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2013年9月24日 (火)

真・MFC千夜一夜物語 第133夜 MFCのライバルは? VS APC その2

MFC(マスフローコントローラー)のライバルになるもの、APC(Automatic Pressure Controller)のお話です。

APCにはセンサーの位置で大きく分けて2つの機種があります。

 背圧制御型APC

このタイプは圧力センサーが上流側にあります。つまり一般的なMFCの流量センサーの位置ですね。(実はMFCでもバルブ→センサーの順番で逆に配置にしたものもあります。そのお話はまた別章で・・・)
圧力センサーがAPCより上流の圧力を測定していますので、その圧力を一定にしたい場合に使用されます。
具体的には真空チャンバーの排気系に使用して背圧制御をしたり、ある圧力で封入されるべきワークのガス抜き弁として作動させたりします。

130922_06 ただ高度な真空装置では真空ポンプで高い真空度まで排気を行う場合、MFC型の流量制御バルブを搭載したタイプではなく、バタフライタイプのバルブと、真空計、圧力制御するコントロールボックスとの組み合わせで「APC」として使用されるのがほとんどです。
理由としては、MFCの流量制御バルブタイプでは圧力損失が大き過ぎることと、圧力計
隔膜の変形で生じる静電容量変化で検出するキャパシタンスマノメータタイプの高分解能な真空計を独立して運用するためです。

 また、後者の圧力封入用途は、伝統的な手動背圧弁で事足りる用途もあります。APCの出番は遠隔制御が必要な場合や、ログを残したい場合ですね。(こういうところはフロート式流量計とMFCの関係に似ていますね。)

 供給圧制御型APC

 もう一方は、上流側に制御バルブ、下流側に圧力センサーを配置したタイプです。このタイプは下流側の圧力を一定に保つように制御しますので、供給圧制御型と言えます。一般的なレギュレーターとMFCの関係に似ていますね。

 この用途の場合、少し気をつけなくてはいけないことがあります。
前 回お話ししましたようにAPCとMFCは同じ流量を制御するバルブを備えています。そうするとMFCが流量を流そうとしてバルブを開くと一時的にMFC上 流=APCの下流からガスが多く払い出されますので、この部分の圧力が低下します。低下した圧力をAPCの圧力センサーが検知すると、今度はAPCのバル ブを開くことでAPCの上流から不足したガスを流して圧力を回復させます・・・こういう役割分担が上手く作動している場合、つまり比較的設定流量、圧力が 一定で流す条件で、MFCの下流も、APCの上流も圧力変化が少ない場合は良いのですが、そうでない場合、あるタイミングでMFCとAPCの制御がケンカ を始めてしまうことがあります。

130922_08  実際APCとMFCが殴り合いを始める訳ではないのですが、最悪両方の制御がばらついて設定が上下し落ち着かなくなってしまうような状況に陥ってしまう事もあります。
こ れは、両者が同じ流量制御する方式の制御バルブを使いながら、センサーの応答速度が遅いサーマル式流量センサーと、比較的速い歪み検出型の圧力センサーを 搭載しているのも一因です。(この問題は実は機械式レギュレーターとMFCの間でも起きます。レギュレーターとMFCの配管距離が極端に近く、MFCに払 い出すガスのボリュームのバッファーが少ない場合に発生しやすくなります。)

 こういった現象が生じた場合、制御系に精通した技術者がおられたらなんとか制御をなだめすかしてもらえるのですが、例えば以下のような選択もあります。

130922_07  チャンバーにガスを供給するにあっての条件にもよりますが、APCで供給圧力を制御して一定時間にある量のガスをチャンバーに送ればよいのならば、MFC側をあえてMFMにして流量測定だけをさせてロギングしおくという手もあるのです。

APCによる供給圧制御の応用例として、供給圧制御型APCは多系統のMFCの上流において、MFCの一次圧が乱れた場合に発生する流量スパイク現象を緩和させる提案等もされています。

 このようにAPCというMFCの従兄弟は、MFCとは微妙な仲であると言えます。
機器選定する場合、「なぜAPCが必要か?」「なぜMFCが必要か?」を熟考の上で決定頂くと良いと思います。

【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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