بهترین روش حذف نویز ترموکوپل

حذف نویز ترموکوپل یکی از موضوعات حیاتی در بهبود دقت ترموکوپل‌ها است. نویزها می‌توانند از منابع مختلفی نظیر نویز حرارتی، نویز جریان، نویز تداخلی و نویز محیطی به وجود آیند که می‌تواند تأثیرات غیرقابل اندازه‌گیری را بر روی خروجی ترموکوپل‌ها داشته باشد. این امر منجر به خطای قابل توجهی در اندازه‌گیری‌های حساس خواهد شد و به ویژه در صنایعی که دقت اندازه‌گیری دما از اهمیت بالایی برخوردار است، مشکل‌ساز می‌شود. به‌منظور بهبود دقت در اندازه‌گیری ترموکوپل‌ها، روش‌های مختلفی به‌عنوان روش حذف نویز ترموکوپل مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله، به بررسی و ارائه‌ی روش‌های مختلف حذف نویز ترموکوپل‌ها می‌پردازیم.

آشنایی با انواع نویزهای ترموکوپل‌ها

ترموکوپل‌ها از جمله حسگرهای حرارتی پرکاربرد در صنایع مختلف هستند که برای اندازه‌گیری دما و تبادل حرارت به کار می‌روند. این حسگرها بر پایه ایجاد نیروی الکتروموتری توسط دو ماده با دماهای مختلف کار می‌کنند. اما مانند سایر حسگرهای حرارتی، ترموکوپل‌ها هم با نویزها و اختلالات مختلفی روبرو می‌شوند که می‌تواند دقت و عملکرد آنها را تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل حذف نویز ترموکوپل برای اندازه‌گیری دقیق دما مهم است.

نویزها در ترموکوپل‌ها می‌توانند از منابع مختلف مانند الکتروموتانس (EMF)، تغییرات مقاومت داخلی مواد ترموکوپل، تغییرات دما در محیط اطراف و اختلاف دما بین نقاط اتصال ترموکوپل‌ها ایجاد شوند. این نویزها ممکن است تصاویر نمودار خطا (Noise)، خطای مواد، و خطای رابطه را ایجاد کنند.

انواع نویزهای ترموکوپل‌ها که در بحث طریقه از بین بردن نویز ترموکوپل مورد بررسی قرار می‌گیرند، عبارتند از:

نویز حرارتی (Thermal Noise)

نویز حرارتی یکی از انواع اصلی نویزها در ترموکوپل‌ها است. این نوع نویز به دلیل انتقال حرارت تصادفی میان الکترودهای ترموکوپل به وجود می‌آید. این نویز با افزایش دما و عرض نوار ترموکوپل افزایش می‌یابد و معمولاً به عنوان “نویز جادویی” نیز شناخته می‌شود. این نویز بیشتر به دلیل عدم جوش مناسب جانکشن ترموکوپل ایجاد می‌شود و در بسیاری از ترموکوپل های تولید داخل توسط شرکت های غیراستاندارد بسیار دیده شده است.

نویز جریان (Current Noise)

نویز جریان در ترموکوپل‌ها به دلیل نقص‌های انتقال جریان الکتریکی در اتصال‌ها و اجزای ترموکوپل به وجود می‌آید. این نویز با افزایش جریان و دما افزایش می‌یابد. برای حذف این نویز ترموکوپل باید بصورت unground باشد و اتصال به بدنه را حذف نماییم .

نویز ترمومغناطیسی (Thermomagnetic Noise)

نویز ترمومغناطیسی به دلیل ایجاد جریان‌های الکتریکی در محیط مغناطیسی تغییر کننده دمای ترموکوپل‌ها بوجود می‌آید. این نویز می‌تواند در محیط‌هایی که میدان مغناطیسی قوی وجود دارد، مشکل‌ساز شود.

نویز خارجی (External Noise)

نویز خارجی ممکن است توسط امواج الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی و دستگاه‌های الکتریکی اطراف ترموکوپل‌ها ایجاد شود و می‌تواند بر نتایج اندازه‌گیری ترموکوپل‌ها تأثیر بگذارد.

نویز محیطی (Environmental Noise)

این نوع نویز از تغییرات محیطی مانند اختلاف‌های فشار هوا، رطوبت و محیط‌های خارجی ترموکوپل‌ها ناشی می‌شود. این نویز بیشتر بدلیل استفاده نکردن از موارد سیل کننده مناسب بوجود خواهد آمد . سیل کننده های مانند چسب 123 و از این قبیل موارد موجب نویز خواهند شد.

