電気式耐食調整弁の応用例。スクロースサルファイト清澄化プロセスにおけるリン酸流量の自動制御 概要：現在、ショ糖亜硫酸塩精製工程におけるリン酸液の流量制御には、一般的に調整弁が使用されています。このため、一般に調整弁は耐食性が悪く、応答速度が遅く、自動レベルが低いという問題がある。本稿では、ステッピングモーター推進とFFKMパーフロロエーテルゴムシール技術を採用したニードルバルブに基づく新型の耐食性電子制御弁を紹介する。真空中でも使用可能な良好なシール性能とマイクロ秒の応答速度を有している。直流電圧信号またはRS 485で直接駆動することができ、ショ糖生産ラインに使用されています。 1.ご質問 現在のショ糖製造工程では亜硫酸塩清澄工程が一般的であり、リン酸自動制御システムによりリン酸の自動調合が必要である。サトウキビ汁の流れに応じて、リン酸の添加量をリアルタイムで連続的に自動調整し、リン酸添加の精度を確保します。リン酸添加量は、濃度85%のリン酸液の流量を調整することで制御していますが、次のような問題があり、早急に解決する必要があります：（1）耐腐食性が悪い。(1)耐食性の低下：濃度85%のリン酸液は無機中強酸の一種であり、一定の腐食性を持っている。現在、多くの電気式流量調整弁は一般的に耐食性が低く、硫酸の流量調整には使用できない。(2)自動化レベルが低い。現在、リン酸の流量調整には、耐腐食性の高い手動式の調節弁がまだ多く使われています。リン酸添加の精度や適時性の悪さは製品品質に影響し、リン酸の使い方を正確にマスターすることは不可能です。(3)精度が悪く、応答速度が遅い。流量調整用の電動・空気圧ボールバルブやバタフライバルブもありますが、一般に直径が大きすぎ、調整精度が悪く、応答速度が遅いため、リン酸の流量に対するppmレベルの調整精度の要求を満たすことができません。 2.耐食性精密電気調量弁 KaoLuが開発した耐食性電子ニードルバルブは、高精度リニアステッピングモータでバルブシャフトを駆動するスマート電子二方計量ニードルバルブである。主な技術指標は以下の通りです。 (1) 接点材料：ステンレススチール (2) シール材：パーフルオロエーテルゴム(FFKM) (3) 応答時間：0.8s（全閉から全開まで） (4) 使用流体：ガス、液体 (5) 圧力範囲: -1~7bar (6) スプールスロットル内径: 0.9~4.1mm (7）流れの範囲0.1~2000L/m (8）直線性: ±0.1~±11% (9) 繰り返し精度：±0.1%（フルスケール） (10)動作温度範囲:0~84 (11）制御信号: 0~10VDC か RS485 (12）働く電源。24V (≤12W) さらなる製品情報については、https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm。

真空レーザーパウダーベッド溶融における精密圧力制御 レーザーパウダーベッド溶融における低圧SLM溶融プロセス 特徴溶融プールがより安定し、ポロシティが減少します。低圧雰囲気の要求。5kPa~101kPaのプロセスウィンドウ内で、高速かつ正確な空気圧制御を実現します。 圧力制御 制御方法：電子空気流量制御弁と下流二次比例流量制御弁を同時に使用して、上流の空気取り入れ口を調整する双方向制御方式。また、吸気流量と真空ポンプの排気量を調整することができます。これにより、レーザー溶融炉における高精度な真空レベル制御を実現します。電子式エアフローコントロールバルブの詳細については、https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm をご覧ください。 センサー：真空圧力センサー、測定範囲：5kPa~101kPa、精度：±0.2%。 コントローラ：双方向PIDコントローラ、双方向制御機能。

要旨：分光計測，分光計は，検出・監視のための重要な技術手段である。満足な測定精度を得るために、分光器は高精度の圧力・温度変換器、アクチュエーター、PIDコントローラーを必要とし、応用範囲が広く、高精度、統合が容易、低コストという特徴を持つ必要がある。この記事では、KaoLu FCシリーズ電子ニードルバルブの革新的な製品と組み合わせて、分光器の圧力と温度制御の特性に焦点を当てます。また、高精度と低コストの高性能スペクトル測定、分光器の温度と圧力の測定と制御プログラムを提供します。 1.質問の定式化 定性・定量的な科学分析手法として、スペクトル測定は測定精度が高く、応答速度が速いという利点から、様々な検出・監視研究において重要な技術手段となっている。しかし、実用化においては、試料ガスの圧力や温度の変化が測定結果に影響を与える。ここでは、分光計測における温度・圧力制御とその影響の特徴について、国内外の研究成果を紹介する。 ①.圧力制御範囲 分光器や分光測定器によって、圧力制御範囲に対する要求が異なる。例えば、ガスキュレットを用いる赤外分光法では、試料ガスの圧力を調整することで、吸収ピークの強度を得ることができます。一般的な圧力範囲は、0.5～60kPaです。TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技術を使って大気中の炭酸ガス濃度を測定する場合、6~101kPaの範囲で安定した圧力が必要とされます。