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2013年12月13日 (金)

真・MFC千夜一夜物語 第143話 MFC最大の弱点とは・・・ その7

MFC(マスフローコントローラー)もう一つの最大の弱点は急峻な圧力変動でした。

MFCの前段の圧力が急激に変化した際にMFCの内部で何が起こっているのでしょうか?
圧力が上昇すると当然現在のバルブ開度で流れていたより多くの流量が流れます。
その流量の増加をMFCの流量センサーが検知して、流量信号>設定信号となり、MFCはバルブ開度を閉める方向へ調整して一件落着のはずです。

ところが・・・文章で書くほど簡単にはいかないのでした。
なぜならセンサーが流量を感知するのにはタイムラグがあるからです。
 

「流量の増大をセンサーが検知して流量信号を出力する」
文章にすればたったこれだけの事ですが、実際はMFCの二対の巻線センサー部の熱勾配が移動するのには時間がかかります。
前々からお話ししていますように、MFCのセンサーの応答性能は決していいものではありません。
中には応答性能向上のために、ある程度センサーの反応を先取りするような制御もありますが、これもこういった場合は逆に命取りになります。
センサーが感知した次の瞬間には、もうかなりの量が流れていて、波形では一つ目の大きな山がきています。
この上昇線が下降線に転じるタイミングがMFCのバルブがギャップの量を減らし始めた瞬間なのです。

ところが、大部分のバルブアクチュエーターはセンサーよりはるかに速く動きますし、コントロールするギャップはμmオーダーです。
今度はバルブが本来制御しなくてはいけない目標値をオーバーランしてしまい、流量値<設定値になってしまいます。
ここで流量センサーからの流量減の信号を受けて再度MFCはバルブを開いて、ガスを流そうとする・・・この繰り返しがオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返す制御波形の原因なのでした。

131213_01


  つまりノンビリ屋のセンサーさんと、せっかちなバルブアクチュエーターさんのコンビである現世代のMFCでは、バルブが流量制御しようとしてオーバーラン を繰り返してしまうようなイメージになるのです。こういった現象はセンサーの生の応答が速く、接ガス部のボリュームが小さい傾向のMFCでは小さいはずで す。

つまり巻線式非接触型センサーより、チップセンサー方式の接触型センサーで、バルブはダイヤフラム+ピエゾアクチュエータータイプの方がリカバリは速いはず・・とDecoは予想しています。
でも、この組み合わせは正反対の用途(チップセンサーは不活性ガスの多い一般工業向け、ピエゾダイヤフラムはバリバリのクリーン環境用途で用いられてます。)なので、なかなか市場に存在していません。
(どなたか試作してデータを取っておられませんか?)

「でも、実際の配管でいきなり供給圧を変化させるなんで事はしないから、大丈夫じゃないの?」
こうおっしゃる向きがあるかもしれません。

ところが気がつかないところで、この問題は頻繁に起きているラインもあるのです。
それは一体どういうシチュエーションなのでしょうか?

【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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