層の保護を使用してください：伝送器自体に内蔵のサージ保護モジュール、4-20 mAまたはRS-485ケーブルのコントローラ端にライン用サージ保護デバイス（SPD）、そして低インピーダンス接地（通常4 Ω未満）による正しい単一点接地です。ケーブルシールドは、グラウンドループを避けるために定義された1点で接地してください。

潜水型プローブの読み取り値が時間とともにゆっくりドリフトするのはなぜですか？ 最も一般的な原因は、通気管が浸水または損傷した通気終端を通って水が侵入し、大気圧基準が失われることです。通気キャップを確認して乾燥させ、乾燥剤を交換し、ケーブルの切断を検査してください。ドリフトが続く場合は、センサーダイヤフラムが汚れているか、ゲージセルの再校正が必要な可能性があります。

水中型静水圧レベル送信機はどのくらいの深さまで測定できますか？ 標準のWELK深井戸用送信機は、最大500 mのレンジ（カスタムレンジも可能）をカバーし、精度は0.25～0.5% FSです。実用的な限界は、圧力センサー自体ではなく、ケーブル長と設置の機械的要因によるもので、そのため、ケーブルアーマーと吊り下げ定格はレンジと一緒に指定されます。

井戸用プローブ推奨を取得

適切な深井戸レベル送信機を選ぶには、4つの数値が重要です：井戸の深さ、ボアホール径、予想される水柱、および媒体の化学的特性。これらの4つの値をWELKのエンジニアにsales@level-meters.comまたはお問い合わせフォームから送信すると、正しいプローブ径、レンジ、出力プロトコル、ケーブルタイプ、およびサージ保護に関する無料の推奨事項が提供され、正確な井戸構成に基づく価格も提示されます。ここで説明した製品の仕様については、 深井戸レベル送信機製品ページ をご覧いただくか、購入前にWELKの 工場と品質管理 プロセスをご確認ください。