1.8. Термоэлектрический метод

Этот метод основан на использовании термоэлектрических явлений Томсона и Зеебека. Пусть концы однородного проводника А или В (рис. 1.15, а) находятся при разных температурах Т₁`>Т_о.

По мере увеличения температуры концентрация носителей зарядов (электронов в металлах) увеличивается. Электроны из области с большей концентрацией диффун6дируют в область с меньшей концентрацией, т.е. от горячего к холодному. В результате горячий конец заряжается положительно, а холодный – отрицательно, т.е. возникает Томсона. Ее значение для проводника А равно

где - коэффициент Томсона, зависящий от свойств проводника.

Если замкнутая цепь составлена из однородных проводников А и В, то в ветви возникают одинаковые по значению и противоположные по знаку термоЭДС Томсона, которые уравновешивают друг друга. Если же цепь об­разована разнородными проводниками, то и в цепи возникает разно­стная термоЭДС Томсона

зависящая от разности температур (Т₁ - Т₀).

Явление Зеебека заключается в том, что в месте контакта разнородных проводников возникает контактная разность потенциалов ₃. Она зависит от разности концентраций носителей зарядов. В зависимости от контактной разности потенциалов проводников может быть составлен так называемый ряд Вольта: (Al, Zn, St, Hg, Fe, Cu, Аи, Pt, Pd...). Каждый проводник из ряда в контакте с проводником, стоящим правее по отношению к нему, приобре­тает положительный потенциал, а по отношению к предшествующему - от­рицательный. В изотермической замкнутой цепи, состоящей из любого коли­чества разнородных проводников, ЭДС равна нулю. В неизотермической це­пи, составленной из двух разнородных проводников, вследствие совместного действия эффектов Томсона и Зеебека термоЭДС равна

и зависит только от температур T₀ и T₁. Поэтому ее можно представить в виде

где И - термоЭДС спаев электродов А и В при температурах T₁ и Т₀.

Это уравнение определяет ЭДС идеальной термопары, которая не зави­сит от сопротивлений и длины проводников. При температурных измерениях один из спаев, называемый рабочим, помещают в среду с измеряемой темпе­ратурой T₁, а температуру Т₀ другого спая, называемого свободным, поддер­живают постоянной. При этом термоЭДС является однозначной функцией температуры T₁.

Электроды термопар выполняют из специальных материалов, напри­мер, платины и платинородия, обеспечивающих необходимые свойства тер­мопары, а для их подсоединения к милливольтметру, измеряющему термо­ЭДС, применяют более дешевые, обычно медные, проводники. Возможные способы подключения милливольтметров показаны на рис. 1.15, б и в. При этом схема измерительной цепи усложняется, так как число спаев увеличива­ется. Если милливольтметр включен в разрыв свободного спая (рис. 1.15, б), то термоЭДС в такой цепи

Поскольку

Следовательно, введение третьего проводника не изменяет термоЭДС. Такой же результат получается при введении милливольтметра в разрыв электрода (рис. 1.15, в).

поскольку

При заданных материалах электродов термоЭДС E_AB(T₁,T₀) зависит от двух температур – T ₀ и Т₁. Температуру свободного спая T ₀ поддерживают постоянной, тогда градуировочная характеристика термопары - зависимость E_AB(T₁,T₀) - становится однозначной, не зависящей от температуры T₀. Обыч­но термопару описывают номинальной градуировочной характеристикой, полученной при T ₀ . Такие характеристики являются нелинейными, но при небольших температурах T₁ их можно считать линейными.

Значения термоЭДС для некоторых материалов, полученные при вто­ром термоэлектроде из платины и при температуре T₁= 100 °С, приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Значения термоЭДС при T ₀= О °С

Материал	ТермоЭДС, мВ	Материал	ТермоЭДС, мВ
Кремний	44,8	Золото	+ 0,75
Хромель	2,4	Платинородий	+ 0,69
Нихром	2,2	Алюминий	+ 0,40
Железо	1,8	Никель	-1,5
Вольфрам	0,8	Алюмель	-1,7
Манганин	0,76	Константам	-3,4
Медь	0,76	Копель	-4,5

