Światłowodowy monitoring temperatury w wymagających warunkach

Światłowodowy monitoring temperatury jest przydatny przy wysokim napięciu, silnych polach elektromagnetycznych i trudno dostępnych punktach wewnątrz urządzeń. Może również wspierać pomiary w instalacjach RF i mikrofalowych. Mała sonda optyczna mierzy temperaturę w zaplanowanym punkcie, a elektroniczny przyrząd odczytowy można umieścić poza tym obszarem. Przydatność całego toru pomiarowego zależy od konstrukcji sondy i warunków instalacji.

Światłowodowe monitorowanie temperatury jest szczególnie przydatne tam, gdzie konwencjonalne czujniki elektryczne napotykają ograniczenia, takie jak wysokie napięcie, silne pola elektromagnetyczne, energia RF lub mikrofalowa, silne pola magnetyczne lub ograniczony dostęp do punktu pomiarowego. INNO wykorzystuje wykrywanie punktowe oparte na fluorescencji, gdzie każda sonda mierzy jedną określoną lokalizację fizyczną, a światłowód przenosi sygnał do instrumentu monitorującego. Struktura sondy, prowadzenie włókien, liczba kanałów i integracja systemu różnią się zatem w zależności od sprzętu i celu pomiaru.

Co to jest światłowodowe rozwiązanie do monitorowania temperatury?

Rozwiązanie to więcej niż czujnik. W zależności od zakresu projektu może obejmować:

• sonda światłowodowa
• światłowód
• światłowód przedłużający tam, gdzie jest to wymagane
• elementy przelotowe lub mechaniczne
• przetwornik lub demodulator temperatury
• wielokanałowy instrument monitorujący
• wyjście danych
• Integracja PLC, SCADA lub DAQ

Nie każdy projekt wymaga każdego komponentu. Jednopunktowy test laboratoryjny może wymagać jedynie sondy i kompatybilnego instrumentu, natomiast wielopunktowa instalacja w sprzęcie elektrycznym może również obejmować routing sprzętu i integrację systemu. Ogólne podejście przedstawiono w światłowodowym pomiarze temperatury .

Poniższe sekcje mają tę samą strukturę: wyzwanie pomiarowe, co należy zmierzyć, dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny, typowe podejście do punktu detekcji i główne pytania konfiguracyjne.

Monitorowanie temperatury uzwojenia transformatora

Wyzwanie pomiarowe: temperatury wewnętrznego uzwojenia nie można w pełni przedstawić na podstawie pomiarów zewnętrznego zbiornika lub oleju.

Co należy zmierzyć: temperatura w wybranych miejscach wewnątrz konstrukcji uzwojenia.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: punkt detekcji znajduje się w środowisku o wysokim napięciu i dużym polu, a ścieżka optyczna zapewnia izolację galwaniczną i wysoką odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Bezpośredni pomiar punktowy daje odczyt w samej lokalizacji, a nie szacunkową ocenę z innego miejsca.

Typowe podejście do punktu wykrywania: sondy mogą być osadzone w wybranych miejscach uzwojenia podczas produkcji transformatora. Lokalizacje to wybrane punkty krytyczne pod względem termicznym określone na podstawie projektu transformatora i analizy termicznej. Sonda sama nie znajduje najgorętszego miejsca, a jedna sonda nie reprezentuje całego uzwojenia.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Które lokalizacje uzwojeń są zdefiniowane jako punkty pomiarowe?
• Ile niezależnych punktów potrzeba?
• W jaki sposób każde włókno wyjdzie z transformatora?

Powiązane strony: monitorowanie temperatury transformatora i bezpośrednie monitorowanie gorących punktów .

Monitorowanie temperatury uzwojenia silnika i generatora

Wyzwanie pomiarowe: uzwojenia stojana w maszynach wysokiego napięcia znajdują się w pobliżu silnych pól elektromagnetycznych, a punkt wykrywania musi być odizolowany od potencjału elektrycznego uzwojeń.

Co należy zmierzyć: temperatura w wybranych miejscach uzwojeń stojana.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: Czujniki RTD pozostają powszechne i praktyczne w wielu maszynach, a czujnik światłowodowy ich nie zastępuje. Można to rozważyć, gdy głównym wymaganiem jest izolacja galwaniczna, duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, bezpośredni pomiar punktowy lub specjalne środowisko testowe.

