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センサのノイズ対策——熱電対・測温抵抗体の配線と補償導線から切り分ける

調達購買ノウハウ

投稿日：2026年11月9日

センサのノイズ対策——熱電対・測温抵抗体の配線と補償導線から切り分ける

この記事のポイント（結論先出し）

センサのノイズは、まず信号がどれだけ小さいかから考える。K 熱電対の熱起電力は 0 ℃から 100 ℃で 4 096 μV、1 ℃あたり約 41 μV しかない^[1]。Pt100 の測温抵抗体は 100 ℃で 0 ℃の約 1.385 倍の抵抗になる^[3]。この小さな信号に、配線・補償導線の選び方・接地の取り方でノイズや誤差が乗る。熱電対は補償導線の種類と許容差^[2]、測温抵抗体は 2 導線式か 3・4 導線式か^[3]が先に効く。工場向けの機器は、信号線に 10 V の高周波や ±1 kV のバーストを加える試験で確かめる規格がある^[4]。配線やシールドの処理は付け方で効き目が大きく変わる^[5]。社内で切り分けがつかないときは、信号の大きさ・配線の経路・接地の系統・周りの機器をそろえて、現地で測れる専門の会社に頼む。

センサの信号はどれだけ小さいか

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ノイズの量が同じでも、困るかどうかは信号の大きさで決まる。工場でよく使う温度センサの信号の大きさを、規格の値から並べると次のようになる。

センサ	規格の値	1 ℃あたりの信号の目安
K 熱電対	0 ℃で 0 μV、100 ℃で 4 096 μV（規準熱起電力）^[1]	約 41 μV（計算値）
Pt100 測温抵抗体	公称 100 Ω、100 ℃と 0 ℃の抵抗比 1.385 1^[3]	約 0.385 Ω（計算値）。測定電流 1 mA なら約 0.385 mV
K 熱電対用の補償導線（KX）	許容差クラス 1 で ±60 μV、クラス 2 で ±100 μV^[2]	それぞれ ±1.5 ℃・±2.5 ℃相当（測温接点 900 ℃のときの換算）^[2]

熱電対の 1 ℃が数十 μV ということは、数百 μV のノイズが乗れば表示が何℃も動くということである。測温抵抗体は熱電対より信号が大きいが、抵抗の変化を電圧に変えて読むので、配線の抵抗や接触の抵抗が直接誤差になる。どちらも、計器の性能より手前の、センサと配線の扱いで結果が決まることが多い。回路の中の雑音と外から入る雑音の分け方、結合の経路の見分け方はアナログ回路のノイズ対策で扱っているので、この記事はセンサの取り付けと配線に絞る。

熱電対で起きること

補償導線の種類と使う温度

熱電対と計器の間を長くつなぐときは、補償導線を使う。JIS C 1610 は補償導線を、常温を含むかなりの温度範囲で組み合わせる熱電対とほぼ同じ熱起電力の特性をもち、熱電対と基準接点の間をつないで、その接続部（補償接点）と基準接点との温度差を補償するための一対の心線に絶縁を施したものと定義している^[2]。熱電対と同じ材質の心線（エクステンション形、記号の末尾が X）と、違う材質の心線（コンペンセーション形、末尾が C）がある^[2]。

補償導線には、決められた使用温度の範囲がある。2024 年の追補による表では、一般用（記号 G、ビニル系）が −20 ℃〜90 ℃、耐熱用（H、ガラス系）が 0 ℃〜150 ℃、高耐熱用（S、ふっ素樹脂系）が −25 ℃〜200 ℃で、種類によってはさらに狭い^[2]。炉の近くを一般用の補償導線で通していれば、範囲を外れて特性がずれている可能性がある。許容差の温度換算値は、測温接点の温度が低いほど大きくなることが多い、と規格は注記している^[2]。熱電対の種類と補償導線の記号が合っているか、極性が逆につながっていないか、使用区分が置き場所の温度に合っているかを、ノイズを疑う前に確かめる。

測温接点が保護管とつながっているか

JIS C 1602 は、保護管付きの熱電対の絶縁抵抗を、端子と保護管の間で定格測定電圧 500 V の絶縁抵抗計で測るとしているが、測温接点を保護管に溶接したものには適用しないとしている^[1]。つまり、熱電対には、測温接点が保護管から電気的に離れているものと、保護管に溶接されてつながっているものがある。後者は保護管を通じて設備の金属部分と同じ電位になるので、設備側の接地の電位の揺れが信号に入る経路ができる。ノイズの出方が設備の運転と連動しているなら、使っている熱電対の形を確かめる。

シールドは指定しないと付かない

補償導線の遮蔽（シールド）は使用者の要求によって施すことができるとされ、銅テープ遮蔽（記号 S）、軟銅線編組遮蔽（SB）、アルミニウムはく張付プラスチックテープ遮蔽（SLA）の例が示されている^[2]。発注のときに遮蔽の記号まで指定しないと、遮蔽の無い線が届く。製品の呼び方には遮蔽の記号まで含めることになっているので^[2]、現場の線の表示を見れば、遮蔽があるかどうかが分かる。

