Faseroptische Temperaturmessung nutzt eine optische Verbindung zwischen Messsonde und Auswertegerät. Bei der fluoreszenzbasierten Punktmessung reagiert das Material an der Sondenspitze auf die örtliche Temperatur. Das Auswertegerät verarbeitet die optische Antwort zu einem Messwert. Mehrere unabhängige Stellen benötigen mehrere Sonden und Kanäle.
- Bei der faseroptischen Temperaturmessung werden eine optische Sonde und eine optische Faser verwendet, um die Temperatur an einem ausgewählten physischen Punkt zu messen.
- Der Erfassungspfad überträgt optische Signale anstelle eines elektrischen Messsignals an der Sondenposition.
- Ein punktförmiger faseroptischer Temperatursensor misst nur den Ort, an dem die Sonde installiert ist.
- Mehrere Sonden sind erforderlich, wenn mehrere unabhängige Temperaturpunkte überwacht werden müssen.
- Die Methode ist besonders nützlich in Hochspannungs-, starken EMI-, Magnetfeld-, HF- und Mikrowellenumgebungen, in denen elektrische Isolierung wichtig ist.
- Temperaturdaten werden von einem Auswertegerät umgewandelt und können dann an SPS, SCADA, DAQ oder andere Plattformen gesendet werden, sofern unterstützt.
Leitfaden zur faseroptischen Temperaturmessung
- Was ist faseroptische Temperaturmessung?
- So funktioniert die faseroptische Temperaturmessung
- Was misst ein faseroptischer Temperatursensor?
- Komponenten des faseroptischen Temperaturmesssystems
- Glasfaser vs. konventionelle Temperaturmessung
- Wo wird die faseroptische Temperaturmessung eingesetzt?
- Hochspannungs- und EMI-Temperaturmessung
- Mehrpunkt-faseroptische Temperaturmessung
- faseroptische Temperaturüberwachung und Systemintegration
- Wann sollten Sie sich für die faseroptische Temperaturmessung entscheiden?
- Checkliste für die Auswahl eines faseroptischen Temperaturmesssystems
- INNO-faseroptische Temperaturmessung
- FAQ zur faseroptischen Temperaturmessung
Was ist faseroptische Temperaturmessung?
Die faseroptische Temperaturmessung ist eine Methode zur Temperaturmessung mithilfe eines optischen Temperaturfühlers, der über eine Glasfaser mit einem Temperaturüberwachungsgerät verbunden ist. Bei der Punktmessung wird an jedem definierten Ort eine separate Messspitze verwendet; es misst nicht kontinuierlich entlang der Faser.
Bei dieser Art der optischen Temperaturmessung wirken drei Komponenten zusammen:
- Sensor/Sonde – der temperaturempfindliche Erfassungspunkt, installiert an der physischen Stelle, an der gemessen wird.
- Optische Faser – überträgt das optische Anregungs- und Rücksignal zwischen der Sonde und dem Instrument.
- Auswertegerät – fragt die Sonde ab und wandelt die optische Reaktion in einen Temperaturwert um.
Diese Anordnung ermöglicht eine punktuelle Temperaturmessung ohne einen elektrischen Messsignalpfad an der Messspitze selbst.
Wie funktioniert die faseroptische Temperaturmessung?
Die Messkette kann wie folgt zusammengefasst werden: Glasfasersonde → Glasfaser → Auswertegerät → Temperaturdaten → SPS / SCADA / DAQ, falls erforderlich.
- Das Instrument sendet ein optisches Signal über die Faser.
- Die temperaturempfindliche Sonde reagiert entsprechend ihrer Temperatur.
- Die optische Antwort kehrt zum Auswertegerät zurück.
- Das Instrument wandelt diese Reaktion in einen Temperaturwert um.
INNO-Sonden nutzen eine fluoreszenzbasierte punktförmige faseroptische Temperaturmessung, um diese optische Reaktion zu erzeugen. Eine detailliertere Erläuterung des Sensorprinzips finden Sie unter Fluorescent Fiber Optic Temperature Sensing Technology.
