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測定時のノイズについて
2023/09/06 15:46
- 熱電対を使用したときのノイズ除去方法を教えていただきたいです。
- 測定時のノイズを消すまたは少なくする方法を知っている方に助言を頂きたいです。
- 2ヶ月ほど苦しんでおります。良い助言があればお願いいたします。
測定時のノイズについて
2007/07/24 09:03
こんにちは、熱電対を使用したときのノイズ除去方法を教えていただきたいです。
20年程度前のマシニング(5m×5m×5m)程度のものをつかっております。
そのマシニングを使用して金属を切削したときの温度測定をしようと考えています。
しかし、いざ測定を始めるとステージ及び主軸回転をすることにより、ノイズ(周期的に2,3mV～200mV)が発生してしまい測定値(15?V程度)がかくれてしまいます。そのような測定時のノイズを消すまたは少なくする方法を知っている方に助言を頂きたいです。
測定はマシニングの中に熱電対を置き、そこから1mほどの補償導電で測定器(オシロスコープ)までいれて測定しています(この銅線にノイズが乗っている疑いがあったのでアルミホイルで巻くなどしましたが効果はありませんでした)。
また、主軸およびステージからグラウンドは取っていますので、グラウンドの本数を増やしてもあまり意味がありませんでした。空間を漂うノイズのようなものを拾ってしまいます。
少し分かりにくい説明でしたが、2ヶ月ほど苦しんでおります。
良い助言があればお願いいたします。
すみません、書き方が悪かったようです。いくつか補足事項入れさせていただきます。
1)まず使用しているオシロスコープはLeCroy社製のデジタルオシロスコープ（WaveSurferXsのWS24Xs）です。
2)金属に付着させてK種や種の熱電ついでとるのではなく、削っている金属と熱電対との起電力で温度を取っています。ですので入力される信号は全て電流で出てきます。
また測定の仕方として、2種類試しています。
一種類は1CH(起電力が高いほう)と2CH(起電力が低いほう)をつかってCH1-CH2という演算としてグランド(クリップのついているメスのほう)を共通にして測定する方法です(これで擬似的に差動動作になるということでした)。
もう一つは、1CHのみ使用してオスのほうに起電力が高いほう、クリップに起電力の低いほうとしてそくていしました。
私は、前者のほうの測定で正しいと考えていますが確証は持てていません。
3)計測系を探したところ
NR500 (http://www.keyence.co.jp/keisokuki/pcdirect/nr_500/index.jsp)
NR2000（http://www.keyence.co.jp/keisokuki/stand/nr_2000/index.jsp）
の2種類をみつけました。
その他の回答 （10件中 6～10件目)
すみません。内容がよく掴めません。いくつか疑問があるのですが、教えてください。
>2)金属に付着させてK種や種の熱電ついでとるのではなく、削っている金属と熱電対との起電力で温度を取っています。
ということは、オシロで観察しようとしている電気信号は、
「切削中の金属」 と 「熱電対(通常2本の金属の線)の2本をまとめて1本にした電線」で、
これら2つの金属を熱電対にみたてて、温度を測定ということでしょうか?
もしそうであるならば、校正表も独自で測定/作成されたということでしょうか?
>ですので入力される信号は全て電流で出てきます。
電流信号を、そのままオシロスコープの入力につなぐというのは、あまり聞かないのですが、
その方法で すでに温度測定の実績があるということでしょうか?
