EZ-Japan BLOG since 2017　真・MFC千夜一夜物語

MFCで液化ガスが再液化した場合の対応をお話ししてきました。

液化しないようにするには、MFCを低圧損構造にして、狭い空間から広い空間に液化ガスが抜ける際に生じる“断熱膨張”を食い止める事が重要です。

MFCのバルブオリフィスが一番あぶないところなのですが、それ以外にも狭い空間から広い空間に抜ける箇所があります。

そう、流量センサーですね。

MFCでもう一つ流速が大きく変わる狭い空間→広い空間という流路がある流量センサー。

既に何度かこのブログで解説しているように、市場に普及しているMFCのほとんどは巻線式分流構造の熱式流量センサーを採用しています。

この構造の場合、センサーチューブ径が0.35-0.7mmと非常に狭く、コンビを組む層流素子（バイパス)も細い流路の集まりで構成されています。
通常、こういったセンサーを液化ガス仕様で用いる場合は、対応が難しいモデルも多いのですが、中にはブロンコストさんのLOW-ΔP-FLOWシリーズのように、通常仕様モデルよりセンサー径やバイパスのキャピラリ径を太くした低圧損モデルをラインアップしているメーカーもあります。
（センサー径を変えたりすると、センサーと層流素子の分流比も変わりますので、コンバージョンファクターも低差圧モデル用に特別設定され管理されています。）

以前紹介したMASS-STREAM^TMのようなインサーションタイプ熱式流量センサーはスルーフロー、分流の無い全量測定はセンサー構造になっています。
図にあるようにセンサー部の流路がストレートフローでシンプル構造なので、絞りが存在しません。

つまりここでの断熱膨張が生じにくい構造なのです。

ただしこの構造のセンサーは腐食性ガス用にメタルシール化するのが難しく、例えばMASS-STREAM^TMならヒーター、温度センサーをSUSのスリーブで保護しているので、アンモニアや塩化水素程度でしたら耐えますが、根本の取り付け部分はエラストマーOリング材（バイトン、カルレッツ）を選択して使用する関係上、液化ガスで腐食性が非常に強いガス＝三フッ化塩素やフッ酸には対応が難しくなってしまう弱点があります。

MEMSセンサを流量センサーに使用したマスフローも、スルーフロー構造モデルが多いのですが、こちらはMEMSセンサー自体の耐食性で更にガスを選ぶことになってしまいます。

対応流体として、“腐食成分（塩素、硫黄、酸など）を含まない乾燥気体であること”という前提がありますので・・・

なので、あまり液化ガス用というモデルを見る事は無いですね。

【あなたにＭＦＣの夜が来る～真・ＭＦＣ千夜一夜物語】by Deco　EZ-Japan

 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2018年3月号（2/25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43回は、マスフローコントローラ(MFC)に比べてマイナーな存在のマスフローメータ(MFM)のアプリケーションに関する解説記事です。

MFC＆MFMの最大のトラブルは、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説明から、「じゃあ、どういうマスフローを選べばいいの？分流構造のないマスフローなんてあるの？」というお問い合わせに、現時点でDecoがお勧めしているのは、インサーションタイプの流量センサー、バイパスレスで全量流量測定をのMASS-STREAMシリーズです。
まずは下の動画を見て下さい。



【 Bronkhorst High-Tech B.V.　MASS-STREAM　youtubeより 】

MASS-STREAMシリーズは、前回説明した定温度型熱線式流速計を応用した"Through-flow Measurement"
スルーフロー構造の流量センサーを 搭載しています。
流量レンジを0.01-0.2 l/min[n]から10-5000 L/min[n] (Air換算、[n]=normal：0℃、1013hPa校正)まで非常に広い範囲の流量レンジをラインナップしています。

MFM/MFCを選べるだけでなく、大流量＆低圧力損失制御用にMFMと別個体の流量制御バルブとの組み合わせも選択可能です。

マスフロー本体には表示・設定機能を搭載したモデルをオプション選択でき、流量設定や流量モニター、積算、アラーム表示等の多彩な機能をマスフロー単独で表示・設定できます。

また、IP65防水防塵規格に対応しているので、大流量用マスフローの現場流量指示としも活用可能です。

大流量となれば配管径も大きくなり、自然と制御パネルとの距離も離れてしまうので、瞬時流量を確認するのにマスフローと制御盤の間を行き来する苦痛からも解放されますね。
メインボードにはBronkhorst High-Tech B.V.の最新のデジタル制御技術を搭載することで、細やかな温度、直線性補正、高速流量制御が可能になっています。
流量出力、設定信号はアナログ0-5VDC、0-10VDC、4-20ｍA、0-20ｍAから選択、デジタルは標準のRS232に加えて、オプションとしてProfibus-DP, DeviceNet, Flow-Bus, ModBus-RTU 等の通信プロトコルにも対応しています。

MASS-STREAMシリーズのセンサー構造で興味深いのは、ヒーターと温度センサーがすべてSUS316のシースで覆われているところです。

ボディはアルミ(AL 50ST/51ST)とSUS316から用途に応じて選択可能で、その他の接ガス部もSUS316以外はテフロンとOリングのエラストマー材(バイトン、カルレッツ、EPDMからの選択式)なのです。

この構成なら腐食性ガスにも対応できます。

センサー部の腐食を考慮しなくてよい為か、データシートにはNH₃やHClといったガス種への対応が可能で、インサーションタイプは圧縮空気用のみ、それもドライヤーで水分を除去するのが前提であった20年前とは違うのだということをDecoも認識しました。

　では、肝心の流量計としての性能はどうでしょう？

まずはメーカーから個体毎に流量校正証明書が添付されている。
「そんなの当たり前でしょ！」と言われそうだが、今の世の中は校正証明書や検査成績書も付かない流量センサーが当たり前のように販売されているのです。

校正証明書のリニア10ポイントの測定結果は、デジタル多点補正により、Decoの懸念したリニアリティの悪さは全く見られませんでした。

これこそがデジタル技術の最も大きな恩恵なのです。

そこで、少し意地の悪い実験を依頼することにした。

分流構造のマスフローが苦手とする大気からの吸引での若干負圧（70-90ｋPa（A））条件での流量データを取ってもらったのだ。

ここでも驚くべき結果が出ました。(下図)

最大値20L/min[n]から5%刻みでデータを取った全てのデータが繰り返し性をもって±1.25％R.D.以内に収束します。

データシートのリニアリティ込みの精度±2%F.S.はかなり遠慮して書かれているようですね。

【あなたにＭＦＣの夜が来る～真・ＭＦＣ千夜一夜物語】by Deco　EZ-Japan