標準立方センチメートル/分

標準立方センチメートル毎分（SCCM）は、流体の 流量を定量化するために使用される単位です。1 SCCMは1 cm³ _STP /分と同じです。別の表現はNml/分です。これらの標準条件は、さまざまな規制機関によって異なります。SCCMを計算するための標準条件の一例は、= 0 °C（273.15 K）^{[ 1 ]}、= 1.01 bar（14.72 psia）、および単位圧縮率= 1（つまり、SCCMの定義には理想気体が使用されます）です。^{[ 2 ]} この例は、半導体製造産業向けです。 ${\displaystyle T_{n}}$ ${\displaystyle p_{n}}$ ${\displaystyle Z_{n}}$

質量流量とモル流量への変換

変換するには、1 SCCM を、ある標準温度、および圧力 で定義された密度での流体 (通常はガス) の1分あたり 1立方センチメートルの質量流量と考えると便利です。 ${\displaystyle T_{n}}$ ${\displaystyle p_{n}}$

1SCCMをSI単位系の質量流量（kg/s）に変換するには、質量流量と体積流量（体積流量を参照）の基本的な関係を利用します。^{[ 3 ] [ 4 ]}

${\displaystyle {\dot {m}}=\rho _{n}{\dot {q}},}$

ここで、ある標準条件下での密度であり、状態方程式は次のようになる。 ${\displaystyle \rho_{n}}$

${\displaystyle \rho _{n}={\frac {p_{n}M}{Z_{n}R_{u}T_{n}}},}$

ここで、は流体の分子量、は流体の圧縮率、 は普遍気体定数である。上記の関係に、と の測定単位、およびそれらの角括弧内の変換を含めると、次の式が得られる。 ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle Z_{n}}$ ${\displaystyle R_{u}}$ ${\displaystyle {\dot {m}}}$ ${\displaystyle {\dot {q}}}$

${\displaystyle {\dot {m}}\left[{\frac {\rm {kg}}{\rm {s}}}\right]=\rho _{n}\left[{\frac {\rm {kg}}{\rm {{m}^{3}}}}\right]{\dot {q}}\left[{\frac {\rm {{cm}^{3}}}{\rm {min}}}{\frac {1\,{\rm {min}}}{60\,{\rm {s}}}}{\frac {1\,{\rm {{m}^{3}}}}{10^{6}\,{\rm {{cm}^{3}}}}}\right],}$

ここで、は 、は、は である。その後、上記の状態方程式を 代入すると、${\displaystyle {\dot {m}}}$ ${\displaystyle kg/s}$ ${\displaystyle \rho _{n}}$ ${\displaystyle kg/m^{3}}$ ${\displaystyle {\dot {q}}}$ ${\displaystyle cm^{3}/min}$ ${\displaystyle \rho _{n}}$

${\displaystyle {\dot {m}}\left[{\frac {kg}{s}}\right]={\frac {p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\dot {q}}\left[{\frac {cm^{3}}{min}}{\frac {1\,min}{60\,s}}{\frac {1m^{3}}{10^{6}\,cm^{3}}}\right].}$

この最後の関係式を使うと、より馴染みのある単位のkg/sの質量流量をSCCMに変換したり、その逆を行ったりすることができる。

${\displaystyle 1\,{\frac {kg}{s}}=6\cdot 10^{7}{\frac {Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}{p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}}SCCM,}$

そして

${\displaystyle 1\,SCCM=1.6667\cdot 10^{-8}{\frac {p_{n}[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\frac {kg}{s}}.}$

SCCMからkg/sへの変換により、利用可能な単位計算機を使用してkg/sを他の単位^{[ 5 ]} 、例えばCGSシステムのg/sやslug/sに変換することができます。

上記の式に基づくと、SCCMとモル流量（kmol/s）の関係は次のように表される。

${\displaystyle 1\,{\frac {kmol}{s}}=6\cdot 10^{7}{\frac {Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}{p_{n}[Pa]}}SCCM,}$

