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真空系のシミュレーションツールはありませんか

お世話になります。 超高真空系のシステムにかかわっています。システムの起動から超高真空に引くまでのシーケンスや、異常時(停電等)のシステムの挙動をシミュレーションしたいのですが、適当なツールはありませんでしょうか。 電子回路シミュレータのようなもので、チャンバ中の空気分子数やチャンバの容積、配管の抵抗、ポンプの排気速度等をパラメータに、平衡状態をシミュレートしながら、バルブの開閉操作やポンプのON/OFFを行っていけば、状態を再現できそうな気がするのですが。 そういうツールがあれば、物を作る前に制御シーケンスの確認や、致命的な(物を壊すような)ミスを事前にチェックすることができると思うのですが。 適当なものがあればご教示ください。 あるいは、「こうすれば自作できるよ」というアドバイスでも結構です よろしくお願いします。

noname#230358
noname#230358

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みんなの回答

  • 回答No.3
noname#230359
noname#230359

真空系のシミュレーションを、簡単なモデルで行なった事があります。 真空チャンバーに真空配管を接続して、真空ポンプで排気を行なった場合の真空度の移り変わりを計算してみました。これを、電気回路で考えると、電荷を蓄えたコンデンサに抵抗を並列に接続して放電させたときの様子と同じ微分方程式が成り立ちます。アナロジーは、次の通りです。 チャンバーの容積V 容量 C 圧力P 電圧 V 排気速度(Se) コンダクタンス 1/R 排気の方程式と電気回路との関係及びその解は、次の通りです。 dP/dt = -(Se・P)/V dV/dt = -V/(CR) P = A・exp(-t/τ) V = V0・exp(-t/τ) τ= V・Se τ = CR 真空ポンプの排気速度は、真空度によって大きく変わるため、上に示した方程式を解いても実体と異なります。シミュレーションをする場合には、真空ポンプの排気曲線を幾つかに分割してその間を補間して排気速度を得るようにしました。微分方程式は、ルンゲ・クッタで解きました。以上、参考になれば。

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  • 回答No.2
noname#230359
noname#230359

リークやガス吸着の問題があり、把握し難い面もあると思いますが、機器の 真空のレベルによる変化に再現性があれば、ある程度のシュミレータはでき るかもしれませんね。ただし、相当のデータが必要でしょう。

参考URL:
http://www.canon-anelva.co.jp/news/fukutarou/index.html

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質問者からのお礼

要素奇知様 ご回答ありがとうございます。 定量的な解析に使うのは難しいかもしれませんが、断熱膨張等の過渡現象も熱平衡を考えることにすれば、制御シーケンスのデバッグに使える程度のものなら、作れそうですね。 でも市販品は無いんですよね...

  • 回答No.1
noname#230359
noname#230359

真空系を電子回路のようにモデリングすれば、電子回路のシミュレータが そのまま使えると思いますが如何でしょうか。 たぶん、以下のようなアナロジーが使えると思います。  圧力   → 電圧  配管の抵抗→ 電気抵抗  空間の容積→ 静電容量(キャパシタンス)  バルブ  → スイッチ素子  ポンプ  → 電流源と並列コンダクタンス SPICE系の回路シミュレータならば、フリーソフトが容易に入手できると思います。  

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質問者からの補足

ohkawa様 ご回答ありがとうございます。同様なことを考えておりました。 空気分子数 → 電荷量 空気分子流の流量 → 電流 とすると、熱平衡状態(温度一定)を考えることにすれば、気体の状態方程式がコンデンサの電荷と電圧の関係になりますね。 このようなアナロジーの場合、ポンプの排気速度は電子回路でどう表したらよいでしょうか。 既存のSpiceツールを使えばシミュレーションは可能な気がしますが、できれば、GUI上に真空部品を並べて結線(配管)して容器に初期圧力を与え、ポンプやバルブを操作して各部の圧力が変化するようなシミュレータがあると便利と思いました。Spiceのオープンソースでも入手して自分で作らないとなさそうですね。

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