真・MFC千夜一夜物語 第160話 MFCに異物が混入した場合 その3

日本工業出版さんの「計測技術」で 「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載をさせて頂いています。
これも一重に、本ブログに多数アクセスを頂いている皆様のおかげと思っております。
ありがとうございます


 MFC(マスフローコントローラー)に異物が混入した場合、今回は液体です。
ガスを制御するMFCに液体が入った場合と、液体を制御するMFCのガスが入った場合、これは同種の問題が生じます。
熱式流量センサータイプならば、巻線型でもチップ(MEMS)型でも同じなのですが、気体と液体という大きく密度の異なる状態のものが混在することで、センサー部の熱のやり取りが大きく異なってきます。

 例えば有名なところで H2O=水でいうと、4℃で液体の状態が密度1000kg/m3ですね?
(水が特殊なのは、密度が固体より液体の方が高いことです。
これは密度の最大値が摂氏4℃にあるからです。
だから氷はグラスに入れた水に浮かぶのですね。)
気体=水蒸気での密度は、0.598kg/m3 @100℃、0kPa(G)です。
液体の場合100℃でも、958.393kg/m3 ですから、これは大きな差があります。
話を単純にし過ぎなのですが、この差だけで考えても、流体が熱を奪う量に差があることはご理解頂けると思います。

14052801_01.jpg

 図のように気体が流れているMFC/MFM(マスフローメータ)のセンサー部に液体が付着した場合、またはその逆の場合、いずれも流量出力は大きく振れ、本来想定されていた流量とは異なる値を指示することになります。
これがMFCの場合ですと、センサーからの流量出力信号が大きく振れるため、流量出力=流量設定入力にしようと制御を行っても、ハンチング状態となり流体の制御がメチャクチャになってしまいます。

MFCが突然流量制御を失って暴れ出すような事態が起こったら、プロセスは台無しですね?
こういった事態は案外身近で起きています。
例えば圧縮空気をコンプレッサーでMFCへ送り込んで流量制御させている場合です。
MFCへ導入するガスは、ドライ状態でというメーカーさんの注意書きがあるかと思いますが、大気中にはかなり水分が含まれています。これがコンプレッサーで凝縮されて悪さをしでかすのです。
ドライヤー等で水分をトラップし、露点を管理して頂かないと、突然MFCが制御不良という反乱を起こす事態が起きるかもしれませんので、十分注意して下さいね。

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

テーマ : ものづくり
ジャンル : ビジネス

05/26のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

蒸し暑い月曜日ですね
05-26 08:17

真・MFC千夜一夜物語 第159話 MFCに異物が混入した場合 その2

日本工業出版さんの「計測技術」で 「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載をさせて頂いています。
これも一重に、本ブログに多数アクセスを頂いている皆様のおかげと思っております。
ありがとうございます!


MFC(マスフローコントローラー)に異物が混入した場合、前回は気体が混入した際の最悪のパターンをお話ししました。
MFCで使用されるガスには危険なガス種が多い傾向があります。
これは半導体製造装置関連が主要マーケットであるMFCの宿命です。
現場では厳重に管理されていると思いますが、例えば安全管理システムを止めて、メンテナンスをしている際など、イレギュラーな状況で「MFC繋がっているこのバルブを開いて良かったっけ?」という疑問を常に持っていないと、“ここは窒素パージラインだから大丈夫だろう“という油断が恐ろしい結果を産むこともありますので、ご注意下さいね。

 さて、では気体が混入した場合、例えばアルゴン(Ar)に窒素(N2)が混ざってしまった場合はどうでしょう?
基本的このガスの組み合わせは無害なはずですね。
でも、MFCの流量制御はどうなるでしょうか? 
これは以前お話ししたコンバージョンファクター(CF)が変動することになります。
N2がだいたいのメーカーでCF=1.00 なのに対して、Arは1.4くらい。
つまり同じMFCにこの二種類のガスを流すと、ArはN2の1.4倍くらい多く流れてしまうのですね?

N2 100SCCMのMFCがあったとして、これに100%Arを流して、フルスケール100SCCMを制御させようとすると、実際はArが140SCCM流れてしまうと言うことです。
100%置き換わったのがわかれば、これは大して難しい話ではありません。
問題は混在している場合です。

以前も提示した混合ガスのCF計算式の代表例を見て頂きましょう。
cf_mix1.jpg
このように熱式流量センサーを使用するMFCは、混合した「流体」「濃度」が明確でないとCFを導き出すことができません。
どれだけ混ざっちゃったかわからないガスを正確に流量測定して、制御するのは難しいと言うことですね。
これが同じ質量流量計を謳うコリオリ式流量センサーならば、話は別で、コリオリは流体種を選びません。
熱式である為に流体固有の値である比熱というファクターを大事にしなくてはならないMFCの特長が、ここでも出てきましたね?

