光ファイバー温度計：原理・用途・選定

• 光ファイバー温度計は受動型プローブの先端で温度を測定し、測定点まで電気信号線を引く必要がありません。
• INNOの蛍光式プローブは先端の材料を光で励起し、計測器が戻ってきた蛍光の減衰時間から温度を求めます。
• システムはプローブ、光ファイバーまたは延長ケーブル、計測器で構成され、仕様に応じて表示器、RS485、ソフトウェアを組み合わせます。
• 変圧器やリアクトルの巻線、配電盤の接続部、固定子、MRI装置、マイクロ波工程、高電圧試験などに使用されます。
• プローブの構造により公表範囲は−40～+260 °Cまで対応し、計測器は1～64チャンネルの構成があります。

光ファイバー温度計とは

信号を光ファイバー内の光として伝送します。感温材料は選定した測定点のプローブ先端にあり、計測器が光を送り、戻る信号を解析します。通電中の巻線、電気接続部、MRI環境内の測定点まで電気信号線を引かずに温度を測定できます。

プローブ1本が測定するのは指定された物理的な1点です。10点には10本のプローブと少なくとも10チャンネルが必要です。プローブは感温先端とファイバーからなり、計測器が信号を処理して結果を出力します。

蛍光式温度センサーの測定原理

計測器がファイバーを通して励起光を送ります。先端の蛍光物質は光を吸収して信号を返し、その減衰時間は温度によって変わります。計測器は時間を測定して温度に換算します。

測定に使うのは明るさだけでなく時間です。曲げやコネクターは戻る光を弱めることがあるため、安定した読み取りには十分な信号が必要です。

測定システムの構成

• 蛍光感温部、ファイバー、保護被覆、適合するコネクターを備えたプローブ。
• プローブのファイバーが実際の経路に足りない場合の光延長ケーブル。
• 信号を処理し、仕様に応じた出力を提供する単一または多チャンネル計測器。
• 必要に応じて現場表示とトレンド記録を行う表示器およびソフトウェア。
• 装置メーカーの機器に測定機能を組み込むOEMモジュール。

プローブは計測器に接続します。PLCやSCADAは光ファイバーに直接接続せず、計測器のインターフェースを通じてデータを受け取ります。

高電圧や強い電磁界で光ファイバーを使う理由

受動型の光測定経路は測定点までの電気信号接続を作らず、電磁干渉に対して高い耐性があります。値はプローブ先端の設置位置を表すため、計算温度と比較できます。小型プローブは限られた空間への設置にも役立ちます。ただし絶縁距離、ファイバー経路、計測器の位置は設備ごとに設計する必要があります。

光ファイバー温度計の用途

電力用変圧器の巻線

熱設計に基づいて選んだ位置にプローブを置き、その点を直接測定します。通常は製造時または巻線にアクセスできる点検・修理時に取り付けます。空間と機械保護の要件に応じて、ポリイミド、保護構造付き、油入変圧器用のプローブを選びます。貫通部とフランジを通してタンク外の計測器へ接続します。

多くの変圧器では、表示される巻線温度を上部油温と負荷電流から求めます。直接測定するプローブはこの表示を補います。記録された事例には110 kVの油入変圧器があり、プローブ位置は各機器の熱設計に従います。

乾式変圧器とリアクトル

選定した巻線位置にプローブを配置し、コイルに金属信号線を追加せずに各点を測定します。多チャンネルシステムは仕様に応じて測定、警報、通信出力をまとめます。

配電盤と母線

母線のボルト接合部、接点、ケーブル端末では局所的な発熱が生じることがあります。接続部に適したプローブで感温部を選定位置に保持します。チャンネル数とファイバー長は測定点一覧と計測器までの経路から決めます。

ボルト接合部用の製品には、1～15 mのファイバーを備えた銅製リング構造が記載されています。案件で測定点を9点に確定した場合は9チャンネル計測器を選べます。

発電機と電動機

固定子では選定したスロットや巻線位置の温度が重要です。各プローブは独立した値を出します。記載されている電動機巻線用プローブは仕様により直径2.5または3 mmの石英先端を備え、最大+260 °Cまで構成できます。

磁気共鳴画像装置

光プローブは磁場環境内の選定位置を測定し、計測器は想定した磁場領域の外に置けます。MRI・RF用プローブには20～50 °C、±0.3 °C、先端径1.5 mm、ファイバー長5 mが記載されています。用途への適合性は別途確認してください。