روش حذف نویز ترموکوپل

آگاهی انواع روش حذف نویز ترموکوپل که از آنها به‌عنوان حسگرهای حرارتی مهمی در بسیاری از برنامه‌ها و صنایع استفاده می‌شود، اهمیت دارد. زیرا عدم حذف نویز ترموکوپل منجر به خطاهای غیرقابل جبران در اندازه‌گیری دما می‌شود. یکی از چالش‌های موجود در استفاده از ترموکوپل‌ها، نویز و تداخل‌هایی است که ممکن است در اندازه‌گیری دما ایجاد شوند. این نویز‌ها می‌توانند توسط متغیرهای محیطی، تجهیزات الکترونیکی و یا تغییرات ناگهانی دما ایجاد شوند.

در ادامه، به بررسی طریق از بین بردن نویز ترموکوپل به روش‌های مختلف می‌پردازیم:

نحوه حذف نویز ترموکوپل با استفاده از فیلترهای نرم‌افزاری

فیلترهای نرم‌افزاری یک سری الگوریتم‌ها و روش‌های پردازش سیگنال هستند که می‌توانند نویزها، اختلالات و اعوجاج‌ها را از سیگنال‌های اندازه‌گیری شده ترموکوپل حذف کرده و اطلاعات دما را به شکل دقیق‌تری بازنمایی کنند. همچنین استفاده از ترنسمیترهای دما که از برند های مرغوب میباشند موجب میشود بسیاری از نویزهایی که در مسیر بوجود می آید حذف شوند .این فیلترها قادرند از طریق حذف نویز ترموکوپل به‌صورت تصادفی، نویزهای تداخلی و همچنین حذف نویزهای مرتبط با فرآیندهای خاص اندازه‌گیری، دقت و قدرت تشخیص تغییرات دما را افزایش دهند.

یکی از روش‌های معمول استفاده از فیلترهای نرم‌افزاری، استفاده از فیلتر پایین‌گذر (Low-Pass Filter) است. این نوع فیلتر، فرکانس‌های بالا را از سیگنال حذف کرده و فقط فرکانس‌های پایین‌تر که مرتبط با اطلاعات دما هستند را حفظ می‌کند. این عمل باعث حذف نویز ترموکوپل، اختلالات با فرکانس بالا و دقت بخشیدن به اطلاعات دمایی اصلی می‌شود.

همچنین، فیلترهای میانه‌گذر (Band-Pass Filter) و فیلترهای بالاگذر (High-Pass Filter) نیز می‌توانند به عنوان روش‌های دیگری در نحوه حذف نویز ترموکوپل و بهبود دقت اندازه‌گیری دما نقش داشته باشند.

استفاده از فیلترهای نرم‌افزاری در اندازه‌گیری دما با ترموکوپل‌ها، بهبود قابل توجهی در دقت و اعتمادپذیری داده‌ها به ارمغان می‌آورد و این امکان را می‌دهد که اطلاعات دما با دقت بالاتری در صنایع مختلف از جمله صنعت فولاد، پتروشیمی، الکترونیک و غیره استفاده شود.

طریقه از بین بردن نویز ترموکوپل با الگوریتم‌های پیشرفته

برای حذف نویز ترموکوپل و ارتقاء دقت و قابلیت‌های ترموکوپل‌ها، الگوریتم‌های پیشرفته می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. یکی از روش‌های معمول استفاده از الگوریتم‌ها برای حذف نویز ترموکوپل، فیلترینگ سیگنال است. این فرآیند، با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته مانند فیلترهای کالمن، فیلترهای کالمن‌بوترورث و یا فیلترهای کوهنن، سیگنال را از نویز محیطی و مرتبه‌بالا پاک‌سازی می‌کند و اطلاعات مفید دما را با دقت بیشتری نمایش می‌دهد.

در موارد پیچیده‌تر، می‌توان از الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی مانند شبکه‌های عصبی نیز استفاده کرد. این الگوریتم‌ها با تحلیل حجم بالای داده‌های ترموکوپل و تشخیص الگوهای مختلف نویز، به صورت خودکار و هوشمندانه می‌توانند نویز را از سیگنال تمیز ترموکوپل جدا کنند و دقت اندازه‌گیری را به‌طور قابل توجهی افزایش دهند.