Was misst ein faseroptischer Temperatursensor eigentlich?
Ein punktförmiger faseroptischer Temperatursensor misst die Temperatur am physischen Ort der Messspitze. Es misst nicht die Temperatur eines ganzen Transformators, einer ganzen Sammelschiene, eines ganzen Motors oder einer ganzen Mikrowellenkammer und lokalisiert nicht automatisch den heißesten Punkt in einem System. Wenn mehr als ein Ort gemessen werden muss, ist mehr als eine Sonde erforderlich.
| Messungseinrichtung | Was die Lesung darstellt |
|---|---|
| Eine Sonde | Temperatur an einem installierten Messpunkt |
| Drei Sonden | Drei unabhängige physikalische Temperaturpunkte |
| Sechs Sonden | Sechs unabhängige Temperaturpunkte |
| Mehrkanalsystem | Mehrere unabhängige Sonden, die von einem kompatiblen Auswertegerät gelesen werden |
Die Anzahl der Sonden und Kanäle richtet sich nach der Anzahl der unabhängigen Messpunkte, die überwacht werden müssen, nicht nach der Gesamtgröße der Ausrüstung.
Was ist in einem faseroptischen Temperaturmesssystem enthalten?
Ein typisches faseroptisches Temperaturmesssystem oder faseroptisches Temperaturüberwachungssystem umfasst im Allgemeinen die folgenden Elemente:
- Faseroptischer Temperaturfühler
- Optical fiber / extension assembly
- Auswertegerät / Sender / Demodulator
- Stromversorgung nach Bedarf
- Lokale Anzeige, sofern unterstützt
- Kommunikationsausgabe, sofern unterstützt
- SPS-/SCADA-/DAQ-Verbindung bei Bedarf
Die Sonde und das Überwachungsgerät erfüllen unterschiedliche Funktionen. Die Sonde erzeugt die temperaturabhängige optische Reaktion, während das Auswertegerät diese Reaktion in nutzbare Temperaturdaten und, sofern unterstützt, Kommunikationsausgänge umwandelt. Weitere Einzelheiten zur Sonde selbst finden Sie unter Was ist ein faseroptischer Temperatursensor und wie funktioniert er?
faseroptische Temperaturmessung vs. herkömmliche Temperaturmessung
| Methode | Messungstyp | Signalpfad | Hauptstärke | Haupteinschränkung/-überlegung |
|---|---|---|---|---|
| Glasfaser | Direkte Installationspunktmessung | Optisch | Elektrische Isolierung und hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen entlang des optischen Pfads | Erfordert ein kompatibles optisches Auswertegerät |
| PT100 / RTD | Direkte Installationspunktmessung | Elektrischer Widerstand | Weit verbreitet und einfach in herkömmliche Systeme zu integrieren | Elektrische Verkabelung und Isolierung müssen berücksichtigt werden |
| Thermoelement | Direkte Installationspunktmessung | Thermoelektrische Spannung | Breiter industrieller Einsatz und für viele Temperaturbereiche geeignet | Signalverkabelung und elektrische Umgebung müssen berücksichtigt werden |
| Infrarot | Oberflächentemperaturmessung | Berührungslos optisch | Kein Kontakt mit dem Ziel | Erfordert optischen Zugang/Sichtlinie und misst zugängliche Oberflächen |
Jede Methode hat Situationen, in denen sie praktisch ist. Einen genaueren Vergleich dieser beiden Direktkontaktmethoden finden Sie unter faseroptische Temperatursensor vs. PT100: Hauptunterschiede.
