Faseroptische Temperaturüberwachung ist besonders dort sinnvoll, wo konventionelle elektrische Sensoren an Grenzen stoßen: bei Hochspannung, starken elektromagnetischen Feldern, schwer zugänglichen inneren Messstellen sowie HF- oder Mikrowellenbelastung. Eine kleine optische Sonde erfasst die Temperatur am vorgesehenen Punkt; das elektronische Auswertegerät kann außerhalb dieses Bereichs angeordnet werden.
Die faseroptische Temperaturüberwachung ist besonders nützlich, wenn herkömmliche elektrische Sensoren mit Einschränkungen wie Hochspannung, starken elektromagnetischen Feldern, HF- oder Mikrowellenenergie, starken Magnetfeldern oder eingeschränktem Zugang zum Messpunkt konfrontiert sind. INNO nutzt fluoreszenzbasierte Punktmessung, bei der jede Sonde einen definierten physischen Ort misst und die optische Faser das Signal an ein Auswertegerät überträgt. Sondenstruktur, Faserführung, Kanalanzahl und Systemintegration variieren daher je nach Ausrüstung und Messziel.
Was ist eine faseroptische Temperaturüberwachungslösung?
Eine Lösung ist mehr als ein Sensor. Je nach Projektumfang kann es Folgendes umfassen:
- eine faseroptische Sonde
- optische Faser
- Verlängerungsfaser, wo erforderlich
- Durchführungs- oder mechanische Installationskomponenten
- ein Temperaturtransmitter oder -demodulator
- ein Mehrkanal-Auswertegerät
- Datenausgabe
- SPS-, SCADA- oder DAQ-Integration
Nicht jedes Projekt erfordert jede Komponente. Für einen Einzelpunkt-Labortest sind möglicherweise nur eine Sonde und ein kompatibles Instrument erforderlich, während eine Mehrpunktinstallation in elektrischen Geräten möglicherweise auch die Verlegung von Hardware und die Systemintegration erfordert. Der Gesamtansatz wird unter faseroptische Temperaturmessung vorgestellt.
Die folgenden Abschnitte folgen der gleichen Struktur: die Messherausforderung, was gemessen werden muss, warum die faseroptische Erfassung nützlich sein kann, der typische Erfassungspunktansatz und die wichtigsten Konfigurationsfragen.
Überwachung der Transformatorwicklungstemperatur
Messungsherausforderung: Die interne Wicklungstemperatur kann durch externe Tank- oder Ölmessungen nicht vollständig dargestellt werden.
Was gemessen werden muss: Temperatur an ausgewählten Stellen innerhalb der Wicklungsstruktur.
Warum die faseroptische Erfassung nützlich sein kann: Der Erfassungspunkt befindet sich in einer Umgebung mit hoher Spannung und hohem Feld, und der optische Pfad sorgt für elektrische Isolierung und hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen. Die direkte Punktmessung liefert einen Messwert am Standort selbst und nicht eine Schätzung von anderswo.
Typischer Messpunktansatz: Sonden können während der Transformatorherstellung an ausgewählten Wicklungsstellen eingebettet werden. Die Standorte sind ausgewählte oder thermisch kritische Punkte, die durch das Transformatordesign und die thermische Analyse definiert werden. Eine Sonde findet nicht alleine die heißeste Stelle und eine Sonde repräsentiert nicht eine ganze Wicklung.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Welche Wicklungsstellen werden als Messpunkte definiert?
- Wie viele unabhängige Punkte werden benötigt?
- Wie verlässt jede Faser den Transformator?
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Überwachung der Motor- und Generatorwicklungstemperatur
Messherausforderung: Statorwicklungen in Hochspannungsmaschinen befinden sich in der Nähe starker elektromagnetischer Felder und der Messpunkt muss vom elektrischen Potenzial der Wicklungen isoliert werden.
Was gemessen werden muss: Temperatur an ausgewählten Statorwicklungsstellen.