MFMならばここまでですが、MFCには更に問題があります。
それはバルブオリフィスです。
N2とArを例に出した理由は実はこのためでした。
先ほどお話ししましたCFとはセンサー感度の差です。
両者のCF値は1:1.4、つまりArはN2の1.4倍流れる、でしたが、バルブのオリフィスを通過しやすさの傾向は、必ずしも同じではありません。
ここで重要になるのは、先ほどの比熱ではなく、比重なのです。
比重は空気を1として表されますので、N2の比重は0.97、それに対してArは1.38です。(0℃,1atm時)
これを簡単に考えるために、バルブでよく使われる容量係数であるcv値の式に当てはめてみます。
あるCV値のバルブオリフィスに、同じ圧力・温度条件で流れるそれぞれの流量を計算すると、N2の方が1.2倍多く流れる結果が出ます。
先ほどとは逆の傾向ですね?
*MFCの場合、このcv値でバルブオリフィスの全開流量を算出しても、フルスケール流量ではないので意味がないのですが、目安としてお話ししました。
MFCではcv値とは別にオリフィスファクター(OF)やバルブ定数という観念で管理しています。


こういったガスの物性に左右されるファクターを2つも内包するMFCにとって、制御すべき流体が、ガス種不明なガスと混在することは、非常に拙い状況であるということをご理解頂けたらと思います。

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

テーマ : ものづくり
ジャンル : ビジネス

05/20のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @hello_pantech: 本日のスープはミネストローネカスタードクリームパン…カスタードの香りが口の中に広がります。あつあつはもちろん、冷めても美味しいクリームパンです٩(๑❛ᴗ❛๑)۶
05-20 13:28

RT @meti_NIPPON: 日本工業規格(JIS規格)を制定・改正しました(平成26年5月分) http://t.co/CucTbd1GRp
05-20 13:26

RT @nikkei_bizdaily: 20日朝にタイ全土に戒厳令が発令されたことを受け、進出している日本企業は現地の情勢の把握や従業員の安全確保に向けた指示などに追われました。一部で営業を見合わせる動きも出ています。http://t.co/3NOiNOjQV0
05-20 13:26

05/19のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei: ハリウッド版ゴジラ、推定興行収入世界1位 200億円 http://t.co/uOYMRh26w9
05-19 11:11

RT @kikumaco: お、スピリッツが識者の意見と編集部の見解をネットで公開したのか http://t.co/rjIRqmCtKZ
05-19 11:11

05/16のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @kikumaco: 「いちから聞きたい放射線のほんとう」の除染の章に、実際の除染時の写真をつけた特別編。小峰さんのブログです。家屋除染の一例としてどうぞ http://t.co/XVWfEEIo6U
05-16 10:08

RT @gizmodojapan: 【800+Tweet】ニセのアップル電源アダプタ、使っちゃいけない理由 :http://t.co/ubcttin6dj @gizmodojapan
05-16 10:05

こんな時間に西浦和駅にお迎えナウ(−_−;)武蔵野線人身…
05-16 00:30

05/15のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei_bizdaily: 電子メモ帳「ポメラ」や「マウス型スキャナー」「デジタル耳栓」など、ユニーク商品を連発するキングジム。開発者が心がけるプレゼンテーションは「説明短く」「質問時間長く」だそうです。わかる気がします。長いプレゼン、長い会議はなにも生まない…【…
05-15 09:29

RT @nikkei: トルコの炭鉱事故、死者274人に 同国史上最悪 http://t.co/KfqD3lWKCc
05-15 09:28

05/14のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @TatsutaKazuto: よく話題にしていただくようになった「ご安全に」という挨拶ですが、工場や建設業の現場で、以前から普通に使われている言葉です。なので特に1Fが「ご危険」だから生まれた言葉というわけではありません。全国の現場の皆様、今日もお疲れ様です。明日もご安…
05-14 22:16

RT @gizmodojapan: 【500+Tweet】え…? iPhone 6はLightningコネクタが変わるって? :http://t.co/7Iku3fxFa9 @gizmodojapan
05-14 09:16

真・MFC千夜一夜物語 第158話 MFCに異物が混入した場合 その1

日本工業出版さんの「計測技術」で 「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載をさせて頂いています。これも一重に、本ブログに多数アクセスを頂いている皆様のおかげと思っております。ありがとうございます!

