Temperatuur in sterke elektromagnetische velden kan worden gemeten met sensoren en signaaltrajecten die goed tegen interferentie zijn beschermd of die op de meetlocatie niet-elektrisch werken. Conventionele elektrische sensoren, zoals RTD's en thermokoppels, functioneren in veel industriële omgevingen. Bij sterke EMI vragen hun geleidende aansluitdraden en zwakke elektrische signalen echter om zorgvuldige afscherming, aarding en kabelgeleiding.
Puntsensoren met fluorescentie en glasvezel gebruiken een optisch meettraject en voeren geen elektrisch meetsignaal bij de sonde.
Bij toepassingen rond hoogspanning, RF, microgolven, transformatorwikkelingen, generatoren en sterke magnetische velden wordt optische meting vaak overwogen wanneer elektrische isolatie en bestendigheid tegen elektromagnetische interferentie van belang zijn.
Meetmethoden voor sterke elektromagnetische velden
| Meetmethode | Signaaltype | Gevoeligheid voor EMI | Elektrische isolatie | Typische toepassing |
|---|---|---|---|---|
| Temperatuursensor met glasvezel | Optisch | Zeer laag langs het optische traject | Hoog | Directe puntmeting in elektrisch gevoelige omgevingen |
| PT100 / RTD | Elektrische weerstand | Afhankelijk van bekabeling en instrumentatie | Afhankelijk van de installatie | Industriële apparatuur, machines en bewaking van droge transformatoren |
| Thermokoppel | Zwakke elektrische spanning | Afhankelijk van afscherming en bekabeling | Afhankelijk van de installatie | Industriële processen en metingen bij hoge temperaturen |
| Infrarood | Optisch / contactloos | Niet gevoelig voor geleide elektrische ruis op het meetpunt | Ja | Meting op een bereikbaar oppervlak |
| Thermisch model | Berekend | Geen fysieke puntsensor | N/A | Geschatte temperatuur van de apparatuur |
Waarom sterke elektromagnetische velden temperatuurmetingen kunnen beïnvloeden
EMI verandert doorgaans niet de fysieke temperatuur, maar kan het elektrische sensorsignaal, de bekabeling, gegevensverzameling, aarding en signaalconditionering beïnvloeden.
Veelvoorkomende bronnen van interferentie zijn hoge stromen, schakelapparatuur, transformatoren, generatoren, motoren, railgeleiders, RF-zenders, microgolfsystemen en hoogspanningstestapparatuur.
Mogelijke gevolgen zijn instabiele waarden, geïnduceerde ruis, meetdrift en communicatieproblemen. Elektrische sensoren vallen niet automatisch uit in deze omgevingen; het resultaat hangt af van het ontwerp van de meetkring.
Methode 1: temperatuurmeting met glasvezel
Bij temperatuurmeting met glasvezel loopt een optisch traject tussen het meetpunt en het meetinstrument. Kenmerken zijn het ontbreken van een elektrisch signaal op de meetlocatie, een niet-geleidende optische vezel, elektrische isolatie en een hoge bestendigheid tegen EMI/RFI langs het meettraject. Daardoor is de methode geschikt voor puntmetingen op elektrisch gevoelige locaties.
| Parameter | Typische waarde |
|---|---|
| Temperatuurbereik | -40 tot 260 °C |
| Nauwkeurigheid | ±0,5 tot ±1 °C |
| Responstijd | <1 s |
| Sondediameter | Ongeveer 2–3 mm |
| Vezellengte | Afgestemd op de installatieafstand |
De exacte specificaties zijn afhankelijk van de sondeconfiguratie.
Methode 2: PT100- / RTD-meting
PT100-sensoren worden veel gebruikt in elektrische en industriële apparatuur. Ze bieden een vertrouwde industriële interface, brede ondersteuning door PLC's en temperatuurregelaars, geschiktheid voor veel conventionele installaties en uiteenlopende sondeconstructies.
In EMI-omgevingen moet u letten op de kabelroute, afscherming, aarding, 3- of 4-draads aansluiting, de instrumentingang en waar nodig elektrische isolatie.
Een PT100 kan in een elektrisch ruisrijke omgeving werken, maar de volledige elektrische meetkring moet daarvoor correct zijn ontworpen.
Methode 3: thermokoppelmeting
Thermokoppels worden vaak toegepast wanneer een breed temperatuurbereik, meting bij hoge temperaturen en industriële procesbewaking belangrijk zijn.
In sterke EMI-omgevingen verdienen het zwakke thermo-elektrische signaal, de keuze van verlengkabels, afscherming, aarding, kabelroute en signaalconditionering aandacht.
Thermokoppels kunnen goed functioneren wanneer de elektrische installatie en het meetsysteem op de omgeving zijn afgestemd.