Typowe podejście do punktu pomiarowego: Wbudowane czujniki podczas produkcji są powszechne w przypadku pomiarów uzwojenia, przy czym sondy są umieszczane w określonych miejscach, a nie rozmieszczone wzdłuż całego uzwojenia.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Które położenie uzwojeń ma znaczenie dla zachowania termicznego maszyny?
• Czy sondy można instalować na etapie produkcji, czy też dostęp do nich jest ograniczony?
• W jaki sposób włókna będą wyprowadzone z maszyny?

Powiązana strona: monitorowanie temperatury silnika i generatora .

Pomiar temperatury sprzętu wysokonapięciowego

Wyzwanie związane z pomiarami: komponenty pod napięciem i sprzęt testowy wysokiego napięcia utrudniają doprowadzenie konwencjonalnych przewodów elektrycznych do punktu pomiarowego.

Co należy zmierzyć: temperatura w określonych punktach sprzętu wymagającego dużych nakładów elektrycznych lub wewnątrz niego.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: optyczna ścieżka wykrywania pozwala elektronicznemu przyrządowi monitorującemu pozostać z dala od punktu wykrywania. Sam włókno przenosi światło, a nie sygnał elektryczny.

Typowe podejście do punktu detekcji: sonda jest mocowana w wybranym punkcie, a włókno jest prowadzone do przyrządu w miejscu o niższym naprężeniu. Detekcja światłowodowa nie sprawia, że ​​każdy pomiar wysokiego napięcia jest automatycznie bezpieczny. Przydatność nadal zależy od konstrukcji sondy, projektu izolacji, ułożenia, projektu sprzętu i metody instalacji.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Jaka jest sytuacja napięciowa w punkcie pomiarowym i wzdłuż trasy światłowodu?
• W jaki sposób sonda będzie zamontowana i izolowana?
• Gdzie można umieścić instrument?

Powiązana strona: wysokonapięciowe monitorowanie temperatury .

Monitorowanie temperatury rozdzielnicy i połączeń elektrycznych

Wyzwanie pomiarowe: połączenia elektryczne mogą stanowić punkty ryzyka termicznego i znajdują się w sprzęcie pod napięciem, gdzie izolacja ma znaczenie.

Co należy zmierzyć: temperatura w określonych miejscach, takich jak złącza szyn zbiorczych, połączenia śrubowe, wybrane punkty przewodzące lub obszary zakończeń kabli.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: sondę można umieścić na złączu, podczas gdy ścieżka optyczna zapewnia oddzielenie elektryczne przyrządu od niego.

Typowe podejście do punktu wykrywania: sondy punktowe mierzą tylko wybrane lokalizacje. Nie monitorują w sposób ciągły całych kabli zasilających ani pełnego przebiegu szyn zbiorczych. Podejście to działa, gdy znany jest punkt ryzyka termicznego.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Gdzie znajduje się znany punkt ryzyka termicznego?
• W jaki sposób zostanie do niego zamocowana sonda?
• Ile połączeń wymaga niezależnego pomiaru?
• W jaki sposób włókno będzie poprowadzone?

Powiązana strona: monitorowanie temperatury rozdzielnicy .

Pomiar temperatury RF i mikrofalowy

Wyzwanie pomiarowe: sondy przewodzące i przewody elektryczne mogą wchodzić w interakcję z polami RF lub mikrofalami, w zależności od konstrukcji sprzętu.

Co należy zmierzyć: temperatura w określonym punkcie w lub w pobliżu podgrzewanego materiału lub elementu.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: światłowodowa sonda punktowa zapewnia nieprzewodzącą ścieżkę wykrywania i bezpośredni pomiar punktowy, przy czym przyrząd znajduje się poza aktywnym polem, tam gdzie to konieczne. Nie oznacza to, że nigdy nie można używać czujników metalowych. Konwencjonalne czujniki elektryczne mogą wymagać dodatkowego rozważenia w zakresie trasowania, uziemienia, ekranowania i interakcji pola.

Typowe podejście do punktu detekcji: sonda jest umieszczana w wybranym punkcie, a włókno opuszcza obszar pola w kierunku instrumentu.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Gdzie znajduje się punkt pomiarowy względem pola?
• W jaki sposób sonda nawiąże kontakt termiczny z celem?
• Gdzie włókno wychodzi z komory lub wnęki?

Powiązana strona: mikrofalowe monitorowanie temperatury .

