Университет Йокогава: проблемы подавления помех при измерении температуры с помощью термопар

Thread Content

　　При использовании термопар для измерения температуры часто возникают проблемы с электрическими помехами. С одной стороны, в последние годы благодаря распространению источников питания с переменной частотой в различных отраслях, условия тестирования становятся всё более сложными. С другой стороны, термоэлектрический потенциал, возникающий в результате изменения температуры термопары, очень мал, поэтому она более уязвима к электрическим помехам по сравнению с другими датчиками, такими как терморезисторы. 　　На рисунке 1 показана эквивалентная схема типового преобразователя частоты; здесь видно наличие трех источников помех: коммерческого источника питания с частотой 50 Гц, высокочастотных импульсных помех, возникающих в результате использования технологии PWM (с высокой интенсивностью энергии), и низкочастотных помех от преобразования частоты. 　　Рисунок 1. Схема эквивалентной цепи частотного преобразователя. Функции подавления помех, предоставляемые измерительными приборами компании Yokogawa, включают: интегрирование, первичную низкочастотную фильтрацию, независимые модули A/D для каждого канала. Интегрирующий A/D, как следует из названия, означает выполнение операции интегрирования аналогового сигнала в течение определенного времени перед его преобразованием в цифровой формат. Можно настроить подходящее время интеграции (период измерения) для борьбы с помехами от различных источников с частотой электропитания (50 Гц/60 Гц). Схема подавления помех с использованием интеграции A/D показана на рисунке 2. Рисунок 2. Схема подавления помех с использованием интеграции A/D. Когда частота сигнала помехи не совпадает с периодом интеграции A/D, влияние помех невозможно устранить исключительно с помощью процедуры интеграции. Таким образом, высокоскоростные модули Yokogawa обеспечивают функцию фильтрации: путем регулировки частоты среза первичного низкопроходного фильтра в сочетании с интегрированием по принципу A/D можно снизить влияние высокочастотных помех. Однако фильтрация приводит к определенной задержке в результатах измерений, поэтому её часто используют при тестировании температуры в устойчивом состоянии. Схема подавления помех с использованием интеграции A/D в сочетании с фильтром низких частот первого порядка показана на рисунке 3. 　　 　　Рисунок 3. Схема сочетания преобразователя A/D с первичным фильтром низких частот. В настоящее время на рынке преобладают устройства для сбора данных сканирующего типа, при которых несколько каналов используют один и тот же преобразователь A/D; переключение между каналами осуществляется с помощью реле. Самым большим преимуществом сканирующего метода является экономия затрат, тогда как недостатками являются ограниченная скорость сбора данных и то, что переключение между каналами подвержено воздействию помех. Компания Ёкогава выпустила модули A/D с независимыми каналами (см. рисунок 4). Для каждого канала измерений используется отдельный преобразователь A/D, что повышает стойкость к помехам и значительно улучшает способность к работе при высоких значениях напряжения. 　　 　　Рисунок 4. Схема цепи независимого модуля A/D. Помимо методов подавления помех, предусмотренных самим регистратором, пользователь может в процессе фактических тестов использовать различные способы для снижения влияния помех. Например, можно использовать изоляционную ленту для разделения измеряемого объекта от передней части термопары ； Устранение разницы потенциалов, возникающей из-за земного тока, путем электропотенциальной согласованности источника сигнала и регистратора ； Также можно использовать изолированные термопарные провода с заплетенной изоляцией, что позволяет снизить помехи от статического заряда при прокладке термопар.