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2015年9月16日 (水)

真・MFC千夜一夜物語 第195話 MFCで使う用語のお話 その12

日本工業出版さんの「計測技術」誌での「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載も2015年8月号で17回目を迎えさせて頂きました。
(9月号は誌面レイアウトの都合で休載だそうです。)

前回お話した通りマスフローに使われる熱式流量センサーの生信号は決して速くはありません。
その為、マスフローコントローラ(MFC)で“システムとしての流体制御”としての高速応答性能を得るためには、センサー出力に細工が必要になります。
生のセンサー出力を時間で微分した成分を、元のデータに合成することで応答性能を高速化します。
ですが、この合成も微分成分が強過ぎると出力自体が非常にピーキーとなり、実際の流量よりもオーバーシュートしてしまいます。
そうすると流量出力信号>設定流量信号となってしまい、流量制御バルブは本来求められる開度よりも小さく開こうとして、実際の流量制御は逆に遅延することになってしまいます。

逆にこれが弱すぎると信号は遅くなり、今度は実流量制御の方をオーバーシュートさせてしまうことがあり、なかなか匙加減が難しいのです。
裏を返せば流量制御性能を無視して、見かけ上の流量出力だけを高速応答にすることは容易だということです。
だが、それはMFCに求められる“システムとしての流体制御”としての応答性能ではありません。
顧客サイドではMFCの応答性は、その流量出力だけを見て議論されていた節もありました。
また、MFCの応答性に関するカタログスペック表記を、そのまま顧客環境でも適用しようという動きもありました。
前者に関しては、先ほどの説明で流量出力だけならばいかようにでも細工できてしまい、なおかつ本来の流量制御の応答性に貢献しない事は、理解頂けたと思います。
後者に関しては、MFCメーカーで応答調整された環境とユーザーの仕様環境は当然異なることが多く、それに対して応答性能は決して再現性がよい訳では無い為に生じます。
つまり応答性をメーカーの提示するスペックのみからの判断は難しく、ユーザーの実際使用環境での評価試験や、メーカーでの環境再現テストを行って初めて確認が出来るものなのです。
こういった背景を理解した上で、使用するプロセスに必要な本当の応答性能の定義を作り上げる必要があったということですね。

先達の種々の努力によりMFCの応答性定義として確立したものの一つが、”SEMI E17 マスフローコントローラの過渡特性テストのガイド”です。
興味を持たれた方は一覧をお薦めします。
最近のMFC応答性で使われる定義・用語は、そのほとんどがこれに準じていると思ってよいくらいです。

150916_01

上図でわかりやすく図示したつもりですが、ステップ応答時間(Step Response Time)整定時間(Settling Time)の定義を確認頂ければと思います。
これは応答性に限りませんが、ユーザーは何を持ってその要求仕様に対する合否を判断したいと考え、それに対してメーカーはどういう根拠でそのスペックを定義しているかという根本を押さえておくことは最重要事項です。
メーカーの定義と、ユーザーの求めるものが全く異なるということもあり得ます。
そういった場合に前述の評価試験という摺り合わせと検証の場が必要になるのですが、その前にこういった理詰めの前提がない、ただ漫然とした評価試験では、正しい結論を導かないことが多いのです。

【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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