Warum faseroptische Sensoren nützlich sein können: Widerstandsthermometer sind bei vielen Maschinen nach wie vor üblich und praktisch, und faseroptische Sensoren ersetzen sie nicht. Dies kann in Betracht gezogen werden, wenn elektrische Isolierung, starke EMI-Beständigkeit, direkte Punktmessung oder eine spezielle Testumgebung die Hauptanforderung sind.
Typischer Sensorpunkt-Ansatz: Bei Wicklungsmessungen ist die eingebettete Sensorik während der Fertigung üblich, wobei die Sonden an definierten Stellen platziert und nicht entlang der gesamten Wicklung verteilt werden.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Welche Wicklungsorte sind für das thermische Verhalten der Maschine von Bedeutung?
- Können Sonden während der Herstellung installiert werden oder ist der Zugang eingeschränkt?
- Wie werden die Fasern aus der Maschine geleitet?
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Temperaturmessung von Hochspannungsgeräten
Messherausforderung: Unter Spannung stehende Komponenten und Hochspannungsprüfgeräte machen es schwierig, herkömmliche elektrische Leitungen zum Messpunkt zu bringen.
Was gemessen werden muss: Temperatur an bestimmten Punkten an oder in elektrisch anspruchsvollen Geräten.
Warum die faseroptische Erfassung nützlich sein kann: Der optische Erfassungspfad ermöglicht es dem elektronischen Auswertegerät, vom Erfassungspunkt entfernt zu bleiben. Die Faser selbst überträgt Licht und kein elektrisches Signal.
Typischer Messpunktansatz: Eine Sonde wird am ausgewählten Punkt befestigt und die Faser wird zu einem Instrument an einer Stelle mit geringerer Belastung geführt. Die faseroptische Sensorik macht nicht jede Hochspannungsmessung automatisch sicher. Die Eignung hängt immer noch von der Sondenkonstruktion, dem Isolationsdesign, der Verlegung, dem Gerätedesign und der Installationsmethode ab.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Wie ist die Spannungssituation am Messpunkt und entlang der Faserstrecke?
- Wie wird die Sonde montiert und isoliert?
- Wo kann das Instrument aufgestellt werden?
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Überwachung der Temperatur von Schaltanlagen und elektrischen Verbindungen
Messungsherausforderung: Elektrische Verbindungen können thermische Risikopunkte sein und befinden sich in unter Spannung stehenden Geräten, wo die Isolierung wichtig ist.
Was gemessen werden muss: Temperatur an bestimmten Stellen wie Sammelschienenverbindungen, Schraubverbindungen, ausgewählten Leiterpunkten oder Kabelanschlussbereichen.
Warum faseroptische Sensorik nützlich sein kann: Die Sonde kann an der Verbindung platziert werden, während der optische Pfad das Instrument elektrisch davon trennt.
Typischer Messpunktansatz: Punktsonden messen nur ausgewählte Standorte. Sie überwachen nicht kontinuierlich ganze Stromkabel oder eine komplette Sammelschienenstrecke. Der Ansatz funktioniert, wenn der thermische Risikopunkt bekannt ist.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Wo liegt der bekannte thermische Risikopunkt?
- Wie wird die Sonde daran befestigt?
- Wie viele Verbindungen benötigen eine unabhängige Messung?
- Wie wird die Glasfaser verlegt?
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HF- und Mikrowellen-Temperaturmessung
Messungsherausforderung: Leitfähige Sonden und elektrische Leitungen können je nach Gerätedesign mit HF- oder Mikrowellenfeldern interagieren.
Was gemessen werden muss: Temperatur an einem definierten Punkt im oder in der Nähe des erhitzten Materials oder Bauteils.
Warum die faseroptische Erfassung nützlich sein kann: Eine faseroptische Punktsonde bietet einen nichtleitenden Erfassungspfad und eine direkte Punktmessung, wobei sich das Instrument gegebenenfalls außerhalb des aktiven Feldes befindet. Dies bedeutet nicht, dass Metallsensoren niemals verwendet werden können. Herkömmliche elektrische Sensoren erfordern möglicherweise zusätzliche Überlegungen zur Verlegung, Erdung, Abschirmung und Feldinteraktion.