По данным таблицы можно рассчитать термоЭДС для термопары из любых двух материалов, из числа приведенных в таблице. Для этого рас­смотрим цепь и 1 четырех термоэлементов, два из которых (С и D) - платино­вые, а электроды А и В выполнены из других материалов, например, из хро-меля и копеля (рис. 1.16, а). Суммарная термоЭДС

Согласно этой таблице для хромеля

e_AC(100°)+e_DA(0°)=2,4 мВ

e_CB(100°)+e_BD(0°)=-[e_BC(100°)+e_DB(0°)]=4,5 мВ. Следовательно, термоЭДС термопары, составленной из хромеля и копеля, E_AB(100°,0°)=2,1мВ, а на интервале температур (0…100)°С средняя крутизна градуировочной характеристики S=2,1/100мВ/°С=21мкВ/°С.

В реальных условиях стабилизировать температуру свободного спая на уровне Т_о = О °С неудобно, а часто и невозможно. Поэтому имеющиеся номинальные градуировочные характеристики использовать непосредствен­но нельзя, а требуется внесение поправки на температуру свободного спая.

ТермоЭДС при Т_о = О °С E_AB(T₁,0)=e_AB(T₁)- e_AB(0),

а при Т₁ О °С E_AB(T₁,T₀)=e_AB(T₁)- e_AB(T₀). Разность этих значений E_AB(T₁,0)- E_AB(T₁,T₀)= e_AB(T₁)- e_AB(0)- e_AB(T₁)- e_AB(T₀)= e_AB(T₀)- e_AB(0)= E_AB(T₀,0), откуда искомая ЭДС

E_AB(T₁,T₀)= E_AB(T₀,0)+ E_AB(T₁,T₀) (1.20)

Следовательно, для получения значения термоЭДС E_AB(T₁,0) необхо­димо к измеренному значению E_AB(T₁,T₀) прибавить значение E_AB(T₀,0), кото­рое получилось бы при температуре свободного конца термопары, равной Т₀ и температуре рабочего спая, равной нулю. Естественно, при этом необходи­мо каким-либо образом измерять температуру свободного спая.

Пример 1.6. Температура Т₁ измерена термопарой хромель-копель.

ТермоЭДС Е(Т₁,Т₀)= 3,989 мВ. Температура свободного спая

измерена ртутным термометром и его показание равно Т₀ = 21 °С. Определим температуру Т₁.

Для определения E_AB(T₀,0), воспользуемся номинальной статической характеристи­кой термопары, приведенной в табл. П1 приложения. Согласно ей E_AB(T₀,0) = 1,353 мВ. Из (1.20) получаем E_AB(T₁,0) =l,353+3,989 =5,342 мВ. Этому значению термоЭДС отвечает температура рабочего спая T₁= 70,9 °С.

Для поддержания постоянной температуры свободных спаев термопа­ры их приходится располагать на значительном расстоянии от рабочих кон­цов. Удлинение самих термоэлектродов, если они выполнены из металлов платиновой группы, увеличивает стоимость термопары и экономически не­выгодно. Поэтому применяют удлинительные термоэлектроды, сделанные из дешевых разнородных металлов. Удлинительные электроды с и d (рис. 1.16, 6) подсоединяют к свободным спаям термопары.

Точки соединения должны иметь одинаковую температуру T₂. Температуры точек соединения удлинительных электродов с соединительными проводами измерительного прибора Т_о также должны быть одинаковы. ТермоЭДС в такой цепи

E_ABDC=e_AB(T₁)+e_BD(T₂)+e_DC(T₀)+e_CA(T₂) (1.21)

Удлинительные электроды изготавливают из материалов, которые при своем контакте развивают такую же термоЭДС, что и термоэлектроды. Сле­довательно, должно выполняться условие e_AB(T₂)-e_AB(T₀)=e_CD(T₂)-e_CD(T₀)

Определив отсюда e_CD(T₀), после подстановки в (1.21) получим

E_ABDC=e_AB(T₁)+e_BD(T₂)+e_DC(T₂)+ e_AB(T₂)+e_CA(T₂)- e_AB(T₀)

Суммарная термоЭДС в цепи

e_BD(T₂)+e_DC(T₂)+e_CA(T₂)= e_BА(T₂)=-e_АВ(T₂)

Откуда

E_ABDC = e_AB(T₁) - e_AB(T₀)= E_AB(T₁,T₀).