測温抵抗体で起きること

2 導線式は配線の抵抗がそのまま誤差になる

JIS C 1604 は、内部導線の結線方式を 2 導線式・3 導線式・4 導線式のいずれかとしている。3 導線式は抵抗素子の一端に 2 本、他端に 1 本の導線をつないで導線抵抗の影響を除けるようにした形式で、その導線は材質・線径・長さ・電気抵抗が等しく、全長にわたって同じ温度分布になるように並べなければならない。4 導線式は両端にそれぞれ 2 本の導線をつないで導線抵抗の影響を除けるようにした形式である^[3]。許容差クラスが AA と A の測温抵抗体は、すべて 3 導線式か 4 導線式とされ、2 導線式には AA と A の許容差を適用しない^[3]。

Pt100 の 1 ℃が約 0.385 Ω なので、2 導線式で往復の配線の抵抗が 1 Ω あれば、計算上はそれだけで 2 ℃以上の誤差になる。配線の長さや線の太さを変えた、端子を付け替えた、という後に値がずれたなら、ノイズより先に結線方式と接触の抵抗を疑う。

測定電流と自己加熱

測温抵抗体に流す測定電流は直流か 100 Hz 以下の交流とし、一般には 0.5 mA・1 mA・2 mA を用いる。最大の測定電流は、自己加熱が許容差クラスの許容差の 25 % を超えない値とする、と規格は定めている^[3]。ノイズを小さく見せようとして測定電流を大きくすると、今度は素子が自分の電流で温まり、値が高めに出る。計器を替えたら値がずれた、というときは、計器の測定電流も確かめる。

絶縁が落ちると漏れ電流が信号に入る

同じ規格は、長さ 1 000 mm 以下の測温抵抗体について、絶縁抵抗を常温で試験電圧 100 V（または 125 V）のとき 100 MΩ 以上としている^[3]。湿気が入ったり絶縁が傷んだりすると、素子と保護管の間に漏れ電流が流れ、それが信号に混ざる。雨の日や洗浄の後だけ値が揺れるなら、ノイズより絶縁の低下を先に疑う。絶縁不良の原因の切り分けは絶縁不良の原因で扱っている。

工場の中のノイズはどれくらい強いか

工場の中で使う機器が、どれくらいのノイズに耐えることを求められているかは、JIS C 61000-6-2（工業環境におけるイミュニティ規格）の試験条件から見当がつく。この規格は、アナログの入力線・出力線・制御線などをつなぐ口を「信号・制御ポート」とし、そこに加える試験を次のように定めている^[4]。

試験（信号・制御ポート）	試験の強さ	当てはまる条件
無線周波のコモンモード	0.15 MHz〜80 MHz、10 V、80 % の振幅変調	3 m を超えるケーブルがつながる可能性のあるポート
ファストトランジェント／バースト	±1 kV（容量性結合クランプで加える）	同上
サージ	ライン−グラウンド間 ±1 kV	長距離線（建屋内で 30 m を超える、または建屋の外に出る線）がつながる可能性のあるポート

表の値は規格の表 2 と定義による^[4]。工場向けの計器やトランスミッタがこの規格に適合していても、それは決まった試験条件で機能を保てたという意味で、現場の配線の引き回しや接地の状態まで保証するものではない。逆に、事務所向けの機器を工場の中で使っていれば、想定より強いノイズにさらされている可能性がある。使っている計器がどの環境向けの規格に適合しているかは、取扱説明書や適合宣言で確かめる。

配線とシールドの扱いで効き目が変わる

埼玉県産業技術総合センターの研究は、電気・電子機器を想定した筐体のモデルに放射のイミュニティ試験を行い、ケーブルの配置の仕方、ケーブルと筐体の導通の有無、ノイズ対策部品の取り付け方で、侵入するノイズの強さや周波数が変わることを示している^[5]。デジタル IC を使った回路と金属の筐体からなるモデルでの試験では、効果的な誤動作対策のためにはフェライトコアの取り付け位置やシールドケーブルの端部の処理に注意しなければならないことが分かったとしている^[5]。

同じ研究は、フェライトコア、コンデンサ、ケーブルシールドなどのノイズ対策部品は効果的だが、取り付け方や位置によってはほとんど効果を発揮しない場合があると指摘し、直流のラインと筐体をコンデンサでつなぐと、侵入するノイズがコモンモードの場合に回路への侵入を減らせたとしている^[5]。センサの配線でも、「シールド線にした」「コアを付けた」だけでは足りず、どこにどう付けたかが効き目を決める。シールドをどちらの端で接地するかも、配線全体の接地の系統と合わせて決める必要があり、一般論で決め打ちすると、かえって接地の電位差を信号に持ち込むことがある。

