横河大学のベテラン専門家が7月7日に講演：横河レコーダーの実用的な温度測定の原理とテクニック！

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　　横河大学のベテラン専門家が7月7日に講演：横河レコーダーの実用的な温度測定の原理とテクニック！記録計は工業現場や科学研究で広く利用されており、温度測定は重要なニーズの一つであり、さらに適用シーンも多様です。2020年7月7日、横河大学が正式に開校し、記録計のテストの専門家である馮越路博士が、長年にわたる現場での実測経験をオンラインで共有しました。視聴者からの反応は非常に良かったです！横河大学のトレーニングの詳細やその他の動画資料については、横河テストメーションまでお問い合わせください。 　　 　　熱電対による温度測定の原理に基づき、コールドエンド補正は熱電対による温度測定において不可欠な要素ですが、実際の利用においては見過ごされがちです。コールドエンド補正の精度をどう保つかは、熱電対による温度測定の精度を確保する上で重要な課題となります。また、迅速な温度測定の用途においては、収集器などの二次計器のサンプリング周期には重点を置きがちですが、それに対応する熱電対の応答時間を見落とし、不適切な熱電対を選択して実際の温度測定結果に影響を与えてしまいます。ここでは、コールドエンド補償と熱電対の応答時間について簡単に説明します。 　　冷端補償　冷端補償は、主に内部補償と外部補償に分けられます。内部補償の回路図は図1の通りです。 　　 　　図1 内部補償の原理　内部補償とは、記録計などの二次計器がコールドエンド補償を行うことであり、内部のコールドエンド補償精度を確保するためには、高精度な温度センサーを使用するだけでなく、端子の等温化をどのように実現するかも非常に重要である。ヨコガワ記録計は、温度センサー（トランジスタ）の最適な配置と、金属コアプリント基板の製造工程（図2参照）により、端子の等温化を実現しています。それでも、端子（計測器）が置かれる環境の温度に急激な変化が生じると、熱電対による温度測定結果にも大きな影響が出ます。したがって、計測器が置かれる環境を安定させることは極めて重要です。 　　 　　図2 金属コアプリント基板の工程　外部冷却端補償の原理は図3の通りである。外部の電子式氷点補正器（ZERO-CON）を使用することで、温度測定の精度をさらに向上させることができます。外部補償器と測定機器間の配線は、熱電対線ではなく通常の導線であることに注意してください。 　　 　　図3 外部補償の原理　　熱電対の応答時間　　熱電対の応答時間は、主に熱電対の線径と熱電対前端の加工形状によって決まります。図4に示すように、熱電対の前端タイプには主に露出型、接地型、絶縁型の3種類がある。 　　 　　図4 熱電対の前端タイプ比較　一般的に使用されている絶縁型熱電対は、他の2種類と比べて応答時間が遅いが、ノイズ耐性においては優れている。熱電対の前端加工タイプと線径と応答時間の定量的な関係については、各温度センサーメーカーに固有の記述がある。例えば図5は、アメリカのOMEGA熱電対（接地型／露出型）における特定の試験条件下での線径と応答時間の対応関係です。絶縁型熱電対を選択する場合、応答時間定数に1.5を乗じる必要があります。応答時間とは、瞬間的な温度変化の63.2％に達するのに必要な時間として定義されます。試験条件は室温、大気圧下での空気流速が毎秒20mです。高速温度測定の応用において、計測機器のサンプリング時間と熱電対の応答時間は互いに一致していなければならない。 　　 　　図5 OMEGA熱電対の線径と応答時間の関係　　熱電対による温度測定の干渉問題　　熱電対を用いた温度測定では、しばしば電気的な干渉に悩まされる。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6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6 電力変換装置の等価回路図　横河の計測機器が備える干渉抑制機能には、以下のものがある。
a. 積分A/D
b. 一次ローパスフィルター
c. チャネル別独立型A/Dモジュール
積分A/Dとは、その名の通り、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変換を行うものである。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による干渉抑制の模式図は図7に示す通りである。　　図7　積分A/Dによる干渉抑制の模式図　　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」だけでは抑制できない。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8に示す。 　　 　　図8 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、リレーによって順番に切り替えている。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9参照）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9 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機能に加えて、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、撚り絶縁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結合による干渉を抑制できます。 　　横河大学について　横河は製品と品質で世界に名を馳せるだけでなく、優れたサービスによっても信頼を得ています。横河大学は、100年にわたる技術の蓄積と、20年間の実務経験を活かし、典型的な事例を紹介し、詳細な操作手順を解説することで、ワンストップのテスト専門トレーニングを提供します。横河大学の学習には、教室での研修、現場での研修、デジタル研修、オンライン研修といったさまざまな形態からお選びいただけ、いつでもどこでも学習したいというニーズに応えます。体系的なカリキュラムにより、さまざまなテストの原理やテクニックをより深く理解することができます。お客様と共に成長し、横河大学を次世代の汎用テストおよび光通信テストの専門家を育成する拠点にしたいと考えています！