نحوه حذف نویز ترموکوپل به کمک تقویت سیگنال

یکی از مشکلات رایجی که در ارتباط با ترموکوپل‌ها به وجود می‌آید، نویز موجود در سیگنال اندازه‌گیری شده است. نویز می‌تواند به دلیل عوامل مختلفی از جمله تداخل الکترومغناطیسی، اشکال در اتصالات سیم‌ها یا حتی دمای محیط اطراف ترموکوپل ایجاد شود. این نویز ممکن است باعث کاهش دقت اندازه‌گیری و در بعضی موارد، از دست دادن اطلاعات مفید مرتبط با دما شود.

برای مقابله با این مشکل، یک راهکار مؤثر، استفاده از ایستگاه تقویت کننده سیگنال یا ترنسمیتر دما است. این ابزار، وسیله‌ای است که سیگنال خروجی از ترموکوپل را تقویت کرده و همچنین نویزها و اختلالات غیرمطلوب را کاهش می‌دهد. ایستگاه تقویت کننده می‌تواند از یک مدار الکترونیکی ساده تا مدارهای پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر مانند مدارهای اپ‌آمپلیفایر استفاده کند.

این روش حذف نویز ترموکوپل، به ویژه در کاربردهای حساس و دقیق مثل آزمایشگاه‌های علمی و صنایع پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طریقه از بین بردن نویز ترموکوپل با محافظت از سیم‌ها و کابل‌ها

نویز الکتریکی می‌تواند از منابع مختلفی مانند تداخل الکترومغناطیسی، نویز‌های RF و تداخل ناشی از تجهیزات الکتریکی ناشی شود. این نویزها می‌توانند از طریق کابل‌ها و سیم‌های متصل به ترموکوپل‌ها به آنها وارد شوند و توانایی اندازه‌گیری دما را تحت تأثیر قرار دهند.

برای محافظت از سیم‌ها و کابل‌ها و حذف نویزهای الکتریکی، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد. یکی از روش‌های موثر برای محافظت از سیم‌ها و کابل‌ها، استفاده از حاشیه‌نشانی (Shielding) است. حاشیه‌نشانی یک لایه حاوی مواد فلزی است که به دور سیم‌ها و کابل‌ها قرار می‌گیرد و از ورود نویزهای الکتریکی به آنها جلوگیری می‌کند. این حاشیه‌نشانی می‌تواند از فلزاتی مانند مس یا آلومینیوم یا استیل ساخته شود.

علاوه بر حاشیه‌نشانی، از فیلترهای الکترومغناطیسی هم می‌توان برای حذف نویزها استفاده کرد. این فیلترها قادر به جذب و خنثی‌سازی نویزهای الکترومغناطیسی هستند و به ترموکوپل‌ها کمک می‌کنند تا دقت اندازه‌گیری‌های خود را حفظ کنند.

همچنین، مسیربندی صحیح سیم‌ها و کابل‌ها نیز بسیار مهم است. انتخاب مسیر مناسب برای سیم‌ها و کابل‌ها می‌تواند به این صورت به حذف نویز ترموکوپل کمک کند که نویزها کمتر به آنها انتقال یابند و دقت اندازه‌گیری‌ها بهبود یابد.

روش حذف نویز ترموکوپل به کمک تعویض ترموکوپل‌ها با مدارهای مجتمع

با این حال، یکی از چالش‌های موجود در استفاده از ترموکوپل‌ها، نویزهای الکترومغناطیسی (EMI) است که می‌تواند به شکل ناخواسته به سیگنال حاصل از ترموکوپل اضافه شود و دقت اندازه‌گیری را کاهش دهد. این نویزها می‌توانند ناشی از تداخل با سیم‌های برق یا تجهیزات الکترونیکی دیگر باشند.

برای مقابله با این چالش، یک روش منحصر به فرد به نام تعویض ترموکوپل‌ها با مدارهای مجتمع به وجود آمده است. این روش به این صورت عمل می‌کند که ترموکوپل‌ها به طور مستقیم با مدارهای مجتمع ترکیب می‌شوند و اطلاعات دما به صورت سیگنال الکتریکی دیجیتال به میکروکنترلر یا سیستم کنترلی ارسال می‌شود.