Пример 1.7. Рассмотрим погрешность Т измерений температуры Т₂ =500°С термопарой хромель-алюмель, если Т₁ = 100 °С, а Т₀ ⁼ 0°С.

Согласно номинальной градуировочной таблице [15] при Т₀= О °С для такой тер­мопары е(500°) = 20,61 мВ, е(100°) = 4,095 мВ. Пользуясь данными из табл. 1.4, найдем пару, обеспечивающую близкое значение е(100°). Как видно, этому условию удовлетворя­ет, например, из недорогих металлов пара медь-константан (е(100°) = 4,16 мВ). Таким об­разом, проводник А будет выполнен из хромеля (рис. 1.16, б), В - из алюмеля, С - из меди, D - из константана. Подводящие к прибору проводники - медные. Посредством последовательного обхода цепи определим суммарную термоЭДС

E=e_ХА(500⁰)+e_АК(100⁰)+e_КМ(0⁰)+ +_МА(0⁰)+e_МХ(100⁰)=20б61+1б7+0+0=20,67мВ

Для термопары хромель-алюмель согласно ее градуировочной характеристике этой термоЭДС соответствует температура 501°С. Следовательно, погрешность, обусловлен­ная неточным равенством термоЭДС, составит Т = 1 °С.

Если бы полярность термопары удлинительных проводов была обратной (С - копель, D - медь), то суммарная термоЭДС

E = е_XA(500⁰)+ е_AM (100⁰)+ е_MA (0⁰) + е_MK (0⁰) + е_KX(100⁰) = 20,61 - 2,46 + 0 + 0 – 5,8 = 12,35 мВ, что соответствует температуре 303 °С.

Если в качестве удлинительных проводов использовать медные, то

E = е_XA(500⁰)+ е_AM (100⁰)+ е_MX (100⁰) = е_XA(500⁰) - е_XA(100⁰) = 20,61 - 4,1 = 16,51 мВ, что соответствует температуре 403 °С.

Таким образом, при отсутствии удлинительных электродов или при их неверном использовании погрешность становится недопустимо большой.

Существует два типа конструкций термопар: проволочные и пленоч­ные. Проволочные термопары изготавливаются из проводов разнородных металлов диаметром (0,01...0,5) мм, соединяемых сваркой или пайкой. Неко­торые характеристики термопар промышленного назначения приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Характеристики некоторых термопар

Обозначение термопары	Наименование	Диапазон температур длительного и кратковременного применения, °С	Чувствительность, мкВ/ °С
ТПП	Платинородий-платина	0...1300 1600	7,7 при(0...300)°С 12 при (1500... 1600) °С
ТХК	Хромель-копель	-200... 600 800	65 при О°С 90 при 800 °С
ТХА	Хромель-алюмель	-200... 1000 1300	40

Платинородий-платиновые термопары являются наиболее точными как образцовые. Технические термопары индивидуальной градуировки не требуют. Хромель-копелевые термопары характеризуются высокой чувстви­тельностью, а хромель-алюмелевые термопары, имеющие практически ли­нейную градуировочную характеристику, получили наибольшее распростра­нение.

При длительной эксплуатации свойства материалов, образующих спай, изменяются, что вызывает изменение градуировочной характеристики. Кро­ме того, такие изменения зависят от типа термопары и ее конструкции. Например, у платинородий-платиновых термопар на поверхности платинового электрода, находящегося в контакте с кремнеземом, образуются силициды типа Рt₅ Si₂. С течением времени родий диффундирует в платиновый элек­трод. В платиновом электроде постепенно происходит рост кристаллов, что приводит к изменению контактной разности потенциалов и увеличению хрупкости.

Эффекты изменения свойств термопар в наибольшей степени проявля­ются на поверхности электродов. Поэтому термопары с электродами больше­го диаметра имеют повышенную стойкость к увеличению температуры. На характеристики термопар из неблагородных металлов сильно влияет окисле­ние электродов.

Влияние перечисленных факторов возрастает с увеличением темпера­туры и продолжительности ее воздействия. Поэтому для термопар устанав­ливают диапазон температур длительного (до 1000 ч) и кратковременного (до 10... 100 ч) воздействия, при которых изменение градуировочной характери­стики не превышает 1 % (табл. 1.6).

Погрешности термопар часто нормируют предельным значением от­клонения E_п термоЭДС от номинального значения. В качестве примера в табл. 1.6 приведены значения E_п и соответствующие погрешности Т_п из­мерения температуры для термопары типа ХА.

