真・MFC千夜一夜物語 第226話 MFCの制御不良とは? その8

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「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載も2017年1月号(12/26発売)で連載30回を迎えさせて頂きました。
1月号では、ブロンコストハイテックさんの最新コリオリ式マスフローによる微小流量測定&制御、そしてギアポンプ等の流量制御機器を制御したドージングシステムを紹介しています。
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本ブログと併せて、宜しくお願い致します。

さて、今回からはマスフローコントローラー(MFC)は制御しようとするのだけれど、その流量制御の過程がおかしな場合のお話です。
・ハンチングして安定しない
・ガス導入時のオーバーシュートが過大
・応答が遅くて規定時間内に流量制御できない
・出流れが発生して、低流量設定時のみ流量が制御できない
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・高流量設定時のみ、SV>PVとなり流量が頭打ちする
・流量制御が落ち着いた後、一時的にドロップしたりオーバーシュートしたりする
・流量制御はできているが、ゼロ点がどんどんずれて調整不能

こういったトラブルに関して、その要因を見ていきましょう。

・ハンチングして制御が安定しない
この事例の大半は、MFCのバルブ設定に問題があります。
流そうとしているガスや圧力条件に対して、バルブ調整が上手くフィットできていないMFCにありがちな現象です。
だからといってMFCだけが悪いパターンは実は少なく、要は実際にMFCが使用されているガス種や圧力条件と、製造仕様が異なっている場合が多いです。

例えばガス種の違いならCFが似通っているという理由で、アルゴン(Ar)仕様のMFCでヘリウム(He)を制御させようとした場合、こういったハンチングは生じやすいのです。
CFはあくまで熱式流量センサーの感度の事であり、MFCの中にはもう一つのデバイス=流量制御バルブがあって、こちらには“バルブ設定”というファクターがあることを見落としているからです。
Heは密度0.1785 kg/m3、それに対してアルゴンは1.784 kg/m3もあります。(いずれも0℃,1013hPa条件) 
バルブでよく使われる容量係数であるKv値の式に当てはめて、同じ圧力・温度条件で2つのガスを流した時に流れる流量比を計算すると、ヘリウムの方が遥に多く流れる結果が出ます。
その為、ArのMFCはバルブ設定をHe仕様より大きく=流れ安いように調整されています。
そこにHeがやってくると同じ開度でも一気に大量に流れてしまうので、一時的に流量出力値(PV値)>流量設定値(SV値)となり、MFCはバルブを閉めに行くのですが、センサーの応答の遅さとHe用にしては大きすぎるバルブ設定が故のバルブの分解能の問題が災いして行き過ぎてしまいます。
その結果、今度は流量出力値(PV値)<流量設定値(SV値)という状況になり、またバルブを開く・・・という繰り返しになるのですね。
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圧力条件に関しては、MFCの前後の圧力差である差圧条件が仕様よりも大きい場合に生じます。
ただ、それだけではなく、見かけ上の差圧は同じでもハンチングが生じることはあります。
差圧が49KPaでも、MFCの1次圧49kPa、2次圧0kPa(大気圧)の場合と、1次圧549kPa、2次圧500kPaの場合とではMFCのバルブ構造によっては、制御性能に差が出ることは何回か説明していますね?
(真・MFC千夜一夜物語第41話)

つまり・・・今の世代のMFCで、仕様通りに使われている場合、よほどのことがないとハンチングは起きないと考えていただいて結構です。
なぜなら今の世代のMFCはデジタルMFCであり、調整は人の手を介さない自動調整が行われているからです。
最初に書いたようなバルブ設定のミスによるハンチングというのは、考えにくくなってきているのです。

しかしながら、「CFが一緒なら制御可能」「差圧が同じなら制御できる」といった誤った認識が使用する側にあったとしたら、これはMFCには罪はありません。
(ちゃんと啓蒙してないお前たちが悪い!と言われそうな気がして、今こうやってブログに書いてたりします。)
MFCの事をよく理解していただけば、こういった誤認識によるトラブルを事前に防ぐことができますので、来年度も本ブログとよろしくお付き合いの程、お願いいたします。

それでは皆様、よいお年をお迎えください。

【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

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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。

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