Термопара представляет собой два провода, изготовленные из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.
Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.
В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.
Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е - это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.
Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. таким образом на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны 0. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.
Когда спай термопары нагревается, то величина напряжения нем повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.
Термины "холодный" и " рабочий" спай имеют специфическое значение в цепи термопары. Рабочий спай - это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору. На рисунке изображен только один холодный спай, хотя имеется две точки соединения. Холодный спай в данном примере представляет место соединения, где два разнородных металла сцепляются вместе.
Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении - меньше. В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.
Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напржении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.
Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы.
Параметры компенсирующего резистора в цепи термопары определяются при конструировании всей системы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно. По мере увеличения температуры холодный спай начинает генерировать большее напряжение, однако повышение температуры в свою очередь вызывает повышение сопротивления компенсирующего резистора. Это повышение сопротивления реально компенсирует повышение генерируемого холодным спаем напряжения в ответ на увеличение температуры.
Другим способом поддерживать величину напряжения на холодном спае на неизменном уровне является способ поддержания температуры окружающего воздуха на неизменном уровне. Это достигается путем размещения холодного спая в помещении, где регулируется температура, например в операторной или другом кондиционируемом помещении.
Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур. Термопары могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.
Наибольшее распространение получили термопары:
Термопара - пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект Зеебека для измерения температуры.