Typischer Messpunktansatz: Die Sonde wird am ausgewählten Punkt platziert und die Faser verlässt den Feldbereich in Richtung Instrument.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Wo liegt der Messpunkt relativ zum Feld?
- Wie stellt die Sonde thermischen Kontakt mit dem Ziel her?
- Wo verlässt die Faser die Kammer oder den Hohlraum?
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MRT und starke Magnetfeldtemperaturmessung
Messungsherausforderung: Elektrische und metallische Sensoranordnungen können in Umgebungen mit starkem Magnetfeld zu zusätzlichen Designbeschränkungen führen.
Was gemessen werden muss: Temperatur an einem ausgewählten Ort im oder in der Nähe des Feldes.
Warum faseroptische Sensorik nützlich sein kann: faseroptische Punktsensoren bieten einen optischen Sensorpfad, elektrische Isolierung und Temperaturmessung an einem ausgewählten Ort. Jede spezifische Verwendung sollte anhand überprüfter Produktinformationen und der Anforderungen der Einrichtung überprüft werden.
Typischer Messpunktansatz: Die Sonde sitzt am Zielort und die Faser überträgt das optische Signal aus dem Feld zum Instrument.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Welcher Platz ist am Messpunkt verfügbar?
- Wie weit muss die Faser laufen, um das Instrument zu erreichen?
- Welche Verifizierung ist für die Bewerbung erforderlich?
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Mehrpunkt-Industrietemperaturüberwachung
Messungsherausforderung: Einige Geräte verfügen über mehrere Standorte, die unabhängig voneinander gemessen werden müssen, z. B. Schaltschränke, Prüfstände, Laborgeräte und Industriemaschinen.
Was gemessen werden muss: Temperatur an jedem definierten Ort zur gleichen Zeit.
Warum faseroptische Sensoren nützlich sein können: Wenn sich mehrere Punkte in elektrisch anspruchsvollen Bereichen befinden, kann ein Mehrkanalinstrument mehrere isolierte optische Sonden von einem Standort aus lesen.
Typischer Messpunktansatz: Jeder Punkt erhält seine eigene Sonde. Bei der Mehrpunkt-Punktmessung handelt es sich nicht um eine verteilte Erfassung, da jede Sonde nur die Position ihrer eigenen Spitze misst. Beispielsweise würden sechs unabhängige Messstandorte normalerweise sechs Sonden und mindestens sechs kompatible aktive Kanäle benötigen. Dies ist ein Konfigurationsbeispiel, kein universeller Standard.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Wie viele unabhängige Standorte gibt es?
- Wie wird jede Faser verlegt und identifiziert?
- Wo wird das Instrument relativ zu den Punkten sitzen?
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Temperaturmessung für Labor- und Testgeräte
Messungsherausforderung: Forschungs- und Testaufbauten kombinieren häufig ungewöhnliche Geometrie mit elektrischen oder elektromagnetischen Bedingungen, die die herkömmliche Messung erschweren.
Was gemessen werden muss: Temperatur an ausgewählten physikalischen Punkten in Forschungsgeräten, Hochspannungstests, thermischen Experimenten, HF-Tests oder elektromagnetischen Testumgebungen.
Warum faseroptische Sensorik nützlich sein kann: Messflexibilität. Das Instrument kann vom Messpunkt getrennt werden und elektrisch isolierte Aufbauten sind möglich. Benutzerdefinierte Sondengeometrie und Faserführung können Optionen sein, wenn die Anwendung dies erfordert.
Typischer Messpunktansatz: Sonden werden an den Punkten platziert, die das Experiment definiert, und die Anzahl der Kanäle richtet sich nach der Anzahl der Punkte.
