圧力計と比例電磁弁で、流量制御

ガスボンベから、精密レギュレーターを用いて減圧し、その後ろに比例電磁弁を入れます。
そして、比例電磁弁の開度を一定にしたら、流量も一定になります。

＜ボンベ＞−＜レギュレータ＞−＜比例電磁弁＞−

一応、概念的には、ですけど。
例えば、配管に詰まりがあったとすると、たとえ比例電磁弁を開いても、流量は流れないので、流量制御にはなっていないんですよね。

もちろん、そのために【マスフローコントローラ】はあります。
【マスフローコントローラ】は、自分で流量を計測し、そして内部の比例電磁弁を操作することで、流量を制御する、自己完結なシステムです。
つまり、流量という計測値を制御にフィードバックしています。

でも、ちょっと値段が高いんですよね…
高精度に流量制御を行うなら、マスフローコントローラはお勧めです。
でも、どんな場合でも、高精度が必要なわけではありませんよね。
とりあえず、流れていれば…
ってのは、極端ですが、だいたいの流量制御ができればよい、という場合なら、圧力制御（レギュレータ）と【比例電磁弁】で、制御も可能です。
ただ、ほんとに流れているかを確認したいなら、比例電磁弁の前後に枝管をつけて、差圧を測定すればいい、という考えもあります。
もし比例電磁弁が開いているのに差圧が無いならば、流量が流れていない、例えば配管につまりがある、上流側の圧力が足りていない、などの現象が起きていると考えられるので、アラームを出す、など。

やはり、こういう時代ですから、何でもかんでも、高級なものを、というわけにはいきませんよね。

なんで流量を制御したいのか、
高精度に流量制御したいなら【マスフローコントローラ】
精度はそこそこなら、圧力計と【比例電磁弁】
ビュルケルトなら、お客様のほんとうに必要な制御を、ご提案させていただきます。

ご興味いただいたら、ビュルケルトまで、お気軽にお問合せください。

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２種類の比例電磁弁コントローラ

ビュルケルトの比例電磁弁は、コントローラとの組合せで作動します。
電磁弁のコントローラには、下記の２種類があります。

・Type8605 比例電磁弁用コントローラ
・Type8611 比例電磁弁コントローラ

それぞれ、比例電磁弁を操作する、ということでは同じですが、他の機能で異なります。

・Type8605 比例電磁弁用コントローラ
こちらは、開度命令の4〜20mAや0〜5Vなどの信号を入力し、それに従うパルス信号を比例電磁弁に供給します。
開度命令の4〜20mAや0〜5Vなどの信号が、比例電磁弁の開度に相当します。
ただ、比例電磁弁にはヒステリシスがありますので、完全に開度に一致しませんのでご注意ください。

・Type8611 比例電磁弁コントローラ
こちらは、コントロール機能内蔵です。
具体的には、PID制御のうち、PとIの変数を入力することができ、制御機能を持ちます。
センサ（流量計、圧力計、温度計など）の信号が入力し、また命令値（何L/min、何MPa、何℃　など）を入力し、それを比較し、比例電磁弁の開度を決定します。もちろん、この比例電磁弁への信号は、パルス信号になっています。

ご用途に応じて、お使い分けください。

ご興味いただいたら、ビュルケルトまで、お気軽にお問合せください。

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比例電磁弁について

今回の国際水素・燃料電池展（FC EXPO 2009）でも、たくさんご質問をいただきました。
比例電磁弁とは、オンオフではなく、内部のプランジャが、自由に位置を取ることができ、中間開度をとることができます。
25%でも、52.5%でも、83%でも。
ソフトシートにより、タイトシャットも可能で、0〜100%まで、自由に開度を操作することができます。

単純に、内部でオンオフを細かい回数を繰り返しているわけではありません。
この開度の調整は、PWM（パルス幅変調）にて制御を行います。
比例電磁弁の大きさにもよりますが、数100ヘルツ〜数1000ヘルツのパルスを、コントローラにて生成して比例電磁弁に供給します。
このオンオフの比率が、変化することで、電磁弁の開度を調整します。

開度が大きいときは、オン／オフ比率のうち、オンが増えます。
開度が小さいときは、オン／オフ比率のうち、オフが増えます。

比例電磁弁の内部構造は、プランジャ型の電磁弁であるため、電気が流れていないときは、バネの力でプランジャはオリフィスに押し付けられています。
これに対抗するように、電磁コイルはオリフィスからプランジャを引き剥がす形で、力を生成します。
このバネとコイルによる電磁力が拮抗するところが、比例電磁弁の開度となります。

