Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Чтобы понять, как работает термосопротивление (RTD, термопреобразователь сопротивления), достаточно одного физического факта: электрическое сопротивление чистого металла закономерно и предсказуемо растёт с температурой. Датчик измеряет не температуру напрямую, а своё сопротивление; температура восстанавливается по нормированной зависимости «сопротивление — температура». На этом принципе построены самые точные и стабильные промышленные датчики температуры — платиновые Pt100 и Pt1000.
Ниже разобрано, на чём основан принцип действия термосопротивления, как описывается зависимость R от температуры, чем отличаются платиновые, медные и никелевые исполнения, что означают классы допуска и точность, а также почему важна схема подключения — двух-, трёх- или четырёхпроводная.
В основе термосопротивления лежит резистор из чистого металла — проволочный или плёночный, нанесённый на подложку. При нагреве усиливается рассеяние электронов проводимости на колебаниях кристаллической решётки, и удельное сопротивление металла возрастает. У чистых металлов эта зависимость монотонна, воспроизводима и близка к линейной, что и позволяет использовать сопротивление как меру температуры.
Термосопротивление преобразует температуру в сопротивление; измерительная схема пропускает через датчик малый ток, измеряет падение напряжения и по закону Ома вычисляет сопротивление, а затем — температуру по НСХ.
Ключевой параметр, описывающий «крутизну» датчика, — температурный коэффициент сопротивления α. Он определяется по двум реперным точкам — 0 °C и 100 °C:
R0
R100
Для платины международного исполнения α = 0,00385 °C−1: это значит, что в среднем сопротивление платинового элемента изменяется примерно на 0,385 % от R0 на каждый градус. Именно значение α (а не только материал) определяет номинальную статическую характеристику и взаимозаменяемость датчиков.
Связь сопротивления и температуры задаётся номинальной статической характеристикой (НСХ) — таблицей либо интерполяционной формулой. Для платиновых термопреобразователей сопротивления она описывается уравнением Каллендара — Ван Дьюзена, причём отдельно для области отрицательных и положительных температур.
Rt
Коэффициенты различаются для двух применяемых значений α платины:
Коэффициент C используется только в отрицательной области; при t ≥ 0 °C член с ним обращается в ноль. Поскольку B и C малы, характеристика остаётся почти линейной, а небольшая кривизна учитывается квадратичным членом.
Чувствительный элемент изготавливают из платины, меди или никеля. Маркировка НСХ складывается из номинального сопротивления при 0 °C и обозначения типа: латинское ставится перед числом (Pt100), русское — после (100П). Различие Pt100 и 100П — именно в значении α (0,00385 против 0,00391), поэтому их НСХ не совпадают и датчики не являются прямой заменой друг другу.
Номинальное сопротивление R0 определяет уровень сигнала: Pt1000 при том же α даёт сопротивление, в десять раз большее, чем Pt100, поэтому его НСХ — это значения Pt100, умноженные на десять. Большее R0 снижает относительное влияние сопротивления подводящих проводов и удобно для двухпроводных линий и питания от слабого тока.
Платина выигрывает по стабильности, воспроизводимости и широте диапазона, поэтому Pt100 и Pt1000 преобладают в промышленности. Медь дешевле и даёт почти идеально линейную зависимость, но окисляется и ограничена по верхней температуре. Никель чувствительнее платины, однако его характеристика заметно нелинейна, а рабочий диапазон узкий.
Проволочные и тонкоплёночные элементы при одинаковом классе допуска нормируются на разные температурные диапазоны: проволочные обычно перекрывают более широкий интервал, плёночные — более узкий, но устойчивее к вибрации и быстрее реагируют.
Допуск — это максимально допустимое отклонение реальной характеристики датчика от НСХ, выраженное в градусах Цельсия. Для платиновых термосопротивлений установлены четыре класса — от точного к менее точному: AA, A, B, C. Допуск зависит не от материала, а только от величины отклонения; с ростом измеряемой температуры абсолютная погрешность увеличивается.
Здесь |t| — абсолютное значение измеряемой температуры. Для класса B при 0 °C предел составляет ±0,30 °C; формула показывает, как допуск нарастает к краям диапазона. Приведённые классы относятся к платиновым ТС; для медных нормируются только классы A, B и C, для никелевых — только класс C.