マイクロ波・RF装置

プローブ材料と位置、ファイバー経路、工程条件を合わせて検討します。読み取り値は接触点の温度であり、プローブが最も高温の場所を自動探索するわけではありません。

高電圧試験

受動プローブを指定測定点に置き、計測器を適切な場所に設置します。電圧、絶縁距離、ファイバー保護、取付方法は試験ごとに定めます。

温度監視のソリューション

巻線の直接測定

位置は変圧器の熱設計から選びます。各チャンネルは自分の設置点を測定し、絶対最高温度を自動的に発見しません。測定値は油温、負荷、熱計算と比較できます。

多点監視

プローブ1本につき1チャンネルを使用します。9点なら9チャンネル機器を使え、試験台や大規模設備には32または64チャンネルの構成があります。予備チャンネルは拡張計画に応じて決めます。

電気的に絶縁した測定

電圧、干渉源やRF、設置空間、計測器までの経路を考慮します。精度と範囲は選んだプローブと計測器の組み合わせに従います。

PLC・SCADA連携

計測器が温度と警報を出力します。連携にはRS485 / Modbusのレジスター、オプションのアナログ出力、しきい値、信号名、チャンネル割り当てを決めます。ソフトウェアにより記録とトレンド表示を追加できます。

OEM向けの構成

装置メーカーはプローブ構造、ファイバー、コネクター、読取モジュールを自社装置に合わせて相談できます。チャンネル、インターフェース、筐体は発注前に確認します。

IF-G OEMモジュールには1・3・4チャンネルの仕様があります。4チャンネルのIF-G4には5 V DC電源と300 msの更新周期が記載されています。プローブ径、被覆、ファイバー長、コネクター、文書は量産組込みに合わせて相談できます。

プローブと計測器の選び方

光ファイバー温度プローブ

プローブ、コネクター、計測器の互換性を確認してください。保護チューブ付きの仕様は標準プローブと接続方式が異なる場合があります。

多チャンネル計測器

IF-Cシリーズは1～64チャンネルの構成があります。仕様によりRS485 / Modbus、警報リレー、オプションのアナログ出力を利用できます。9チャンネル機は9点の計画に対応し、OEMモジュールIF-G4は4チャンネルです。

システム一式

プローブ、ファイバー、計測器、出力を一緒に選定すると互換性を確認しやすくなります。変圧器、配電盤、発電機、試験台、半導体装置向けの構成があります。

保護チューブ付き巻線プローブはFC/APCコネクターを使用し、標準プローブにはSTが記載されています。プローブ、コネクター、計測器の互換性を確認してください。数値は特定仕様のため、注文前に確認が必要です。

測定システムの選定方法

温度範囲

測定点の最低・通常・最高温度を短時間のピークも含めて記録します。限界は選定したプローブの仕様で確認します。MRI・RF用は別の範囲です。

測定点とチャンネル

測定点を数えます。各点にはプローブとチャンネルが1つずつ必要です。点数を確定した後に予備容量を決めます。

プローブ構造

取付位置と機械保護に応じて、狭い巻線空間向けポリイミド、必要に応じた保護型やチューブ型、ボルト接合部向け接触プローブを選びます。

ファイバー長

貫通部と施工余長を含む計測器までの実経路を測ります。延長ケーブルを使う場合はコネクターと光信号の余裕を確認します。

表示とインターフェース

盤面、制御システム、または両方のどこで値を見るかを決めます。レジスター、警報、オプションのアナログ出力、電源、ソフトウェアを制御担当者と確認します。

メーカー選定で確認すること

供給者は構成を決める前に測定点、図面、温度範囲、ファイバー経路、チャンネル、インターフェースを検討する必要があります。OEM案件では文書、製造の再現性、技術サポートも重要です。適用される認証書と試験報告書は対象仕様について確認します。

INNOは2011年から光ファイバーのポイント測定に取り組んでいます。会社ページにはISO 9001、ISO 14001、ISO 27001、ISO 45001、CE EMC、CE LVD、RoHSの資料が掲載されています。各仕様に適用される文書の範囲は案件ごとに確認します。

測定要件をINNOに相談

INNO技術チームへの相談には、設備図面、測定点一覧、温度範囲、ファイバー経路、必要なインターフェースがあれば、適したプローブと計測器を検討できます。