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2013年7月10日 (水)

真・MFC千夜一夜物語 第86夜 MFCの流量制御は簡単なようで・・・ その1

今回からMFC(マスフローコントローラー)の流量制御手順に関するお話です。

この手順というのは大変重要な物です。ある手順を間違えた、例えばバルブの開閉順番を誤っただけでも大きなトラブルが発生する可能性があります。簡単なフローを見ながらお話ししていきましょう。

 

Flow

真空排気されたチャンバーに、あるガスを一定流量流し込むシステムの簡単なフロー図を書いてみました。(今回の説明に関係のない機器は省略してあります。)


【質問】

 真空にひかれたチャンバーで、バルブ1、2は閉、MFCには流量設定器を通じて閉のコマンドが入ってバルブは全て閉止状態です。チャンバーには真空度の急激な変化で破損してしまうような繊細なワークが入っています。さて、ここからガスを導入するとき、どういう手順で操作しましょうか?


【回答1】

①MFCに必要な流量設定を入力

②バルブ1と2を一気にあける

 【回答2】

 MFCになるべく小さな流量設定を入力する

 バルブ1→2の順番でゆっくり開ける

 MFCの設定信号を必要な流量までゆっくり上げていく

 

判定:両方とも×です!

なぜでしょうか?

特に回答2は繊細なワークの性質に合わせて、丁寧に作業しているように思えますが・・・

実はこの2つの回答は、ラフに操作しているor丁寧に操作しているの違いに見えて、実は両方とも大きなミスを犯しているのです。

それは「ガスを流す前にMFCに流量設定信号を入れてしまっている」というミスです。

MFCの中で起きている状況を簡単な図で説明しましょう。

Mfc111005

回答1、2の共通点は、バルブで遮断されてガスがまだ流れていない状況で、MFCに設定流量の多少の差はあっても「流量を流しなさい!」という指示を先に入れてしまっていることです。この指示をもらったタイミングで、まだガスは流れていませんからMFCのセンサーは流量=0を出力します。つまり流量設定値(SV)の要求する値に流量出力(PV)が到達していないので、MFCの制御系は流量制御バルブに「もっとバルブを開いてガスを流せ」という指示をします。でも、そもそもガスが流れていないので、どこまでバルブを開いてもSV=PVになることはないので、流量制御バルブはこれ以上開けないポイント=全開で待機することになります。

 

こんな状況のMFCにバルブを開いてガスを導入すると、果たしてどうなるでしょうか?

MFCのバルブが全開時に流してしまう流量が一気に流れてしまうことになりますね?もちろんガスが流れ始めれば、MFCはセンサーが流量を感知して、SV=PVになるよう制御を始めますので、流量制御バルブを閉める方向に制御して、なんとか設定流量通りにしようとします。ですが、それが収束するまでにMFCから流れ出した大量のガスの行方は・・・全てチャンバーへ向かうことになりますね。

この現象に「チャンバーの容積が小さい」「MFCのフルスケール流量が大きい」「チャンバー内のワークが急激な圧力上昇で破損する性質である」等の条件が不幸にも重なると、悲惨な結果を招く可能性が大きいのです。

 

【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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