Таблица 1.6

_{Значения Eп и Tп}

Eп, мВ	Диапазон температур, °С	Tп, °С
±[0,08-0,310-3(Т+200)]	-200...0	±(5... 3,5)
±0,14	0...300	±3,5
±[0,1 4+0,22 10-3(Т-300)]	300...1300	±(3,5... 10)

Как правило, конструкция термопары определяется условиями ее ис­пользования. Так для измерений температуры воздуха или инертных газов выпускают термопары с открытым спаем 1 (рис. 1.17, а).

Термоэлектроды 2 из провода диаметром 0,3 или 0,5 мм изолированы друг от друга и помещены в керамическую трубку 3. Тепловая постоянная времени, определяемая при обдуве термопары потоком воздуха со скоростью 0,5 м/с, составляет единицы секунд. Для работы в жидкой среде термопару приходится помещать в металлический или керамический защитный чехол диаметром (10...20) мм. Постоянная времени таких термопар определяется при погружении в воду и обычно составляет десятки и более секунд.

Рис. 1.17

Возможность уменьшения габаритов проволочных термопар лимити­руется потерей механической прочности. Для медицинских измерений вы­пускаются малогабаритные хромель-константановые термопары с диаметром термоэлектродов 13 мкм, диаметр спая составляет около 30 мкм, а постоян­ная времени в воде - 1 мс. Для инвазивных измерений температуры такие термопары могут вживляться в ткани организма или помещаться в иглу для инъекций.

Пленочные термопары изготавливают из пленок толщиной от долей до нескольких микрометров из разнородных металлов, например, используется пара хромель-копель. Пленки наносят на изолирующую плоскую подложку или на отрезок стекловолокна диаметром (20...50) мкм. Если термопары предназначены для измерений температуры проводящих объектов, то одним из термоэлектродов может служить сам объект (рис. 1.17, б). Другой термо­электрод 1 изолирован от объекта изолирующим слоем 2. Удлинительный электрод 3 присоединен к электроду 1. Если поверхность объекта непрово­дящая, то на изолирующей подложке располагают оба пленочные термоэлек­трода 1 (рис. 1.17, в).

Существуют пленочные полупроводниковые термопары на основе кремния, германия и других полупроводниковых материалов. Их чувстви­тельность на порядок выше, чем у термопар из металлов.

При измерении малых температур для повышения чувствительности используют термобатареи - соединенные последовательно термопары. Их используют для непосредственного измерения теплового потока через кож­ный покров. Полученные таким образом данные полезны при диагностике и лечении многих заболеваний сердца, кровеносных сосудов и суставов.

Например, тепловой поток у больных артритом снижался после лечения на (60.. .70)% и по этому параметру можно судить об эффективности лечения.

Измерение потока по температуре кожных покровов и среды не дает надежных результатов из-за неточности определения коэффициента теплоот­дачи. Непосредственное измерение потока основано на измерении разности температур ДГ поверхностей тонкой пластинки, расположенной перпендику­лярно к направлению теплового потока. Если разность температур измеряет­ся батареей термопар с металлическими электродами, то чувствительность составляет 0,2 мВм²/Вт. Использование полупроводниковых термопар (тел-лурид висмута) с плотностью упаковки 1000 пар на см² позволяет увеличить чувствительность на два порядка.

Термоэлектрический метод.

Этот метод основан на использовании термоэлектрических явлений Томсона и Зеебека. Пусть концы однородного проводника А или В находятся при разных температурах T₁>T₂.

По мере увеличения температуры концентрация носителей зарядов (электронов в металлах) увеличивается. Электроны из области с большей концентрацией диффундируют в область с меньшей с меньшей концентрацией, то есть от горячего конца к холодному. В результате горячий конец заряжается положительно, а холодный – отрицательно, то есть возникает термоЭДС Томсона. Её значение для проводнтка А равно

Где _A – коэффициент Томсона, зависящий от свойств проводника. Если замкнутая цепь составлена из однородных проводников А и В, то в ветви возникают одинаковые по значению и противоположные по знаку термоЭДС Томсона, которые уравновешивают друг друга. Если же цепь образована разнородными проводниками, то _A  _В и в цепи возникает разностная термоЭДС Томсона зависящая от разности температур (Т₁-Т₀).

