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2013年2月18日 (月)

真・MFC千夜一夜物語 第9夜 なぜ熱で流量を計れるの?

MFC(マスフローコントローラ)君は質量流量計として「理想の結婚相手」なのでしょうか?彼のパーソナリティの核心部分である熱線式流量計のしくみをお話しすることにしましょう。

 では、まず下の図でMFCの一般的な構成を見て頂きましょう。

Mfc130218

図の左側から、流体が侵入し、まず整流され、バイパス部と流量センサー部へ分流されます。
分流された流体は一対の熱式センサーが配置されたセンサー管を通過した後、バイパスを通過したものと合流します。
合流点の下流には、流量制御バルブがあり、流量センサーから得た流量信号と、予め入力されている流量設定信号を比較して、バルブの開度を決定することで一定の流量を流していく仕組みになっています。

対象が気体に限るとMFCに搭載されている流量センサーは、熱式がほとんどです。
図中でコイルが2本巻いてあるのが、実は電熱線ヒーターになっています。
その原理は以下の通りです。

「径の細いセンサー管に一対のヒーターが設置され、同じ温度に制御されている。そのセンサー管に気体を流すと、上流側のヒーターの温度は奪われて下降し、逆に下流側は上流側のヒーターから奪われた熱が加温され上昇する。この時上流側ヒーターと下流側のそれとの間に生じた温度差は、流れる気体の質量流量に比例することを利用して流量を測定する。」(二線式巻線型センサーの場合)

詳細はMFCメーカーのカタログや取扱説明書に詳細な図解を交えて説明されていますので、そちらをご覧いただくとして、こちらでは概念的な物をおわかりいただければと思います。

 簡単な例えでお話しするとこうです。
2台の電気ストーブを置き、その2台を結ぶ線の中心点で直角に交わる線上に自分が座って、暖まっている・・・と考えてみて下さい。
2台のストーブから等しい熱量が放射されているとすると、あなたの座っている2台から等距離な真ん中の位置が、双方の熱量を受け、一番温度が上がる場所になりますね。
この時横合いから扇風機で風を送ると、扇風機に近い方のストーブからの発した熱は、遠い方のストーブの方向へ運ばれていき、あなたの座っているところは少し涼しくなります。扇風機を強くすればするほど、涼しくなるはずですね。

 これと同じ事が熱式センサーで起きていると考えてみて下さい。
扇風機の強さ=風量=気体流量になります。
ここで流量を検知したければ逆に考えて、「ガスが流れている際に
2つのヒーターの間で移動した熱量を測定すればいい。」という事が言えるのです。

 この原理こそがMFCの流量測定の重要な考え方なのですが、なんだか簡単に表現しすぎたでしょうか?
熱式流量計のしくみのお話は次回に続きます。

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

 

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