EZ-Japan ここでもう一押し で バリューインパクトさんのフィルターを取り上げましたが、その前後でMFC&MFM(マスフローメータ)に異物が混入するとどうなるの?というご質問が、意外に多く頂きましたので、再度取り上げてみましょう。

異物と言っても色々あります。
気体、液体、固体と分けて、お話ししていきましょう。

まずは気体です。
「気体用のMFCに別の気体が紛れ込んでも問題は無いよね?」
と思われがちですが、そうではありません。
(液体MFCに気体が入った場合というのもあります。これは別途ご説明します。)

紛れ込んだ気体と本来流している気体が異なる場合(だから異物ですよね?)気体同士で化学反応があると厄介なことになります。

例えば最悪のパターンは、1991年に大阪大学工学部で犠牲者が出たモノシラン(SiH4)へ亜酸化窒素(N2O)が混入したことで爆発が発生した事件のような事例です。
これは逆止弁の劣化から、亜酸化窒素がモノシランのボンベ容器へ流れ込むという事から派生しました。
MFCのように容積が小さく、なおかつ低圧で使用される部品単独でこのような事件は生じにくいとい考えられますが、ガスラインは読んで字のごとく上流のボンベ容器まで繋がっていますし、困った事にガスの流れは目には見えません。
だからこそ使用されているガス配管フローを熟知し、メンテナンスを欠かさない注意が必要です。

モノシランは、大気中で反応して激しく燃焼します。
MFCから漏れた場合を考えると、空気はMFCのすぐ周りに存在するわけですから、恐ろしいことが生じます。
また半導体製造装置のようにMFC周囲の配管内圧を減圧にして使用されることを考えると、今度は空気そのものが恐ろしい異物と化すこともあるのです。

脱線します。
ここでモノシランを取り上げましたが、半導体産業などで使われる「特殊材料ガス災害防止自主基準」の対象ガス39種というのがあります。
その中でも、可燃性かつ毒性を強く持つ親玉クラスが、モノシランを含めて7種類ありまして、「特定高圧ガス」として高圧ガス保安法でも厳しく取扱を制限されています。

特殊高圧ガス7種 
  ・モノシラン    SiH4
  ・ホスフィン    PH3
  ・アルシン     AsH3
  ・ジボラン     B2H6
  ・セレン化水素   H2Se
  ・モノゲルマン   GeH4
  ・ジシラン     Si2H6 


1)自然発火又は分解爆発性を有する。
2)強い毒性と腐食性を有する。
3)他の物質と急激に反応する。
 

これら特殊高圧ガスは、微少でも貯蔵・消費(=ガスを入手し所持、及び実際に流す行為です)する事業所では、特定高圧ガス取扱主任者を選任しなくてはいけません。
この特定高圧ガス取扱主任者は、講習により資格を取得できます。
興味を持たれた方は高圧ガス保安協会さんのHPを参照してください。
ちなみにDecoも、特殊高圧ガス 特定高圧ガス取扱主任者資格 を持っていますよ^^

初回から脱線してしまいました。(いつものことですが・・・)
今回は気体同士が混入する事で生じる最悪の事態をご説明しました。
もちろん反応しないようなガス同士でも問題は生じます。
それは、コンバージョンファクター(CF)=実流量への影響です。
その件は次回お話ししましょう。

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

テーマ : ものづくり
ジャンル : ビジネス

05/13のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei: 建設現場に広がるiPad、大量の図面持ち運び不要に http://t.co/F1GkMnp21f
05-13 15:46

http://t.co/flXp6MiqjF うちのは入ってないけど、猫の尿で発火までメーカーは面倒を見なきゃ行けないんだよね。安売りしてる場合じゃないよ(--;
05-13 15:46

RT @nikkei: 三菱ケミカル、大陽日酸の買収を正式発表 http://t.co/Cl89zdeTwK
05-13 15:34

三菱ケミカル、大陽日酸の買収発表へ  :日本経済新聞 http://t.co/nX5IpdwnLW 時代なのかなぁ~
05-13 15:29

05/12のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei: 【映像】W杯日本代表に大久保・大迫ら23人 http://t.co/2gYBSY6Qup
05-12 18:02

05/10のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei_bizdaily: エビの国際価格の高騰が一服しています。指標のタイ産バナメイは昨秋に比べ3割程度値下がりし1キロ11ドル前後。一時は国内でも外食のメニュー中止や小売価格の引き上げが相次いだが、一部で解消する兆しが出てきました。http://t.co/wF
05-10 17:42

