Термоэлектрический термометр представляет собой измерительную систему, состоящую из термоэлектрического преобразователя температуры (термопары), электроизмерительного прибора соединяющих их проводов.
Термопары
В основу измерения температуры с помощью термопары положен термоэлектрический эффект (эффект Зеебека), который заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если места соединения (спаи) нагреты до различной температуры. Цепь (рис. 1) состоит из термоэлектродов А и В. Места их соединения имеют различную температуру. При этом спай t, принимающий температуру измеряемой среды или тела, называется рабочим, а спай t0— свободным.
ТермоЭДС является функцией двух переменных величин и , т. е. температур спаев. Поддерживая температура одного спая постоянной получаем функциональную зависимость 
Для большинства термоэлектродных материалов функциональная зависимость термоЭДС от температуры достаточно сложна и, как правило, находится по таблицам.
В принципе два любых проводника могут образовать термоэлектрический преобразователь температуры, однако не всякий из них отвечает требованиям практического применения. Основные требования к ТПТ, используемым в науке и технике для измерения температуры, следующие: устойчивость к воздействию температуры, постоянство термоЭДС во времени, возможно большая термоЭДС, однозначность зависимости термоЭДС от температуры, небольшой температурный коэффициент сопротивления, большая электропроводность, сравнительная простота и легкость воспроизводимости термоэлектрических свойств, обеспечивающих их взаимозаменяемость, и т. д. Однако всем этим требованиям не отвечает ни один из известных термоэлектродных материалов Поэтому на практике пользуются различными материалами в разных пределах измеряемых температур.
Согласно ГОСТ 6616 – 94 , в странах СНГ стандартизованы 9 типов термопар. В таблице1. указанны типы, наименования, буквенные обозначения номинальных статистических характеристик (НСХ) и пределы измеряемых температур некоторых термопар. Для термопар различных градуировок составлены градуировочные таблицы в виде зависимости термоэдс от температуры рабочего спая при температуре свободных спаев равной 0 0С. По градуировочной таблице можно определить ТЭДС термопары пр
и разных температурах. На рис. 2. приведены градуировочные характеристики стандартных термопар.
Таблица термопар
Ниже приведены краткие характеристики выпускаемых термопар
Измерение высоких температур связано с трудностями, обусловленными с скоростями процессов диффузии, окисления, изменения кристаллической структуры и т.п. Поэтому только платина и ее сплавы с металлами платиновой группы пригодны для длительной эксплуатации в окислительных средах. При этом платина проявляет склонность к выделению из сплавов в виде летучей окиси, которая в определенных yсловиях восстанавливается до платины. При длительной эксплуатации восстановленная платина образует нитевидные кристаллы, которые могут шунтировать электроды термопары, снижая ее показания. Для инертной среды и вакуума применяются различные тугоплавкие металлы и их сплавы.
- Платинороднй (10% родия) — платиновые. Обозначение ТПП (первым указывается положительный термоэлектрод, вторым — отрицательный). Подразделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Надежно работают в нейтральной и окислительной среде, но разрушаются в восстановительной. На платину вредно действуют пары металлов и углерод. По комплексной оценке являются лучшими до температуры 1300—1600 °С. Изготовляются из проволоки; диаметром 0,5 и 1 мм, которая изолируется фарфоровыми бусами или трубками. Термопара платинородий — платина надежна и при работе в вакууме, но менее стабильна в нейтральных средах. Не рекомендуется применять ее в восстановительных средах.
Наиболее широко распространена термопара с термоэлектродами из сплава платины с 10 % родия относительно электрода из чистой платины. В определении МПТШ-68 она указана как один из интерполяционных приборов и почти всегда используется как стандартная термопара для установления номинальных статических характеристик методом сравнения. Она может применяться для непрерывных измерений на воздухе или в вакууме при температурах до 1400 СС; при нормируемом изменении номинальных статических характеристик — до 1600°С, для кратковременных измерений — до 1750°С. Ниже 500°С дифференциальная термоЭДС становится сравнительно малой, но вследствие исключительной стабильности тем не менее применяется для измерений низких температур. ТермоЭДС термопары медленно убывает со временем из-за уменьшения содержания родия в платино-родиевом термоэлектроде и появления следов родия в платиновом термоэлектроде.
2.. Платинородий (30% родия) — платинородиевые (6% родия). Обозначение ТПР (B). Применяются до температуры 1600—1800 °С. Не требуют введения поправки на температуру холодных спаев, так как — при 20 °С развивают очень малую термоЭДС (около 0,002 мВ).
Измерение средних температур
- Хромель-алюмелевые. Обозначение ТХА. Термопара хромель—алкжель (ТХА) обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Применяются до температуры 1100—1300 °С. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель содержит 9… 10 %Сг; алюмель — 1,6…2.4 % AL. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля.
Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термоЭДС термопары хромель — алюмель от температуры в диапазоне О…1ООО°С, ее часто применяют в терморегуляторах.
На эти термопреобразователи наиболее вредно действует восстановительная газовая среда.
- Хромель-копелевые. Обозначение ТХК. Применяются до температуры 600—800 °С. Развивают наибольшую термоЭДС (около 7 мВ. на 100 °С). Термопара хромель — копель (ТХК) обладает большей термоЭДС, чем ТХА, но yстyпает по жаростойкости и линейности характеристики. Копель — серебристо-белый сплав на медной основе, содержит 42,5—44,0% (Ni), 0,1—1,0 % Мn. Даже в сухой атмосфере при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется окисная пленка, в дальнейшем удовлетворительно предохраняющая сплав от дальнейшего окисления
Термопары из тyгоплавких металлов и их сплавов. К этой грyппе относятся термопары, диапазон которых простирается за верхний предел применимости описанных выше термопар – 2200 0С. Наиболее пригодными тyгоплавкими металлами являются вольфрам, молибден, рений, тантал ниобий и их сплавы. Тантал и ниобий имеют низкyю стабильность термоЭДС, что связанно с большой склонностью их к поглощению газов. Поэтомy они применяются только для измерений в вакyyме.
- Вольфрам-рений (5% рения) — вольфрам-рениевые (20% рения). Обозначение ТВР. Применяются до температуры 2300 °С.
Конструктивно термопара представляет собой две проволоки из разнородных металлов, которые скручивают, а затем сваривают или припаивают друг к другу. Для защиты электродов термопары от воздействия различных сред, а также для обеспечения возможности их установки в технологические аппараты и трубопроводы, которые работают под давлением или разрежением, электроды размещают в защитную арматуру-гильзу (рис.3), которая представляет собой защитную гильзу 1 с головкой 2, служащей для присоединения термоэлектродов 3 и проводов, соединяющих их с электроизмерительным, прибором. Электроды термоэлектрических преобразователей должны быть хорошо изолированы друг от друга и от соприкосновения с защитной арматурой. Это осуществляется с помощью бус или трубок 4 из специального фарфора.
Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой’ требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы при температуре свободных спаев и в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай образованной составной термопары в такое место, где температура остается постоянной.
Широкому применению в промышленности термопары обязаны в первую очередь широкому диапазону измеряемых температур, возможности измерения локальной температуры, малой инерционности, высокой точности измерения.