MRI i pomiar temperatury silnym polem magnetycznym

Wyzwanie pomiarowe: elektryczne i metalowe układy czujnikowe mogą powodować dodatkowe ograniczenia projektowe w środowiskach o silnym polu magnetycznym.

Co należy zmierzyć: temperatura w wybranym miejscu na polu lub w jego pobliżu.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: światłowodowe czujniki punktowe oferują optyczną ścieżkę wykrywania, izolację galwaniczną i pomiar temperatury w wybranym miejscu. Każde konkretne zastosowanie należy sprawdzić pod kątem zweryfikowanych informacji o produkcie i wymagań konfiguracji.

Typowe podejście do punktu detekcji: sonda znajduje się w miejscu docelowym, a światłowód przenosi sygnał optyczny z pola do instrumentu.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Jaka jest dostępna przestrzeń w punkcie pomiarowym?
• Jak daleko musi przebiegać światłowód, aby dotrzeć do instrumentu?
• Jakiej weryfikacji wymaga aplikacja?

Powiązana strona: Monitorowanie temperatury MRI .

Wielopunktowy przemysłowy monitoring temperatury

Wyzwanie pomiarowe: niektóre urządzenia znajdują się w kilku lokalizacjach, które muszą być mierzone niezależnie, np. szafy elektryczne, stanowiska testowe, sprzęt laboratoryjny i maszyny przemysłowe.

Co należy zmierzyć: temperatura w każdym zdefiniowanym miejscu, w tym samym czasie.

Dlaczego wykrywanie światłowodowe może być przydatne: gdy kilka punktów znajduje się w obszarach wymagających zasilania elektrycznego, wielokanałowy instrument może odczytać wiele izolowanych sond optycznych z jednego miejsca.

Typowe podejście do punktu detekcji: każdy punkt otrzymuje własną sondę. Wielopunktowe wykrywanie punktów nie jest wykrywaniem rozproszonym, ponieważ każda sonda mierzy tylko położenie własnej końcówki. Na przykład sześć niezależnych lokalizacji pomiarowych normalnie wymagałoby sześciu sond i co najmniej sześciu kompatybilnych aktywnych kanałów. To jest przykład konfiguracji, a nie uniwersalny standard.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Ile istnieje niezależnych lokalizacji?
• W jaki sposób każde włókno będzie trasowane i identyfikowane?
• Gdzie będzie ustawiony instrument względem punktów?

Powiązane strony: wielopunktowy monitoring temperatury i światłowodowe systemy monitorowania temperatury .

Pomiar temperatury w laboratorium i sprzęcie testowym

Wyzwanie pomiarowe: konfiguracje badawcze i testowe często łączą niezwykłą geometrię z warunkami elektrycznymi lub elektromagnetycznymi, które komplikują konwencjonalne wykrywanie.

Co należy zmierzyć: temperatura w wybranych punktach fizycznych sprzętu badawczego, testy wysokonapięciowe, eksperymenty termiczne, testy RF lub środowiska testów elektromagnetycznych.

Dlaczego czujnik światłowodowy może być przydatny: elastyczność pomiaru. Przyrząd można oddzielić od punktu pomiarowego i możliwe są konfiguracje izolowane elektrycznie. Niestandardowa geometria sondy i prowadzenie włókien mogą stanowić opcje tam, gdzie wymaga tego aplikacja.

Typowe podejście do punktu wykrywania: sondy są umieszczane w punktach określonych w eksperymencie, a liczba kanałów odpowiada liczbie punktów.

Główne pytania dotyczące konfiguracji:

• Czy do testu potrzebna jest konkretna geometria sondy?
• W jaki sposób zostanie podłączona sonda i poprowadzony włókno przez konfigurację?
• Jakich danych wyjściowych potrzebuje system testowy?

Konstrukcje sond dla tych przypadków przedstawiono w kategorii światłowodowych czujników temperatury .

Wyzwania pomiarowe i układy pomiarowe

Gdy światłowodowy czujnik temperatury może nie być konieczny

Konwencjonalne czujniki, takie jak czujniki rezystancyjne, termopary, termistory i pomiary w podczerwieni, pozostają praktyczne w wielu sytuacjach. Czujniki światłowodowe nie są wymagane w każdym zastosowaniu temperaturowym, a ogólnie rzecz biorąc, inne czujniki nie są gorsze. Mogą być bardziej odpowiednim wyborem, gdy:

• izolacja elektryczna nie jest głównym wymaganiem
• można zarządzać środowiskiem EMI
• powierzchnia jest dostępna
• istniejący sprzęt obsługuje już konwencjonalne czujniki
• Głównym ograniczeniem jest koszt lub prostota modernizacji

Czujniki światłowodowe zwykle zyskują na swoim miejscu, gdy sam punkt pomiarowy stanowi trudność: izolacja, ekspozycja w polu, ograniczony dostęp lub potrzeba określonego punktu wewnętrznego.

