EZ-Japan BLOG since 2017 真・MFC千夜一夜物語

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

微小流量

【新製品紹介】MEMSセンサータイプのコリオリ式マスフロー BL100シリーズ

久しぶりのEZ-Japan Decoのここでもうひと押し コーナーです!

 

ブロンコストは、従来のmini CORI-FLOWシリーズで、コリオリ式としては異例の微小流量化へ開発の舵を取ってきました。

 

これは大流量、プラント用がメインと思われてきたコリオリ式流量計の世界では、異端な出来事で、現時点で追従者はなかなかいない状況です。

従来のシリーズでの最小流量はM12ML120シリーズのフルスケール5g/hMFMで最小測定流量は0.05g/hMFCでの最小制御流量が0.1g/hでした。

これはコリオリ流量センサーをステンレスの細管で構成する上での最小流量と言ってよいです。

なぜならばこのレンジで使用するコリオリ式流量センサーの内径は既に0.25mmであり、これ以上のSUSの細管を独自の形状に曲げ加工してコリオリセンサーとして使用するのは不可能だと思えるからです。

 

miini CORI-FLOWのコリオリ式流量センサーの概略図を参照して下さい。

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<出展:youtube Bronkhorst チャンネル”mini CORI-FLOW Coriolis Mass Flow Meter, principle of operation”>


コリオリ式流量センサーの流量式を下図で示します。

既に本ブログでお馴染みの図ですね。

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回転系に発生する慣性力をコリオリ力として取り出す為に、振動系を構築すると、ある周波数で振動するU字配管に流体が侵入すると、その進路の垂直方向へコリオリ力が産まれます。

これには流体がある程度以上の密度が無い場合、流れによって生じるチューブの捻じれ振動数が、強制振動数に対してインパクトを生じないという弱点があります。

その為、微小流量の流体測定には、センサーチューブ自体の径を細くしていく必要があるのです。

ですが、前述の通りステンレス細管では既に限界と思えるサイズ要求であり、更なる微小流量用センサーを開発する上で大きな問題となっていました。

 

ブロンコスト社では、ここでMEMS技術を採用します。

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<出展:ブロンコスト・ジャパン(株)>

 
今までもMEMS技術で作られた流量センサーは数多くありました。

特に熱式ではMEMSセンサーが一つのムーブメントになったくらいです。

それに対してコリオリ式は、以前紹介したISSS社のものが先駆け的な存在ではあったものの、Decoの知る範囲では、今のところあまり存在していません。

  

今回、開発されたMEMSコリオリ式流量センサーは、BL100シリーズという新モデルに搭載されました。

 

新型MEMSセンサー搭載コリオリ式マスフローは更なる微小流量領域に踏み込み、マスフローメータで0.012 g/hのガスおよび液体の測定・制御を達成したとのことです。

これはどこの追従も許さないコリオリ式流量計としての最小流量記録をブロンコスト自身が塗り替えたことになり、すごいことだとDecoは考えています。

 

20191月末に催された国際ナノテクノロジー総合展、オランダ・ハイテク・パビリオンブースのブロンコストコーナーで日本初お目見えを果たしたBL100のデモ機を見せてもらいましたが、サイズ的には一般的なMFCのサイズなのですが、手に取った際のずっしりした重量感がすごく印象的でした。

今まで数多くのマスフローを手に取った経験があるDecoが、その重さに驚いたくらいなのです。

どうやらMEMS化したことで小型軽量化したコリオリセンサーへの外乱=振動影響を防ぐ為の工夫らしく、かなりの重量構造のフレームを採用しているようですね。

構造に関しては、情報が公開され次第、本ブログや計測技術誌の連載で取り上げたいと思っています。

 

 

現在、ブロンコスト・ジャパン()では、評価用デモ機を準備する用意があるとの事です。


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ただし、国産メーカーさんでよくあるような、「評価という名目でマスフローを1台、お客さんに置いていきますよ」ようなものではなく、お客様と守秘契約を結んだ上で最大6か月の評価貸出を行って頂き、その評価結果の開示が貸し出し条件になるとのことです。

 

興味を持たれた方は、Decoまでご連絡を!

早く実物の稼働風景を見たいものですね!