X線分光器の検出器内部の圧力を精密に制御するにあたっては、検出器の測定精度を確保するために作動ガスの密度を安定させる必要があります。一般に、圧力は1気圧程度以上に制御する必要があるが、レーザー誘起ブレークダウン分光器の作動圧力は275kPaまでが望ましいとされる。分光器の作動ガスの圧力制御範囲は比較的広く、一般に0.1〜300kPaの範囲であり、基本的に真空負圧から大気圧の3倍までの4桁の圧力範囲をカバーしていることが分かる。 ②.圧力制御精度 分光の検査では、観測されるスペクトル線強度と実ガス密度の関係は、ガス試料の圧力に依存するため、圧力制御精度が分光測定精度を直接左右する。例えば、Picarro社のスペクトルアナライザにおける圧力制御精度は±0.0005気圧（変動率±0.05%@1気圧）である。文献[1]には、設定圧力が6.67kPaのときに吸収タンクを制御したことが報告されている。4時間連続制御後の圧力変動は±3.2Pa、変動率±0.047%であったと報告されています。文献[2]では、サンプルセル内のガス圧も6.67kPaで制御した場合、圧力の長期変動幅は7Pa、変動率は±0.047%であったと報告されています。文献[3]には、レーザー赤外線マルチパスセル圧力制御システムの安定性測定が報告されている。目標圧力は60Torr、変動幅は150~200sで最大±0.04Torr、変動幅は±0.067%であった。文献 [4] では、分光計測装置の高精度な温度・圧力制御シス テムの設計と研究が特別に報告されている。目標圧力値は18.665kPa、42時間の定圧制御、最大偏差は5.33Pa、変動率は±0.014%です。文献[5]では、X線分光器における検出器の定圧制御の結果が紹介されています。作動ガス圧力940hPaの定圧時、変動幅は±2hPa以下、変動率は±2%であった。文献[6]では、0.05~30mbarの圧力範囲におけるX線光電分光器の定圧制御技術が紹介されている。設定値が0.1mbarのとき、定数精度は±0.001mbarに達することができ、変動率は±1%であった。 ③.温度制御精度 スペクトル試験では、スペクトル線強度と真のガス密度の関係は、ガスサンプルの温度安定性にも依存します。温度の安定性は、圧力の安定性にも影響する。文献[2]では、サンプルセル内のガス温度を室温（24℃）に制御し、短期温度変動は±0.01℃、長期温度ドリフトは±0.025℃、変動率は±0.1%であると報告しています。文献[4]では、分光器の高精度温度制御システム、温度は45℃に制御され、42時間以内の温度変動は±0.0015℃、変動率は±0.004%以下であることが報告されています。 まとめると、試料ガスの圧力変化と温度変化が測定結果に影響を与える主な要因であることがわかります。そこで、分光測定や各種分光器において、試料ガスの圧力、温度調整、制御には、以下の要件がある。 (1) 圧力制御範囲は非常に広い（0.1~300kPa）が、それに対応する測定・制御精度は実に高く、圧力測定センサー、制御バルブ、真空ポンプ、それに対応するコントローラーに高い要求がなされる。この閉ループ制御システムでは、これら4つの構成要素が互いにマッチングしていなければ、満足な結果を得ることは困難である。 (2）同様に、高精度な温度制御の過程では、適切な温度センサー、加熱装置、電源、コントローラーが必要となる。温度閉ループ制御システムを構成するこの4つの要素もまた、互いにマッチしていなければならない。 (3）圧力と温度の2つの閉ループ制御系には、高精度なコントローラが使用されることになる。実験コストと分光器のコストを下げるために、2つのPID自動制御機能を同時に持つ高精度なコントローラを使用したい。 (4) 異なる分光測定や分光器に着目すると、その試験構造は同じではないので、温度・圧力制御系の各コンポーネントの独立性が必要である。このように、試験装置と分光器の一体化を図ることが有益である。 全体として、満足する分光測定の精度を得るためには、高精度な圧力・温度センサとアクチュエータが必要となる。このセンサは、広い適用範囲、高精度、容易な統合、低コストという特徴を持っている。 この記事はこれらの特徴に注目し、KaoLu の革新的なプロダクトと結合し、高精度および費用効果が大きい分光器測定および分光器の温度および圧力測定および制御計画を提供します。 2.分光器の圧力と温度の統合測定と制御方法 2.1 制御モード設計 (1) 圧力制御モード 前述したように、分光器の制御範囲(0.1～300kPa)に対しては、使用する特定の圧力範囲に応じて対応する測定・制御モードを選択することが最適な解決策となる。図 2-1 に示すように、低圧力範囲ではアップストリーム制御モードを使用することが推奨される。また、上流と下流を同時に制御する双方向制御モードを採用することも可能です。 図2-1 圧力制御の3つのモード 低圧の場合は上流制御モードを採用し、真空ポンプの排気速度を繰り返し発揮させることで、真空チャンバー内の圧力を素早く正確に制御することができる。