Methode 4: infrarood- en contactloze temperatuurmeting
Infraroodmeting vereist geen elektrisch contact met het doel en is geschikt voor bereikbare oppervlakken, zoals railgeleiders, aansluitingen, machineoppervlakken en open apparatuur.
Beperkingen zijn de vereiste zichtlijn en de meting van alleen oppervlaktetemperatuur. Interne wikkelingen zijn niet rechtstreeks zichtbaar; ook emissiviteit en de toestand van het oppervlak spelen mee.
Wanneer temperatuurmeting met glasvezel bijzonder geschikt is
Transformatorwikkelingen
Directe puntmeting binnen elektrisch belaste wikkelingsconstructies.
Generator- en motorwikkelingen
Geschikt wanneer sterke elektromagnetische velden rond stator- of wikkelingsmeetpunten aanwezig zijn.
Hoogspanningstestapparatuur
Zorgt voor een elektrisch geïsoleerd traject tussen het meetpunt en het meetinstrument.
RF-apparatuur
Voorkomt geleidende sensorbekabeling op de meetlocatie.
Microgolfverwarming
Geschikt voor metingen op geselecteerde punten in of nabij microgolfvelden.
MRI en sterke magnetische velden
Niet-geleidende, niet-metalen sondes kunnen temperatuurmeting in sterke magnetische omgevingen ondersteunen.
Een temperatuursensor kiezen voor een omgeving met veel EMI
| Selectiefactor | Wat moet u controleren? | Richting voor de keuze |
|---|---|---|
| Temperatuurbereik | Verwachte minimum- en maximumtemperatuur | Stem de sensor- en sondeconstructie af op het temperatuurbereik |
| Elektrische isolatie | Is het meetpunt onder spanning of dicht bij hoogspanning? | Overweeg een optisch meettraject wanneer geleidende signaalbekabeling ongewenst is |
| Veldsterkte / EMI-niveau | Bevindt de sensor zich in een RF-, microgolf- of sterk magnetisch veld? | Kies bij voorkeur een meetmethode die niet afhankelijk is van de overdracht van een zwak elektrisch signaal |
| Sondeafmetingen | Beschikbare ruimte op het meetpunt | Kies een sondevorm die op de locatie past |
| Meetlocatie | Intern, extern, bereikbaar of omsloten | Bepaalt of contactmeting of contactloze meting mogelijk is |
| Kabel- / vezelroute | Afstand en route tussen het meetpunt en het instrument | Plan de werkelijke route, niet alleen de rechte afstand |
| Aantal meetpunten | Aantal locaties dat moet worden bewaakt | Bepaal het aantal kanalen en de opbouw van het instrument |
| Meetinstrument | Compatibiliteit met het sensortype | Controleer of het instrument het vereiste ingangstype ondersteunt |
| Vereiste uitgang | RS485, Modbus, 4–20 mA, relais, display | Stem de instrumentuitgang af op het besturingssysteem |
Sondeplaatsing en kabelroute in elektromagnetische omgevingen
Houd bij de installatieplanning rekening met het meetpunt, de pasvorm van de sonde, de kabel- of vezelroute, de afstand tot het instrument, mechanische bescherming, doorvoeren, buigradius en waar relevant afstand tot voedingskabels.
Bij veel installaties is 3–5 m een praktisch uitgangspunt voor de vezellengte; de uiteindelijke lengte moet de werkelijke route volgen. Baseer de keuze niet alleen op de rechte afstand.
Temperatuurmeting op één of meerdere punten
Eén puntsensor meet één vastgelegde locatie. Voor meerdere meetpunten worden meerdere sondes en kanalen aangesloten op één meerkanaals meetinstrument.
| Toepassing | Typische meetopstelling |
|---|---|
| Transformatoren | Meerdere wikkelingspunten aangesloten op een meerkanaals instrument |
| Generator | Geselecteerde stator- en wikkelingspunten over meerdere fasen |
| Schakelinstallaties | Belangrijke aansluitpunten per kast of paneel |
| Railgeleider | Geselecteerde verbindingen of aansluitpunten |
| Testopstelling | Meetpunten die zijn bepaald door het testobject en de procedure |
| Microgolfapparatuur | Meetpunten in of nabij het energieveld |
| Hoogspanninglaboratorium | Meetpunten op of nabij het testobject |
Hoe temperatuurgegevens de PLC of SCADA bereiken
De gebruikelijke signaalweg is: sensor/sonde → meetinstrument → communicatie- of analoge uitgang → PLC/SCADA.
Afhankelijk van het gekozen meetinstrument zijn gangbare uitgangen RS485, Modbus RTU, 4–20 mA, een alarmrelais en een lokaal display.
