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2013年5月 8日 (水)

真・MFC千夜一夜物語 第46夜 微少流量MFCの世界へ

大流量MFC(マスフローコントローラー)のお話から転じて、今回からは小さい方、微少流量用MFCに関してのお話です。

「微少流量用途にMFCを使いたいのですが、どこまで小さなレンジが作れますか?」というお問い合わせはDecoが営業時代にも結構頂いていました。

一般的な熱線式センサー方式MFCのフルスケールは1SCCM程度が下限になっています。動作範囲はフルスケールの1002%が一般的ですから、0.02SCCMが一応の最小制御流量となります。

「もう一桁小さな流量を!」というご要望はあるのですが、残念ながら色々な要素が阻害要因となり、実現できていません。(「うちは実現できているよ!」というメーカーさん おられましたら、恐れ入りますがDecoまでご連絡お願いします!)

 阻害要因=犯人の一人は、「センサー」です。

「MFCの熱線式センサーはそれ自体で510SCCM程度の流量を流します」というお話をさせていただきましたが、実はここに今回の解がありまして、センサー管に流れる流量をこれ以上は小さくできないのです。

熱線式センサーで「センサー管の外周に巻かれたヒーターから与える熱を確実に流体に伝えるために、MFCのセンサー管は内径0.40.8mm程度の細い筒に設計されています。

当然、この細管内の流れを臨界レイノルズ数以下の状態に保てる流量というのは、自ずと制限されてしまい、10SCCM程度の微少流量しか流せません。」というご説明を31でさせていただきました。

この説明を逆手にとって考えれば、10SCCM未満のフルスケールのMFCはバイパスレスでセンサー管だけで作れる・・・ということになります。では、フルスケール1SCCMMFCはどう作られているのでしょうか?基本構造はバイパスレスのセンサー管だけのシンプルな構成であることは、フルスケール5SCCMレベルのMFCと同じです。大きく分けて2つ方法があります。

1つは全く同じ構造のセンサー管(つまり5SCCM用のセンサーがついている)で流れてくる流量が1SCCMならば当然同じセンサーの熱移動量はフルスケール5SCCMの場合の1/5になります。ブリッジ回路から得られる出力も1/5です。その出力信号を後段で5倍に電気的増幅してしまえばいいという考え方です。

もう1つはセンサー管内にある種の流路抵抗を設置し、センサー管に入ってくる流量5SCCMを物理的に1/5に制約してしまい1SCCM用のセンサーに仕立て上げる方法です。(文章での説明上“1/5”にしてしまうと書いていますが、ここは必ずしもきれいな数字になる訳ではありません。)

もしくはこの2つの方法のハイブリッドというのもあります。

これらの方法の限界が、即ち微少流量MFCを作る上での制約になります。その制約は思わぬ問題を引き起こします。大流量よりもある意味難しいかもしれない微少流量MFCの世界にしばらくお付き合いください。

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

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