高圧（1気圧程度）の場合は、下流制御モードを採用し、真空ポンプの排気速度を効果的に制御し、真空チャンバー内の圧力を迅速かつ正確に制御することができます。同時に、空気吸入口での試料ガスなどの作業を回避することができます。FCシリーズの電子ニードルバルブを使用すると、チャンバー内の真空度を高分解能で調節することができます。 吸入空気量やキャビティ圧に厳しい規制がある場合、それらを正確に制御する必要があり、2ウェイ制御モードを採用する必要があります。双方向制御モードは、一定の圧力下で異なる吸気流量を制御することができるが、双方向制御モードはコントローラに双方向制御機能を持たせる必要があり、コントローラに高い容量要求を突きつけることになる。以上，3 つの制御モードの特徴について紹介した。 (2) 温度制御モード また，温度範囲や温度制御精度の要求の違いにより，温度測定・制御モードを選択する必要がある。例えば、室温に近い温度で、温度制御の精度が高い場合。それは加熱と冷却機能を持つ双方向制御モードを必要とした。このモードだけで、十分に高い温度制御精度を確保することができます。また，高温域の周辺にある場合は，双方向制御方式，すなわち加熱に着目し，一定の冷却補償を供給して温度制御精度と急速な温度安定性を向上させることが推奨される。 2.2 センサーの選び方 圧力と温度の測定と制御の精度を確保するためには、センサーの精度が重要であり、センサーの選定は特に重要である。 上記範囲の圧力制御には、最も精度の高い薄膜コンデンサ型真空計を使用することを強く推奨する。この真空計の測定精度は読み値の0.2%に達することができ、全領域で良好な直線性を持っており、接続が非常に容易です。コントローラは、高分解能で温度ドリフトの小さいリニア制御を行います。実際の選定にあたっては、圧力範囲の違いにより、適切なレンジの真空計を選択する必要があります。前述の0.1～300kPaの圧力範囲では、2Torrと1000Torrの2種類の真空計を選択することで、圧力範囲を正確にカバーすることが可能です。 温度制御については、温度が高くない場合は、測定精度の高いサーミスタ温度センサーを強く推奨します。また，より高温の場合は，高温サーミスタや白金抵抗温度センサを推奨します。加熱温度がサーミスタや白金測温抵抗体の使用範囲を超える場合は、熱電対式温度センサの使用を推奨します。これらの温度センサは、使用前に校正が必要です。 2.3 操作部の選び方 圧力制御用アクチュエータは、高安定な定数制御ができるかどうかの決め手となります。図2-2に示すように、直線性、ヒステリシスの小さいステッピングモータ駆動の電子ニードル弁を強く推奨し、ヒステリシス、制御誤差の大きい比例電磁弁の使用は推奨しません。電子ニードル弁は、空気吸入口とガス排出口に配置したり、上流または下流の制御モードの選択により電子ニードル弁を配置することができます。分光器の真空容積が大きい場合、電子ニードルバルブは、より早く定圧制御を実現するために、より大きな口径と流量を持つ電子制御バルブに交換する必要があります。https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm をご覧ください。 温度制御アクチュエーターには、ペルチェ効果のある半導体熱電変換シートを使用することをお勧めします。このサーモエレクトリックシートは加熱と冷却の双方向の動作モードを持っています。高精度サーミスタとコントローラにより、超高精度な温度制御が可能であり、小型のワーキングチャンバーの温度制御を行う分光器に非常に適しています。 分光器の作業室が大きく、温度が300 °C以下の場合は、加熱・冷却機能付きの外部排気型循環浴を加熱に使用することをお勧めします。この循環槽も加熱・冷却機能を備えており、高い温度制御精度を得ることができる。 分光器の動作温度が高い場合は、抵抗線または光加熱方式を使用することを推奨し、同時に一定の通風・冷却装置を装備して加熱の応答速度を向上させ、温度制御の安定性と速度を確保することが可能である。 2.4 コントローラの選び方 コントローラは、高精度・高安定な圧力・温度測定と制御を実現するための最後の保証である。圧力制御の設計では、選択した真空計とアクチュエータに応じてコントローラを選択する必要があります。詳しい選定方法は、文献[10]を参照してください。文献の計算によると、圧力測定と制御の精度を確保する場合、少なくとも16ビットのデジタルコレクタを複数使用する必要があるとのことである。同様に，温度測定と制御の精度もデジタルコレクタの数で決まる．したがって、分光器の圧力と温度の制御には、最も精度とコストパフォーマンスの高い、KaoLu社が開発した24ビットA/Dアクイジションコントローラと、PIDパラメータ制御機能を組み合わせることが推奨される。 以上の選択により、最終的な圧力・温度測定と制御の方式は図2-3のようになる。 特に注目すべきは、上記の圧力・温度制御が基本的に双方向制御方式を採用している点である。弊社が開発した高精度コントローラはこの機能を有している。また、分光器の実用化においては、圧力と温度を同時に制御することが必要である。電子ニードルバルブを制御するコントローラを2つ使用することもできるが、対応する分光器全体の容積が大きくなり、操作が煩雑になり、コストアップにつながる。