比例電磁弁の動作を、言葉だけで表すのは、結構難しいですね…

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ビュルケルトでは、比例電磁弁のお貸出しサンプルもご用意しております。

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比例電磁弁の内部の動作

最近、比例電磁弁について、たくさんのお問合せをいただきます。
で、比例電磁弁は、非常にたくさんの回数のオンオフを繰り返して、流量制御しているんですか？　と、たまに聞かれます。

ビュルケルトの比例電磁弁は、内部の稼動部分（プランジャ）が、中間位置にとどまり、実際にその開度で安定をするんですね。微妙に微振動はしていますけど。

たしかに、オンオフをものすごく細かい回数を減らせば、流量制御できるかもしれませんが、安定しません。
ビュルケルトの比例電磁弁は、開度30%にしたり、75%にしたり、好きな開度で固定することができます。
だから、どんな流量でも、きちんと安定させることができます。

まだ、比例電動弁（比例モーターバルブ）ってのもありますが、動きが遅く、バルブ開閉に10秒以上かかるものもあります。
ってなると、すばやく制御できないので、安定しないことも多々あります。

ビュルケルトの比例電磁弁は、バルブの大きさによるものですが、小型のものでは、0.1秒以下、中型で0.5秒以下。
大型のパイロット式のもので、1秒以下と比例電動弁とは、比べ物にならないくらい、すばやい動作ができますので、流量が安定するまでの時間も短くすみます。

また、ビュルケルトの比例電磁弁は、レンジアビリティーが広く、制御範囲が広いのも特徴です。

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メタルフリー比例電磁弁

まだ開発段階なのですが、流体が金属に触れない比例電磁弁を、ビュルケルトでは開発中です。

流体が金属に触れない電磁弁は、ビュルケルトではMicroFluidics(微小流体制御技術)で既に実現していますが、まだオンオフ電磁弁しかありません。
開度を自由に変更できる、比例電磁弁は、内部可動部分（プランジャ）はステンレスとなっており、金属です。このプランジャは流体に触れる部分となっています。
そこで、流体が金属に触れない、比例電磁弁をいろいろ検討しています。
特殊な薬液であれば、ステンレスでも耐食が無いものもありますし、また腐食しなくても、例えば血液分析器で血液に金属イオンが流れだしてしまうのも問題です。

こういった問題を解決する、メタルフリー比例電磁弁を、ビュルケルトでは考えています。
いつ商品化されるかは、まだ未定なんですけど…

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比例バルブのラインナップ

ビュルケルトには、比例バルブのラインナップが豊富にあります。
ラインナップが豊富すぎて、ちょっと選ぶのが大変なんですよね。
比例バルブの選び方としては、流体条件（流体種別、流量、圧力、温度など）から、バルブ容量係数（Kv値／Cv値）を計算し、定格Kv値の50〜70%くらいになるようにします。
もちろんそのバルブが、お使いになられる流体圧力を充分に締切れることは、確認しておきます。

ビュルケルトの比例バルブのラインナップは、下記のようになります。

＜直動比例電磁弁：気体・液体でお使いになれます＞
Type2822 比例電磁弁
Type2824 比例電磁弁
Type2833 比例電磁弁
Type2835 比例電磁弁
Type6024 比例電磁弁
Type2836 比例電磁弁
（オリフィスの大きさ順に並んでいます）

＜パイロット比例電磁弁：液体でお使いになれます＞
Type6223 パイロット比例電磁弁

＜空圧コントロール弁：気体・液体・蒸気でお使いになれます＞
Type2702 アングルシート型コントロール弁
Type2712 グローブ型コントロール弁
Type2730 樹脂ボディ ダイヤフラム型コントロール弁
Type2731 ステンレスボディ ダイヤフラム型コントロール弁

オリフィスの大きさは、0.05mm〜100mmまで、30種類に分かれます。
さらに、ボディ材質、シール材質、締切圧力、操作方式、制御方式、バルブ形状などから、3000種類以上に分かれます。
3000種類以上から、最適機種を選ぶって言うと大変そうですが、コツを掴むと意外と簡単なんですよね。

ご興味いただいたら、ビュルケルトまで、お気軽にお問合せください。

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比例電磁弁の新機種が発売されます。

比例電磁弁の新しい機種が、発売されます。
・Type2822
・Type2824
・Type2833
・Type2835

これらのタイプは、内部の摩擦を少なくし、よりレンジ幅が広く
制御ができるようになっています。
Type2822は、1:500、Type2824,2833,2835は1:100まで
制御が可能です。
オリフィスは、Type2822は最小0.05mmから、最大はType2835の8mmまで
各種そろっています。
それ以上大きいものは、
・Type2836（最大12mm）
・Type6024（最大12mm、低圧用）
・Type6223（最大20mm、液体専用）
・Type2712（DN4mm 〜 100mm、空圧コントロール弁）