Jak dopasować rozwiązanie światłowodowe do aplikacji

Pracuj od punktu pomiarowego na zewnątrz. Poniższa lista kontrolna nie ma zastosowania w całości do każdego projektu.

• Określ dokładny fizyczny punkt pomiarowy.
• Potwierdź oczekiwany zakres temperatur.
• Określ, czy punkt znajduje się pod wysokim napięciem.
• Oceń środowisko EMI, RF lub pole magnetyczne.
• Sprawdź dostępną przestrzeń instalacyjną.
• Określ geometrię sondy.
• Zaplanuj trasowanie włókien.
• Określ długość włókna.
• Zlicz niezależne punkty pomiarowe.
• Dopasuj liczbę aktywnych kanałów.
• Potwierdź lokalizację instrumentu monitorującego.
• Zdefiniuj wymagania PLC, SCADA lub DAQ.
• Zdecyduj, czy projekt ma dotyczyć nowej konstrukcji, czy modernizacji.

Ogólny wybór sondy opisano osobno w Jak wybrać światłowodowy czujnik temperatury . Zasada wykrywania tych sond jest opisana w fluorescencyjnym światłowodowym czujniku temperatury , gdzie przyrząd odczytuje odpowiedź optyczną końcówki czujnikowej. Przyrząd ten, który przekształca zwrócony sygnał optyczny na dane dotyczące temperatury, jest objęty światłowodowymi przetwornikami temperatury i hostami .

Ograniczenia dotyczące instalacji i zasięgu

• Wybór sondy przed zdefiniowaniem fizycznego punktu pomiarowego. Punkt i jego warunki określają sondę, a nie odwrotnie.
• Zakładając, że całe włókno mierzy temperaturę. Podczas pomiaru punktu fluorescencyjnego końcówka czujnikowa mierzy temperaturę, a włókno przenosi sygnał optyczny.
• Traktowanie czujników wielopunktowych jako DTS. Kilka sond daje kilka niezależnych pomiarów punktowych, a nie ciągły profil.
• Zakładając, że jedna sonda reprezentuje duże uzwojenie lub element. Sonda zgłasza tylko swoją własną lokalizację.
• Wybór liczby kanałów przed zliczeniem rzeczywistych punktów wykrywania. Najpierw policz niezależne punkty, a następnie dopasuj kanały.
• Ignorowanie routingu światłowodu. Trasowanie wpływa na długość, ekspozycję, ochronę i miejsce umieszczenia instrumentu.
• Ignorowanie zgodności instrumentów. Sonda i przyrząd muszą wykorzystywać kompatybilną technologię wykrywania.
• Zakładając, że w każdym zastosowaniu temperaturowym wymagany jest czujnik światłowodowy. Często wystarczą konwencjonalne czujniki.
• Próba modernizacji wbudowanych sond bez potwierdzania dostępu fizycznego. Do niektórych punktów można dotrzeć wyłącznie podczas produkcji lub montażu.

Wniosek

Światłowodowe monitorowanie temperatury nie jest jedną stałą architekturą systemu. Właściwe rozwiązanie zależy od punktu pomiarowego, środowiska elektrycznego, zakresu temperatur, dostępu do instalacji, liczby niezależnych punktów, prowadzenia włókien, instrumentu monitorującego i integracji systemu.

INNO koncentruje się na punktowym światłowodowym pomiarze temperatury w oparciu o fluorescencję w wybranych fizycznych lokalizacjach pomiarowych. Jedna końcówka czujnikowa to jeden punkt, a kilka punktów oznacza kilka sond.

Jeśli Twój projekt obejmuje wysokie napięcie, silne zakłócenia elektromagnetyczne, częstotliwości radiowe, pola magnetyczne, wbudowane punkty temperatury lub monitorowanie wielopunktowe, INNO może pomóc w sprawdzeniu lokalizacji czujników, konfiguracji sond, trasowania włókien i wymagań dotyczących kanałów.

Omów swoją aplikację do monitorowania temperatury