 

 

EZ-Japan ここでもうひと押し by Deco


真・MFC千夜一夜物語 第252話 マスフローメータ(MFM)の運用に関して その4


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 20186月号(5/25発売)は、コリオリ式マスフローメータ(MFM)を用いたマスフローポンプ(質量流量ポンプ)の解説ですので、本解説と合わせてお読みいただけたらと思います。

 

 

さて今回はマスフローメータ(MFM)特有の問題を解説しましょう。
二酸化炭素を流した場合や、微小流量MFMで顕著なのが、測定の為ガスを流入させた際にMFMの流量出力が実際に流している流量値よりはるかに低い、もしくはゼロに近い値になってしまう現象です。
これはセンサーが過度の突入流量で過冷却されたことから、ゲインを得られなくなってしまっている場合が多いです。

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上図で示すように、熱式流量センサーは流量0の状態で上流、下流の温度がバランスしています。
ここに流れが生じると、上流の熱を流体が奪い下流へ運ぶため、上流温度<下流温度となり、ブリッジ回路のバランスが崩れ、流量を出力します。
フルスケール流量を少し超えたくらい(120-150%程度)までは流量が増加すれば出力も増加する関係にあります。(デジタルマスフローはデジタル処理の関係で、出力を110-120%で飽和させてしまいます。)
もちろんフルスケールを超えた出力値に対して、それがどこまで出力されるか?はメーカーにより異なりますが、その領域ではカタログ仕様を満たす保証はありません。
でも、増加傾向にあることは確かです。
ただ、そこから過度に大きな流量が流れた場合、今度は下流側の温度も奪われ双方の温度がダウンしていく現象が起きてしまいます。
そうすると流量出力は急激にダウンしていき、最後は完全に0となってしまうのです。
これがオーバーフローによる過冷却現象です。
例としては、二次側の容器を昇圧してから、供給するガス流量をMFMで測定したいラインがあった場合、その容器昇圧時はMFMをバイパスするラインを設けて、そこから大量のガスを容器に流し込むべきところを、MFMラインにそのまま流してしまった場合に発生しやすい現象です。
 


10ml/min未満の微小流量用MFMで生じやすい理由は、その流路構成にあるります。(下図)

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巻線方式を採用しているマスフローのセンサー管は510ml/min程度の流量を流し、残り大部分は層流素子側を通過させる分流構造です。
ところがフルスケール流量が微小レンジになると、当然バイパス側は不要となるので流路を閉ざし、全量をセンサー管に流す構造となりまう。その為、突入してきた大流量を逃がす流路がなく、全てセンサー管で受けることになってしまいます。

 二酸化炭素のような冷却能力が高い流体の場合は、小流量でもこの現象が起きやすいので要注意です。
こういった問題はマスフローコントローラ(MFC)の場合、二次側に流量制御バルブオリフィスが存在するので、過度の流量が流れるのを食い止めていることもあり、あまり発生しない現象です。
予防策はフルスケールを遥かに超える大きな流量をMFMに流さない事です。
流す必要があるなら、必ずMFMのバイパス配管を設ける必要がります。

  

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

 

無脈動ポンプからマスフローポンプの時代へ!


今回はブロンコスト・ジャパン(株)のスマッシュヒット マスフローポンプ をご紹介します。


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<特徴>


・液種、物性、混合比率が不明、もしくは刻々と変化しても質量流量ベースで安定供給できます!



・環境条件(季節による温度変化)、圧力条件の変化があっても影響を受けません!



・微小流量(最小制御流量5g/min)から幅広い流量レンジを選択可能です!



・脈動がなく、振動音が小さい安定した液体供給が可能です!



・接液部はSUS316L(オプション:ハステロイ)、ギア部品(PPS or PEEK)とOリング(Teflon)で構成、多種多様な液体に対応!



・経年劣化するパーツ(ギア部品とOリング)を交換するだけで、ユーザーでも簡単にメンテナンスできます!



・何よりも市販の微小流量用無脈動ポンプよりも、はるかに安価でご提供できます!

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ブロンコストのコリオリ式マスフローメーター(MFM)&コントローラー(MFC)であるCORI-FLOW & mini CORI-FLOWシリーズは、物性や混合比率が不明な流体であろうと、温度圧力の変動影響を受けない“質量流量”で測定できる優れものです。

ロードセルのような秤と同じ重さをベースにした測定結果が、液体を流しながらリアルタイムで得られます。

ここで得られた質量流量検出値と、予め設定した目標値が一致するようギアポンプの回転数をPID制御で最適に調節して液体を送り出すのが”マスフローポンプ“です。

ギアポンプは静音で、脈動を起こしにくいという優れた特性を持っています。
その回転数を自動的に制御することで、設置環境の通年の寒暖差による温度変化の影響や、ギアポンプ自体の摩耗による吐出量が低下しても、その時点での最適な回転数へフィードバック制御が行われますので、安心してお使いいただけます。

EZ-Japan HPの記事も参照ください。

お問い合わせは EZ-Japan まで

EZ-Japan ここでもうひと押し by Deco


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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