Stem de sensor af op de omgeving en meetlocatie
| Toepassing | Glasvezel | PT100 | Thermokoppel | Infrarood | Belangrijkste aandachtspunt |
|---|---|---|---|---|---|
| Transformatorwikkeling | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Alleen oppervlaktemeting | Elektrische isolatie in de wikkeling |
| Droge transformator | Vaak de voorkeurskeuze | Veelgebruikte optie | Afhankelijk van de installatie | Alleen oppervlaktemeting | EMI-niveau en afstand tot spanningvoerende delen |
| Generatorstator | Vaak de voorkeurskeuze | Veelgebruikte optie | Afhankelijk van de installatie | Alleen oppervlaktemeting | Sterk elektromagnetisch veld |
| Schakelinstallaties | Veelgebruikte optie | Veelgebruikte optie | Veelgebruikte optie | Toepassingsspecifiek | Afstand tot spanningvoerende onderdelen |
| Railverbinding | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Toepassingsspecifiek | Hoge stroom / nabijheid van hoogspanning |
| RF-apparatuur | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Alleen oppervlaktemeting | Niet-geleidend meetpad |
| Microgolfverwarming | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Alleen oppervlaktemeting | Wisselwerking met geleidende sensoren |
| MRI | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Toepassingsspecifiek | Geschiktheid voor sterke magnetische velden |
| Hoogspanningstests | Vaak de voorkeurskeuze | Afhankelijk van de installatie | Afhankelijk van de installatie | Toepassingsspecifiek | Isolatie van het testobject |
| Industriële machines | Afhankelijk van de installatie | Veelgebruikte optie | Veelgebruikte optie | Toepassingsspecifiek | Mogelijkheid voor conventionele bekabeling |
| Laboratoriumtestopstelling | Veelgebruikte optie | Veelgebruikte optie | Veelgebruikte optie | Toepassingsspecifiek | Flexibiliteit en bestaande opstelling |
Voorbeelden van sensorselectie
Transformatorwikkeling
Belangrijke punten: directe interne temperatuurmeting, elektrische isolatie, sondediameter, vezelroute, aantal meetpunten en meerkanaals bewaking.
Generatorstator
Belangrijke punten: sterk elektromagnetisch veld, sondeplaatsing, aantal wikkelingslocaties, vezelroute en meetkanalen.
Schakelinstallatie / railgeleider
Belangrijke punten: temperatuur op aansluitpunten, sensorbevestiging, kabelroute in de kast, meting op meerdere punten en PLC/SCADA-uitgang.
RF- / microgolfapparatuur
Belangrijke punten: niet-geleidende meting, sondemateriaal, temperatuurbereik, vezelroute buiten het veld en locatie van het instrument.
Hoogspanningstestlaboratorium
Belangrijke punten: isolatie, testobject, sondeafmetingen, vezellengte, veilige instrumentlocatie en vereiste uitgangen.
Checklist voor temperatuurmeting in sterke elektromagnetische velden
- Wat is het temperatuurbereik?
- Waar bevindt het meetpunt zich precies?
- Staat het meetpunt onder spanning?
- Is er sterke EMI/RFI aanwezig?
- Zijn er RF- of microgolfvelden aanwezig?
- Is er een sterk magnetisch veld aanwezig?
- Is een geleidende sensor toegestaan?
- Hoeveel ruimte is er voor de sonde?
- Welke routeafstand is nodig?
- Hoeveel temperatuurmeetpunten moeten worden bewaakt?
- Is een lokaal display nodig?
- Is RS485/Modbus vereist?
- Is 4–20 mA vereist?
- Zijn alarmrelaisuitgangen vereist?
- Is PLC-/SCADA-integratie vereist?
Veelvoorkomende misverstanden over temperatuurmeting in sterke elektromagnetische velden
‘Elke elektrische temperatuursensor valt uit in een sterk elektromagnetisch veld.’ Onjuist. Elektrische sensoren kunnen werken wanneer bekabeling, afscherming, aarding en instrumentatie goed zijn ontworpen.
‘Glasvezelsensoren zijn alleen geschikt voor transformatoren.’ Ze worden ook gebruikt bij generatoren, RF, microgolven, MRI, hoogspanningstests en andere elektrisch gevoelige toepassingen.
‘EMI verandert de daadwerkelijke temperatuur die de sensor meet.’ Het probleem is vaak signaalinterferentie, niet een verandering van de fysieke temperatuur zelf.
‘Infrarood kan interne temperatuursensoren vervangen.’ Infrarood is geschikt voor bereikbare oppervlakken, maar kan verborgen interne punten zonder zichtlijn niet meten.
‘Eén sensortype past bij elke toepassing met veel EMI.’ Ook het temperatuurbereik, de sondevorm, elektrische isolatie en meetopbouw moeten worden beoordeeld.