横河大学：熱電対による温度測定の干渉対策問題

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　　熱電対を使った温度測定では、しばしば電気的な干渉の問題に悩まされます。一方で、近年、各業界におけるインバータ電源の普及により、テスト環境はますます厳しくなっている。一方、熱電対の温度変化によって生じる熱起電力は非常に小さいため、熱抵抗などの他のセンサーと比べて電気的な干渉の影響を受けやすい。 　　図1は一般的なインバータの等価回路図であり、50Hzの商用電源、パルス幅変調（PWM）によって生じる高周波パルスノイズ（電力密度が高い）、そして低周波のインバータノイズという3種類の干渉源が同時に存在していることがわかる。 　　図1 電力変換装置の等価回路図　　　横河の計測機器が備えるノイズ抑制機能には、　　積分　　一次ローパスフィルタ　　チャネル別A/Dモジュール　　積分A/Dがあります。名称の通り、積分A/Dとはアナログ信号に対して一定時間積分演算を行った後にA/D変換を行うものです。異なる工業用周波数（50Hz/60Hz）の干渉源に対して、抑制効果を得るために適切な積分時間（測定周期）を設定することができる。積分A/Dによる干渉抑制の概念図は図2の通りです。　　　図2　積分A/Dによる干渉抑制の概念図　干渉信号の周波数とA/Dの積分周期が一致しない場合、干渉の影響は「積分」だけでは抑制できません。したがって、ヨコガワの高速モジュールはフィルタ機能を備えており、一次ローパスフィルタのカットオフ周波数を調整し、A/D積分と組み合わせることで高周波ノイズの影響を抑制することができます。しかし、フィルタリングによって測定結果にある程度の遅れが生じるため、定常温度試験でよく用いられます。A/D積分と一次ローパスフィルタを組み合わせて干渉を抑制する概略図を図3に示す。 　　 　　図3 積分A/Dと一次ローパスフィルタを組み合わせた構成図　現在、市場に出回っている一般的なデータ収集装置はスキャン型が多く、つまり複数のチャネルで1つのA/Dを共有し、リレーによって切り替えて使用する方式です。スキャン型の最大の利点はコスト削減であり、欠点は取得速度が制限され、チャネル間の切り替えが干渉の影響を受けやすいことです。ヨコガワは、チャネル独立型A/Dモジュール（図4参照）を発表しました。各測定チャネルで独立したA/Dコンバータを使用することで、ノイズ耐性が向上するとともに、コモンモード耐圧も大幅に高まります。 　　 　　図4 独立A/Dモジュールの回路図　レコーダーが備える干渉抑制方法に加えて、ユーザーは実際のテスト過程でいくつかの方法を用いて干渉の影響を軽減することができる。例えば、絶縁テープを使用して測定対象物と熱電対の先端を隔離することができる；信号源と記録計を等電位化することにより、地中電流が生み出す電位差を除去する；また、撚りシールド型の熱電対線を使用することで、熱電対の配線時に生じる静電気的な干渉を抑制できます。