前？後？どちらが正しいの？

MFC豆知識です。

最近、Web-MTG等でご質問頂く内容で、これは！っと思ったものをご紹介しておきますね。
マスフローコントローラーの場合、機器の構成は以下の図のようになっているものがほとんどです。

上流に流量センサーがあって、その下流に流量制御バルブという構成です。
ですが、よく見るパージメータの世界で多いのも・・・

やはりバルブは下流にあります。（上部ニードル配置と言い、逆にバルブが上流にいる下部ニードルと言う配置もあります。

計装の世界では逆に流量調整バルブが前で、流量計（マスフローメーター＝MFM)が後ろと言う場合もあります。

「前か？後か？どちらが正しいのでしょうか？」

先日、このようなご質問を頂く機会がありました。

答は、「どちらでも良いのですが、気を付けて頂きたい点がございます。」となります。

流量計はどこで流れている値を読みたいかによりますので、流量計の設置はその原則で配置すべきです。
ですが環境条件によってはその配置を取る事で、流量計の測定結果にある影響が出る可能性があることを考慮しなくてはなりません。
原則として流量計を置いた側(バルブより上流なら一次側、下流なら二次側）の圧力影響や流路形状による影響を流量センサーは強く受けるとお考え下さい。

例えば流量計(MFM）が下流にある場合です。
流量計の二次圧が大気開放ならば問題はありませんが、例えば真空の場合にはまずい場合があります。特に熱式の流量センサーを搭載したMFMで分流測定構造を採っているものです。

真空下、Decoが以前データを取ってもらった際は-30kPaを超えた辺りから流量出力に繰り返し性が無くなったのを記憶しています。
これはガスが希薄になる影響を受けて、センサーチューブと層流素子(バイパス)との間の分流比が変動を始めるせいではないかと推論しています。
この影響はインサーションタイプやMEMSタイプで全量測定タイプではまだ起きにくい傾向があります。
ただ起きにくいと言っても流路のガス原子が希薄になる事で値自体に変動は生じてきますが、圧力依存性として、まだ補正値で管理できる範囲でした。

このような流量センサーの場合、流量センサーは前に置き、流量制御バルブで真空と仕切ってしまう配置がベストでしょう。
MFCがまさにこの配置を取る事が多い理由は、MFCの販売対象業界が半導体製造装置向けで、MFCの二次側は装置のチャンバーであり、そこは高真空に設定されることが多いからなのです。

逆に加圧系の装置ならば、流量計を流量制御バルブ二次側に配置することも多くみられます。
ただ、ここで気を付けて頂きたいのは、流量計の種類によって差こそあれ配管径の5~10倍の長さで曲がりや径が変動しない穏やかな流れの直管部を必要とすることです。
そして、流量制御バルブは、その構造上、確実に流路を絞りますから、下流へ送られる流れは、決して穏やかなものとは言えないでしょう。

この乱れた流れを整流する仕組み無しで、流量センサーを流量制御バルブの下流に配置すると、流量計の測定値に悪影響を及ぼす場合もあるという事なのです。

【MFC豆知識】 by Deco　EZ-Japan