- Ein faseroptisches Thermometer misst die Temperatur an der Spitze einer passiven optischen Sonde. Zum Messpunkt führt keine elektrische Signalleitung.
- Die Fluoreszenzsonde von INNO regt einen Leuchtstoff an der Sondenspitze an. Das Messgerät bestimmt die Temperatur aus der Abklingzeit des zurücklaufenden Lichts.
- Ein Messsystem umfasst Sonden, Lichtwellenleiter oder Verlängerungen, ein Messgerät sowie je nach Ausführung eine Anzeige, RS485-Schnittstelle und Überwachungssoftware.
- Typische Einsatzorte sind Transformator- und Drosselwicklungen, Schaltanlagen, Statoren von Motoren und Generatoren, MRT-Anlagen, Mikrowellenprozesse und Hochspannungsprüfstände.
- Je nach Sondenkonstruktion reicht der Messbereich bis −40 bis +260 °C. Messgeräte mit einem bis 64 Kanälen erfassen einen oder mehrere festgelegte Messpunkte.
Was ist ein faseroptisches Thermometer?
Ein faseroptisches Thermometer überträgt das Messsignal über einen Lichtwellenleiter. Das Messelement befindet sich an der Sondenspitze; ein Gerät im Schaltschrank sendet Licht zur Sonde und wertet das zurückkehrende Signal aus. So lässt sich die Temperatur auch dort direkt erfassen, wo metallische Signalleitungen wegen hoher Spannung oder starker Felder schwierig einzusetzen sind.
Jede Sonde misst an einem definierten Punkt. Für zehn Messstellen werden zehn Sonden und mindestens zehn Messkanäle benötigt. Als Sonde bezeichnet INNO die Messspitze mit Faser, als Messgerät die Auswerteeinheit. Zum Thermometer im weiteren Sinn gehört die gesamte Messkette bis zur Datenausgabe.
Wie funktioniert ein fluoreszenzbasierter Temperatursensor?
Bei der fluoreszenzbasierten Temperaturmessung sendet das Messgerät Anregungslicht durch die Faser. Der Leuchtstoff an der Spitze nimmt das Licht auf und sendet Fluoreszenz zurück. Deren Abklingzeit hängt von der Temperatur ab. Das Gerät misst diese Zeit und berechnet daraus den Temperaturwert.
Die Auswertung beruht auf der Zeit und nicht allein auf der Helligkeit. Biegungen und Steckverbindungen können die Signalstärke verringern; für eine verlässliche Messung muss am Gerät noch ausreichend Licht ankommen.
Welche Komponenten gehören zum Messsystem?
- Fluoreszenzsonden mit Messspitze, Faser, Schutzhülle und passendem Anschluss.
- Optische Verlängerungen, wenn die Sondenfaser für den tatsächlichen Leitungsweg nicht ausreicht.
- Ein kompatibles Messgerät, das die Signale auswertet und je nach Ausführung Messwerte, Alarme und Schnittstellen bereitstellt.
- Eine lokale Anzeige und gegebenenfalls Software für Aufzeichnung und Fernüberwachung.
- OEM-Module für den Einbau in Anlagen des Geräteherstellers.
Die Sonden werden an das Messgerät angeschlossen. Eine SPS oder ein SCADA-System erhält die Daten über die Schnittstellen des Geräts, nicht direkt von der Sonde.
Warum optisch bei Hochspannung und starken Störfeldern messen?
Die passive optische Messstrecke benötigt keine leitende Signalleitung am Messpunkt und ist gegenüber elektromagnetischen Störungen hoch beständig. Der Messwert stammt vom Einbauort der Sonde und kann mit berechneten Temperaturen verglichen werden. Kleine Sondenspitzen erleichtern den Einbau in begrenztem Raum. Isolationsabstände, Faserführung, Signalreserve und Einbaubedingungen müssen dennoch für die Anlage geprüft werden.
Wo werden faseroptische Thermometer eingesetzt?
Leistungstransformatoren
Bei der Temperaturmessung an Transformatorwicklungen messen Fluoreszenzsonden direkt an Wicklungsstellen, die anhand der thermischen Auslegung ausgewählt werden. Der Einbau erfolgt gewöhnlich während der Fertigung oder bei einer Revision mit Zugang zur Wicklung. Je nach Platz und mechanischer Beanspruchung kommen Polyimid-, armierte oder für Öltransformatoren ausgelegte Sonden zum Einsatz. Tankdurchführungen und Flanschkomponenten führen die Fasern zum Messgerät im Schaltschrank.
Bei vielen Transformatoren wird die angezeigte Wicklungstemperatur aus Obenöltemperatur und Laststrom abgeleitet. Direkt messende Sonden ergänzen diese Anzeige. Ein dokumentiertes Beispiel betrifft einen Öltransformator mit 110 kV; die Einbaupositionen bleiben vom jeweiligen thermischen Entwurf abhängig.
Trockentransformatoren und Drosseln
In Trockentransformatoren und Reaktoren lassen sich mehrere ausgewählte Wicklungsstellen ohne metallische Sensorleitungen an den Spulen überwachen. Die Systemkonfiguration verbindet Sonden, Messgerät, Alarmfunktion und die benötigten Kommunikationsausgänge.
