その3カテゴリ真・MFC千夜一夜物語(第2期)ezj_deco02Comment(0)明けましておめでとうございます。本年もEZ-Japanと本ブログを宜しくお願いいたします。2018年1月号(12/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第41回は、“熱式流量センサー”に関しての解説記事です。マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)のセンサーとしては最もメジャーな熱式ですが、果たしてどういったものなのかを掘り下げた記事になっていますので、ご一読ください。マスフロー(MFC&MFMの総称)最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化すること・・・というお話をしています。これがセンサーチューブが完全に詰まった場合なら、前回お話ししたように流量出力は0になるので、まだわかりやすい“目に見えるトラブル“であり、対処方法もあります。怖いのは、中途半端に詰まる事・・・“目に見えないトラブル”の発生なのです。マスフローの中の分流構造では流入した流体はその大部分がバイパスを、そして5~10SCCMレベルの微小な流量がセンサーチューブを通っています。従ってセンサーチューブは内径0.35~0.8mm程度の細い管であり、比較的異物で閉塞しやすい構造です。分流構造を採るバイパス部も決して広々とした流路ではなく、あるものはセンサーチューブと同じような細径のキャピラリの集合体であったり、あるものエッチングロールであったり、またあるものは焼結金属を用いていたりします。その為、異物の詰まる可能性は、センサーチューブとどっこいどっこいなのです。下の図にあるように、正常状態でマスフローメーカーで流量調整されて出荷された製品が、なんらかの異物が混入した場合、センサーチューブに詰まる場合とバイパスに詰まる場合があります。この場合、完全に閉塞していなければ、MFCはPV=SVとなるように制御を続けますので、MFCからのPV値を読んでいるだけでは、分流比率が変化したことはわかりません。センサーでは1の流れをマスフローとしては100と置き換えて流量出力されているにもかかわらず、実際は96だったという事が起きてしまうのです。これは繰り返し性の高い流量制御を行うのが売りのMFCにとっては致命的です。どのような使用方法でマスフローに異物が入るのか?次回は事例を挙げて解説しましょう。その2カテゴリ真・MFC千夜一夜物語(第2期)ezj_deco02Comment(0)今週は2回更新です。所謂年末進行というか、セミコン進行というやつです。2017年12号(11/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第40回は、“液体流量センサー”に関しての解説記事です。<出展:ブロンコスト・ジャパン(株)>特集が“半導体プロセスにおける最近の液体極微小計測”となっており、Decoはそちらでもブロンコストのエヴァンジェリストとして、コリオリ式マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)と超音波式フローメーター、そして熱式MFMの記事も書いていますので、初の特殊記事連動した企画となっています。1冊で3度美味しい?状態なのです。マスフロー(MFC&MFMの総称)最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化することにより発生することである、というお話です。マスフローは一見問題ないように見えるのに、いつの間にか設定流量と制御流量がずれてしまっているというのは、恐ろしい現象ですね。これは巻線型流量センサーを採用しているマスフローの大半が、流体全てを測定するのではなく、分流したある一部の流量を測定する分流構造をとっているから起きる現象で、全量測定タイプでは起きない現象なのです。(当然全量測定方式でも、異物付着の影響がゼロというわけではないので、念のため・・・)例えばセンサーに異物が詰まった場合、これがセンサーチューブを閉塞させるようなものでしたら、マスフローの出力を見ていれば異常がわかります。完全にセンサーに流量が流れていなければ、当然センサーの出力は0に近い値になります。ところが分流構造故にバイパス側には流れているわけで、「流量表示は0なのに、実は大量にガスが流れていた!」という問題が生じます。MFMの場合は、「センサーがダメになってしまって測定できなくなった・・・」で済みますが、MFCでは大変なことになります。このブログで何回もご説明してきましたが、センサーの流量信号(PV値)が0、設定信号(SV値)がなにがしかの値を入力されている場合、PV<SVとなる訳ですから、MFCの制御系は比較→判断→制御の流れに沿って、バルブ電圧信号(MV値)を更に流量が流れる方向に制御してしまいます。センサーは詰まっていて、実際はどれだけ流量制御バルブを開いても、流量は流れないので、流量制御バルブは全開状態を保持することになってしまうのですね?故にそのバルブのKv値(Cv値)から割り出される最大流量がひたすら流れ続けるという事態になるのです。怖いですね!でもこのトラブルは、まだ目に見えます。PVとSVが不一致な状態はそれぞれの信号をモニターすればわかりますから、それをプロセスのタイミングに応じて上位制御系で判断してインターロックをかけるように保険を掛けることができるからです。その1カテゴリ真・MFC千夜一夜物語(第2期)ezj_deco02Comment(0)もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌2017年11号(10/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第39回は、“防爆構造のマスフローの解説<後編>”となっています。ATX本質安全防爆構造マスフローコントローラ(MFC)と新たに発表されたTIIS本質安全防爆構造のマスフローメーター(MFM)で流量制御を行う方法を解説しています。)<出典:ブロンコスト・ジャパン(株)>さて、今回から“バイパスはトラブルの元なの?“編です。熱式(サーマル)マスフローメータ(MFM)、マスフローコントローラ(MFC)の構造でバイパス(層流素子)を持っていないものは少数派です。その構造を図で見てみましょう。このブログでは見慣れたMFCの構造図ですね。MFMならばこの図の左半分がその構造になるので、いずれにしてもセンサーとバイパスで構成されています。このバイパスがなぜ悪者扱いされるのでしょうか?「最近、全量測定は良くて、分流式はダメと言っているから、きっとDecoさんは何かバイパスに恨みでもあるのではないのか?」と思われそうですが・・・ちゃんと理由はあります。前回のコリオリ式マスフローの解説でお話ししましたが、この分流構造=バイパスとセンサーに分流して測定する構造は、異物に弱いという大きな問題を抱えているからです。サーマルマスフローの代表的な構造である巻線式センサーでは、実際に流体を測定しているセンサー管に流れる流量は5~10ml/min程度です。残りの流量は全てバイパスへ流れていくように、バイパスの入り口に抵抗をつけて分流しています。1000ml/minなら、990~995ml/minはバイパスに流れているわけで、流量が大きくなればなるほど、センサー管とバイパスとの分流比は大きくなっていく一方なのです。そこで上図にあるように異物が混入したら・・・マスフローのセンサー管もバイパスの流路も決して広くありません。センサー管なら確実に内径1mm未満、バイパスも方式により種々ありますが、似たようなものです。半導体製造ラインのような清浄度を要求されるラインでない限り、異物が入り込む可能性はあります。(半導体は逆に反応性の高い材料が多いので、配管途中で生成物が生じる可能性は、逆に高いという皮肉な現象が生じますが・・・)特にコンプレッサーエアーを使用していたりしたら、確実に水分や油分、大気中のゴミが入ってくると考えていいでしょうね。これらの異物が流路をふさいだ時、マスフロー最大のトラブルが発生します。それは「分流比が初期の値から狂うことにより、測定した流量が実流量からずれてしまう」というものです。いうところにあります。怖いですよね!はい、こんなクリフハンガーな引きで次回へ続きますね。2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。