>一種類は1CH(起電力が高いほう)と2CH(起電力が低いほう)をつかってCH1-CH2という演算として
>グランド(クリップのついているメスのほう)を共通にして測定する方法です
>(これで擬似的に差動動作になるということでした)。
確かに、その方法はオシロの機能として正しい使い方だと思いますが、
(起電力が高いほう)と(起電力が低いほう)の差を取ると、どのようなデータが得られるのでしょうか。
一般に温度測定は、センサそのものの熱容量が時定数となり、
msオーダーでは完全応答しないと思います。対象物とセンサをもっと長い時間熱結合する必要があると思います。
測定方法について、もう少し吟味、検討された方がよいかと思います。
ひとまずは、ロガーなど温度測定出来る機器でトライされるのが、
近道かもしれません。
「ご参考」
以前、熱電対箔というのを聞きました。箔だけあって、応答性が良く、
エンジンの爆発によるシリンダー内部の温度上昇までも取れる?、
と聞いたことがあります。今から30年も前の話です。間違っていたら、すみません。
ご回答ありがとうございました。
>よって削っている金属とクロメル線との起電力を測定する形です。
>校正表につきましては、独自に校正を行っております。
なるほど、校正表まで取られているのですね。
しかしながら、相手部材が変わるたびに校正値を取るのも面倒かと思われます。
やはり、温度計測は温度用の熱電対の方に軍配が上がると思います。
>1ms程度のグラフもきちんと取れているのですが、
>その実験とは使っている機器(測定用のオシロスコープ)が違います。
通常のオシロですと、冷接点をもっていないのではないかと思います。
冷接点がないと、夏場と冬場で測定値が違ってきますし、
絶対確度がないので、本筋ではないような気がします。
また、1msのグラフが取れているとのことですが、
通常の温度変換器(含むロガー)の出力は、とても遅いフィルタが
かけてあるので、この出力を1ms毎に測ったとしても、
それは電圧値を1ms毎に得た、ということであり、
真の温度を1ms毎に測定したのとは異なるような気がします。
>熱電対箔につきましては、ネットで検索しても出てこなかったので
この件ですが、今ネットでザクッと検索したら出てきました。
以下のページなどが参考になると思います。
このページに記載のアンプ出力をオシロで観測すれば、
高速変化も信頼性のある数値になるかもしれません。
ご参考にされてください。
http://www.anbesmt.co.jp/tctest.html
http://www.ishikawa-sangyo.co.jp/products/thermocouples/probes/0001.html
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この質問は投稿から一年以上経過しています。
解決しない場合、新しい質問の投稿をおすすめします。
最大の問題はオシロスコープとは実際には何か？です
恐らく温度測定用データロガーでは無くて
http://www.fa.omron.co.jp/product/family/1906/index_p.html
http://www.keyence.co.jp/keisokuki/stand/nr_1000/index.jsp
http://www.yokogawa.co.jp/ns/daq/mobilecorder/mv/ns-mv-01-ja.htm
所謂普通のオシロスコープしかもアナログだったりして
http://www.iti.iwatsu.co.jp/products/ss/index.html
アナログオシロでは打つ手はほとんどありません
（シールド云々の対策は時間とお金の無駄に過ぎません）
デジタルオシロ
http://www.home.agilent.com/JPjpn/nav/-536902447.0/pc.html
http://www.yokogawa.co.jp/tm/Bu/index-wave.htm
憶測ですが熱電対の線をアナログオシロに直接入力してるのではないでしょうか？
そのオシロには冷接点補償機能はありますか？
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/2004-2005/0404/index.html
恐らく無いと思います
何故なら冷接点補償機能付きで温度測定直接入力可能な機種であれば
既にノイズ消去機構は最初から組み込まれていてよほど強大なノイズ
でなければ考慮する必要など無いからです
一番上に挙げたオムロンやキーエンスのデータロガーでは
通常の工作機械のサーボから発生するノイズは対策済みです
それ以外のメーカの温度記録用データロガーは必ずしもFA環境で使えるよう
には出来ていない可能性はあります
それでも測定値平均の数を上げるだけでノイズのほとんどは消去できます
同様にデジタルオシロの高級機になら平均値処理機能がありますので
それでノイズの多くは消せます
平均値処理すると当然の如く応答は遅くなりますが通常の温度計測では
問題にはならないはずです
何故なら温度の変動がｍｓ単位で変動することはほどんどあり得ないから
まさかバイトのチップ先の温度を測定するのじゃあないですよね
補足
2007/07/24 16:23
こんにちは、回答ありがとうございます。
オシロスコープはLeCroy社製のデジタルオシロスコープ（WaveSurferXsのWS24Xs）をしようしています。
測定は、熱電対を直接プローブで入力しています。なので冷接点などはとっていません。
もし冷接点をとることでノイズが減るなら試してみようと思います。
温度はms単位で変化するものを追っていますので、一瞬しか出てきません。
またそれに近い値が前後で数回出る程度です。
オムロンやキーエンスのデータロガーだと、どの程度のノイズ対策が出来るのでしょうか？
温度測定の測定器として、オシロスコープを使用する理由は何でしょうか?
