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マスフローコントローラとは?

マスフローコントローラ

あなたがガス、蒸気または液体を化学プロセスに供給されたい場合、マスフローコントローラの出番です。これらは次のようなプロセスで用いられています:

これら全ての例で、プロセスへの正確かつ繰り返し性のよい化学物質の供給が不可欠です。このようにして、プロセスを制御された方法で進め、最適な製品歩留まりを達成し、未使用の反応物の無駄やプロセスの暴走など、プロセスのパフォーマンスの低下または過剰のリスクを最小限に抑えることができます。マスフローコントローラはそのような目的で用いられます。

ガス用/液体用マスフローコントローラ一覧:

ガス用マスフローコントローラ 液体用マスフローコントローラ

1. マスフローコントローラの動作機構

マスフローコントローラは小型の機器で、正確に流量を制御しながら1つまたは複数の化学物質(ガスまたは液体)をプロセスに供給します。この目的のために、供給される化学物質の流量が電圧、電流やデジタル信号(RS232、フィールドバス)により電気的に設定されます。機器を通過するガスや液体の量は内蔵のセンサにより測定されます。この測定値が設定値と比較されます。測定値と設定値を一致させるために、コントロールバルブ(制御弁)の開度を大小させ流路の大きさを変動させます。

簡潔に述べると、マスフローコントローラはマスフローメータ(センサ)に制御弁、センサ・バルブ間のフィードバックエレクトロニクスを組み合わせたものとなります。この制御機能(PID: proportional-integral-derivativeとしても知られています)はしばしば機器の電子回路に標準で組み込まれ、制御特性はユーザー向けソフトウェアにより調整(より早く/より滑らかに)可能です。


2. なぜ体積流量(ボリュームフロー)ではなく質量流量(マスフロー)を制御するのか

それは多くの研究・製造プロセスにおいて、体積流量ではなく質量流量が重要な変数であるからです。マスフローコントローラにより質量流量を直接制御できます。経済的な観点から、ガスや液体の質量はプロセスの運転温度・圧力とは無関係の独立した値です。それゆえ、マスフローデバイスは、流入する流体の温度・圧力変動の影響を受けません。

圧縮性ガス流量を体積流量として表現したいというユーザーの要求を満たすために、質量流量を体積流量に変換する条件が合意されています。ノルマル(normal)参照条件は温度0℃および絶対圧1 atmで、使用される体積単位に下付きの“n”を加えて表現します。


3. どのような種類のマスフローコントローラが存在するか

3A) サーマルマスフローコントローラ

マスフローを制御するために、サーマルマスフローコントローラは液体やガスの比熱を利用しています。ブロンコスト(Bronkhorst)の製品群には各種センサー技術を採用した多数のサーマルマスフローコントローラがございます: 

  • バイパスセンサを採用のマスフローコントローラ。これらの製品(EL-FLOW SelectIN-FLOWなど)は清浄・乾燥したガス向けで、高い精度と繰り返し性が要求される用途に適しています。
  • インライン(CTA)技術採用のマスフローコントローラ。もしやや湿った(湿気のある)ガスが関わる用途、あるいは高い繰り返し性と堅牢性が高精度に勝る場合、MASS-STREAMシリーズのような製品が最適です。
  • TCS(Trough Chip Sensor)技術採用のガス用マスフローコントローラ。これらの機器は流量と温度(オプションで圧力)を同時に測定できる点が特徴です(例えばFLEXI-FLOWシリーズ)。
  • マスフローコントローラの設置スペースが限られる場合、MEMSチップセンサ技術採用のガス用機器(例えばIQ+FLOW)が最適です。
  • インライン(CTA/CPA)技術採用の液体用マスフローコントローラ

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Thermal-based Mass Flow Controller  

3B) コリオリ式マスフローコントローラ

コリオリ式マスフローコントローラ(例えばmini CORI-FLOWシリーズ)は液体の流量測定・制御時に最初に検討・選択されます。加えて、ガスのプロセスにもしばしば採用されます。コリオリ式マスフローコントローラはサーマル原理採用品に比べいくつかの長所を有します:

  • 高精度
  • 流体に非依存、それゆえ流体変更時の再校正や換算が不要、濃度が不明あるいは変動する流体に適用可能
  • 高速応答
  • 超臨界流体に適用可

コリオリ式マスフローコントローラ

Coriolis-based Mass Flow Controller 


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