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

質量流量計

コリオリ式マスフローが大人気です

Decoがこのブログで推してきましたブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)のコリオリ式マスフローが昨年あたりから人気に火がついてきました。

質量流量計には、熱式コリオリ式の2種類があります。
質量流量計は、体積流量計と異なり、測定結果が温度、圧力の影響を受けません。
下図にあるように熱式が流体の物性である比熱(気体の場合、定圧比熱)を流量式に持つが故にその影響を受けるのに対し、コリオリ式はその流量式に一切流体に起因する要素を含みません。
つまり、流体種を特定できていない状態や、複数の流体の混合流体で、混合比率のわからない流体、もしくは混合比率が刻々と変化する流体でも測定ができる画期的な流量計なのです。
その為、コリオリ式流量計は、熱式流量計や他の体積流量計の上位に位置するマスター流量計(ワーキングスタンダード)としても活用されています。
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製薬分野でのワクチン製造プロセスや、リチウムイオン電池前駆体製造、そして食品、飲料製造にまで、非常に幅広い分野でブロンコストのコリオリ式マスフローが導入されるようになりました。
その成功事例の一つに”ポンプ制御へのコリオリ式MFM導入” が挙げられます。

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mini CORI-FLOW & CORI-FLOW 各種ポンプとの組み合わせ例
出典:ブロンコスト・ジャパン(株) 

コリオリ式マスフローは、“質量流量”を測定できます。
つまり「流した結果を測る秤」ではなく「流しながら重さをはかれる秤」になるのです。
この特性を生かした液体分給システムとして“質量流量ポンプ”が脚光を浴びています。
液体は加圧搬送ができるのならば、比例制御弁との組み合わせでMFCとしての制御が可能ですが、圧送に使用するガスの液体への溶存が問題になる事があります。
この問題は、ポンプをブロンコストのコリオリMFMからダイレクトコントロールさせることで解決できるのです。
ブロンコストCORI-FLOW & mini CORI-FLOWシリーズのMFMは、全てPID制御モジュールを内蔵していますから、外付けでPIDコントローラーを用意して、面倒な設定をする必要はありません。
機器の構成は下図のようになっています。
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MFCでは流量センサーの信号を受け、外部からの設定信号と比較して、比例制御弁の開度をリアルタイムで調整しています。
このシステムはその比例制御弁の役割をポンプに置き換えたもので、開度調整の代わりにポンプの回転数をダイレクト制御しています。
これにより例えばポンプが経年劣化で能力が衰え始めても、必要な流量を維持すべく回転数を自動で上げてくれますし、寒暖差が激しい環境下でも、コリオリ式MFMで常に正確な質量流量を測定できますから、再現性の高いプロセスが実現されるのです。

コリオリ式MFMを用いた質量流量ポンプに興味を持たれたら、EZ-Japanへお問い合わせ下さい!

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真・MFC千夜一夜物語 第374話 コリオリ式マスフローの良さが認知されてきました その2

マスフローメーター(以下MFM)マスフローコントローラー(以下MFC、MFMやMFCの総称としてマスフロー) の中で、究極の質量流量計としてDeco推しておりますコリオリ式マスフローが最近日本でもようやくブレイクし始めました。
それはなぜでしょうか?
今回はコリオリ式のストロングポイントのおさらいから始めます。

「微小流量を正確に測定する事の意義は、最新のプロセスの再現性を維持する為に大変重要である」と認識され始めたのは、刻々と微細化多層化する半導体製造装置からでした。
温度・圧力変動影響を受けにくい質量流量計である熱式MFCが重用されるようになって、半世紀近いです。
現時点で、質量流量計というカテゴリーに属する流量計は、熱式とコリオリ式しかありません。
下図にあるように質量流量とは、ある地点を通過する流体の量を”質量”で表したものであり、体積流量とは、ある地点を通過する流体の量を“体積”で表したものです。