そこで、高精度なコントローラとして、デュアルチャンネルPIDコントローラを推奨している。2 つのチャネルは独立に異なった PID の変数を制御し、PID 変数の自動調整を同時に行うことができ、各チャネルに対面制御機能があります。コントローラを効果的に簡素化し、機器のサイズとコストを削減することができます。 3.3.まとめ 要約すれば、分光器の圧力および温度の測定および制御条件の分析を通して、詳しい温度および圧力測定および制御技術的な機構は断固としたである。また、この方式を決定するための根拠と、対応する選択された部品の技術パラメータを詳細に紹介した。閉じたループの調節の FC シリーズ電子針弁を使用してユーザーは高精度の圧力レベルを制御することを可能にします。 全体の技術的なソリューションは、完全に圧力と温度の測定と制御のためのスペクトル測定と分光計の要件を満たすことができ、高い測定と制御精度、強力な機能、広い応用範囲、簡単な統合と低コストの特性を持っています。薄膜コンデンサ真空計は輸入製品（ローカライズ真空計もオプション）であることを除いて、スキーム内のすべての選択されたコンポーネントと楽器は台湾で作られています。

要旨：クライオスタットにおける低温媒体の高精度制御に焦点を当て，主に低温媒体の減圧・温度制御方法と，空気圧制御精度が低温安定性に及ぼす影響について紹介する。加熱、流量制御、圧力制御の3つのモードと、電気式空気流量制御弁を組み込んだ対応する具体的な作業条件とその詳細。 1.1.はじめに クライオスタットにおいて、極低温媒体（液体ヘリウム、液体窒素など）の温度変動は、極低温媒体の沸騰上部の圧力（真空）の変化が主な原因である。したがって、極低温媒体内の温度を安定させるためには、極低温媒体上部の空気圧を正確に制御する必要があります。 クライオスタットの国際的・局所的な温度制御は、主に以下の3つの技術的アプローチを採用している。 (1)アクティブコントロール方式。(1) アクティブ制御方式：加熱回路を低温媒体に浸された真空チャンバーに直接導き、真空チャンバーの温度リアルタイムモニタリングデータを用いて目標温度値と比較し、加熱回路に加える電流を制御する。 (2)パッシブ制御方式。低温媒体上部の空気圧を制御し、低温媒体の温度を安定化させる。 (3)複合制御方式。上記2つの制御方式を組み合わせ、加熱制御回路を直接低温媒体に浸された真空チャンバーに導き、低温媒体上部の空気圧も同時に制御する。抵抗加熱温度制御方式は、すでに非常に成熟した技術である。本稿では、主に低温媒体上部の圧力制御法に焦点を当て、圧力制御精度が低温安定性に及ぼす影響、高精度圧力制御の実現方法と具体的スキームについて紹介する。 2.空気圧制御精度と温度安定性の関係 液体水素を例にとって、液体水素の飽和蒸気圧とそれに対応する温度変化曲線を図1に示す。 図1からわかるように、非常に小さな温度範囲では、上記の曲線は直線で記述できるため、4K程度の温度範囲で得られ、100Pa程度の空気圧の変動で1mK程度の温度変動が発生することになります。従って、1mK以下の変動にしたいのであれば、気圧の変動は100Paを超えてはいけないと考えることができる。 3.3.トップエア圧制御の3つのモード 極低温媒体頂部の空気圧制御には、一般に抵抗加熱、流量制御、圧力制御の3つのモードがある。 3.1 抵抗加熱モード クライオスタットの定温制御プロセスにおいて、低温媒体中に抵抗線ヒータを配置するのが抵抗加熱モードである。図 2 に示すように，上部の空気圧の変化を真空計で検出し， PID コントローラが加熱電流を変化させて上部の空気圧を調整・ 制御し，上部の空気圧を設定値で一定に保持する。図2から、抵抗加熱モードは、上部の圧力を上げる昇温制御方法には適していますが、減圧・冷却はできないことが分かります。 3.2 流量制御モード 流量制御モードは、代表的な減圧・冷却モードである。図3に示すように、真空ポンプが一定の排気速度でクライオスタットを連続的に吸引し、上部の空気圧を下げます。真空計、電子空圧式流量制御弁、PID コントローラは閉ループ制御ループを形成している。FCシリーズの電子空気圧流量制御弁は、真空度でトップエアーの圧力を正確に一定に保つために空気の流れを調整します。流量制御モードは、冷却とトップエア圧を下げる温度制御方式に適していますが、過給と加熱には及ばないことが分かります。 また、流量制御モードでは、真空ポンプの連続排気により、低温媒体の非効率的な放熱がより深刻になります。 FC シリーズ電子空気圧流量制御弁の詳細については、https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm をご覧ください。 3.3 圧力制御モード 圧力制御モードは、圧力を増加または減少させることができる温度制御モードである。図4に示すように、真空ポンプを採用して真空にする場合は、減圧のモードである。ブースターポンプを採用した場合は、圧力を増加させるモードである。そのため、広い温度領域で連続的な温度制御を行うことができる。使用される比例圧力調整器は 1 つの空気入口（大気圧）と来ます。