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2018年7月10日 (火)

応答性とは?

下図でMFC(マスフローコントローラ)の応答特性に関する用語を整理してみました。
180710_01

これは SEMI Standard  E17 “ マスフローコントローラの過渡特性テストのガイド” にて定義されてたものを参考にしています。
最近のマスフローメーカーが仕様書に記載する定義・用語は、そのほとんどがこれに準じていると思っていいでしょう。
MFCのゼロから設定値へ流量制御する応答性に関しては、「応答性能1秒以下」等とよく表記されます。
これには設定信号(SV値)が入力されてから、流量信号(PV値)が反応するまでの無反応時間(だんまり時間(Dead Time)が含まれています。

無反応時間を含むトータルの応答時間は整定時間(Settling Time)で表記するのが、今では一般的です。

図中のステップ応答時間(Step Response Time)と整定時間(Settling Time)は異なる定義であるので注意して下さい。
いずれも流量が設定値の±2%に到達することを目安としていますが、ステップ応答時間がその最初、つまり目標値の-2%を通過する時間の事なのです。
乱暴な言い方をすれば、ステップ応答を良く見せる為には、オーバーシュートを過多に調整すればOK。
整定時間の定義が導入されるまでは、こういったオーバーシュート含みの応答波形で出荷されるMFCが多く、顧客は仕様通りの圧力条件で使用しても、大きなオーバーシュートによりプロセスの問題を抱えて困ってしまいました。
MFCの最大ニーズのある半導体製造装置の大半はリアクターを高真空に維持してプロセスを行います。
これではせっかく排気側APCで高真空を保っても、ガス導入時のオーバーシュートによるガスサージで真空が破壊されてしまいます。
おまけにオーバーシュート過大なMFCはそのピーキーなPID特性から、オーバーシュートと、アンダーシュートを繰り返し、整定時間はかなり遅いのです。
その間、ガスをベントへ捨てて、流量が安定してから切り替えるという無駄を強いられることになってしまいます。
高価なプロセスガスですし、そのほとんどが毒性や可燃性を持つ危険なガスを、反応なしでそのまま捨てられるというのは、排気側にある除害装置への負担もかなり増やすことになり、良い事は何もありませんでした。
オーバーシュートレスの応答波形は、それだけ目標値へ緩やかに到達する為に、結果としてガスサージは生じにくく、更に応答の制定も早いのでいいことづくめなのです。

【MFC豆知識】by Deco EZ-Japan

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