RT @hello_pantech: 本日のスープはクラムチャウダー。ジャーマンポテトピザパン…フランスパン生地のピザパンにツナマヨソースで味付けしたジャーマンポテトをトッピングしています。
05-10 17:42

05/09のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei_bizdaily:  米アップルが高級ヘッドホンメーカーで、音楽配信も手掛ける米ビーツ・エレクトロニクスを買収する方向で交渉しています。買収金額は32億ドル(約3200億円)程度とみられます。http://t.co/SRnaectXGV
05-09 12:00

RT @kikumaco: STAP問題の焦点は、なぜそんな論文に理研の偉い人たちが名を連ねたかに移ったと思うけどね。あ、おぼかたさん抜擢の経緯もね
05-09 09:57

今日は都内です。なんか朝から暑いけど、午後には荒れて、夜は寒いとか??
05-09 08:33

05/08のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @nikkei: 東エレク、「日本籍」最後の決算は力不足 http://t.co/91s6HYcxH4
05-08 08:42

RT @gizmodojapan: 【500+Tweet】異常な生命力がここに。完全変形超合金「太陽の塔」ロボ :http://t.co/U4lDwwcJIP @gizmodojapan
05-08 08:41

05/07のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

午前中、病院に定期通院。脳梗塞起こしてからの月課です^_^
05-07 10:58

真・MFC千夜一夜物語 第157話 MFC(マスフロー)テスト その2 解答編

日本工業出版さんの「計測技術」 にて「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載をさせて頂いています。
これも本ブログに多数のアクセスを頂いている皆様のおかげと思っております。


さて、前回コーヒーブレイクのテストを出題してみましたが、今回は答あわせです。

MFCテスト問題(解答)
次の文章のうち正しいと思うものには“○”を、間違っていると思うものには“×”を
(  )の中に入れなさい。

(×) 1.MFCは流量を制御した結果、下流の圧力も安定させるので、圧力コントローラーとしての圧力制御機能も有している。
→大気圧開放以外で圧力が安定するのは排気側とのバランスがあるはず。
あくまで流量を起点に制御するMFCと、圧力を起点に制御するAPCの差を理解しないといけません。

(○) 2.ガスがMFCのセンサー管内を流れると、ガス温は上昇する。
→一部の冷却式MFCまでいれると×ですが、一般論と言うことで・・・

(○) 3.コンバージョンファクターは、メーカー、機種、流量によって異なる場合がある。
→分留構造、センサー温度、CF測定条件の差等で異なります。

(×) 4.MFCでは、センサーとバイパスに流れるガスの分流比は設定流量によって変化して一定ではないのが普通だ。
→分流比は一定になるよう設計されます。どんな条件でも必ず一定とは限りませんが・・・

(×) 5.N2で校正されたMFCに比重の重いArを流した場合、N2より少なめに流れる。
→CFの問題です。これは逆ですね。Arは約1.4倍多く流れます。“比重の重い“がひっかけです。

(×) 6.ノーマリクローズMFCは、緊急時にMFC内部バルブがガスを完全にシャットオフできて安全である。
→出題で“完全に”を”安全に“になっていました。申し訳ありません。
いずれにせよシャットオフはできませんので×です。

(×) 7.ピエゾ圧電素子は高推力、高分解能、高速応答といった特長を持っており、MFCに採用した場合、ソレノイドよりも高速制御できる。
→高速“制御”ですから、アクチュエーターだけ速くてもダメです。センサーの応答が重要になりますので、必ずしもそれだけで高速制御できると言い切れません。

(○) 8.理想的なバルブは、ガス流路に摺動部がなくデットボリューム(空間)が少ない事である。
→Decoが某メーカーのダイヤフラムバルブを販売してた頃の名残ですね^^

(○) 9.デジタルMFCは、アナログMFCより多機能である。
→11と対で引っかけ問題です。
デジタル機器は多機能だが、高性能とは限らないという理屈ですね。


(×)10.MFCは低設定になるほど応答時間は遅くなるが、それはリードアウト出力のみかけ上の問題であり、実流量には影響がない。
→実際のガス制御も遅くなります。

(×)11.デジタルMFCは、必ずアナログMFCよりも精度がよい。
→9とセットで引っかけ問題です。
AD/DAコンバータでの変換ロス、ビット数により必ず精度がいいわけではありません。


(×)12.MFCを取り付け電源投入したら、ゼロ点がわずかにずれていたため、すぐにゼロ点調整を行った。
→センサー部ヒーターが安定するまで30分~1時間ほどの暖機運転をしてからにしましょう。
安定前にゼロ調整しても、またずれていく可能性があります。