真空ポンプと組み合わせて、それは効果的に一定の圧力でトップ圧を制御しながら、低温媒体の非有効な散逸の多量を回避することができます。 さらに、ここでの過給方法は、低温媒体に電気ヒーターを追加することによっても到達することができます。 4.4. その他の作業内容 上記 3 つの制御モードを実施する際、特に以下の詳細に注意する必要がある。 (1) 真空計の選定 真空計は、上部の気圧の変化を測定するセンサーである。クライオスタットの温度制御の安定性を決定する鍵になるので、必ず高精度の真空計を選択する。現在、高精度な真空計は静電容量方式のフィルムゲージが一般的で、全体の精度は0.2%となっています。前述のように、4K前後の液体水素の定温制御プロセスでは、気圧変動が100Paを超えないこと、±50Paであることが要求される。100kPaの空気圧制御に対応するのであれば、真空計の精度は±0.05%以上が必要である。また、温度変動が1mK以下の定温制御では、より高精度な真空計が必要であることがわかる。 (2) PIDコントローラの選定 定温制御の過程で、PIDコントローラは真空計の測定値をA/Dコンバータで収集し、演算後D/Aコンバータでアクチュエータ（電気針弁、圧力調整器、加熱電源等）に制御信号を送ります。).このため、真空計の高精度な制御精度を十分に生かし、電子空気式流量制御弁で制御するためには、A/D、D/Aコンバータの精度は高いほど良く、少なくとも16bit、24bitの高精度PIDコントローラを強く推奨する。 (3) ボルテージレギュレータの配置 ボルテージレギュレータは、真空圧センサ、コントローラ、バルブを一体化した圧力制御装置であるが、真空圧センサの精度は薄膜コンデンサよりはるかに低く、またコントローラの精度も比較的低いため、ボルテージレギュレータを使用する場合は、薄膜コンデンサを使用した方が良い。そのため、電圧レギュレータを使用する場合は、外部制御モード、つまり制御センサーとして薄膜コンデンサを使用することを選択する必要があります。 また、レギュレーター内のコントローラーのA/D、D/Aコンバーターは低精度であることに注意が必要です。従って、高精度・高安定なトップエア圧制御を行うためには、専用の高精度電圧レギュレータを使用しない限り、圧力制御モードは推奨されない。

INFICON VDE016とPfeiffer EVR116ガスコントロールバルブおよびPIDコントローラの局所的な代替品 概要：INFICONのVDE016とPfeifferのEVR116ガスコントロールバルブだけでなく、INFICONのVCC500とPfeifferのRVC 300コントローラと比較。この記事では、対応するローカライズされた代替製品の電子エアフローコントロールバルブと高精度PIDコントローラのマルチファンクションを紹介します。また、ローカライズされた代替製品の対応する機能と技術指標を紹介する。 1.1.概要 INFICONのVDE 016とPfeifferのEVR 116のガス制御弁は、実は全く同じ制御弁で、OEMが異なるだけである。図1に示すように、このガスコントロールバルブはステッピングモーターで駆動するニードルバルブで、外部コントロール信号を所定のバルブニードル位置に変換し、バルブの開度を調整することでガス流量制御に到達させることができます。外部制御信号には、以下の3種類があります。 (1) DCシミュレーション電圧(0~10VDC) (2) インターフェースモジュール (3) RS232 インターフェース このガス制御バルブには、INFICONとPfeifferが図2に示すようなマッチングコントローラを提供している。INFICON社：VCC500-Z，Pfeiffer社：RVC 300．RVC300である。 本稿では、上記のコントロールバルブとコントローラの対応する技術指標を紹介し、対応する現地代替製品とその技術指標を紹介し、現地代替のための費用対効果の高い製品を提供することを目的とする。 2.海外製品の技術指標 2.1 ガス制御弁の仕様 INFICON 社と Pfeiffer 社のコントロールバルブの性能パラメータを表 1 に、技術指標を表 2 に 示す。 2.2 コントローラの技術指標 INFICON 社と Pfeiffer 社のコントローラ性能の技術指標を表 3 に示す。 動作モード 圧力制御，ガス流量調整 アナログ出力 4チャンネル：真空圧センサー信号、バルブ信号（0-10VDC）、バルブ位置、＋10VDC基準電圧（10mA) 数値出力 8チャンネル：開弁、閉弁、弁位置、弁異常、センサ異常、準備、発散、センサ状態 アナログ入力 2チャンネル：真空圧設定値（標準値）、流量設定値（標準値） 数値入力 8チャンネル：流量減少、流量追加、外部閉鎖、外部開放、流量モード、圧力モード、排出開放、排気開放 特徴 停電の後で、出力「標準的な価値に」達して下さい、そしてそれは許容を調節できます始動させて下さい 表示単位 mbar、Pa、Torr、mV 表示言語 英語、ドイツ語 通信インターフェース RS232C、RS485 コントローラータイプ PI自動：それは制御速度のステップ1-99を選択することができます。 