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2017年4月25日 (火)

真・MFC千夜一夜物語 第232話 コリオリは完全無欠の質量流量計 その2

 もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌 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20174月号(3/25発売)で連載33回を迎えさせて頂きました。

Mini_coriflow_m

コリオリ式マスフロー <出展:ブロンコスト・ジャパン(株)>

コリオリ式流量センサーの流量式を下図で示します。

もう何度かこのブログで登場しているので、おなじみの方もおられるかもしれませんね。

170425_01

マスフローコントローラー(MFC)で主流である熱式流量センサーとの差は、流量式に一切流体固有の物性を必要としていないことです。
熱式流量センサーは下図のように流量式に流体の比熱を組み込んでいます。

170425_02_2

つまり、流体の種類、もしくは混合比率が明確になっていないと正しく流量を導くことができないというのが、熱式の弱点なのです。
流体が空気や窒素なら実ガスで流量校正することも可能ですが、ホスフィンのような大気中で自然発火してしまい、なおかつ毒性が非常に強いガスの実ガス校正はナンセンスですし、液体では半導体プロセス用の新しい材料で物性が明確でないものも当然あります。
組成が刻々と変化するような混合流体もあるでしょう。
こういった流体に対しては、校正流体である窒素や水に対して、コンバージョンファクター(CF)という補正値を設定して運用するのですが、温度、圧力、MFC内部の分流構造によってCFは一つではありませんし、そもそも組成がわからない流体の場合は、CFそのものが算出できません。

それに対してコリオリ式は、物性を問わずチューブを流すことができる粘性の流体ならば、どんな流体でも質量流量で測定ができます。
ここで重要なのは、質量流量(Mass Flow)だということですね。
温度・圧力に応じた補正(温圧補正)が不要の重さ=質量で流体を測れるのは、コリオリ流量センサーだけです。
「いや、マスフローには熱式も圧力式もありますよ!」という声が聞こえてきそうですが、まず圧力式と言われるオリフィスやラミナーの前後差圧を測定して流量を導き出す方式は体積流量計ですので、温圧補正が必要です。
熱式は質量流量計に分類されますが、熱の移動を測る測定原理からして温度影響が大きくあり、その補正範囲での限定した質量流量計ですし、先ほど説明したようにCFの信憑性という固有の問題も抱えており、不完全です。

今の時点で完璧な質量流量計と呼べるのは、コリオリ式だけなのかもしれませんね。

【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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