一般的に、熱電対で温度測定するには、熱電対入力を前提とした温度測定器や
ロガーを使用します。
温度変化の傾向を時間的に見たいのであれば、温度→電圧値の出力を持った、
温度測定器を使用し、オシロで観測するのが一般的です。
どうしてもオシロスコープで、ということなら、
冷接点補償回路と差動増幅を使用して、同相ノイズを取らないで済む方法で
測定します。これらの回路が一式入ったのが、前出の
熱電対入力を前提とした温度測定器やロガーです。
ご参考まで
補足
2007/07/24 15:29
回答ありがとうございます。
オシロスコープ(デジタルオシロ)で行う理由として、データロガーが手に入らないといった理由があります。
冷接点を取ると、ノイズは関係なくなるのでしょうか？
今は冷接点を取らずに、直接入力でやっているます。
また差動増幅回路ということですが、これは通常の電圧を増幅するアンプと考えてよろしいのでしょうか？
毎度ＪＯです。
ノイズ対策についてですが、測定温度範囲が常温に近い物でしたら熱電対以外の選択はありませんか？
他の測定方法であれば、対ノイズに強い物もありかも知れません、
オシロスコープで観測されているようですが、ノイズ成分の周波数特性などは判りませんか？
１）交流電源の誘導を拾っている、
２）主軸のインバータの出力（1kHz～10KHz程度）
３）サーボなどからのノイズ？
何れにしても、ノイズの正体が分からなければ対策のしようもありません、
補足
2007/07/24 15:25
回答ありがとうございます。
ノイズの周波数特性ということなのですが、
1)60kHz程度の電源から来ていると思われるもの
2)11kHz程度のノイズ
があります。
1は電源周りから来ていると考えていますが、2は何から来ているのか不明です。
またノイズの大半は正弦波のような形のものが多く(表現が少し曖昧)、それに、また主軸回転しだすとそれに定期的なノイズが載ります。
曖昧ですのでもう一度測定してみて、報告したいと思います。
補足
2007/07/25 15:16
こんにちは、不明瞭な点があり失礼しました。
＞「切削中の金属」 と 「熱電対(通常2本の金属の線)の2本をまとめて1本にした電線」で、
これら2つの金属を熱電対にみたてて、温度を測定ということでしょうか?
回答：これに関しては、切削中の金属と熱電対に使われるクロメル線とで一つの熱電対の形をとっております。よって削っている金属とクロメル線との起電力を測定する形です。
校正表につきましては、独自に校正を行っております。
＞電流信号を、そのままオシロスコープの入力につなぐというのは、あまり聞かないのですが、
その方法で すでに温度測定の実績があるということでしょうか?
回答：はい、実績はあります。1ms程度のグラフもきちんと取れているのですが、その実験とは使っている機器(測定用のオシロスコープ)が違います。
＞確かに、その方法はオシロの機能として正しい使い方だと思いますが、
(起電力が高いほう)と(起電力が低いほう)の差を取ると、どのようなデータが得られるのでしょうか。
回答：これについては、正直良く分かっていないのが現状です。
オシロスコープの会社に技術的なことで問い合わせると、このような方法もあると紹介されたので試してみたのです。なのでまだどのようなデータが取れるかは検証中です。
やはりデータロガーが必要になりそうですね。今周りに無いか探しているところです。
熱電対箔につきましては、ネットで検索しても出てこなかったのでもう少し人伝いに探してみることにします。