エッセル分光器における圧力の精密制御技術とその実装 エッセル分光器における圧力の精密制御技術とその実装

要旨：エシェル分光器の高精度計測を達成するためには、全工程において温度と圧力の精密かつ一定な制御を長期間行う必要がある。本稿では、FCシリーズ大流量比例弁を用いたエシェル分光計の精密圧力制御のための自動圧力制御技術を紹介し、その具体的な実施方式、特に制御効果の高い双方向制御モードについて詳しく紹介する。

1.質問
フルスペクトル直読分光器として、エシェル分光器は天文学、地質学、鉱業、化学工業、冶金学、医学、環境保護、農業、食品衛生、生化学、商品検査と国防に広く使用されています。温度と圧力の重大な影響のため、エシェル分光計は一般的に作業温度と圧力の精密な制御を必要とし、特に圧力制御はFCシリーズ高流量比例弁（https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm）を使用して非常に高い精度を必要とします。制御精度が十分でない場合、以下のような影響があります。
(1)圧力変動によりエシェル分光器内のガスの屈折率が変化する。
(2) また、気圧変動は分光器内外の気圧差により、分光器の光路（特に光学窓部）にわずかな変形を生じさせる。同時に、温度変化も気圧の変化を直接的に引き起こす。つまり、エッシェル分光器の高精度な測定を実現するためには、全工程において、温度と気圧の精密かつ一定な制御を長期にわたって行うことが必要である。本稿では、大流量比例弁FCシリーズを用いたエシェル回折格子分光器の精密圧力制御のための圧力自動制御技術を紹介し、その具体的な実施スキームを具体的に紹介する。

2.実施計画
エシェル分光器の圧力制御システムの構成を図に示す。具体的な実装過程では、状況に応じて以下の点に注意する必要がある。
(1) エシェル分光器の使用圧力は一般に大気圧760torr程度であり、この圧力下での測定精度で設計要求を満足できる圧力センサを選択する必要がある。KaoLuの大流量比例弁を選択することが最良の選択である。

詳細については、以下をご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

(2) 自動圧力制御には、24bitの高精度PIDコントローラを採用しました。24bitの計測精度で圧力センサーの精度に対応できない場合は、より高精度なコントローラが必要となり、KaoLuの大流量比例弁が採用されています。
(3) 圧力制御は吸気と排気の流量を同時に調整する双方向モードを採用しているが、大気圧付近の圧力制御では、一般的に吸気流量を固定し、排気流量を自動調整して定圧制御を行う。
(4）エシェル分光計の異なるサイズの作業室サイズによると、異なる出口流量制御弁を選択する必要があります。大空間の実験室では、出口流量制御はより大きな出口直径の大流量比例弁を選ぶことができ、一方、小空間のスタジオでは、出口流量制御はより小さく、より精密な大流量比例弁を選ぶ必要がある。真空吸引に使用する真空ポンプも同様です。