Wo wird die faseroptische Temperaturmessung eingesetzt?
| Anwendung | Was wird gemessen | Warum Glasfasermessungen relevant sind |
|---|---|---|
| Transformer | Ausgewählte gewundene/Hotspot-Kandidatenstandorte | Direkte Punktmessung innerhalb der Hochspannungswicklungsumgebung |
| Schaltanlage | Sammelschienen, Verbindungen, Kabelanschlüsse | Elektrische Trennung und Mehrpunktüberwachung |
| Motoren | Ausgewählte Statorwicklungspositionen | Direkte Wicklungsmessung mit hoher Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen entlang des optischen Erfassungspfads |
| Hochspannungsprüfung | Geräte, Komponenten oder Testobjekte | Potenzielle Trennung bei Hochspannungsmessung |
| MRT / Starke Magnetfelder | Ausgewählte Geräte oder Testpunkte | Elektrisch isolierter optischer Erfassungspfad am Sondenstandort |
| Industrielle Mikrowelle / HF | Material-, Kammer- oder Ausrüstungspunkte | Geeignet dort, wo leitende Sensorkabel die Messumgebung beeinträchtigen können |
| Leistungselektronik | IGBT / SiC / ausgewählte Modulstandorte | Kompakte direkte Punktmessung für Test und Entwicklung |
Nicht jede Anwendung erfordert eine faseroptische Messung, sie ist jedoch besonders nützlich, wenn es auf elektrische Isolierung ankommt. Informationen zur Motorwicklungsmessung finden Sie speziell unter Wie wird die Motorwicklungstemperatur gemessen?, und zur Sammelschienen- und Verbindungsüberwachung siehe So überwachen Sie die Temperatur in Sammelschienen, Verbindungen und Kabeln von Schaltanlagen Kündigungen.
Warum wird die faseroptische Temperaturmessung in Hochspannungs- und EMI-Umgebungen eingesetzt?
Mehrere Eigenschaften machen die faseroptische Temperaturmessung für die Hochspannungs-Temperaturmessung und die Temperaturmessung in starken elektromagnetischen Feldern relevant:
- Der optische Sensorpfad ist elektrisch isoliert.
- Die optische Faser überträgt die Messung optisch und nicht als elektrisches Sensorsignal am Erfassungspunkt.
- Hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen entlang des optischen Erfassungspfads.
- Die Sonde kann in der Nähe ausgewählter unter Spannung stehender oder elektrisch empfindlicher Stellen positioniert werden, wenn die Gerätekonstruktion dies zulässt.
- Das Auswertegerät kann vom Erfassungspunkt entfernt bleiben.
Das Auswertegerät und die externe Kommunikationsverkabelung bleiben elektronische Komponenten, daher müssen Design und Freiräume des Gesamtsystems weiterhin den geltenden Ausrüstungs- und Sicherheitsanforderungen entsprechen. Weitere Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie unter Warum faseroptische Temperatursensoren zur Hochspannungstemperaturmessung verwenden?
Wie funktioniert die Mehrpunkt-faseroptische Temperaturmessung?
Eine Punktsonde entspricht normalerweise einem aktiven Messkanal. Je nach verwendetem Auswertegerät stellen beispielsweise drei Sonden drei unabhängige Punkte, sechs Sonden sechs unabhängige Punkte und zwölf Sonden zwölf unabhängige Punkte bereit.
Typische Konfigurationen von faseroptischen Temperaturüberwachungssystemen umfassen gegebenenfalls 1–4 Kanäle für Kompakt- oder OEM-Konfigurationen, 3/6/9/12/16 Kanäle für Geräteüberwachungsanwendungen, je nach Instrument, und spezielle Konfigurationen, die je nach Systemarchitektur etwa 64 Kanäle erreichen können. Nicht jedes Modell unterstützt jede Kanalanzahl. Hinweise zur Auswahl einer Kanalanzahl finden Sie unter Wie viele Kanäle benötigen Sie für die faseroptische Temperaturüberwachung?
Wie verbindet sich die faseroptische Temperaturüberwachung mit SPS, SCADA oder DAQ?
Eine faseroptische Sonde kommuniziert normalerweise nicht direkt mit der SPS oder SCADA. Der Link folgt im Allgemeinen diesem Pfad: Glasfasersonde → Auswertegerät → Industrielle Schnittstelle → SPS / SCADA / DAQ.