そして

${\displaystyle 1\,SCCM=1.6667\cdot 10^{-8}{\frac {p_{n}[Pa]}{Z_{n}R_{u}\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]T_{n}[K]}}{\frac {kmol}{s}}.}$

変換例

使用例として、分子量 の気体（単位は kg/kmol）の 1 SCCM を kg/s に変換する場合を考えてみましょう。さらに、標準状態として 101325 Pa、273.15 K とし、気体が理想気体（すなわち）であると仮定します。単位括弧法（単位の変換を参照）を用いると、以下の式が得られます。 ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle Z_{n}=1}$

${\displaystyle 1\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667\cdot 10^{-8}{\frac {101325[Pa]M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=7.4364\cdot 10^{-10}\,\,M\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]\,{\frac {kg}{s}}.}$

分子量が 28 kg/kmol の窒素の場合、1 SCCM の窒素 (kg/s) は次の式で表されます。

${\displaystyle 7.4364\cdot 10^{-10}\,\cdot \,28=2.0822\cdot 10^{-8}{\frac {kg}{s}}.}$

分子量が 4 kg/kmol の 1 SCCM のヘリウムに対して同じことを行うと、次のようになります。

${\displaystyle 7.4364\cdot 10^{-10}\,\cdot \,4=2.9745\cdot 10^{-9}{\frac {kg}{s}}.}$

1 SCCM のヘリウムは 1 SCCM の窒素よりも kg/s 単位で少ないことに注意してください。

上記の考慮のもとで50SCCMの窒素を変換するには、

${\displaystyle 50\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667\cdot 10^{-8}{\frac {101325[Pa]28\left[{\frac {kg}{kmol}}\right]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=1.04\cdot 10^{-6}{\frac {kg}{s}}.}$

1 SCCMをkmol/sに変換するには

${\displaystyle 1\,{\cancel {\text{SCCM}}}\cdot {\frac {1.6667\cdot 10^{-8}{\frac {101325[Pa]}{8314\left[{\frac {J}{Kkmol}}\right]273.15[K]}}{\frac {kg}{s}}}{1\,{\cancel {\text{SCCM}}}}}=7.4364\cdot 10^{-10}\,{\frac {kmol}{s}}.}$

流量測定の関連単位

SCCMに関連する単位として、SLMまたはSLPM（Standard litre per minute）があります。これらの換算は、

${\displaystyle 1\,{\text{SCCM}}=10^{-3}\,{\text{SLM}},}$

そして

${\displaystyle 1\,{\text{SLM}}=10^{3}\,{\text{SCCM}}.}$

もう 1 つの単位は SCFM で、これは1 分あたりの標準立方フィートを表します。

SCCM（およびSLM）に関連するもう一つの単位はPCCM（およびPLM）です。これはPerfect Cubic Centimeter per Minute（Perfect Litre per Minute）の略です。理想気体の場合、1PCCMは1SCCMです。言い換えれば、上記の関係が成り立つ場合にのみ、1PCCMは1SCCMと全く同じになります。 ${\displaystyle Z_{n}=1}$

参考文献

1. May, GS, Spanos, CJ (2006).半導体製造とプロセス制御の基礎. John Wiley and Sons. p. 110.
2. SEMI (2024). SEMI E12 - マスフローメータおよびマスフローコントローラで使用される標準化された圧力、温度、密度、および流量単位のガイド. SEMI . 2024年3月24日閲覧。
3. Spitzer, DW (1991).流量測定：計測と制御の実用ガイド. ISA. p. 341.
4. Hoffman D., Singh B., Thomas III JH (1998).真空科学技術ハンドブック. Academic Press. p. 377. Bibcode : 1998hvst.book.....H .
5. 「NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of amount or field of science」 .米国国立標準技術研究所 (NIST)、米国商務省、米国政府. 2022年2月17日. 2024年2月21日閲覧.

外部リンク

• 質量流量計算機（SCCMを含む）