センサの近くにインバータで回すモーターがあるなら、発生源の側の対策はインバータのノイズ対策、人や物の帯電が絡むなら工場の静電気の対策も合わせて見る。ケーブルの種類の選び方は電線・ケーブルの選び方にある。

社内で切り分ける手順

1. 計器の入力を模擬信号に替える。 計器の端子でセンサを外し、熱電対なら電圧の模擬信号、測温抵抗体なら固定の抵抗をつなぐ。それでも揺れるなら計器と電源の側、揺れが消えるならセンサと配線の側の問題と分かる。2. 中継点で区切る。 端子箱があれば、そこでセンサ側と計器側を分け、どちらの区間でノイズが入るかを絞る。3. センサの形と配線を確かめる。 熱電対の測温接点が保護管とつながっているか^[1]、補償導線の記号と使用区分が合っているか^[2]、測温抵抗体が何導線式か^[3]を確かめる。4. 絶縁を測る。 センサと保護管の間の絶縁抵抗を測り、規格の値と比べる^[3]。5. 周りを止めて見る。 近くのモーター・溶接機・無線機を止めたときの変化を記録する。6. 時刻と一緒に記録する。 値が揺れた時刻と、設備の動き、天候、洗浄の時刻を並べる。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

揺れが不定期で現場でしか出ない、周波数を測る道具がない、対策を足しても再発する、という場合は、現地で測定と切り分けのできる専門の会社に頼むほうが早い。頼む中身は、現地での測定（値の揺れと設備の動作を同時に記録する）、配線と接地の診断（ケーブルの経路、シールドの処理、接地の系統を調べる）、センサと配線の評価（絶縁、結線、補償導線の適合を確かめる）、対策の前後比較に分けると伝えやすい。

渡すもの	具体的に	受け取るもの
センサの仕様	種類（熱電対の記号、測温抵抗体の導線式）、保護管、取付け位置	信号の大きさとノイズの許容量の見積もり
配線	補償導線・ケーブルの記号、長さ、経路、遮蔽の有無と接地の位置、中継点	ノイズが入る区間と経路の特定
計器	型式、入力の方式、測定電流、適合している規格	計器の側か配線の側かの判断
揺れの記録	揺れの大きさ、時刻、周りの設備の動き、天候・洗浄の時刻	発生源の候補と、同時に記録した波形
試したこと	付けたフィルタ・コア・シールドの位置と結果	対策案と、前後で同じ条件の測定値

どこから測れば揺れの出どころが分かるか迷ったら、センサのノイズの切り分けを相談できます。

結果を受け取るときは、対策の前後を同じ時間帯・同じ設備の動きで比べているかを確かめる。工場のノイズは設備の運転で変わるので、条件が違えば効いたかどうかは言えない。

よくある質問

シールド線に替えれば揺れは止まりますか

シールドは付け方で効き目が大きく変わる。端部の処理や取り付け位置によってはほとんど効かない場合があると報告されている^[5]。また、測温抵抗体の結線方式や補償導線の選び違いによる誤差は、シールドでは直らない^[2]^[3]。先に結線と線の種類を確かめる。

計器の平均化（フィルタ）の設定を強くしてもよいですか

表示の揺れは小さくなるが、温度の速い変化も遅れて表示される。制御に使っている値なら、制御の応答が遅くなる。揺れの出どころを絞ってから、残った分だけを計器の設定で抑える。

熱電対の補償導線を普通の銅線でつないでしまいました

補償導線は熱電対とほぼ同じ熱起電力の特性をもつように作られ、接続部と基準接点の温度差を補償する^[2]。銅線に替えると、その補償が働かず、接続部の温度の分だけ値がずれる。ノイズではなく、配線の誤りとして直す。

まとめ

センサの信号は小さく、K 熱電対で 1 ℃あたり約 41 μV、Pt100 で約 0.385 Ω しかない。ノイズを疑う前に、熱電対では補償導線の種類・使用区分・極性と、測温接点が保護管とつながっているかを、測温抵抗体では何導線式か、測定電流、絶縁の状態を確かめる。工場の中の機器は信号線に強いノイズが加わる前提で試験されており、シールドやコアは付け方で効き目が変わる。社内で切り分けがつかないときは、センサ・配線・計器・揺れの記録をそろえて、現地で測れる専門の会社に頼む。

出典・参考資料

JIS C 1602:2015 熱電対（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
JIS C 1610:2012 熱電対用補償導線（追補 1：2024 を含む）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
JIS C 1604:2013 測温抵抗体（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
JIS C 61000-6-2:2019 電磁両立性－第 6-2 部：共通規格－工業環境におけるイミュニティ規格（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2019 年 1 月 21 日改正）
放射電磁ノイズに対する誤動作防止対策に関する研究（関口克巳・戸枝保／埼玉県産業技術総合センター研究報告第 8 巻／2010 年）

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