Явление Зеебека заключается в том, что в листе контакта разнородных проводников возникает контактная разность потенцаалов Е_З. Они зависят от разности концентраций носителей зарядов. В зависимости от контактной разности потенциалов проводников м.б. составлен так называемый ряд Вольта: (Al,Zn,St,Hg,Fe,Cu,Au,Pt,Pd…). Каждый проводник из ряда в контакте с проводником, стоящим правее по отношению к нему, приобретает положительный потенциал, а по отношению к предшествующему – отрицательный. В изотермической замкнутоя цепи, состоящей из  количества разнородных проводников, ЭДС равна нулю. В неизотермической цепи, составленной из двух разнородных проводников, вследствии совместного действия эффектов Томсона и Зеебека термоЭДС равна

И зависит только от температур Т₁ и Т₀. Поэтому её можно представить в виде

Е_АВ(Т₁,Т₀)=Е_АВ(Т₁)-Е_АВ(Т₀),

где Е_АВ(Т₁) и Е_АВ(Т₀) – термоЭДС спаев электродов А и В при температурах Т₁ и Т₀.

Это уравнение определяет ЭДС идеальной температуры, которая не зависит от сопротивлений и длины проводников. При температурных измерениях один из спаев, называемых рабочим, помещают в среду с измеряемой температурой Т₁, а температуру Т₀ другого спая, называемого свободным, поддерживают постоянной. При этом термоЭДС является однородной функцией температуры Т₁.

Электроды термопар выполняют из специальных материалов, например, платины и платинородия, обеспечивающих необходимые свойства термопары, а для их подсоединения к милливольтметру, измеряющему термоЭДС, применяют более дешевые, обычно медные, проводники.

Возможные схемы подключения милливольтметров:

При этом схема измерительной цепи усложняется, так как число спаев увеличивается. Если милливольтметр включен в разрыв свободного спая (а), то термоЭДС в такой цепи

Е_АВС(Т₁,Т₀)=е_АВ(Т₁)+е_ВС(Т₀)+е_СА(Т₀)

Поскольку е_ВС(Т₀)+е_СА(Т₀)=е_ВА(Т₀) и е_АВ(Т₀)= - е_ВА(Т₀), то

Е_АВС(Т₁,Т₀)= е_АВ(Т₁)- е_АВ(Т₀)= Е_АВ(Т₁,Т₀).

Следовательно, введение третьего проводника не изменяет термоЭДС. Такой же результат получается при введении милливольтметра в разрыв электрода (б)

Е_АВС(Т₁,Т₀)=е_АВ(Т₁)+е_ВС(Т₂)+е_СВ(Т₂)+е_ВА(Т₀)= е_АВ(Т₁)- е_АВ(Т₀)= Е_АВ(Т₁,Т₀), поскольку е_ВС(Т₂)+ е_СВ(Т₂)=0.

При заданных материалах электродов термоЭДС Е_АВ(Т₁,Т₀) зависит от двух температур - Т₀ и Т₁. Температуру свободного спая Т₀ поддерживают постоянной, тогда градуированная характеристика температуры – зависимость Е_АВ(Т₁,Т₀) – становиться однозначной, не зависящей от температуры Т₀. Обычно термопару описывают номинальной градуировочной характеристикой, полученной при Т₀. Такие характеристики являются нелинейными, но при небольших температурах Т₁, их можно считать линейными.

Значения термоЭДС для некоторых материалов, полученные при втором термоэлектроде из платины и при температуре Т₁=100 °С, приведены в таблице

Значения термоЭДС при Т₀=0 °С.

Материал	термоЭДС мВ	материал	термоЭДС мВ
Кремний	44,8	золото	0,75
Хромель	2,4	платинородий	0,69
Нихром	2,2	алюминий	0,4
Железо	1,8	никель	-1,5
вольфрам	0,8	алюмель	-1,7
манганин	0,76	константан	-3,4
Медь	0,76	копель	-4,5

По данным таблицы можно рассчитать термоЭДС для термопары из  двух материалов, из числа приведенных в таблице. Для этого рассмотрим цепь из четырёх термоэлементов, два из которых (С и D) – платиновые, а электроды А и В выполнены из других материалов, например, из хромиля и копеля. Суммарная термоЭДС