(×)13.MFCのソフトスタートとは、通常よりMFCの応答性を遅く調整することである。
→それはスロースタート。よく間違われます。
ソフトスタートは、バルブ全閉状態で待機して、ガスが流れる瞬間に設定信号をいれて制御を始めるモードです。


(○)14.MFCのゼロ点がプラスにずれていたら、実ガスの流量は設定より少なく流れる。
→ゼロ点がずれたら、その流量情報を元に制御するMFCの実流量は?と考えます。

(×)15.MFCのゼロ点がずれていたら、ゼロ点調整ボリュームとスパンボリュームを調整しなくてはならない。
→ゼロ点調整だけにして下さい。基準器無しでスパンを調整すると、流量の傾きが変わりますのでF.Sが大きくずれます。

(×)16. MFCの使用温度範囲が35℃までのものを、一瞬だけ100℃で使用しても、流量はずれるが、故障はしない。
→運が良ければ故障しないかもしれませんが、しないとは言い切れません。
電子部品の一般的な温度上限は70℃当たりですから、一般のMFCでは避けて頂きたいです。


(×)17.MFCを保管するときは、箱から出して真空パックを開封して風通しのいい場所で保管すべきだ。
→たとえクリーンな環境で使わないMFCでも、異物の侵入や吸湿は良いことではありませんので、真空梱包してあるものは開封せずに、保管してあげて下さい。

(○)18.MFCで不具合が発生したため、入念にガスパージをして予備品と交換した。
→特に危険なガスは完全に除去してから交換しましょう。

(×)19.MFCとMFMは基本構造が同じ為、仕様も同じでよい。
→バルブの有無で圧力損失が大きく異なります。
また、MFMにはそもそも設定信号が必要無いので、周辺機器も異なってきます。

(×)20.MFCの電源電圧は±15Vなので、市販の24V電源で駆動できる。
→市販24V電源は+24V電源でマイナス側がありません。
また、電源容量も必ず確認して下さい。

いかがでしたでしょうか?
既にバックナンバーで解説した内容ばかりかと思いますので、この解説ではわかりにくい場合はそちらも参照ください。

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

テーマ : ものづくり
ジャンル : ビジネス

05/06のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

ふ~、ひとまず原稿を書き上げた。もう、こんな時間かぁ~ GWはひたすら忙しかったなぁ。
05-06 16:02

05/04のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

これも頂きもの^_^ http://t.co/Nz1ATQdKzR
05-04 15:40

友達から頂きました。 http://t.co/yrqZntLvDJ
05-04 15:39

05/03のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

RT @PROFIT_HIGANO: PROFITレインカットECOビニール傘袋を使わない!電気を使わない!傘のしずくを落とす環境商品【写真】1WAY 短時間に人が集中する施設に、しずくを落としながら通り抜けできるの1WAY方式 http://t.co/g5d8MoVYzx
05-03 23:50

05/02のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

東京は埼玉より湿度が低くて過ごしやすいや。上着着てきても良かったな。
05-02 11:43

RT @nikkei_bizdaily: 米マイクロソフトの閲覧ソフト「インターネット・エクスプローラー(IE)」に欠陥が見つかった問題で、同社は1日、この欠陥を修正するプログラムの配布を始めました。http://t.co/K50bnPsoZl
05-02 10:19

今日は朝から暑い関東です。寒暖の差が激しいのは辛いなぁ。上着、置いてきてしまいました。
05-02 10:18

04/30のツイートまとめ

Kuroda_EZJ

真・MFC千夜一夜物語156話まできまして、ブログだと過去記事の検索が面倒かなぁと思ってます。HP展開や、マスフローWikipedia的なものを作ろうかと、検討中です^^
04-30 19:19

プロフィール

EZ-Japan(イージージャパン)代表 黒田 誠

Author:EZ-Japan(イージージャパン)代表 黒田 誠
MFC千夜一夜物語のDeco こと 黒田 誠 です。
2014年6月より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”EZ-Japan(イージージャパン)として開業いたしました。

流体の流量・圧力・温度に関わる計測・制御技術の伝承と、新技術のご紹介を行うエバンジェリスト(伝道師)の仕事を生業といたしております。

日本工業出版さんの「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載を続けさせて頂いています。

最新記事
リンク
カテゴリ
月別アーカイブ
検索フォーム
RSSリンクの表示
ブロとも申請フォーム

この人とブロともになる

QRコード
QRコード
Powered By FC2ブログ

今すぐブログを作ろう!

Powered By FC2ブログ