Hauptfragen zur Konfiguration:
- Benötigt der Test eine bestimmte Sondengeometrie?
- Wie wird die Sonde befestigt und die Faser durch den Aufbau geführt?
- Welche Datenausgabe benötigt das Testsystem?
Sondenstrukturen für diese Fälle werden in der Kategorie faseroptische Temperatursensoren angezeigt.
Messherausforderungen und Sensoranordnungen
| Messumgebung | Typischer Messpunkt | Hauptherausforderung | Warum Glasfaser-Punkterkennung passen könnte | Frage zur Schlüsselkonfiguration |
|---|---|---|---|---|
| Transformatorwicklung | Ausgewählte kurvenreiche Orte | Innentemperatur wird durch externe Messungen nicht vollständig angezeigt | Direkte Punktmessung mit galvanischer Trennung | Welche Standorte werden durch Design und thermische Analyse definiert? |
| Motor-/Generatorwicklung | Ausgewählte Statorwicklungsorte | Hochspannung und starke Felder | Isolierung und EMI-Beständigkeit, wo Widerstandsthermometer nicht ausreichen | Können Sonden während der Herstellung eingebettet werden? |
| Hochspannungsgeräte | Punkte auf unter Spannung stehenden Bauteilen | Elektrische Leitungen auf hohem Potential | Das Instrument kann vom Erfassungspunkt ferngehalten werden | Wie erfolgt die Isolierung und Verlegung? |
| Schaltanlagenanschlüsse | Sammelschienenverbindungen, Schraubverbindungen, Endverschlüsse | Bekannte thermische Risikopunkte in unter Spannung stehenden Geräten | Isolierte Sonde am Anschluss | Wo liegt der Risikopunkt und wie wird die Sonde befestigt? |
| HF-/Mikrowellenausrüstung | Zeigen Sie auf oder in die Nähe des erhitzten Ziels | Feldinteraktion mit konduktiven Sensoren | Nichtleitender Erfassungspfad | Wie verlässt die Faser den Feldbereich? |
| MRT / starkes Magnetfeld | Ausgewählter Ort im oder in der Nähe des Feldes | Einschränkungen bei der elektrischen und metallischen Erfassung | Optischer Pfad mit elektrischer Isolierung | Welche Überprüfung ist für die Einrichtung erforderlich? |
| Mehrpunkt-Industrieausrüstung | Mehrere unabhängige Standorte | Simultane Messung in anspruchsvollen Bereichen | Mehrere isolierte Sonden an einem Gerät | Wie viele unabhängige Punkte gibt es? |
| Labor-/Testsysteme | Durch das Experiment definierte Punkte | Ungewöhnliche Geometrie und elektrische Bedingungen | Flexible Sondenplatzierung, separates Instrument | Welche Sondengeometrie und -führung werden benötigt? |
Wenn eine faseroptische Temperaturmessung möglicherweise nicht notwendig ist
Herkömmliche Sensoren wie Widerstandsthermometer, Thermoelemente, Thermistoren und Infrarotmessungen bleiben in vielen Situationen praktisch. Nicht für jede Temperaturanwendung ist eine faseroptische Sensorik erforderlich, und andere Sensoren sind im Allgemeinen nicht minderwertig. Sie sind möglicherweise die geeignetere Wahl, wenn:
- elektrische Isolierung ist keine wesentliche Anforderung
- Die EMI-Umgebung ist überschaubar
- Die Oberfläche ist zugänglich
- Vorhandene Geräte unterstützen bereits herkömmliche Sensoren
- Kosten oder einfache Nachrüstung sind ein Hauptkriterium
Die faseroptische Sensorik verdient ihren Platz in der Regel dann, wenn der Messpunkt selbst die Schwierigkeit darstellt: Isolation, Feldexposition, eingeschränkter Zugang oder die Notwendigkeit eines definierten internen Punktes.
So passen Sie eine Glasfaserlösung an die Anwendung an
Arbeiten Sie vom Messpunkt nach außen. Die unten stehende Checkliste gilt nicht in vollem Umfang für jedes Projekt.
