真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第501話　再度マスフローの弱点を語りましょう　その9

本ブログでは質量流量計（熱式流量計、コリオリ式流量計）であり流量をアナログ信号やデジタル信号で出力するマスフローメーター（以下MFM）や、流量信号を基に流量制御を行うマスフローコントローラー（以下MFC）及びその応用技術での流体制御を紹介しています。
本ブログの初期記事でお話ししたマスフロー（MFMとMFC）の弱点解説をリニューアルしていきます。

マスフローの温度補償で問題になるのは、どこでこの温度補正の元になる流体温度を測定しているかです。
実は大部分のマスフローは流体の温度を測定せず、マスフローのボディや基板の温度を測定していることが多いのです。
流体温度＝マスフローの環境温度ならば問題は無いのですが、これに大きな差があった場合、間違った温度情報による補正がかかることになります。
これがマスフロー最大の弱点なのです。
ただ、流体温度をダイレクトに測定していないという仕組みには、それなりの理屈があります。
温度センサーを直接流路に配置した場合、流体によっては腐食や反応物の堆積などで正確な温度が測れない。（特にMFCにとって主用途の半導体プロセスガスに多い。）
かといって流体に間接接触での測定は、感度の上で適切なものがなく、感度を得るためには温度センサーを取り付ける接ガス材質をステンレスよりも熱伝導率の良い材質に変更せねばならず、これもまたその材料が半導体プロセスでの接ガス材質としては問題になる可能性もあるのです。（重金属汚染等）
こういった理由で、温度補正情報には流体そのものの温度ではなく、MFCの周辺温度を使っている事が多いのでした。

実際にＤecoが経験したこのような事例がありました。
あるユーザーでMFCの流量モニター用にMFMを使っている新ラインと、フロート式流量計でやっている旧ラインがありました。

おさらいですが、フロート式流量計＝面積式流量計の原理は以下になります。
英語名 Variable Area Flowmeter （可変面積式流量計）の方が、その原理がわかりやすいでしょう。
下から上に向かって広がった透明なテーパー管の中にフロートがあり、このフロートは流れに押されて上方に動く。
フロートが上がるにつれて、テーパー管の内壁とフロートの間から流体が抜け出る量が増え、フロートを押し上げる力が弱くなり、最後にフロートはその押上げ力と重さがバランスした位置で止まる。
この位置が流量を表します。

「夏になるとフロート式流量計でモニターしている流量がずれる」というクレームがあり、Decoは現場に向かいました。
環境はクリーンルームではないものの、常時空調の入った居室であり、周囲温度に大きな変動要素はありませんでした。
ユーザーはフロート式流量計が体積流量計であることをよく理解し、表示値に対する温度・圧力補正計算を行っており、その補正を入れてもフロート位置の目視ミスでは済まないレベルのズレ量が発生していました。
時系列で確認すると、2年前に空調関係の設備工事をした後から、問題が起きているとのこと・・・
ラインを一緒にチェックした意外な事実がわかりました。
配管に空調の風が直接吹き付けている箇所を発見したのです。
MFCへ過度に冷却されたガスが入り、周囲温度と流体との差が大きくなって、温度補正が正しく行われていなかったのでした。
真夏にしか現象が起きない真夏の怪談の正体がそこにあったのです。
試しに空調の吹きだし方向を配管から逸らし、更に配管部を板で遮蔽すると、フロート式流量計の表示値はMFCの流量出力とほぼ同じレベルまで回復した。
つまり狂っていたのはMFCで、一見原始的なフロート式流量計の方が正しい値を示していたのです。
ちなみに流量確認にMFMを使っていた新ラインも隣接してあったのだが、同じ原理の熱式センサーを使うマスフロー同士、空調の冷気で仲良く温度補正異常を起こしていました。この事態の教訓は、現場確認できたから原因究明ができた、ということです。

もし顧客がフロート式流量計とMFCを流量異常ということでメーカーへ送って検証を依頼されていたら、どうなっていたでしょう？
当然フロート式流量計のメーカーでは異常なしという判断でしょう。
MFCメーカーの受け入れ環境でも、ガス温度と周囲温度を一致させているので、顧客で生じた不具合は再現しません。
「ご指摘の問題は再現しません。」という報告書とともにMFCは送り返されることになります。
そして、ユーザーが再度それらを取り付けると、同様のトラブルが再発することになります。
このことがメーカーへの不信を産み、良くないループが始まることになるのです。
この問題が大変やっかいなのは、マスフローからの流量出力やアラームでは読み取れない、いわゆるサイレント ディジーズ（静かに進行する病気）だと言うことです。

【あなたにＭＦＣの夜が来る～真・ＭＦＣ千夜一夜物語】by Deco　EZ-Japan　& Safe TechnoloGy