これで、ビュルケルトのコントロール弁シリーズは、
DN0.05mmから、DN100mmまで、非常に幅広くそろいました。

また、新規比例電磁弁には、新規のコントローラType8605で
制御が可能です。

この間、やっとデータシートを和訳したんです。
ただ、ビュルケルトのオフィシャルのホームページには、
日本語のデータシートがアップロードできないので、
ご興味のある方は、ビュルケルトまでお問合せください。
PDFファイルなので、メールでも送付可能です。

比例電磁弁に関する用語解説

比例電磁弁／電磁コントロール弁　は、
ちょっとわかりにくい用語がでてきますので、
少し解説しますね。

・比例電磁弁（proportional solenoid valve）
単に開／閉だけじゃなくて、途中の細かい開度を
とることができる電磁弁。

・電磁コントロール弁（solenoid control valve）
比例電磁弁とほとんど同じ意味で使われます。

・スパン（span）
例えば、1:50 とか、1:500で表されます。
比例電磁弁が、とこまで細かく制御できるのか、という数値で、
1:500なら、バルブ開度の1/500まで制御できるということです。
ソレノイドは、電流が小さいと、プランジャの摩擦を超えること
ができません。そのため、一定以上の電気エネルギーを与えない
と、動いていない状況になります。

・ヒステリシス
アナログ信号において、信号を増やすときと、減らすときで、
比例電磁弁の開度にずれが生じること。
例えば、12mAの信号でも、4mAから増やして12mAにしたときと、
20mAから減らして12mAにしたときでは、電磁弁の開度が少し
ずれています。これは、摩擦や磁化の状況によります。

・ゼロスイッチオフ機能（タイトシャット）
ある程度以下の信号のとき、電磁弁が完全に閉になるように、
信号を無視して、電磁弁に電気を送らない機能。
ビュルケルトでは、信号が2% or 0.2%になると、
電磁弁への電気供給をやめます。
どちらになるかは、コントローラや電磁弁の種類によるので、
取扱説明書を確認してください。

・ランプタイム
ランプタイムを例えば10秒に設定すれば、比例電磁弁の開度を
10秒かけて、行う機能です。
電磁弁は、信号を変化すれば、すぐにその開度になります。
（0.02〜0.2秒で、その開度に到達します。）
しかし、そのようにすばやく動くと、プロセスに悪影響を
及ぼす場合、バルブの変化をゆっくりさせたいとき、この機能を
使います。
この機能を使うときは、PIDに注意してください。

・流量特性曲線
4-20mA信号と、Kv/Cv値が、直線的に一致していれば（リニア）、
理想的ですが、現実には少しずれがあります。
特に、4mAと20mA付近と、ヒステリシスにより、ずれます。
現実には、PID機能の中で、調整されてしまうので、このずれを
意識することは、ほとんどありません。

他に何かありましたら、ご連絡ください。

比例電磁弁について

普通の電磁弁は、普段は弁が閉じていて、電気をいれると弁が開く（またはその逆）という、動きをします。
そういう、オンオフタイプの電磁弁は、ビュルケルトにも数多くのラインナップがあります。水を流したり、とめたり、そういう用途には数多く使われています。
しかし、流体制御では、もう少し厳密に制御を行いたい場合があります。
・水の温度を一定にするため、「ちょろちょろ」冷却水を流したい。
・圧力を少しずつ上げたいので、少しずつバルブを開けたい。
・流量を流量計と連動させたバルブで、一定にしたい。

そういった用途で力を発揮するのが、「比例電磁弁」です。
「比例電磁弁」は、単にオンオフするだけでなく、中間の開度をとることができます。開度30%とか、70%とか。
そこで、一気にバルブが開くのではなく、少しずつ流体を流すことが可能です。

ラインナップも充実し、オリフィス（最小有効内径）が、0.5mm〜20mmと、５０種類以上の機種にわかれています。
最適な比例電磁弁を選ぶのが、ちょっと難しいところです。
実際の流体の条件から、流量係数を算出し、最適な比例電磁弁を選びます。
この選択が正しくないと、なかなか性能を発揮することができません。
機種の選定は、ビュルケルトで行えますので、どうぞご連絡ください。