Schaltanlagen und Sammelschienen
Verschraubte Sammelschienenverbindungen, Kontakte und Kabelanschlüsse können sich lokal erwärmen. Eine für Schraubverbindungen ausgelegte Sonde bringt die Messspitze an den ausgewählten Kontakt. Kanalzahl und Faserführung richten sich nach der Messstellenliste; Alarmkontakte und RS485 / Modbus hängen von der gewählten Geräteausführung ab.
Für Schraubverbindungen beschreibt die Produktinformation eine ringförmige Kupferausführung mit 1 bis 15 m Faser. Ein Neunkanalgerät kann eingesetzt werden, wenn genau neun Messstellen im Projekt festgelegt sind.
Motoren und Generatoren
Bei Statorwicklungen interessiert die Temperatur an ausgewählten Nuten oder Wicklungsstellen. Mehrere Sonden erfassen diese Punkte über separate Kanäle. Die angegebene Motorwicklungssonde besitzt je nach Ausführung eine Quarzspitze mit 2,5 oder 3 mm Durchmesser und einen konfigurierbaren Bereich bis +260 °C.
MRT- und HF-Umgebung
Eine optische Sonde kann Temperatur an einer ausgewählten Stelle im Magnetfeld erfassen, während das Auswertegerät außerhalb der vorgesehenen Feldzone steht. Für die genannte MRT-/HF-Sonde sind 20 bis 50 °C, ±0,3 °C, 1,5 mm Spitzendurchmesser und 5 m Faser aufgeführt. Die Eignung für die konkrete Messanordnung ist vor dem Einsatz zu bestätigen.
Mikrowellen und HF-Prozesse
In Mikrowellen- und HF-Anlagen müssen Sondenmaterial, Position, Faserweg und Prozessbedingungen zusammen betrachtet werden. Die faseroptische Sonde misst an der festgelegten Kontaktstelle; sie ermittelt nicht automatisch die heißeste Stelle im Prozessraum.
Hochspannungsprüfungen
Bei Prüfständen kann die passive Sonde an der ausgewählten Stelle sitzen, während das Auswertegerät an einem geeigneten Ort installiert wird. Sondenbauform, Spannungsbeanspruchung, Abstände und Leitungsführung sind für den jeweiligen Prüfaufbau festzulegen.
Lösungen für die Temperaturüberwachung
Direkte Messung an Transformatorwicklungen
Die Sondenpositionen werden anhand der thermischen Auslegung gewählt. Jeder Kanal liefert einen direkten Wert seines Einbauorts; der absolute Hotspot wird nicht selbstständig gesucht. Messwerte können mit Öltemperatur, Last und thermischen Berechnungen verglichen werden.
Mehrpunktüberwachung elektrischer Anlagen
Eine Sonde benötigt einen Kanal. Neun Messpunkte können beispielsweise mit einem Neunkanalgerät überwacht werden; für Prüfaufbauten und größere Anlagen sind auch 32- und 64-Kanal-Ausführungen vorgesehen. Zusätzliche Reserven werden anhand der geplanten Erweiterung festgelegt.
Galvanisch getrennte Messung
Für Hochspannung oder starke elektromagnetische Felder sind Spannungsniveau, Störquelle, Einbauplatz und Faserroute entscheidend. Genauigkeit und Messbereich hängen von Sonde und Gerät ab; die ausgewählte Kombination muss anhand ihrer Spezifikation geprüft werden.
Anbindung an SPS und SCADA
Das Messgerät stellt Temperaturen und Alarme bereit. Für die Integration werden RS485-/Modbus-Register, optionale Analogausgänge, Alarmschwellen und Kanalnamen mit der Anlagensteuerung abgestimmt. Software kann je nach Konfiguration Trends und Messwerte aufzeichnen.
OEM-Ausführungen
Gerätehersteller können Sondenbauform, Faserlänge, Steckverbinder und Auswertemodul auf die eigene Konstruktion abstimmen. Kanalzahl, Schnittstellen und Gehäuse werden vor Bestellung für die Anwendung geprüft.
Die IF-G-OEM-Module sind mit einem, drei oder vier Kanälen erhältlich. Für das vierkanalige IF-G4 werden 5 V DC und eine Aktualisierung alle 300 ms angegeben. Sondendurchmesser, Mantel, Faserlänge, Steckverbinder und Projektdokumentation können für eine Serienintegration abgestimmt werden.
Sonden, Messgeräte und Systeme auswählen
Faseroptische Temperatursonden
| Sonde | Messpunkt | Bereich | Angaben |
|---|---|---|---|
| Standard-Fluoreszenzsonde | Allgemeiner Messpunkt | −40 ~ +260 °C | 2–3 mm; 0–20 m; ST |
| Sonde für Sammelschienen und Schraubverbindungen | Schienen und Schraubverbindungen | −40 ~ +260 °C | Kupferring; 1–15 m |
| Polyimid-Wicklungssonde | Transformatorwicklung | −40 ~ +260 °C | 2,5 mm |
| Sonde für Öltransformatoren | Ölgefüllte Wicklung | −40 ~ +260 °C | ±1 °C; 100 kV; 3 m Polyimid / PTFE |
| Motorwicklungssonde | Statorwicklung | −40 ~ +260 °C | Quarzspitze; 2,5 oder 3 mm |
| MRT-/HF-Sonde | MRT, HF und Magnetfelder | 20–50 °C | ±0,3 °C; 1,5 mm; 5 m |
Sonden, Stecker und Messgerät müssen zueinander passen. Bei Schutzrohr- und Wicklungssonden kann sich der Anschluss von dem einer Standardsonde unterscheiden.