Класс допуска относится к самому датчику. Реальная погрешность измерительного канала всегда больше: к ней добавляются влияние схемы подключения, сопротивление проводов, погрешность вторичного прибора и самонагрев.
Поскольку датчик измеряет сопротивление, любое сопротивление подводящих проводов суммируется с полезным сигналом и вносит погрешность. Чтобы понять, как работает термосопротивление в составе канала, нужно учитывать схему подключения — от неё напрямую зависит точность.
Самая простая: датчик подключён двумя проводами. Сопротивление обоих проводов полностью входит в результат, поэтому схема даёт систематическую погрешность, растущую с длиной и сечением линии. Применяется при коротких линиях, для менее ответственных задач, а также чаще с Pt1000, где относительный вклад проводов меньше. Для наиболее точных классов AA и A двухпроводная схема не допускается.
Наиболее распространённая в промышленности. Третий провод позволяет измерить сопротивление линии и вычесть его из результата в предположении, что все провода имеют одинаковое сопротивление. Это компенсирует основную часть погрешности от проводов при разумной стоимости монтажа.
Обеспечивает наивысшую точность. По двум проводам подаётся стабильный измерительный ток, по двум другим измеряется падение напряжения непосредственно на чувствительном элементе (схема Кельвина). Сопротивление подводящих проводов на результат не влияет вовсе. Применяется в эталонных и прецизионных измерениях.
Для измерения сопротивления через датчик нужно пропустить ток, а ток выделяет на нём мощность I²R. Это вызывает самонагрев: элемент оказывается чуть теплее измеряемой среды. Эффект тем сильнее, чем хуже теплоотвод от датчика к среде. Измерительный ток выбирают так, чтобы вызванное самонагревом повышение сопротивления не превышало 20 % допуска соответствующего класса; для термопреобразователя сопротивлением 100 Ом в цепях постоянного тока рекомендуется ток 1 мА или менее. Снижают самонагрев также импульсным питанием и хорошим тепловым контактом со средой.
Другие систематические факторы канала: недостаточная глубина погружения (тепловой отвод по арматуре), инерционность датчика (время термической реакции зависит от диаметра и обтекания), а также долговременный дрейф характеристики. У платиновых элементов стабильность наилучшая, что снижает частоту поверок.
Термосопротивления применяют там, где важны точность, стабильность и повторяемость: в энергетике и теплоснабжении, химической, пищевой и фармацевтической промышленности, в климатических системах, на испытательных стендах и в лабораториях. В сравнении с термопарами RTD точнее и стабильнее в области умеренных температур, но имеют меньший верхний предел и требуют источника тока.
Сопротивление металлического чувствительного элемента закономерно растёт с температурой. Прибор пропускает через датчик малый ток, измеряет сопротивление и по нормированной зависимости «сопротивление — температура» (НСХ) вычисляет температуру.
Pt — платиновый чувствительный элемент, 100 — сопротивление 100 Ом при 0 °C, температурный коэффициент α = 0,00385 °C−1. У Pt1000 при тех же условиях сопротивление равно 1000 Ом.
Различие в температурном коэффициенте: у Pt100 α = 0,00385 °C−1, у 100П — α = 0,00391 °C−1. Из-за разных α их номинальные характеристики не совпадают, поэтому датчики не взаимозаменяемы без перенастройки прибора.
Термосопротивление меняет электрическое сопротивление и требует внешнего тока питания; термопара сама генерирует термоЭДС. RTD точнее и стабильнее в умеренном диапазоне, термопара перекрывает более высокие температуры и быстрее реагирует.
Двухпроводная проста, но не компенсирует сопротивление проводов. Трёхпроводная компенсирует его основную часть и применяется в большинстве промышленных систем. Четырёхпроводная полностью устраняет влияние проводов и используется в прецизионных и эталонных измерениях.
Класс допуска (AA, A, B, C) задаёт максимально допустимое отклонение датчика от НСХ в градусах Цельсия. Допуск растёт с температурой по формуле вида ±(a + b·|t|). Класс относится к датчику; погрешность всего канала с учётом схемы и прибора будет больше.
Одна из причин — самонагрев: измерительный ток выделяет на элементе мощность I²R, и он становится теплее среды. Эффект уменьшают снижением тока, импульсным питанием и улучшением теплового контакта со средой.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.