PID：ユーザーがパラメータを定義することができます 制御精度 ±5% FSセンサー 表示精度 ±0.2% FSセンサ 電源電圧 電圧90 ~250VAC 重量 1.65kg 上記のコントローラの技術指標と実際の応用経験から、INFICONとPfeifferのコントローラは、以下のような欠点があることがわかる。 (1) 1チャンネルの計測とコントロール：つまり、1つの真空計信号と1つのコントロールバルブしか収集できない。アナログとデジタルの入出力チャンネルは複数あるが、クローズドループ制御は1つしか行えない。この1チャンネルのコントローラでは、2つの真空計が必要とする広い範囲をカバーすることはできません。 (2) PID自己調整機能がない。INFICON社およびPfeiffer社のコントローラの最大の欠点は、PIDパラメータの自己調整機能がないことであり、実用上、ユーザー自身で適切なPIDパラメータを見つけなければならない不便さがある。そのため，最終的に最適なPIDパラメータが得られないことがあり，制御効果に大きな影響を与える． (3) 制御精度が悪い。制御精度はセンサーのフルスケールの±5%であり、基本的にコントローラー内の捕捉・制御回路は12ビットA/D、D/Aコンバーターを使用しており、これが制御精度を決定する重要なポイントであることがわかる。 3.KaoLuの電子式エアフローコントロールバルブはINFICONとPFAのコントロールバルブに代わるものです。 INFICONとPfeifferのコントロールバルブは、ステッピングモータで駆動する典型的な電子式エアフローコントロールバルブです。性能指標は非常に優れています。唯一の欠点は、ニードルバルブの開度が小さいため、流量が小さくなってしまうことです。また、価格も高価である。 ガス流量制御弁の交換に到達し、低コスト高性能を向上させるために、KaoLuもローカライズのためにニードルバルブ技術でステッピングモータを使用し、異なる流量の電子空気流量制御弁のシリーズを開発しました。図3に示すように、完全にそれが置き換えられている実現し、価格は外国製品のわずか3分の1です。詳細な技術指標は、図4に示すとおりである。https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm をご覧ください。 (図3 KaoLuのFC電子空気流量制御弁) 型式 FC-20 FC-120 FC-300 FC-1000 バルブタイプ ニードルバルブ スプールドリフト径 0.9mm 2.25mm 2.75mm 4.10mm アクチュエーター バイポーラステッピングモーター制御 応答速度 0.8秒(開→閉) 標準サイズ G1/8" G3/8" 流体 不活性ガス、液体 接点材料 ステンレス鋼 圧力範囲 -1 ~ 7バール -1 ~ 5bar 最大流量 50L/分@7bar 240L/分@7bar 290L/分 @7bar 600L/分 @7bar リニアリティ ±2% ±0.1〜1% ±0.2〜5% ±11% 繰り返し精度 (フルスケール) ±0.1% 流量分解能（ステップ長） 0.1L/分 0.1〜0.2L/min 0.2〜0.75L/min 1L/分 シフト分解能（ステップ長） 12.7μm 25.4um 使用温度範囲 0 ~ 84ºC シール 標準的なFKM、またはその他のシールを選択可能 制御信号 DC：0〜10V（または4〜20mA） 電源 DC: 24V (12W) (図4 KaoLu社FC電子式空気流量制御弁のテクニカル指標） 3.INFICON，PFA コントローラに代わる局地高精度デュアルチャンネル PID コントローラ 真空計（静電容量式膜圧計など）の測定精度をフルに活用するためには、データ取得やコントローラの制御に、最低でも16ビットのアナログ-デジタル変換器やデジタル-アナログ変換器が必要である。近年，KaoLu 社では，図 5 に示すような高精度な 24bit 汎用 PID コントローラ FC シリーズを開発した。このシリーズの PID コントローラは海外製品よりはるかに高性能であるが、価格は海外製品の 8 分の 1 である。その主な性能指標は次の通りである。 (1) 精度：A/D24bit、D/A16bit。 (2）多チャネル: 独立した 1 チャネルか 2 チャネル。2 つのチャネルは温度および圧力の同時測定そして制御を実現できます。 (3）さまざまな出力パラメータ。47 種類の入力信号（熱電対、熱抵抗、DC 電圧）は異なった変数の同時テスト、表示および制御に達することができます。 (4）多機能: 前方、逆、前方および逆の双方向制御。 (5） PID 制御。改良された PID のアルゴリズムは PV の差動および差動前進制御を支えます。PIDは20グループあります。 (6) デュアルセンサスイッチング：各チャンネルは、高温・低温、高・低真空のデュアルセンサスイッチングをサポートすることができます。2チャンネルで合計4つのセンサを接続し、制御のコンビネーションを形成することができます。 (7) プログラム制御最大20種類の凝縮プログラムを自分で作成・保存でき、選択と呼び出しだけで凝縮を開始できます（プログラム制御モード）。 真空度制御では、大気圧に近い真空度では下流側制御モードが適しているが、10mbar以下の真空度制御では上流側吸気制御モードが必要である。そこで、真空度の制御度を十分に満足させるために、図6に示すようなデュアルセンサー・双方向制御モードが利用できる。 図6の制御モードでは、上記FC-20シリーズデュアルチャンネルコントローラの正逆制御とデュアルセンサー自動切替機能を使用する必要があり、つまり、異なる空気圧制御プロセスの間に、コントローラが自動的に対応する範囲を切り替えます。真空計を使用し、対応する電子式空気流量制御弁を選択して制御する。

