要旨：月探査プロジェクトでは、月面の真空環境下で月土壌試料を採取することが必要である。真空熱環境下での試料の性能を試験するために、月面の真空熱環境を模擬する地上試験装置を設置する必要がある。そのため、真空の度合いが要求され、精密な制御を実現することができる。本稿では、真空熱環境の地上模擬試験装置において、FCシリーズ比例流量制御弁を用いた高精度な真空制御を実現するための技術的スキームを提案する。

1.質問
月探査プロジェクトでは、月面の真空環境下で月土壌試料を採取する必要がある。そのため、月面の真空熱環境を模擬した地上試験装置を設けて、真空熱環境下での試料の性能を試験する必要があり、正確な真空制御を実現することが求められます。月土壌の特殊性から、現在の月土壌地上模型試験装置における真空制御は、まだ以下の課題を解決する必要があります。
(1) 月土および月土模擬試料は一般に粉粒体であるため、粉塵の発生を避けるため、初期における揚水量を厳密に制御する必要があります。
(2) 現在の真空計測・制御もピラニ真空計を使用しているため、マッチング制御系が真空の精密制御に至らず、試験結果の再現性が悪くなっている。
(3)月土生地模擬試験装置は一般に小型であり、広い真空度範囲での精密な制御が常に困難であった。また、真空度の変動が大きく、試験結果の再現性が低い原因の一つとなっています。本稿では、月土壌地上模型試験装置に存在する上記の問題点に着目し、対応する技術的解決策に焦点を当て、その詳細な実施プロセスを紹介する。

2.技術スキーム
月土壌環境地上模擬試験装置の真空密度制御システムの全体構成を図 1 に示す。システム全体は、主に真空計、2つの比例流量制御弁、PIDコントローラ、真空ポンプから構成されている。真空計の測定精度は0.25%であり、全領域の真空度を正確に制御するためには、一般に3台の静電容量式真空計が必要となる。キャパシタンス真空計の測定精度に合わせるため、コントローラは24ビットA/Dと16ビットD/Aの高精度PIDコントローラを採用し、独立したデュアルチャンネルにより、上流比例流量制御バルブと下流比例流量制御バルブ制御のガス流量調整と制御を容易にします。真空度の精密制御は、低真空状態で下流側比例流量制御弁を調整し、高真空状態で上流側比例流量制御弁を調整する動的制御モードを使用しています。これは典型的な正逆制御方式であり、真空度の制御精度を効果的に確保することができる。結論として、この実績ある正確な真空制御方式により、フルスケール範囲において1%以上の真空度の制御精度を達成することができます。

比例制御弁の各機種の詳細については、こちらをご覧ください。 https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm