測定点から監視計測器へ意図しない導電経路を形成しない検出方式を使用すれば、電気的絶縁が必要な環境で温度を測定できます。一般的な方法には、光ファイバー温度センサ、非接触の赤外線測温、適切な絶縁・信号調整・絶縁型変換器と組み合わせた従来型電気センサがあります。
感温点自体を計器から電気的に絶縁する必要がある用途では、導電性測定配線ではなく光で温度信号を伝送する光ファイバー温度プローブが、直接的な解決方法になります。 蛍光式光ファイバー点式測温 は各プローブが所定の1温度点を測り、光ファイバーを導電性の電気測定信号が通ることはありません。
電気的絶縁は、機器に電圧がないこと、設備全体が完全に電気的切断されていること、あらゆる電気的危険がなくなることを意味しません。感温点と測定用電子回路の間で、不要な導通を防ぐよう温度測定経路を設計することを意味します。
電気的に絶縁された温度測定とは何ですか。
温度測定における電気的絶縁とは、測定点と測定用電子回路またはデータ収集システムの間に、不要な導電接続が生じるのを防ぐことです。絶縁は、センサから計器までの経路、変換器の入力や出力、収集チャンネル、電源、通信インターフェースなど、複数の箇所で実施できます。変換器や通信インターフェースを絶縁するだけでは、感温点自体は絶縁されません。
ガルバニック絶縁と光学的な検出経路は関連しますが、同一ではありません。従来の電気センサでも、信号経路の後段に適切な絶縁回路を用いれば、電気的に絶縁されたシステムの一部にできます。
温度測定に電気的絶縁が必要な理由は何ですか。
大きな電位差、通電設備、接地電位の違い、グラウンドループの懸念、強い電界、導電性センサ配線への制限、測定点と測定回路の電位が異なる場合には、電気的絶縁が重要になります。
すべての温度測定に電気的絶縁が必要なわけではありません。測定環境やシステム構成が要求する場合に要件となります。
電気的絶縁を確保できる温度測定方式は何ですか。
| 方式 | センサ信号 | 絶縁方式 | 最も適する用途 |
|---|---|---|---|
| 光ファイバー温度センサ | 光信号 | 非導電性光感温経路 | センサレベルの絶縁が必要な箇所での直接点測定 |
| 絶縁回路付きPT100 / RTD | 電気抵抗 | 変換器・収集システム側の電気的絶縁 | 従来の産業温度測定 |
| 絶縁入力付き熱電対 | ミリボルト電気信号。 | 絶縁型信号調整 | 産業プロセス測定 |
| 赤外線センサ | 光学式・非接触 | 対象への物理的センサ接続なし | アクセス可能表面 |
電気的絶縁のための光ファイバー温度測定
光ファイバー測温は、センサの信号経路から導電性の電気測定配線をなくします。選定した点にプローブ先端を置くと、温度によって感温材の光学応答が変化し、光信号がファイバーを通じて伝わり、監視計測器が温度を計算します。
これは直接の点測定です。非接触測定でも領域全体の測定でもなく、設置した特定位置の温度をプローブが報告します。
PT100で電気的に絶縁された測温はできますか。
はい。PT100／RTDは電気抵抗式センサであり、絶縁形変換器、絶縁入力モジュール、適切な絶縁・配線、必要に応じたシールドや接地によって、システムレベルの絶縁を実現できます。
PT100は多くの従来システムで実用的です。センサリード線自体が測定点への導電経路を形成してはならない場合は、光ファイバー測定のほうが適する場合があります。
熱電対を電気的に絶縁できますか。
はい。設置方法と信号調整の設計によります。熱電対は微小な電圧信号を使用し、絶縁接点、絶縁アンプ、絶縁型変換器、絶縁型収集チャネルで絶縁を実装できます。
測定点と電子回路の間には、導電性リード線自体が残ります。どちらも「絶縁された」測定と呼べますが、センサレベルの光学的絶縁とシステムレベルの電気的絶縁は異なる概念です。
光ファイバー・PT100・熱電対・赤外線比較
| 方式 | 接触形式 | 信号経路 | 電気的絶縁 | 主な限界 |
|---|---|---|---|---|
| 光ファイバー | 接触・埋込 | 光学式 | 非導電性光感温経路 | プローブアクセスが必要 |
| PT100 | お問い合わせ | 電気 | システム設計によります。 | 導電性リード線 |
| 熱電対 | お問い合わせ | 電気 | 絶縁設計による | 導電性リード線 |
| 赤外線 | 非接触 | 光学式 | 対象との電気接触なし | 見通しが必要 |
センサ側絶縁と計測器側絶縁の比較
センサレベルの絶縁とは、測定点から導電性の測定配線が出ていないことです。光ファイバー温度プローブが代表例です。計測器レベルの絶縁では、測定点に電気式センサ配線がありますが、絶縁回路によってその入力と下流システムを分離します。絶縁型RTD伝送器や絶縁型熱電対モジュールが該当します。
この2方式は異なる電気的絶縁要件に対応し、適切な選択は測定経路のどこに絶縁が実際に必要かで決まります。
変圧器の電気的に絶縁された温度測定
変圧器では、高電位にある内部測定点で巻線温度を直接測定する必要が生じる場合があります。光ファイバープローブは製造時に選定した巻線位置へ埋め込むことができ、その点まで電気的に絶縁された測定経路を提供します。この用途の詳しい配置の考え方は、変圧器巻線温度の測定方法に関する関連記事で解説しています。
高電圧機器温度測定における電気的絶縁
開閉装置、母線、ケーブル端末、通電導体、電気試験装置では、測定点が監視計測器と異なる電位で動作する場合があります。光学測定は、この2つの場所の間に導電性の温度信号経路を設けずに済みます。これが、次の用途で光ファイバー方式が使われる主な理由の1つです： 高電圧温度測定.
パワーエレクトロニクス・IGBT・SiCの温度測定
パワーエレクトロニクス試験には、高いスイッチング電圧、急速な過渡現象、強いEMI、浮遊電位が関係する場合があります。モジュール表面、デバイスパッケージ、所定の熱測定点、試験治具に絶縁測温を適用できます。
センサ設置が接合部の測定点に具体的に対応する場合を除き、測定値は直接の接合部温度ではなく、プローブの物理位置の温度として説明してください。
RF・マイクロ波温度測定
導電性の温度センサは、構成によってRF・マイクロ波環境と相互作用する場合があります。光ファイバープローブは非導電性の検出経路を提供し、マイクロ波加熱、RF試験システム、誘電加熱、産業用マイクロ波機器で使用できます。
強磁界・MRIシステムでの温度測定
強磁界環境では、電気式や金属を用いる検出構成に特別な配慮が必要な場合があります。光ファイバー測温は、電気的に絶縁された光信号経路を提供し、強磁界内の選定した温度測定点に適する場合があります。
個々のMRIや磁界システムとの適合性は、一般的な磁界強度値から推定せず、プローブ材質、計測器配置、機器メーカーの要件に照らして確認してください。
高電圧試験室の電気的絶縁温度測定
試験室では、試験対象と監視計測器を物理的に離し、ファイバー長を利用して計測器を遠隔配置できます。絶縁耐力試験、絶縁試験、電気設備の試験台、高電圧研究などが該当し、実際の安全距離と試験電圧の手順は、適用される施設基準に従う必要があります。
非接触赤外線測温がより適するのはどんな場合ですか。
赤外線測定は、アクセスできる表面、見える対象、一時的な点検、プローブ設置が現実的でない状況に適しています。光ファイバー方式は通常、内部の点測定、埋め込み測定、継続的な接触測定、プローブを設置できる閉鎖箇所で検討されます。
EMIと電気的絶縁の関係
電気的絶縁と耐電磁干渉性は、一部の用途では関連する利点ですが、同じ概念ではありません。電気的絶縁は不要な導電接続を防ぐことを指し、耐電磁干渉性は測定経路が電磁干渉の影響を受けにくいことを指します。光ファイバー測定は光測定経路に沿って両方の利点を提供できますが、一つの概念として扱うべきではありません。
電気的に絶縁された複数の温度点を監視できますか。
はい。通常1本の点式プローブは1チャンネルを使います。多チャンネルシステムでは、変圧器巻線、開閉装置接続部、試験対象、パワーエレクトロニクス、実験室機器の複数点を監視できます。
特殊プロジェクトでは、監視計測器と要件に応じて約1～64チャンネルで構成できる場合があります。ただし、すべての製品がこの全範囲に対応するわけではありません。チャンネル計画については、光ファイバー温度監視に必要なチャンネル数に関する関連記事で詳しく解説しています。
センサを計測器からどれだけ離せますか。
ファイバー長は配線経路に関するパラメータであり、測温範囲を決めるパラメータではありません。INNOの標準的な点式プローブ構成では、プローブ構造とプロジェクト要件に応じて約0-20 mに対応し、多くの機器用途では3-5 mが検討開始時の実用的な目安になります。実際の長さは、実際の引回し経路、計測器の位置、貫通部の位置、施工余長に基づいて決めます。詳しくは、光ファイバー温度センサの適切なファイバー長の選び方に関する専用ガイドで説明しています。
電気的絶縁は温度精度に影響するか
電気的絶縁そのものが温度センサの精度を自動的に高めるわけではありません。精度はセンサ技術、プローブ設計、感温素子、監視計測器、熱接触、システム構成、用途条件によって決まります。
光ファイバーセンサの絶縁上の利点は、主に電気的な測定環境に対応するもので、高精度を保証するものではありません。
電気的に絶縁された温度測定方法の選び方
導電性の測定経路を設けずに直接接触測定を行う必要がある場合は、光ファイバー温度測定が適しています。従来の電気式センサが使用でき、その後段で絶縁が必要な場合は、PT100／RTDと絶縁形変換器を組み合わせられます。幅広い産業プロセスへの対応が必要な場合は、熱電対と絶縁入力の組み合わせが一般的です。測定可能な表面の温度だけが必要なら、赤外線測定が適しています。複数の絶縁された測定点には、多チャンネル光ファイバーシステムまたは適切な絶縁形データ収集システムを使用できます。
電気的絶縁温度測定の選定ガイド
| 要件 | 実用的な方向性 |
|---|---|
| 測定点に導電性信号経路なし | 光ファイバー温度センサ |
| 絶縁出力を備えた従来のRTD測定 | PT100 + 絶縁型変換器 |
| 絶縁付き熱電対プロセス測定 | 熱電対 + 絶縁型収集 |
| アクセス可能な表面のみ | 赤外線測定 |
| 内部高電位点 | 設置可能な場所の光ファイバープローブ |
| 強いRF・マイクロ波環境。 | 光ファイバー測定が適する場合がある |
| 多点絶縁測定。 | 多チャンネル光ファイバー監視系。 |
最終選定は機器設計と必要な電気的絶縁レベルによります。
絶縁型温度センサの選定前に必要な情報は何ですか。
- 機器の種類
- 測定点
- 感温位置の電位
- 必要な電気的絶縁の種類
- 接触・非接触測定
- 内部・表面温度。
- 必要温度範囲
- 予想運転温度
- プローブ寸法
- 光ファイバー・ケーブル長
- 測定点数。
- チャネル数
- 監視計器の位置
- EMI / RF / 磁界環境
- 必要通信インターフェース
- 警報出力要件。
- PLC / SCADA要件
- 設置空間
電気的絶縁温度測定でよくある誤解
電気的絶縁とは電圧がないことである。 誤りです。絶縁は測定経路の分離であり、電圧が存在しないことではありません。
絶縁システムには光ファイバーセンサしか使えない。 これは誤りです。PT100・熱電対システムでも、絶縁形変換器や収集モジュールを使用できます。
絶縁形変換器を使うとセンサ配線が非導電性になる。 誤りです。センサリード線は導電性のままで、絶縁は電子回路側で行います。
光ファイバー測温は常に高精度である。 これは誤りです。主な利点は光学的絶縁と耐電磁干渉性であり、自動的に精度が高くなるわけではありません。
赤外線と光ファイバーセンサは同じ測定を行う。 これは誤りです。赤外線は通常、非接触の表面測定であり、光ファイバープローブは配置位置で直接点測定を行います。