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

Bronkhorst

【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268話 コンバージョンファクターは1つではない その5


 もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」  20192月号(1/25発売)では、デジタルマスフローのフィールドバスと2018年にはついにフィールドバスとのシェアを逆転したと言われる産業用イーサーネットへの対応を解説しています。

 さて、本物語のラスボスの一つ“CFの信憑性”との戦いは続いています。

それではいってみましょう。

 CFへのセンサー方式による影響

 これはある意味当たり前と言ってしまえば終わりなのですが、ユーザーサイドでは知られていない事ですので取り上げます。
下図にあるインサーションタイプの全量測定型熱式センサーを搭載するマスフローと、巻線式分流測定方式のものとはCF値は共有されない。
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アルゴンFS600SLMMFMとして、巻線式分流測定方式F-113AC-1M0とインサーションタイプ全量測定方式のMASS-STREAM D-6370の比較を行ってみました。
ソフトが両者で異なりますので比較し辛いかもしれませんが、F-113AC-1M0CF1.422100%FSに対して、D-6370CF2.017100%FSなのです。
この2種類に関しては確かに熱式流量センサーを搭載しており、原理は同じ熱式流量計と考えてよいのですが、センサー構造が全く異なることから、別のマスフローであると考えなくてはなりません。
インサーション方式は、熱式流量計という名称で国内外各社から販売されており、現場で混在して使用しているユーザーが、マスフローとして一からげにして巻線式分流測定方式のCFで流量換算をされていたのを見かけたことがありますので、取り上げてみました。

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 “マスフローのラスボスの一つ”というのは大げさではとおっしゃる向きもありますが、かってはほとんどのマスフローメーカーが流体種とCFを一対一で表記=シングルCFで運用してきたことの信憑性にかかわってくる内容なのです。
今回の記事で分かってきたように、CF1つで管理するのはかなり乱暴なことであり、複数のCFが存在することは認めなくてはいけません。
現在、多くのマスフローメーカーはCF表の公開をやめ、マルチガス・マルチレンジ マスフローに移行しています。
要はシングルCFの限界をユーザーから指摘され、実ガス流量保証という名のマルチCFへの移行を行っているのです。

マスフローを使用する上で、校正ガスである窒素(空気)と実ガスの相関は、決して流量式だけで算出できるものではありません。
温度、圧力、流量レンジとマスフローの分流構造といった膨大なファクターを踏まえて、実ガス流量に近づける努力をマスフローメーカーは行っている。
だが、あまりにも膨大な作業量が目の前には広がっており、問題はその解を得たところで、それが商業的な成功と結びつくのか?という経営サイドからの問いに対してどうするか?なのです。
「メーカーは製品の根幹にかかわる技術の蓄積と整備を蔑ろにしては、成り立たない。」筈なのに、昨今の日本メーカーの品質上の不祥事続きは、「目先の利益につながるか?どうか?」を優先しすぎたしっぺ返しではないでしょうか?

マスフロー業界として、CFというものを一度総括し、この先のマルチCFとしての標準化をどう進めていくのか?という指針を出していかなくてはならないとDecoは考えます。
オランダという人口では日本よりはるかに少ない国で、ガス種、圧力条件、温度条件、モデル構造別にCFデータベース作り上げ、製品の製造工程で運用するだけでなく、その成果を社内資産でとどめず、FLUIDATのようなWEB上のアプリで全世界のユーザーへ発信するブロンコスト社の姿勢は、日本のマスフロー業界は大いに参考とすべきなのではないでしょうか?
 既報の半導体製造ガス流量ワーキンググループ(SGF-WG)発足”の動き等、日本のマスフロー業界でもこの戦いへの参戦が始まりました。
この試みに関しても、可能な限り本ブログでご報告していきたいと思っています。

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

新年のご挨拶&真・MFC千夜一夜物語 第267話 コンバージョンファクターは1つではない その4


2019年 亥年 新年あけましておめでとうございます。
皆様、いかがお過ごしでしょうか?

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本年もマスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)に関する記事を定期的にアップしていきたいと思っております。
どうぞ当ブログを宜しくお願いいたします。


2019
年一回目の更新は、真・MFC千夜一夜物語 で、ラスボスCFとの戦いの第4回目をお届けします。

 

CFへの流量レンジ影響

 第4回目ではマスフロー(MFC&MFMの総称)の流量レンジを変えることでのCFへの影響を確認してみましょう。

ブロンコスト社(Bronkhorst High-Tech B.V.で、流体をアルゴンガスの 大流量MFMモデルでF-113AC-1M0を選定して、このモデルの流量下限フルスケールのFS600SLMと、上限のFS2500SLMを選んでみました。
それぞれ空気換算すると400SLM1670SLMです。
ブロンコスト社で大流量モデルはコンプレッサーエアーが基準流体になります。
この流量レンジで純度の高い窒素ガスを校正用にドバドバとはは使いたくないですよね。
両レンジでCFが大きく変化しているのが下図でわかります。

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600SLMでのCF1.422100FS、ところが2500SLMでは1.562100FSです。
興味深いのは、FS2500SLMモデルの 250SLM10FSでのCF1.404であることです。600SLMモデルの同じ流量ポイントとなる250SLM41.7FSで計算するとやはり1.404なのです。
CF
の変化はアルゴンの流量レンジが大きくなるにつれ、1.4221.568と大きな値に変化していきます。