Е_АВСD(Т₁,Т₀)= е_АC(Т₁)+е_CB(Т₁)+ е_ВD(Т₀)+ е_DA(Т₀)= е_АB(Т₁)+ е_ВA(Т₀)= е_ВA(Т₀)= е_АB(Т₁) - е_АB(Т₀)= Е_АВ(Т₁,Т₀)

Согласно этой таблице для хромеля е_АC(100°)+ е_DA(0°)=2,4 мВ, е_CB(100°)+ е_ВD(0°)= -[е_BC(100°/+ е_DB(0°)]=4,5 мВ. Следовательно, термоЭДС термопары, составленной из хромеля и копеля, Е_АВ(100°,0°)=2,1 мВ, а на интервале температур (0...1000) °С средняя крутизна градуировочной характеристики S=2,1/100 мВ/°С=21 мкВ/°С.

В реальных условиях стабилизировать температуру свободного спая на уровне Т₀=0 °С неудобно, а часто и невозможно. Поэтому имеющиеся номинальные градуированые характеристики использовать непосредственно нельзя, а требуется внесение поправки на температуру свободного спая.

ТермоЭДС при Т₀=0 °С Е_АВ(Т₁,0)= е_АB(Т₁)-е_АB(0), а при Т₁0 °С Е_АВ(Т₁,Т₀)= е_АB(Т₁)- е_АB(Т₀). Разность этих значений Е_АВ(Т₁,0)- Е_АВ(Т₁,Т₀)= е_АB(Т₁)- е_АB(0)- е_АB(Т₁)+ е_АB(Т₀)= =е_АB(Т₀)- е_АB(0)= Е_АВ(Т₀,0), откуда искомая ЭДС Е_АВ(Т₁,0)=Е_АВ(Т₀,0)+ Е_АВ(Т₁,Т₀). Следовательно, для получения значения термоЭДС Е_АВ(Т₁,0) необходимо к измеренному значению Е_АВ(Т₁,Т₀) прибавить значение Е_АВ(Т₀,0), которое получилось бы при температуре свободного конца термопары, равной Т₀ и температуре рабочего спая, равной нулю. Естественно, при этом необходимо каким-либо образом измерить температуру свободного спая.

Для поддержания постоянной температуры свободных спаев термопары их приходиться располагать на значительном расстоянии от рабочих концов. Удлиннение самих термоэлектродов, если они выполнены из металлов платиновой группы, увеличивает стоимость термопары и экономически невыгодно. Поэтому применяют удлинительные термоэлектроды, сделанные из дешевых металлов. Удлинительные электроды с и d подсоединяются к свободным спаям термопары.

Т очки соединения должны иметь одинаковую температуру Т₂. Температуры точек соединения удлинительных электродов с соединительными проводами измерительного прибора Т₀ также должны быть одинаковыми. ТермоЭДС в такой цепи Е_АВDС= е_АB(Т₁)+ е_ВD(Т₂)+ е_DC(Т₀)+ е_CA(Т₂)

Удлинительные электроды изготавливают из материалов, которые при своем контакте развивают такую же термоЭДС, что и термопары. Следовательно, должно выполняться условие е_АB(Т₂)- е_АB(Т₀)= е_CD(Т₂)- е_CD(Т₀) определив отсюда е_CD(Т₀)=е_CD(Т₂)- е_AB(Т₂)+ е_AB(Т₀), получим

Е_АВDС= е_АB(Т₁)+ е_BD(Т₂)+ е_DC(Т₂)+ е_АB(Т₂)+ е_CA(Т₂)- е_АB(Т₀)

Е_BD(Т₂)+ е_DC(Т₂)+ е_CА(Т₂)= е_BA(Т₂)= - е_АB(Т₂)

Е_АВDС= е_АB(Т₁)- е_АB(Т₀)+ е_АB(Т₂)- е_АB(Т₂); Е_АВDС= е_АB(Т₁)- е_АB(Т₀).

Существует два типа конструкций термопар: проволочные и пленочные. Проволочные термопары изготавливаются из проводов разнородных металлов диаметром (0,01...0,5) мм, соединяемых сваркой или пайкой. Некоторые характеристики термопар промышленного назначения приведены в таблице.