Mehrkanal-Messgeräte
Das Gerät bestimmt Kanalzahl, Alarmausgänge und Datenübertragung. Die IF-C-Familie wird mit 1 bis 64 Kanälen beschrieben; je nach Ausführung stehen RS485 / Modbus, Alarmrelais und optionale Analogausgänge bereit. Ein Neunkanalgerät passt zu einem entsprechend freigegebenen Messstellenplan. Für OEM-Anwendungen gibt es kompakte Module; die IF-G4-Ausführung besitzt vier Kanäle.
| Messgerät | Kanäle | Angaben |
|---|---|---|
| IF-C Mehrkanal-Messumformer | 1–64 | Konfigurierbar; −40 bis +260 °C; ±1 °C; 0,1 °C; 2 × RS485 / Modbus; optional 4–20 oder 0–20 mA; 2 Relais (5 A / 250 VAC); 220 V AC/DC |
| IF-C Neunkanalgerät | 9 | RS485 / Modbus; optional 4–20 mA |
| Gerät mit Anzeige / LCD-Anzeige | Je nach Ausführung | Lokale Anzeige von Temperatur und Alarmen |
| IF-G4 OEM-Modul | 4 | 5 V DC; RS485 |
Komplette Überwachungssysteme
Bei einem konfigurierten System werden Sonden, Faserwege, Messgerät und Ausgänge gemeinsam auf die Anlage abgestimmt. Ausführungen gibt es unter anderem für Transformatoren, Schaltanlagen, Generatoren, Prüfstände und Halbleiterausrüstung.
Die Wicklungsrohrsonde verwendet einen FC/APC-Anschluss; bei der Standardsonde ist ST angegeben. Sonde, Steckverbinder und Messgerät müssen daher zusammenpassen. Die angegebenen Werte gelten für bestimmte Ausführungen und sind vor der Bestellung zu prüfen.
Wie wird das passende Messsystem ausgewählt?
Messbereich
Niedrigste, normale und höchste Temperatur am Einbauort einschließlich kurzzeitiger Spitzen festhalten. Der zulässige Bereich ist für die konkrete Sonde und ihre Ausführung zu bestätigen; die MRT-/HF-Sonde besitzt einen gesonderten Bereich.
Messstellen und Kanäle
Messpunkte zählen, nicht Maschinen: Pro Messstelle wird eine Sonde mit einem Kanal benötigt. Eine Kanalreserve wird nach dem abgestimmten Messstellenplan gewählt.
Sondenbauform
Der Einbauort bestimmt Bauform und mechanischen Schutz: beispielsweise Polyimid für enge Wicklungsräume, armierte oder rohrgeschützte Ausführungen bei höherer mechanischer Beanspruchung und passende Kontaktsonden für Schraubverbindungen.
Faserlänge
Den tatsächlichen Leitungsweg bis zum Messgerät einschließlich Durchführungen und Montagereserve messen. Bei Verlängerungen müssen optische Anschlüsse und verfügbare Signalreserve geprüft werden.
Anzeige und Kommunikation
Entscheidend ist, wo Bediener die Werte ablesen: vor Ort über eine Anzeige oder über das Leitsystem. Register, Alarmkontakte, optionale Analogausgänge, Spannungsversorgung und Software vor der Bestellung mit der Steuerungstechnik abstimmen.
Worauf kommt es bei der Herstellerwahl an?
Ein Anbieter sollte Messstellen, Einbauzeichnung, Temperaturbereich, Faserweg, Kanalzahl und Schnittstellen vor der Auslegung prüfen. Für OEM-Projekte sind außerdem Anpassbarkeit, Dokumentation, Fertigungsqualität und technische Unterstützung relevant. Welche Prüf- und Konformitätsunterlagen für eine konkrete Ausführung gelten, wird projektbezogen bestätigt.
INNO ist seit 2011 im Bereich der faseroptischen Punktmessung tätig. Auf der Unternehmensseite werden Unterlagen zu ISO 9001, ISO 14001, ISO 27001 und ISO 45001 sowie CE-EMV, CE-Niederspannung und RoHS aufgeführt. Welche Unterlagen eine Ausführung abdecken, ist projektbezogen zu bestätigen.
Messaufgabe mit INNO besprechen
Für die technische Auslegung helfen eine Gerätezeichnung, die Messstellenliste, der Temperaturbereich, die geplante Faserführung und die benötigte Schnittstelle. Das INNO-Technikteam kann darauf aufbauend Sonde und Messgerät für die Anwendung prüfen.