Termočlánky sú založené na princípe porovnávacieho merania a pozostávajú z dvoch kovových vodičov z rôznych materiálov, ktoré sú zvarené na hrote. V závislosti od párovania materiálov majú rôzne úrovne termoelektrického napätia a sú vhodné pre rôzne teplotné rozsahy. Najčastejšie sa používajú termočlánky typu K a termočlánky typu J.
Termočlánok sa bežne skladá z kombinácie dvoch materiálov s priemerom od 0,2 do 5 mm. Pri použití ušľachtilých materiálov, ako je ródium alebo platina, sa tieto rozmery pohybujú od 0,1 do 0,5 mm. Pri výbere materiálu termočlánku je potrebné dbať na to, aby mal vysoký Seebeckov faktor a aby teplota čo najmenej ovplyvňovala jeho hodnotu, aby sa dosiahla lineárna charakteristika. Vhodný materiál termočlánku sa vyberá podľa rozsahu meranej teploty.
Puzdro sondy je vystavené veľmi vysokým teplotám, preto je potrebné použiť rôzne druhy ocele. Pri najvyšších teplotách je ochranná trubica termočlánku vyrobená z tepelne odolnej ocele alebo keramických materiálov. Tepelná jímka musí byť odolná voči korózii, tepelným šokom a mechanickému poškodeniu. Žiadanou vlastnosťou na zabránenie korózie termočlánku je nepriepustnosť plynov, ktoré by mohli výrazne urýchliť proces starnutia termočlánku. Existujú aj prevedenia bez krytu, ktoré sa používajú na zníženie dynamických chýb. Na špeciálne merania, ako je teplota tekutých kovov, skla alebo tekutej ocele, sa používajú vysoko špecializované konštrukcie termočlánkov.
Termostatická jímka musí byť odolná voči korózii, tepelným šokom a mechanickému poškodeniu. Žiadanou vlastnosťou na zabránenie korózie termočlánku je nepriepustnosť plynov, ktoré by mohli výrazne urýchliť proces starnutia termočlánku. Na zníženie dynamických chýb možno použiť konštrukcie bez krytu.
Pri výbere materiálu termočlánku je tiež potrebné dbať na to, aby mal vysoký Seebeckov faktor a aby teplota čo najmenej ovplyvňovala jeho hodnotu, aby sa dosiahla lineárna charakteristika.
Na rozdiel od odporového teplomeru sa termočlánok môže používať v oveľa vyššom teplotnom rozsahu. Okrem toho sú termočlánky robustnejšie a odolnejšie voči mechanickému namáhaniu.
Z veľkého počtu možných kombinácií kovov boli vybrané určité a ich vlastnosti boli štandardizované, najmä napäťový rad a prípustné medzné odchýlky. Nasledujúce prvky sú štandardizované celosvetovo (IEC), ako aj európske alebo národné, pokiaľ ide o termoelektrické napätie a jeho toleranciu.
Farebné kódovanie termočlánkov
Princíp termočlánkov je výsledkom tzv. Seebeckovho javu. Tento jav možno vysvetliť teóriou voľných elektrónov, podľa ktorej majú rôzne typy vodičov rôznu hustotu voľných elektrónov. V mieste kontaktu dvoch rôznych vodičov tvoriacich termočlánok sa elektróny pohybujú z jedného vodiča do druhého. Väčší počet elektrónov sa pohybuje z vodiča s vyššou hustotou do vodiča s nižšou hustotou. Intenzita migrácie elektrónov závisí od teploty miesta kontaktu dvoch vodičov a je tiež vyššia, čím vyššia je teplota. Elektromotorická sila vytvorená v termočlánkovom obvode pozostávajúcom z dvoch rôznych vodičov, ktorých konce boli umiestnené pri rôznych teplotách, je daná vzorcom:
V=(S-SA)⋅(T2-T1)
Výsledná elektromotorická sila je rádovo niekoľko až niekoľko desiatok mikrovoltov na stupeň Celzia.
Výber typu termočlánku závisí predovšetkým od prevádzkovej teploty. Okrem toho by sa mal vybrať prvok s vysokým termoelektrickým napätím, aby sa dosiahol merací signál, ktorý je čo najmenej citlivý na rušenie. V nasledujúcej tabuľke: Vlastnosti termočlánkov sú uvedené rôzne prvky spolu s krátkou charakteristikou. Odporúčané maximálne teploty možno predpokladať len ako základné hodnoty, pretože silne závisia od podmienok aplikácie. Vzťahujú sa na priemer drôtu 3 mm pre základný a 0,5 mm pre ušľachtilé prvky.
Dĺžka termočlánku alebo kompenzačného kábla má druhoraký význam kvôli nízkemu vnútornému odporu. Pri dlhších kábloch s malým prierezom však môže odpor termočlánku alebo kompenzačného kábla nadobúdať relatívne vysoké hodnoty. Aby sa predišlo chybám zobrazenia, musí byť vnútorný odpor vstupného obvodu podriadených zariadení aspoň 1000-krát väčší ako odpor pripojeného termočlánku. Môžu sa použiť iba kompenzačné káble z rovnakého materiálu ako samotný prvok alebo s rovnakými termoelektrickými vlastnosťami, inak sa na spoji vytvorí nový prvok. Kompenzačný kábel musí byť vedený až k referenčnému spoju. Pri pripájaní termočlánkov je potrebné dodržať polaritu.
Termočlánok nedodáva napätie, ak je meraná teplota rovnaká ako teplota referenčného spoja. Ak je termočlánok alebo kompenzačný kábel skratovaný, nový merací bod sa vytvorí v mieste skratu. Ak dôjde k takémuto skratu, napríklad v pripojovacej hlavici, nezobrazuje sa už teplota skutočného meracieho bodu, ale teplota pripojovacej hlavice. Ak dôjde k prerušeniu meracieho obvodu, nasledujúce zariadenie zobrazí teplotu referenčného spoja.