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従って両者の差は、あくまで流れの量をどの切り口で表現するか?という視点の違いなのです。
質量流量が体積流量よりも有利なのは、あらゆる測定・計測コンディションで不変の単位である質量を用いることです。(故に“重量”ではなく“質量”。)
それに対して体積流量は、 ボイル・シャルルの法則 「ある質量の気体の体積[V]は、絶対圧力[P]に反比例し、絶対温度[T]に比例する」に従って、温度・圧力というファクターで標準状態を定義しなくてはいけません。
これを測定された値(アクチュエアル流量)から見て表現しているのが、計装用語で使われている“温圧補正”です。
温度・圧力を間違えて運用すると大きな誤差を生んでしまうことになるので要注意です。
この一点で質量流量計の優位が理解できますね?
質量流量計である熱式とコリオリ式の流量式を図に示します。

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実はここには大きな違いが存在しています。
熱式は流体が奪う熱量から流量を求めます。
それ故、熱を奪う側である流体の物性である比熱をその流量式に含んでいます。
それはつまり流体の物性が正確に把握できていなければ、質量流量を算出できないという事です。
それに対して、コリオリ式の流量式には、そういった流体の固有の物性に関わるものが一切含まれていません。
つまり、コリオリ式は流体種を特定してその物性を確認しなくても良いのです。
温度圧力などの環境条件の変化で流体の物性が変化したとしても影響を受けないし、複数の流体の混合流体の混合比が明確になっていなくても、またはその混合比が刻々と変化するような状態でも、質量流量を測定できる事を意味しており、これはコリオリ式流量計の特筆すべきポイントとなのです。
Decoその特性からコリオリ式こそが完全な質量流量計であり、理想に近い存在であると考えています。

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

ブロンコスト LDMシリーズ その2

本日は、ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech.B.V. 日本法人 ブロンコスト・ジャパン(株))LDM(Liquid Dosing Module)のご紹介その2です。
*Liquid Dosingは液体分給と言う意味です。

LDMの代表的モデルの内部構造を見てもらいましょう。
LDM2


what is LDM

出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

添加剤のドージングでは貴重な材料の無駄を防ぐために、周囲環境の変化に影響を受けずに、長期に渡って高い精度と高い再現性を維持することが重要です。
LDMシリーズは、PLCから流量指示を送り、それを受けたコリオリ式マスフローメーターmini CORI-FLOWが内蔵しているPIDコントローラーでダイレクトに液体注入ポンプ(例えばギアポンプ等)の回転数を制御しています。
更に工程のスループット向上を目的として、個々のワークに対してキレのいい添加剤供給を行う為に、PLCでMFM下流の閉止弁の開閉制御を行っています。

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これにより従来はロードセルなどで添加剤を投入した結果をワーク全体の重さで測って管理していたのを、流しながら質量流量で管理できるようになったのです。
ポンプ側も通常の回転数制御ではなく、今流れ得ている質量流量に応じた繊細な回転数管理が加わることで、安定した添加剤供給が可能になるります。
もちろんポンプの経年変化に伴う吐出流量の劣化に対しても、MFMからの流量信号との比較制御により、常に回転数が適切に補正されるので、結果としてポンプのメンテナンスタイミングが来るまでは、環境変化や経時変化の影響を受けにくいドージングシステムが構築されるのです。

更にメイン材料ラインの増減に合わせて、添加剤ラインの流量も変動させることで、混合比率を一定に維持するマスタースレーブ運転での制御への拡張も可能です。
当然、流体の物性変化に影響受けないコリオリ式マスフローを採用しているので、食品製造工程でよくある流す製品によって添加材種そのものの切り替え作業にも、迅速に対応が可能になったのでした。

ブロンコストのminiCORI-FLOWシリーズの微小流量質量流量測定能力と、ポンプ、閉止弁等を組み合わせた液体分給システムLDM
興味を持たれた方は、EZ-Japan まで。


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ブロンコスト LDMシリーズ その1

本日は、ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech.B.V. 日本法人 ブロンコスト・ジャパン(株))LDM(Liquid Dosing Module)のご紹介です。
*Liquid Dosingは液体分給と言う意味です。

