強い電磁界でも、干渉から十分に保護されたセンサと信号経路、または測定点が本質的に非電気式となる方式を使用すれば、温度を測定できます。RTDや熱電対などの従来型電気センサは多くの産業環境で使用できますが、EMIが強い場合には、導電性リード線や微弱な電気信号に対して、慎重なシールド、接地、配線経路の設計が必要になることがあります。
蛍光式光ファイバー点温度センサは、プローブ位置に電気測定信号を設けず、光感温経路を使用します。
高電圧、RF、マイクロ波、変圧器巻線、発電機、強磁場の用途では、電気的絶縁と耐電磁干渉性が重要な場合に光学測定がよく検討されます。
強電磁界の温度測定方式
| 方式 | 信号種類 | EMI感受性 | 電気的絶縁 | 代表用途 |
|---|---|---|---|---|
| 光ファイバー温度センサ | 光学式 | 光経路では非常に低い | 高い | 電気的影響に敏感な環境の直接点測定 |
| PT100／RTD | 電気抵抗 | 配線・計装による | 設置による | 産業設備、機械、乾式変圧器の監視 |
| 熱電対 | 微弱な電圧 | シールド・配線によります。 | 設置による | 産業プロセス・高温測定。 |
| 赤外線 | 光学式 / 非接触 | 感温点で伝導性電気ノイズの影響を受けません。 | はい | アクセス可能表面の測定 |
| 熱モデル | 計算値 | 物理的な点式センサではありません。 | N/A | 推定機器温度。 |
強電磁界が温度測定に影響する理由
EMIは単純に物理温度を変えるのではなく、主に電気式センサ信号、配線、データ収集、接地、信号調整に影響します。
主な干渉源は、大電流、開閉機器、変圧器、発電機、電動機、母線、RF送信機、マイクロ波システム、高電圧試験装置です。
測定値の不安定化、誘導ノイズ、ドリフト、通信障害などが生じる場合があります。すべての電気式センサが使えないわけではなく、結果は測定ループの設計によります。
方式1：光ファイバー温度測定
光ファイバー温度測定は、感温点と監視計器の間に光経路を使用します。感温点に電気信号がないこと、非導電性の光ファイバー、電気的絶縁、測定経路のEMI／RFI耐性が主な特長であり、電気的影響に敏感な箇所の点式測温に適しています。
| パラメータ | 代表値 |
|---|---|
| 温度範囲 | -40～260 °C |
| 精度 | ±0.5～±1 °C |
| 応答時間 | <1 s |
| プローブ径 | 約2–3 mm |
| 光ファイバー長 | 設置距離に合わせて構成 |
正確な仕様はプローブ構成によります。
方式2：PT100 / RTD測定
PT100は電気・産業機器で広く使われ、一般的な産業用インターフェース、多くのPLCや温度調節器への対応、従来設備への適性、多様なプローブ構造という利点があります。
EMI環境では、リード線経路、シールド、接地、3線式・4線式構成、計器入力設計、必要な絶縁を検討します。
PT100は電気ノイズの多い環境でも使用できますが、電気測定回路全体を適切に設計する必要があります。
方式3：熱電対測定
熱電対は、広い測温範囲、高温対応、産業プロセス測定が重要な用途で一般的です。
強いEMI環境では、微小な熱起電力信号、延長ケーブルの選択、シールド、接地、配線経路、信号調整を検討してください。
電気設置と収集システムを環境に合わせて設計すれば、熱電対は有効に使用できます。
方法4：赤外線・非接触温度測定
赤外線測定は対象との直接的な電気接触を避けられ、母線表面、端子、機械表面、開放機器など、見える表面に適しています。
視線が必要なこと、表面温度に限られること、内部巻線温度を直接見られないこと、放射率と表面状態に影響されることが制約です。
光ファイバー温度測定が特に有用な条件
変圧器巻線
電気ストレスのある巻線構造内部での直接点測定。
発電機・電動機巻線
固定子・巻線測定点の周囲に強電磁界がある場合に有用です。
高電圧試験機器
感温点と監視計測器の間に電気的に絶縁された経路を提供します。
RF機器
測定位置への導電性センサ配線を避けます。
マイクロ波加熱
マイクロ波エネルギー場の内部・近傍の選定点測定に有用です。
MRI・強磁場
非導電性・非金属プローブの選択肢により、強磁場環境の温度測定に対応できます。
強いEMI環境向け温度センサの選び方
| 選定要因 | 確認事項 | 選定の方向性 |
|---|---|---|
| 温度範囲 | 予想最低・最高温度 | プローブ・センサ構造を温度範囲に合わせる |
| 電気的絶縁 | 感温点は充電部または高電圧の近くですか。 | 導電性信号配線を避けたい場合は光経路を検討。 |
| 場の強さ・EMIレベル | センサはRF・マイクロ波・強磁場内にあるか。 | 微小電気信号の伝送に依存しない測定方法を選ぶ。 |
| プローブ寸法 | 感温点の利用可能な空間 | 位置に合うプローブ形状を選定 |
| 測定位置 | 内部、外部、アクセス可能、閉鎖。 | 接触・非接触の適用を決める。 |
| ケーブル・ファイバー経路 | 感温点から計測器までの距離と経路 | 直線距離でなく実経路を計画。 |
| 感温点数 | 監視が必要な位置数。 | チャンネル数と計器構成を決定 |
| 監視計測器 | センサ種類との互換性 | 計器の対応入力形式を確認 |