Характеристики некоторых термопар.
Обозначения термопары	Наименование	Диапазон температур длительного и кратковременного применения, °С	Чувствительность мкВ/°С
ТПП	Платинородий-платина	0...1300 1600	7,7 при (0...300)°С
ТХК	Хромель-Копель	-200..600 100	65 при °С 90 при 80°С
ТХА	Хромель-Алюмель	-200...1000 1300	40

Платинородий-платиновые термопары являются наиболее точными как образцовые. Технические термопары индивидуальной градуировки не требуют. Хромель-копелевые термопары характеризуются высокой чувствительностью, а хромель-алюмелевые термопары, имеющие практически линейную градуировочную характеристику, получили наибольшее распространение.

При длительной эксплуатации свойства материалов, образующих спай, изменяется, что вызывает изменение градуировочной характеристики. Кроме того, такие изменения зависят от типа термопары и её конструкции. Например, у платинородий-платиновых термопар на поверхности платинового электрода, находящегося в контакте с кремнеземом, образуются силициды типа Pt₅Si₂ с течением времени радий диффундирует в платиновый электрод. В платиновом электроде постепенно происходит рост кристаллов, что приводит к изменению контактной разности потенциалов и увеличению хрупкости.

Эффекты изменения свойств термопар в наибольшей степени проявляется на поверхности электродов. Поэтому термопары с электродами большего диаметра имеют повышенную стойкость к увеличению температуры. На характеристики термопар из неблагородных металлов сильно влияет окисление электродов.

Влияние перечисленных факторов возрастает с увеличением температуры и продрлжительности её воздействия. Поэтому для термопар устанавливают диапазон температур длительного (до 10000 ч) и кратковременного (до 10...100 ч) воздействия, при которых изменение градуировочной характеристики не превышает 1%.

Погрешности термопар часто нормируют предельным значением отношения ∆Е_П и соответствующие погрешности ∆Т_П измерения температуры для термопары типа ХА.

Значения ∆Е_П и ∆Т_П.

∆ЕП, мВ	Диапазон темп-р, °С	∆ТП, °С
[0,08+0,3·10-3·(T+200)]	-200…0	(5…3,5)
0,14	0…30	3,5
[0,14+0,22·10-3·(T-300)]	300…13000	(3,5…10)

К ак правило, конструкция термопары определяеься условиями её использования. Так для измерений температуры воздуха или инертных газов выпускают термопары с открытым спаем 1. Термоэлектроды 2 из провода диаметром 0,3 или 0,5 мм изолированы друг от друга и помещены в керамическую трубку 3. Тепловая постоянная времени, определяемая при обдуве термопары потоком воздуха со скоростью 0,5 м/с, составляет еденицы секунд. Для работы в жидкой среде термопару приходиться помещать в металлический или керамический защитный чехол диаметром (10...20) мм. Постоянная времни таких термопар определяется при погружении в воду и обычно составляет десятки и более секунд.

Возможность уменьшения габаритов проволочных термопар лимитируется потерей механической прочности. Для медицинских измерений выпускаются малогабаритные хромель-константановые термопары с диаметром термоэлектродов 13 мкм, а постоянная времени в воде 1мс. Для инвазивных измерений температуры также термопары могут вживляться в ткани организма или помещаться в иглу для инъекций.

Плёночные термопары изготавливают из пленок толщиной от долей до нескольких микрометров из разнородных металлов, например, используется пара хромель-копель. Пленки наносят на изолирующую плоскую подложку или на отрезок стекловолокна диаметром (20...50) мкм. Если термопары предназначенны для измерений температуры проводящих объектов, то одним из термоэлектродов может служить сам объект. Другой термоэлектрод 1 изолирован от объекта изолирующим слоем 2. Удлинительный электрод 3 присоединен к электроду 1.

Е сли поверхность объекта непроводящая, то на изолирующей подложке располагают оба плёночные термоэлектрода 1.

Существуют пленочные проводниковые термопары на основе кремния, германия и других полупроводниковых материалов. Их чувствительность на порядок выше, чем у термопар из металлов.

При измерении малых температур для повышения чувствительности используют термобатареи - соединенные последовательно термопары. Если разность температур измеряется батареей термопар с металлическими электродами, то чувствительность составляет 0,2 мВ·м²/Вт. Использование полупроводниковых термопар (теллурид висмута) с плотностью упаковки 1000 пар на см² позволяет увеличить чувствительность на два порядка.