요코가와대학교: 열전대 온도 측정의 간섭 문제

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　　열전대를 이용한 온도 측정 시에는 전기적 간섭의 문제에 자주 직면하게 됩니다.한편, 최근에는 각 산업 분야에서 주파수 변환형 전원이 보편화됨에 따라 테스트 환경이 점점 더 까다로워지고 있습니다.반면에, 열전대의 온도 변화로 인해 발생하는 열전위는 매우 작기 때문에, 열저항과 같은 다른 센서들에 비해 전기적 간섭의 영향을 더 쉽게 받습니다. 　　그림 1은 일반적으로 사용되는 인버터의 등가 회로도이며, 여기에는 50Hz의 상용 전원, PWM에 의해 발생하는 고주파 펄스 간섭(전력 밀도가 높음), 그리고 저주파 주파수 변환 간섭이라는 세 가지 종류의 간섭원이 존재하는 것을 볼 수 있습니다. 　　그림 1 변환기 등가 회로도　　　요코가와의 측정 장비가 제공하는 간섭 억제 기능에는 다음이 포함됩니다.
적분, 1차 저역 통과 필터, 채널별 독립적인 A/D 모듈.
적분 A/D란, 이름에서 알 수 있듯이 아날로그 신호를 특정 시간 동안 적분한 후에 A/D 변환을 수행하는 것을 말합니다.서로 다른 공진주파수(50Hz/60Hz)의 간섭원에 맞게 적절한 적분 시간(측정 주기)을 설정함으로써 간섭을 억제할 수 있다.적분 A/D를 이용한 간섭 억제 방식의 개요는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2: 적분 A/D를 이용한 간섭 억제 방식의 개요
간섭 신호의 주파수와 A/D 적분 주기가 일치하지 않을 경우, 간섭의 영향을 단순히 “적분”만으로는 억제할 수 없습니다.따라서 요코가와 고속 모듈은 필터링 기능을 제공하며, 1차 저역 통과 필터의 컷오프 주파수를 조정함으로써 A/D 변환과 결합하여 고주파 간섭원의 영향을 억제할 수 있습니다.하지만 필터링은 측정 결과에 일정한 지연을 유발하므로, 정상 상태 온도 테스트에 자주 사용됩니다.A/D 누적과 1차 저역통과 필터를 결합하여 간섭을 억제하는 구조는 그림 3에 나타나 있습니다. 　　 　　그림 3: 누적형 A/D와 1차 저역통과 필터가 결합된 구조의 개략도. 현재 시장에 나와 있는 데이터 수집 장비들은 대부분 스캔형이며, 즉 여러 채널이 하나의 A/D를 공유하고 릴레이를 통해 순차적으로 전환되는 방식을 사용합니다.스캔형의 가장 큰 장점은 비용 절감이며, 단점은 데이터 수집 속도가 제한되고 채널 간 전환 시 간섭의 영향을 받기 쉽다는 것입니다.요코가와는 독립형 A/D 모듈을 출시했습니다(그림 4 참조). 각 측정 채널에 별도의 A/D 변환기가 사용되므로, 간섭에 대한 저항성이 향상될 뿐만 아니라 공통 모드 전압 내성도 크게 향상됩니다. 　　 　　그림 4 독립형 A/D 모듈 회로도 　기록장치가 제공하는 간섭 억제 방법 외에도, 사용자는 실제 테스트 과정에서 다양한 방법을 통해 간섭의 영향을 줄일 수 있습니다.예를 들어, 절연 테이프를 사용하여 측정 대상물과 열전대의 전단부를 분리할 수 있습니다；신호원과 기록기를 등전위화함으로써 지구전류가 유발하는 전위차를 제거한다；또한, 꼬인 차폐형 열전대선을 사용하면 열전대 배선 시 발생하는 정전기 결합 간섭을 억제할 수 있습니다.