| 必要出力 | RS485、Modbus、4–20mA、リレー、表示 | 計測器出力を制御系要件へ合わせる。 |
電磁環境でのプローブ配置と経路
設置計画では、感温点、プローブの収まり、ファイバー・ケーブル経路、計測器までの距離、機械的保護、貫通部、曲げ半径、該当する場合の電力導体との分離を考慮してください。
多くの機器で3～5 mが初期検討の実用的な目安ですが、最終長は実経路に合わせます。直線距離だけで選ばないでください。
単点と多点温度監視の比較
点プローブ1本が指定1箇所を測ります。複数の感温点では、複数のプローブとチャンネルを1台の多チャンネル監視計器へ接続します。
| 用途 | 一般的な監視ロジック |
|---|---|
| 変圧器 | 複数巻線点を多チャンネル計器へ接続 |
| 発電機 | 各相の選定固定子・巻線点。 |
| 開閉装置 | 盤・パネルごとの主要接続点 |
| 母線 | 選定継手・接続位置。 |
| 試験ベンチ | 試験対象・手順で定める点 |
| マイクロ波機器 | エネルギー場の内部・近傍の点 |
| 高電圧試験室 | 試験対象上・付近の点。 |
温度データのPLC・SCADAへの伝送
一般的な信号経路：センサ / プローブ → 監視計測器 → 通信またはアナログ出力 → PLC / SCADA。
計測器に応じ、RS485、Modbus RTU、4–20 mA、警報リレー、ローカル表示などを備えます。
電磁界と測定位置に合うセンサを選ぶ
| 用途 | 光ファイバー | PT100 | 熱電対 | 赤外線 | 主な検討事項 |
|---|---|---|---|---|---|
| 変圧器巻線 | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 表面測定のみ。 | 巻線での電気的絶縁 |
| 乾式変圧器 | 選ばれることが多い | 一般的な選択肢 | 設置による | 表面測定のみ。 | EMIレベルと電圧への近接 |
| 発電機固定子 | 選ばれることが多い | 一般的な選択肢 | 設置による | 表面測定のみ。 | 強電磁界 |
| 開閉装置 | 一般的な選択肢 | 一般的な選択肢 | 一般的な選択肢 | 用途別 | 通電部への近接 |
| 母線接続 | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 用途別 | 大電流・高電圧への近接 |
| RF機器 | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 表面測定のみ。 | 非導電性感温経路 |
| マイクロ波加熱 | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 表面測定のみ。 | 電磁界と導電性センサの相互作用 |
| MRI | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 用途別 | 強磁場への適合。 |
| 高電圧試験 | 選ばれることが多い | 設置による | 設置による | 用途別 | 試験対象からの絶縁 |
| 産業機械 | 設置による | 一般的な選択肢 | 一般的な選択肢 | 用途別 | 従来配線の実現性 |
| 実験室試験台 | 一般的な選択肢 | 一般的な選択肢 | 一般的な選択肢 | 用途別 | 柔軟性と既存構成。 |
代表的な選定例
変圧器巻線
主な検討事項：内部温度の直接測定、電気的絶縁、プローブ径、ファイバー経路、測定点数、多チャンネル監視。
発電機固定子
主な検討事項：強電磁界、プローブ配置、巻線測定位置数、ファイバー経路、監視チャンネル。
開閉装置 / 母線
主な検討事項：接続点温度、センサ固定、盤内経路、多点監視、PLC/SCADA出力。
RF / マイクロ波機器
主な確認事項：非導電性測定、プローブ材料、温度範囲、場の外への経路、計測器位置。
高電圧試験室
確認事項：絶縁、試験対象、径、光ファイバー長、安全な計測器位置、出力要件。
強電磁界での温度測定チェックリスト
- 温度範囲はどの程度ですか。
- 実際の感温点はどこですか。
- 充電点ですか。
- 強いEMI / RFIがあるか。
- RF・マイクロ波エネルギーはありますか。
- 強磁界はありますか。
- 導電性センサを使用できますか。
- プローブ用スペースはどの程度ありますか。
- 必要配線距離は何ですか。
- 監視が必要な温度点は何点ですか。
- 現場表示が必要ですか。
- RS485 / Modbusが必要か。
- 4–20 mAが必要ですか。
- 警報リレー出力が必要ですか。
- PLC・SCADA統合が必要ですか。
強電磁界の温度測定に関するよくある誤解
「強電磁界では、あらゆる電気式温度センサが使用不能になる。」 誤りです。配線、シールド、接地、計装を適切に設計すれば、電気式センサは使用できます。
「光ファイバーセンサは変圧器専用である」 発電機、RF、マイクロ波、MRI、高電圧試験など、電気的に敏感な環境でも使用されます。
「EMIがセンサの実際の温度値を変える。」 問題は物理温度そのものの変化ではなく、信号干渉であることがよくあります。
「赤外線で内部温度センサを代用できる。」 赤外線は見える表面に有用ですが、見通せない内部点は測れません。
「1種類のセンサが全高EMI用途に適する。」 温度範囲、形状、絶縁、監視構成も検討が必要です。