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EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

層流素子

真・MFC千夜一夜物語 第244話 バイパスはトラブルの元なの? その3


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。

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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。

さて、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。
一番怖いのは、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。

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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。
つまり、メーカーで調整した分流比が例えば1:99でセンサーに1流れれば、実際はバイパス分の99を足した100を流していますよ!というものが、現実には異物により1:95に変化していたとしたら・・・ 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。


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


真・MFC千夜一夜物語 第243話 バイパスはトラブルの元なの? その2

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。 



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
 201712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。

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<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。

つまり1冊で3度美味しい?状態なのです。

 

さて、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・・・)

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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。


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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、PVSV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。

でも、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?

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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。

PVSV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。

 

やはり怖いのはPV=SVなのに、実際の制御流量はずれている、という現象ですよね?

 

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

 

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 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。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
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