今度は流体を変えて水素で見てみましょう。(下図)
ここでまた不思議な現象が確認されます。

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水素ではアルゴンと逆の現象が起きるのです。
モデルの最小レンジであるFS400SLMでのCF0.9766100FS、これが最大レンジであるFS1400SLMでは、なんと0.8735100FSとなっています。
アルゴンとは逆に流量レンジが大きくなるにつれ、CF0.97660.8735と小さくなってしまうのです。

実はDecoはこのマルチCFの罠にしっかり嵌って、失敗をしたことがあります。
なまじっか経験が長い為に、“空気と水素のCFは、ほぼ近似していて1である。”というシングルCF時の知識で、「空気換算1670SLMF-113AC-1M0が作れるのだから水素も同じはず・・・」とFLUIDATで確認せずに顧客仕様を決めてしまったことがありました。
蓋を開けたら0.8735倍の1459SLMしか流れないわけで、平謝りして納入前に流量レンジをFS1400SLMに下げてもらったのです。
まさに“生兵法は怪我の元”ですね?お恥ずかしい限りです。

 

今回の比較で興味深いのは、アルゴンも水素も25FS程度の低流量域から100%FSまで大きくCFが曲がっていることです。
これは巻線式センサーで分流構造をとるマスフローにはつきまとう“分流比”の変動が要因と考えられます。
一般的な巻線型のマスフローで採用されている熱式センサーは、測定対象である流体を全量測っているわけではありません。
流量センサーに流れるのは510ml/min程度の流量であり、残りはすべて層流素子(バイパス)部を流れるように設計されています。
これはセンサー管内の流れを層流で維持する為であることは、今までの連載で何度か解説しましたね?

ここで問題になるのは、このセンサー管と層流素子の分流比率です。
その分流比率は、どんな場合でも一定にはならないのです。
高圧から真空(subatmosphericレベル)までの圧力条件、微小流量から大流量までの流量レンジで一定の分流比の維持は難しいのです。
また、ガス種により、アルゴン、二酸化炭素のような重いガス、水素のような軽いガスでは、自ずと校正に使用する基準ガスである窒素や空気とは異なってきてしまうのですね。

 

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


真・MFC千夜一夜物語 第266話 コンバージョンファクターは1つではない その3

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」 201812月号(11/26発売)では、マスフローのゼロシフトに対するゼロ調整に関して解説しています。

本ブログと併せてお読み頂けましたら、幸いです。

 

さて、本物語のラスボスの一つCFの信憑性”との戦いの最中です

前回はCFへの温度影響を確認しましたが、今回は圧力影響に関してです。

Bronkhorst HIGH-TECH B.V.(以下ブロンコスト)WEBで提供しているFLUIDATonthe Net”(以下FLUIDAT) を使って今度は、ガスをアルゴンにして解説しましょう。

 
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上図ではアルゴンガス、FS100SCCMMFM での比較です。
今回は圧力条件(流体の供給圧)での比較となります。
マスフローの一般的な構造を下図に示しますが、ここでいう圧力は流量センサー管にかかる圧力になるので、一次圧のことを言い、MFCの際の二次圧や差圧は関係ありません。

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*以前、UNIT社とそのフォロワーにあったMFC二次側に流量センサーを置く=流量制御バルブ→流量センサーという特異なレイアウトのMFCにとっては、ここは二次圧となるのですが、これではセンサー管内の圧力がプロセスで変動しやすくなり、あまり好ましくなかったのではないかとDecoは思っています。)


0.1MPa
条件と、選定したMFMの圧力定格最大値である10MPaで比較してみましょう。
結果は0.1MPa1.387100FSという、我々マスフロー業界の人間としては、CF表で馴染みのあるアルゴンのCF1.4に近い値となったのですが、10MPaだと1.181100FSという驚きの数値となるました。
更に高い圧力でのCF変化を調べるべく、モデルを変えて定格40MPaまで耐えられるEL-FLOW F-131Mを選んでみます。

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上図にあるように、40MPaでのCF0.9587100FSと、これはもうアルゴンのCFとは思えない値まで下がっています。
前回の温度変化の影響よりも、気体が圧縮されることで密度が変化する圧力変化影響が非常に大きいのが見て取れます。

 

 「これほど極端な高圧条件でマスフローを使わないので問題ない。」というユーザーが当然多いと思います。
因みにMFM F-111B-100の真空10kPaA)での値は1.391100FSでした。
0.5MPa
での値は1.378100FS 0.8MPa1.371100FSですから、例え高圧=1MPa未満であるからといって、CFへの圧力影響が皆無ではないことを、頭に入れておいてくださいね。

 

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

Holland High Tech Pavilion Seminar (オランダ ハイテク セミナー)

本日はセミコン・ジャパン2018 2日目です。
ブログも号外です!
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今回のオランダハイテクパビリオン(東ホール1 1602)の参加企業の一員として、ブロンコスト・ジャパン(株)さんの企業紹介がありますので、セミコン会場にお越しになるようでしたら、是非ご来場ください。

Holland High Tech Pavilion Seminar (オランダ ハイテク セミナー)

開催時刻:12/13(木) 15:00 ~15:50
  
セミナー会場:Tech SPOT WEST 東ホール1

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Decoは所用で参加できませんが、ご来場の方はふるってご参加の程、宜しくお願いいたします。

EZ-Japan MFC ニュース 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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