Коротко — потому что эти приборы измеряют разное физическое свойство и по-разному взаимодействуют с объектом и окружением. Пояснения и как выбирать.
Почему показания разные (основные причины)
- Принцип измерения:
- термометр сопротивления (RTD) — измеряет изменение электрического сопротивления материала, фактически температуру тела с которым он контактирует; формула (приближённо) $R(T)=R_0(1+\alpha \Delta T)$.
- термопара — измеряет термоЭДС, пропорциональную разности температур спая: $E={\int }_{T_{ref}}^{T_{hot}}S(T)dT$ (где $S(T)$ — коэффициент Зеебека).
- инфракрасный пирометр — измеряет излучательную мощность поверхности и по закону Стефана—Больцмана переводит её в температуру: $L=\epsilon \sigma T^4$ (на практике используют спектральную версию и учитывают $\epsilon$ — эмиссивность).
- Что именно измеряют: RTD/термопара — температуру в точке контакта (внутри/под поверхностью при хорошем контакте), ИК — температуру поверхности (лучевую).
- Тепловой контакт и тепловая инерция: контактные датчики требуют теплового баланса; тонкий термопар реагирует быстро, RTD медленнее; плохой контакт даёт заниженные/завышенные значения.
- Эмиссивность и отражения (для ИК): отражённое окружающее излучение и неизвестная $\epsilon$ дают ошибку; полированные/металлические поверхности особенно проблемны.
- Относительные и абсолютные погрешности, градуировка и компенсация: термопары нуждаются в компенсации холодного спая; RTD и ИК — в калибровке; длительный дрейф/шум влияют по-разному.
- Размер зоны измерения: ИК измеряет усреднённую температуру в поле зрения (spot size), контактные — точечно (зависит от глубины погружения).
Как выбрать метод (практическое руководство)
- Нужен контактный или бесконтактный режим?
- бесконтактно (горячие, движущиеся, нежелателен контакт) → ИК-пирометр;
- контактно (внутренняя температура, высокая точность, малая зависимость от эмиссивности) → RTD или термопара.
- Диапазон температур:
- если очень широкий/высокий ($>$ примерно $600^{\circ }C$) — термопара (до $\approx 2300^{\circ }C$ в зависимости от типа);
- для точных измерений в низко/среднетемпературном диапазоне (обычно до $\approx 600^{\circ }C$) — RTD.
- Точность и стабильность:
- высокая точность/стабильность → RTD (типично $\pm 0.1$–$\pm 0.5^{\circ }C$);
- средняя точность, быстрая реакция → термопара (порядок $\pm 1$–$\pm 5^{\circ }C$ или процент);
- ИК точность сильно зависит от знания эмиссивности и условий (в лучшем случае $\pm 0.5$–$\pm 2^{\circ }C$, но может быть хуже).
- Условия среды:
- агрессивная, коррозионная или вакуумная среда — термопара с защитной оболочкой или специальные RTD;
- пыль/дым/пар в зрительной линии — ИК будет ошибаться, либо нужен защитный кожух/оптическая чистка.
- Скорость реакции:
- нужна быстрая динамика — тонкая термопара;
- медленное изменение и высокая стабильность — RTD.
- Практические советы:
- для ИК: знать/задать эмиссивность, уменьшить отражения (черная метка), учесть размер пятна;
- для термопары: обеспечить хороший тепловой контакт, сделать компенсацию холодного спая, минимизировать паразитные термопары на проводах;
- для RTD: использовать 4-проводное подключение при требованиях к точности, избегать самонагрева током.
Короткая «дерево решений»
- Нужен бесконтактно/объект движется/слишком горячо → ИК (если можно контролировать эмиссивность и видимость).
- Нужна высокая точность/стабильность в умеренных температурах → RTD.
- Нужен широкий диапазон температур/жёсткие условия/быстрая реакция → термопара.
Если нужно, могу помочь подобрать конкретный тип датчика и конфигурацию под вашу задачу (диапазон температур, материал поверхности, требуемая точность, условия окружающей среды).