グローブボックスの真空度と温度制御法に関する詳細なチュートリアル 要旨：グローブボックスの真空度と温度という2つの環境変数に対して、グローブボックスの強力な機能を達成するために。この記事では、真空と温度の正確な測定と制御のための統合ソリューションに焦点を当て、上流、下流、双方向の方法について説明します。また、異なる真空度範囲における制御モードの切り替えの具体的なアプリケーションを紹介し、制御に使用される新しい比例流量制御バルブと24ビット超高精度PIDコントローラのデモを行う。 1.ご質問 真空グローブボックスは、易酸化性物質や潮解性物質に対してよく使用される。化学反応、材料加工、性能試験など、嫌気・無水環境下での手作業が必要な場合、非常に有用です。グローブボックスの中核機能は、真空環境と使いやすさにあるが、現在の実用化では、グローブボックスの嫌気性環境と手動操作の機能だけを利用したものがほとんどで、グローブボックスの役割を十分に発揮していないのが現状である。また、グローブボックスの用途をより強力にすることは、次の2点に反映されている。 (1) 真空グローブボックスは密閉型環境ボックスであり、究極の真空度は一般に約10Paに達することができるので、グローブボックス内の真空度を10Paと大気圧の間の任意の設定値に必要に応じて制御することが可能である。真空に敏感な各種化学反応・実験・試験や、各種手作業を真空環境を変化・破壊させることなく行うことができる。 (2) 真空に加えて、温度も多くの反応や実験、試験にとって重要な環境変数です。グローブボックス内に対応する加熱装置を設置することで、温度と真空度の複合環境下での各種実験研究を行うことができる。また、他の物理量環境条件も設定することができ、様々な境界条件下で多物理量結合試験条件を形成することができます。真空グローブボックスの性能をフルに発揮させるために、グローブボックス内の真空度と温度の2つの環境変数に着目している。本稿では、真空度と温度の正確な測定と制御のための統合ソリューションについて詳しく紹介し、真空制御プロセスにおける上流、下流、双方向制御モードの異なる真空度範囲について紹介する。 2.グローブボックスの真空制御 グローブボックスは、低真空環境の空洞に属します。機械式ポンプを用いたグローブボックスの真空度は、一般的に約10Paの絶対圧に達することができる。真空引きと不活性ガスの充填により、グローブボックスの真空度を10Paから1気圧（絶対圧0.1MPa）まで制御することが可能である。このような4桁に及ぶ真空領域での制御には、必要に応じて精度の異なる真空センサーを使用し、それに応じた制御モードが存在することになる。以下に、各制御モードの具体的な内容を示す。 2.1 上流側制御モード 図1に示すように、下流側の真空ポンプの排気速度を一定とした場合、上流側の制御モードは、下流側の真空ポンプの排気速度を一定とした場合である。上流側制御モードは、真空計の計測信号に応じて、PID真空圧力コントローラを介して上流側吸気ポートの比例流量制御弁の開度を調整、つまりグローブボックス内の圧力を設定値に保つよう吸気流量を制御するモードである。上流側モードは高真空制御によく使用されます。 2.2 下流側制御モード 図2に示すように、下流側の真空ポンプの排気速度を一定とし、真空計の計測信号によりPID真空圧力コントローラで下流側の空気排出口の比例流量制御弁の開度を調整する、つまり空気流量を制御してグローブタンク内の圧力を設定値で制御するのが下流側の制御モードである。低真空制御にはダウンストリームモードがよく使われることがわかる。 2.3 双方向制御モード 上記の上流側と下流側の制御モードにはそれぞれ利点があり、実用上単独で使用されることはほとんどない。一般的には、図3に示すように、上流側と下流側のモードを統合した、いわゆる双方向制御モードが用いられる。双方向制御モードでは、真空圧力コントローラに正逆制御機能、すなわち上流側比例流量制御弁を逆制御、下流側比例流量制御弁を逆制御する機能が要求される。 2.4 デュアルセンサ自動切換モード 前述のように、10Pa~0.1MPaのフルレンジで真空度の正確な測定と制御を行う場合、1000Torrと10Torrの高精度ダイアフラム圧力計2台を自動切替構成にすることが一般的である。図4に示すように、高切替点（2-3）は低真空センサーが動作する高点、低切替点（1-2）は高真空センサーが動作する低点である。コントローラはこの2点間で平滑化演算を行う。低真空測定値PV1と高真空測定値PV2の連続サンプリングが下スイッチングポイントを下回ると、粗真空センサーに切り替わります。低真空測定値PV1と高真空測定値PV2の連続サンプリングが上側切換点を上回った場合、高真空センサーへの切換が行われます。 