Je nach Auswertegerät gehören zu den gängigen Schnittstellen:
- RS485 mit einem unterstützten Protokoll wie Modbus RTU
- 4-20 mA Analogausgang
- Alarmrelais
- KANN, sofern unterstützt
- Ethernet / TCP/IP, sofern unterstützt
Nicht jedes Instrumentenmodell verfügt über jede Schnittstelle. Weitere Informationen zum Anschluss eines faseroptische Temperaturüberwachungssystems an Plattformen von Drittanbietern finden Sie unter Wie können faseroptische Temperaturüberwachungssysteme mit SPS, SCADA und Plattformen von Drittanbietern verbunden werden?
Wann sollten Sie sich für die faseroptische Temperaturmessung entscheiden?
| Messanforderung | Wenn die Glasfasermessung passt |
|---|---|
| Hochspannungsmesspunkt | Besonders relevant, wenn elektrische Isolierung erforderlich ist |
| Starke EMI-Umgebung | Besonders relevant, da der optische Erfassungspfad eine hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen aufweist |
| Starkes Magnetfeld | Relevant, wenn elektrisch isolierte optische Erfassung erforderlich ist |
| Direkte interne Punktmessung | Relevant, wo eine Punktsonde an der gewünschten Stelle installiert werden kann |
| Mehrere unabhängige Punkte | Geeignet mit Mehrkanal-Auswertegerät |
| Konventionelle Niederspannungs-Prozessmessung | PT100 / Thermoelement kann auch praktisch sein |
| Nur zugängliche Oberfläche | Infrarot kann praktisch sein |
| Vorhandene Ausrüstung ohne internen Zugriff | Auswahl hängt vom verfügbaren Montage- und Messort ab |
Was sollte vor der Auswahl eines faseroptischen Temperaturmesssystems definiert werden?
- Welche Ausrüstung wird gemessen?
- Welche genauen physikalischen Punkte erfordern eine Temperaturmessung?
- Wie viele unabhängige Punkte sind erforderlich?
- Welcher Temperaturbereich wird erwartet?
- Welcher Sondendurchmesser bzw. welcher Einbauraum steht zur Verfügung?
- Welche Faserlänge ist erforderlich?
- Wo wird das Auswertegerät installiert?
- Ist eine lokale Anzeige erforderlich?
- Ist eine SPS-/SCADA-/DAQ-Integration erforderlich?
- Welche Kommunikationsschnittstelle wird benötigt?
- Ist das Projekt eine Standardkonfiguration oder eine OEM-/ODM-Integration?
Informationen zum Temperaturbereich und zur Faserlänge im Einzelnen finden Sie unter Welchen Temperaturbereich kann ein faseroptischer Temperatursensor messen? und So wählen Sie die richtige Faserlänge für einen faseroptischen Temperatursensor aus. Eine umfassendere Auswahlanleitung finden Sie unter So wählen Sie einen faseroptischen Temperatursensor aus.
INNO faseroptische Temperaturmesssysteme
INNO bietet fluoreszenzbasierte punktförmige faseroptische Temperatursonden, Auswertegeräte und konfigurierbare Mehrkanal-Messsysteme für elektrische, industrielle, medizinische und Testanwendungen.
- Direkte Punkttemperaturmessung
- Elektrisch isolierter optischer Erfassungspfad
- Hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen entlang des optischen Erfassungspfads
- Kompakte Sondenoptionen
- Benutzerdefinierte Faserlänge
- Mehrkanalmessung
- Auswertegeräte für unterschiedliche Kanalanforderungen
- SPS-/SCADA-/DAQ-Integration über kompatible Schnittstellen
- OEM-/ODM-Optionen für Gerätehersteller und Systemintegratoren
Typische INNO-Punktsonden-Referenzen können einen Temperaturbereich von etwa -40 bis 260 °C, eine Genauigkeit von etwa +/-0,5 bis +/-1 °C, eine Reaktion unter 1 s, einen Sondendurchmesser von etwa 2–3 mm und eine Faserlänge von etwa 0–20 m umfassen. Die Kanalkonfigurationen hängen vom Auswertegerät und den Projektanforderungen ab, und die genauen Spezifikationen hängen von der Sonde, dem Instrument und der Projektkonfiguration ab.