- Definieren Sie den genauen physikalischen Messpunkt.
- Bestätigen Sie den erwarteten Temperaturbereich.
- Bestimmen Sie, ob an dem Punkt Hochspannung anliegt.
- Bewerten Sie die EMI-, HF- oder Magnetfeldumgebung.
- Überprüfen Sie den verfügbaren Installationsraum.
- Bestimmen Sie die Sondengeometrie.
- Planen Sie die Glasfaserführung.
- Bestimmen Sie die Faserlänge.
- Zählen Sie die unabhängigen Messpunkte.
- Anzahl der aktiven Kanäle anpassen.
- Bestätigen Sie den Standort des Auswertegeräts.
- Definieren Sie SPS-, SCADA- oder DAQ-Anforderungen.
- Entscheiden Sie, ob es sich bei dem Projekt um einen Neubau oder eine Nachrüstung handelt.
Die allgemeine Sondenauswahl wird separat in Auswahl eines faseroptischen Temperatursensors behandelt. Das Sensorprinzip hinter diesen Sonden wird in Temperaturmessung mit fluoreszierenden Glasfasern beschrieben, wobei das Instrument die optische Reaktion der Sensorspitze misst. Dieses Instrument, das das zurückgegebene optische Signal in Temperaturdaten umwandelt, fällt unter faseroptische Temperaturtransmitter und -Hosts.
Installations- und Abdeckungsgrenzen
- Auswahl der Sonde vor der Definition des physikalischen Messpunkts. Der Punkt und seine Bedingungen bestimmen die Sonde, nicht umgekehrt.
- Angenommen, die gesamte Faser misst die Temperatur. Bei der Fluoreszenzpunktmessung misst die Sensorspitze die Temperatur und die Faser überträgt das optische Signal.
- Mehrere Punktsensoren werden als DTS behandelt. Mehrere Sonden liefern mehrere unabhängige Punktmessungen, kein kontinuierliches Profil.
- Angenommen, eine Sonde stellt eine große Wicklung oder Komponente dar. Eine Sonde meldet nur ihren eigenen Standort.
- Wählen Sie die Kanalanzahl aus, bevor Sie die tatsächlichen Erfassungspunkte zählen. Zählen Sie zuerst die unabhängigen Punkte und gleichen Sie dann die Kanäle ab.
- Die Faserführung wird ignoriert. Die Leitungsführung wirkt sich auf Länge, Belichtung, Schutz und den Standort des Instruments aus.
- Instrumentenkompatibilität wird ignoriert. Die Sonde und das Instrument müssen kompatible Sensortechnologie verwenden.
- Angenommen, für jede Temperaturanwendung ist eine faseroptische Erfassung erforderlich. Herkömmliche Sensoren reichen oft aus.
- Es wird versucht, eingebettete Sonden nachzurüsten, ohne den physischen Zugang zu bestätigen. Einige Punkte können nur während der Herstellung oder Montage erreicht werden.
Schlussfolgerung
Die faseroptische Temperaturüberwachung ist keine feste Systemarchitektur. Die richtige Lösung hängt vom Messpunkt, der elektrischen Umgebung, dem Temperaturbereich, dem Installationszugang, der Anzahl unabhängiger Punkte, der Faserführung, dem Auswertegerät und der Systemintegration ab.
INNO konzentriert sich auf die fluoreszenzbasierte punktförmige faseroptische Temperaturmessung für ausgewählte physikalische Messorte. Eine Messspitze ist ein Punkt, und mehrere Punkte bedeuten mehrere Sonden.
Wenn Ihr Projekt Hochspannung, starke EMI, HF, Magnetfelder, eingebettete Temperaturpunkte oder Mehrpunktüberwachung umfasst, kann INNO Ihnen bei der Überprüfung der Erfassungsorte, Sondenkonfiguration, Faserführung und Kanalanforderungen helfen.