3.真空計、バルブ、コントローラの選定 3.1 真空センサーの選定 各種真空センサーも他のセンサーと同様、測定範囲や精度があります。基本的には、測定範囲が広いセンサーは精度が悪く、測定精度が高いセンサーは測定範囲が狭くなる。グローブボックスの場合、図5に示すように、使用される真空センサーは一般的に次の3種類に分類される。 (1)従来型の真空計。ピラニ真空計、精度はフルスケールの±(15~50)%であるが、1つの真空計でフルスケールをカバーできる。 (2) 高精度真空計：ダイアフラム圧力計、精度はフルスケールの±2.5%、10Pa~0.1MPaの範囲をカバーする場合、一般に1000Torrと10Torrの2つの真空計が必要です。 (3) 超高精度真空計：半導体真空計で、精度はフルスケールの±0.05%、有効範囲は50Pa〜0.1MPaで、これ以上の真空度はカバーできない。 3.2 電動弁の選定 真空制御のグローブボックスでは、一般的に吸気時の流量を調整する吸気バルブと、排気時の流量を調整する排気バルブの2種類のバルブが関わってきます。吸気バルブは小流量の調節に使われることが多いので、一般にニードルバルブが選択される。排気バルブは真空にすることが多いので、一般的に直径の大きなボールバルブが必要とされる。自動制御のため、ニードル弁、ボール弁ともに直流電圧、直流電流、デジタル信号（RS485）で駆動することが求められ、いわゆる比例式流量制御弁と呼ばれるものである。比例流量制御弁は、図6に示すような小型のステッピングモータ駆動の比例流量制御弁を選択する。この比例制御弁は、応答速度（1秒以内）、直線性（1%以内）が高いのが特徴です。比例制御弁FCシリーズについては、https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm をご覧ください。 3.2 制御装置の選定 上記のグローブボックスの真空度の様々な制御モードから、真空度の制御プロセスは、コントローラに高い要求を突きつけることがわかる。図 7 に示すように、選択されたコントローラは以下の基準を満たす必要がある。 (1) 少なくとも PID コントローラであり、PID パラメータのセルフ チューニング機能を有していること。 (2) 真空計自体の精度が高いこと。真空計の測定精度を生かすためには、データ収集と制御を行うPIDコントローラが高精度である必要があります。24bit A/D 取込み、16bit D/A 出力のコントローラを推奨します。(3）温度と真空度の同時測定と制御を実現するために、少なくとも2チャンネルが必要であり、また、設置スペースを削減するために。 (4）直接異なった変数の同時テスト、表示および制御を達成するために熱電対、熱抵抗、DC 電圧、等のような異なったタイプのセンサーの入力信号を接続できる多数の入力信号のアクセス機能。 (5）双方向制御モードに達する順方向および逆の制御機能。 (6）二重センサーの切換え機能によって、各チャネルは高低の温度および高低の真空の二重センサーの切換えを支えることができます。2 つのチャネルは接続される合計 4 つのセンサーとの制御組合せを形作ることができます。 (7) プログラム制御機能により、複数の制御プログラムを自分で作成・保存でき、選択と呼び出しだけで起動できます（プログラム制御モード）。 (8）標準的な MODBUS の議定書の RS485 インターフェイスのようなコンピュータと、接続する通信用インターフェイスを備えています。 4.グローブボックスの温度制御 グローブボックスは真空環境を提供するだけでなく、グローブボックス内に加熱装置を置いて、異なる温度で様々な実験や試験を行うことができるので、グローブボックスアプリケーションに温度制御機能を導入することが必要である。温度制御は非常に成熟した古典的な技術であり、一般的にはPIDコントローラと温度センサーの組み合わせで実現される。コストや設置量を抑えるために、温度と真空度を同時に制御する多チャンネルPIDコントローラが一般的に使用されています。コントローラはコンピュータと通信し，測定制御データ やカーブを表示・保存する。グローブボックスの作業温度は一般的にあまり高くする必要はないが、熱保護と冷却がうまくいけば、1000℃以上の作業温度範囲も達成できる。温度測定センサーは一般的に熱電対を選択する。測定精度が高ければ，熱抵抗やサーミスタの温度センサーを選択することも可能である。これらのセンサーは，上記の高精度PIDコントローラーに直接接続することができる。 5.5.おわりに 以上、グローブボックスの真空度と温度の制御方法と、それに関 わる主なセンサ、比例流量制御弁、PID コントローラを紹介し た。具体的な応用では、グローブボックスの具体的な構造や機能を部分的に改良することができ、グローブボックスの全体設計、設置、統合も実際の要求に応じて実施することができる。 本稿では、グローブボックス内の真空度と温度の測定と制御についてだけ紹介したが、これらの方法と具体的な実施内容は、低温、幾何学量、光学、音響など、大気環境の影響を受けやすい他の分野の試験パラメータの制御にも拡張・応用できる。