مدارهای مجتمع در اینجا به عنوان یک نوع تراشه الکترونیکی عمل می‌کنند که وظیفه تبدیل سیگنال آنالوگ ترموکوپل به داده‌های دیجیتال را برعهده دارند. با استفاده از این روش، نویزهای EMI که ممکن است در سیگنال ترموکوپل تداخل ایجاد کنند، تا حد ممکن کاهش می‌یابند یا از بین می‌روند.

سوالات متداول در مورد حذف نویز ترموکوپل

در این بخش به پاسخ برخی از سوالات متداول شما عزیزان در مورد طریقه از بین بردن نویز ترموکوپل خواهیم پرداخت که عبارت‌اند از:

چه عواملی می‌توانند باعث ایجاد نویز در اندازه‌گیری‌های ترموکوپل شوند؟

عواملی نظیر اتصالات نامناسب، تداخل با سیگنال‌های الکترومغناطیسی، نویز تصادفی، اختلالات الکتریکی و محیطی، تغییرات دما و فشار و … می‌توانند در اندازه‌گیری‌های ترموکوپل نویز ایجاد کنند.

چه روش‌هایی برای حذف نویز ترموکوپل وجود دارد؟

برای حذف نویز ترموکوپل، می‌توان از روش‌هایی نظیر استفاده از فیلترهای الکترونیکی، محاسبات متوسط متحرک، استفاده از نرم‌افزارهای پردازش سیگنال مثل فیلترهای کالمن، کالمن–باترورث و… استفاده کرد. همچنین، استفاده از سیگنال‌های مرجع، از جمله دمای محیط، نقطه ذوب و… می‌تواند کمک کند تا نویزهای اضافی از اندازه‌گیری‌ها حذف شوند.

چطور می‌توان دقت اندازه‌گیری‌های ترموکوپل را افزایش داد؟

برای افزایش دقت اندازه‌گیری‌های ترموکوپل، می‌توان از ترموکوپل‌های با دقت بالا و ویژگی‌های خاص مانند خطی بودن در بازه دما، مقاومت بالا در برابر نویزهای الکتریکی و الکترومغناطیسی و کالیبراسیون منظم استفاده کرد. همچنین، مراقبت دقیق جوش و رعایت اصول جمع آوردی ترموکوپل و اتصالات و عناصر الکتریکی ترموکوپل نیز می‌تواند به بهبود دقت اندازه‌گیری‌ها کمک کند.

چه روش‌هایی برای کالیبراسیون و اعتبارسنجی ترموکوپل‌ها وجود دارد؟

برای کالیبراسیون و اعتبارسنجی ترموکوپل‌ها، می‌توان از استانداردهای دما و ابزارهای اندازه‌گیری دمای معتبر استفاده کرد. اعتبارسنجی مداوم و دوره‌ای ترموکوپل‌ها با استفاده از منابع مرجع دما مانند بیمتال‌ها، آب یخ و نقاط ذوب مختلف، نیز می‌تواند دقت اندازه‌گیری‌ها را تضمین کند. همچنین ، شرکت های کالیبراسیون گرید A می‌توانند با دریافت هزینه ، دقت سنسورهای شما را در دماهای مورد نیاز شما اعلام نمایند.

نتیجه‌گیری

حذف نویز ترموکوپل یکی از مسائل مهم و چالش‌برانگیز در اندازه‌گیری دما است. ترموکوپل‌ها به‌عنوان سنسورهای حرارتی، در انواع صنایع و برنامه‌های مختلف از جمله صنعت نفت، پتروشیمی، تولید انرژی و مهندسی حرارتی استفاده می‌شوند. با این حال، نویز در اندازه‌گیری‌های ترموکوپل می‌تواند باعث کاهش دقت و دست‌یابی به نتایج دقیق شود. به‌منظور کاهش تأثیر نویز بر روی داده‌های ترموکوپل، محققان از روش‌های مختلفی از جمله فیلترهای پیشرفته و الگوریتم‌های پردازش سیگنال بهره می‌برند. همچنین، توسعه و بهینه‌سازی سخت‌افزارها و مدارهای ترموکوپل نیز می‌تواند بهبود چشمگیری در دقت و عملکرد این سنسورها ایجاد کند. نکته آخر اینکه هنگام خرید یک ترموکوپل باید به مشخصات آن دقت کنید و نوعی را انتخاب کنید که نسبت به نویزهای مختلف، حساسیت کمتری داشته باشد.