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LDMシリーズ 出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

製造ラインでは流体の微小流量測定&制御がますます重要になってきています。
先端技術を必要とする半導体や製薬だけでなくチョコレートやグミ等の食品製造ラインにも積極的に微小流量コリオリ式流量計であるブロンコストのmini CORI-FLOWシリーズが採用され、多種多彩な品目に対応した再現性の高い製造プロセスを実現するのに貢献しています。
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mini CORI-FLOW MI130 出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

コリオリ式マスフローで微小流量域の分野のリーディングカンパニーであるブロンコストだからこそ開発できた現在Decoも一押しでお薦めしているmini CORI-FLOWシリーズ。
完全なる流量計であるコリオリ式は、流体種に影響されず質量流量と密度の測定が可能です。
つまり、流体名が不明でも測定できますし、また複数の流体の混合して比率が不明な場合や、混合比率が刻々と変化しているような状態で測れます。
これは他の体積流量計や同じ質量流量計でも熱式のセンサーを搭載している通常のマスフローメーター(MFM)やマスフローコントローラー(MFC)では為し得ない画期的な事なのです。

従来、こういったプロセスでは、液タンク、もしくは充填されるワークの重さをロードセル等で測って管理するしかありませんでした。
しかし、添加剤のようなワークに対して、あまりにも微量を添加する材料の場合、タンクの重量管理では、桁が大きすぎて消費量を正確には掴めませんし、ワークに至っては小さすぎて測定誤差に埋もれてしまうのと、何より1つのワークの充填完了をロードセルで管理しながら次のワークに切り替えていては、スループットが向上しません。

その点、コリオリ式MFMで測定すれば、投入される前の添加剤の質量で管理ができます。
例えるなら、大きな鍋にそばをいれて待機して、重量計で測りながら皿にそばを入れる作業を繰り返すより、わんこそばのように予め決められた容器一杯に入れたそばを用意して、それを回ってくるお皿に一個ずつ入れていく方が早くて楽ですよね?

この仕組みをモジュール化したしたのが、今回ご紹介するLDMシリーズなのです。
LDMは、ご説明したmini CORI-FLOWシリーズをキーデバイスとして、リアルタイムで測定した質量流量を基に液体ポンプの回転数をダイレクトに制御し、切れのいいドージングを可能にしています。
詳しい内容は、次回ご説明しましょう。

EZ-Japan ここでもうひと押し by Deco

MFCとは?

久しぶりのMFC豆知識のコーナーです。

マスフローコントローラー(MFC)とは何でしょうか?
実は11/15のNMIJ流量計測クラブの年会での講演でもお話しさせて頂いたのですが、
マスフローメーター(MFM)が純粋な質量流量計、つまり流量計なのに対して、MFCは複雑なのです。


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MFCとは流量センサー(熱式やコリオリ式)と流量制御バルブで構成されると書かれることがありますが、正確には違います。
MFCは 流量センサー、調整計、流量制御バルブ の3つから成り立つことを覚えておいてください。

流量センサー  流量を測定し測定値(PV)を出力する
調整計     外部から目標値(SV)を受け、流量センサーPVと比較・判断し
        操作量(MV)を決定し、流量制御バルブを操作する
流量制御バルブ MVを受けバルブ開度を調整する(=圧損を可変することで流量を調整する。)

これを上図の左側で人間が手動流量制御を行っているのになぞらえると

①流量計を目視して流量を知る 
②流したい流量値と比較して判断する 
③ニードルバルブの開度を手で調整する

という作業を、小さなMFCが代わりに引き受けて、24時間、夏でも冬でも、供給圧力が乱れても、同じ流量を流し続けることができる自動流量制御を実現してくれる便利なツールなのですね!

そう考えると、マスフローコントローラーは質量流量計なだけでなく、流量の自動流量制御を可能にするマルチファンクションツールなのです。
実はすごいと思いませんか?

【MFC豆知識】 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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