熱電対によるデータ収集について

質問

熱電対により温度測定をし、そのデータを測定器とPCによるデータロガーで記録していますが、データロガー（測定器本体）が誤動作してしまい、うまく測定できません。以下に、状況を示しますので、どなたかアドバイスをいただければ幸いです。
１．被測定物は石英管にヒーター線を巻いたものであり、真空槽内に設置してある。被測定物の駆動電源はサイリスタレギュレータによる。
２．熱電対はKタイプ、ガイシによるシースをかぶせて石英管内側に設置。
３．測定器の誤動作とは、データ収集時（スキャン時）に電源の瞬断のような動作が発生。瞬間的に測定器が初期化画面になり、時にエラーが出て止まってしまう。
４．PCを使わず、測定器の内部メモリーに書き込むようにしても同様の誤動作が発生。
５．熱電対－測定器の結線は、熱電対を温調器入力に接続し、温調器入力端子からパラレルに測定器に入力。
６．熱電対のライン（補償導線）とGND間をオシロスコープで観察したところ、60Hz200V(0-P)の波形が観測された。

回答No.2

now2good

now2goodと申します。
私も４月から測温データをデータロガーで記録する実験を始めました。
同じようなノイズで悩まされましたので状況をお知らせします。

１．測温データのノイズの状況
・測温値が安定しない。ときにエラー表示がでる。
・隣の実験装置を起動するとノイズが大きくなる。
・ＰＣでフィルタリングのソフト処理ができるがそれを用いると多少はノイズが減るものの、完全にはエラー表示はなくならない。

２．調査結果と対策
（ハード）
・ＰＣやデータロガーに電源ノイズが入る。
・ペンレコや温度調節器の入力端子が信号ノイズが入る。
＜対策＞
a)計測器側の電源にノイズフィルターを入れる（未実施）
b)ペンレコとパラ取りしない
c)データロガーの入力部に10pF程度のコンデンサーを入れる。（+信号と-信号間は効果あり。-信号とGND間は効果不明）

（ソフト）
・元の設定では、　サンプリングした起電力信号をリニアライズして温度換算し、フィルタリング処理を行っていたが、これがよくなかった。瞬間的に起電力値が換算範囲を外れるとエラー出力してしまうことがわかった。

＜対策＞
d)ソフトの設定をチューニングし直す。具体的には、起電力信号のサンプリング→フィルタリング１（瞬間エラー信号除去のため傾き制限する）→フィルタリング２（ローパスフィルタ）→統計処理（平均値）→リニアライズ（温度換算）　リニアライズを最後にするのがポイント。

３．対策後の結果
b)c)d)を実施して、安定した測温ができるようになった。

個人的には、magnumさんの場合ソフト処理上の問題が最も重大ではないかと推定します。magnumさんの使われているデータロガーとソフトでも同じチューニングができればよいのですが。

以上ご参考まで

回答No.1

siegmund

物理屋の siegmund です．
昔々，熱電対を使った実験をちょっとやったことがあります．
ずいぶん忘れてしまった上に，最近のシステムには疎いので，
あてにはならないかも知れません．

> ６．熱電対のライン（補償導線）とGND間をオシロスコープで観察したところ、
> 60Hz200V(0-P)の波形が観測された。

ということは，他の電圧が熱電対ラインに乗ってしまっているようですね．
熱電対の電圧はそもそも小さいですから，200V が入れば異常を起こすのは
想像できます．
運が悪いと壊れるかも....

> ５．熱電対－測定器の結線は、熱電対を温調器入力に接続し、
> 温調器入力端子からパラレルに測定器に入力。

これは，熱電対の電圧を温調器に参照電圧としてインプットし，
それによって温度の自動制御をおこなっている，と解釈してよろしいでしょうか．
で，ヒーターの電源は60Hz，200Vですか？

もしそうなら，思いつく可能性をあげてみます．

(1)　ヒーター回路と熱電対線が電気的に接触している可能性．
一応，ガイシによるシースはあるわけですがね．
これはテスタくらいで見当がつきそう．

(2)　温調器の内部に問題があって，
熱電対参照電圧の入力端子に200Vがかかって(というか，漏れて)しまっている可能性．
熱電対をはずして，上の入力端子にオシロスコープをつないでみたら
わからないでしょうか？
あるいは，熱電対を温調器からはずして熱電対用データロガーにつないでみる．
異常が起こらなければ，温調器に問題がありそうです．
異常が起こるなら，(1)の可能性が強そう．

(3)　ちょうど200Vになっているのなら，
電磁誘導による誘導電圧が乗っているのではなさそうです．

magnum さんがとっくに思いつかれている程度のことかも知れませんが，
取りあえず書いてみました．