Нестандартные термопары при изготовлении обязательно градуируются. Для измерения низких температур применяются термопары: медь-золото +2,1 % кобальта (от -270 до +100 °С): мель-медь +0,005 % свинца (от -270 до -240°С). Для измерения низких температур до -200° С, могут быть использованы и термопары, применяющиеся обычно для измерения более высоких температур, в частности хромель-алюмелевые и хромель-копелевые.

Реальный верхний предел использования термопар лежит в интервале от 2500 до 3000°С. Надежными термопарами для измерения температур до 21000 являются иридий-родий-иридиевые (40;50 и 60 % родия). Обычно данные термопары работают в инертной среде, но в течение ограниченного времени их можно применять и на воздухе.

Широкое развитие получили научно-исследовательские работы по замене термоэлектронов из дорогих и дефицитных благородных металлов термоэлектронами из более доступных тугоплавких металлов. Так, для измерения высоких температур (от 2100 до 2200 °С) надежно работает - вольфрам-иридиевая термопара. Надо иметь в виду, что все термопары на основе тугоплавких металлов и сплавов требуют тщательной защиты от окисления и агрессивных сред. Для измерения высоких температур наиболее перспективными оказались термопары на основе вольфрам-рениевых сплавов (тип ТВР). Главные их достоинства -температура плавления выше 3000°С высокая термо ЭДС, химическая устойчивость при высоких температурах в защитной среде.

Тип ТВР применяется для измерения температуры расплавленной стали, температуры в вакууме, в нейтральной и в восстановительных средах. При измерениях высоких температур в средах, содержащих углерод, находят применение термопары из сплавов молибдена с ранием.

Разработаны термопары на основе графита, карбида бора, борида циркония, силицида, молибдена. Они позволяют измерять температуру окислительных сред до 1600-1850оС, а восстановительный и науглероженных сред- до 2300о С.

В термоэлектрогенераторах, термоэлектрохолодильниках, различных измерительных приборах применяются также полупроводниковые термопары с термоЭДС, в 5-10 раз больше, чем термоЭДС обычных термопар из металлов и металлических сплавов. В качестве термоэлектродных материалов в этих термопарах применяют сплавы ZnSb и CdSb.

Надежность измерения температуры с помощью термоэлектрических термометров зависит от их конструкции и расположения и от возможности их контакта с измеряемой средой. Если физические и химические условия допускают это, то термопара может быть введена в измеряемую среду без защитной оболочки (чехла). В этом случае она имеет преимущество перед другими контактами термопарами, поскольку ее можно разместить в самых трудно доступных местах, а ее размеры могут быть приняты практически сколь угодно малыми, чем обеспечивается благоприятное динамическое поведение (малая инерционность). При высоких температурах или агрессивных средах термопара должна быть помещена в защитную арматуру (чехол). Теперь остановимся подробнее на каждой конструкторской форме исполнения термопар.

Термоэлектрические термопары без защитной арматуры. Металлические термоэлектроды обычно изготавливают из проволоки, реже из не очень тонкой фольги для волос. Диаметр проволоки может быть в пределах от 0,1 до 5 мм. Простейшую термопару можно получить из двух термопроводов, если спаять их концы мягким или твердым припоем или же, что обычно и делается, сварить их в атмосфере защитного газа. Такие открытые незащищенные термопары можно использовать лишь в благоприятных условиях окружающей среды, например для погружения, в неагрессивные жидкости, в тестообразные или пластические массы, либо для установки в трубах и резервуарах. Так называемый термощуп не имеет места соединения термоэлектродов, соединение формируется только через электропроводную поверхность (листа, слитка, стержня), температура, которой должна измеряться. Местом спая является само тело. Контактные наконечники, которые при наличии слоя окалины или оксидов должны протыкать его, выполняются сменными. У термометра с дужкой пружинящая полоса прижимается к выпуклой поверхности тела, температура которого измеряется. Место спая, выполненного стыковой сваркой, и значительная часть термоэлектрического материала плотно прилегают к поверхности тела. Погрешность измерения, вызванная отводом тепла, при этом получается незначительной.

Термоэлектрические термопары с защитной арматурой. Если по каким-либо причинам измеряемая среда может повредить термоэлектроды, то их помещают в защитные металлические или керамические трубы (чехлы). Термоэлектроды изолируют один от другого с помощью керамических трубочек (бусинок) и вставляют в трубу, открытую с одной стороны. Наружная металлическая труба обеспечивает защиту от механических нагрузок. Внутренние защитные трубы из керамики или фарфора предотвращают диффузию газов из окружающей среды, особенно сильно развивающуюся при повышенных температурах и способную изменить термоэлектрические свойства термопары. Вид и материал защитных труб выбирается в соответствии со свойствами окружающих материалов. Многочисленные конструктивные формы и необходимые принадлежности в значительной части регламентированы стандартами и другими нормативными документами.

Усовершенствованным вариантом термоэлектрического термометра с защитной арматурой являются так называемые термопары с оболочкой, которые получили широкое распространение. Благодаря компактной конструкции их размеры могут быть очень малыми (наружный диаметр в пределах 0,25-6мм). Вследствие этого они получаются очень гибкими при достаточной механической прочности. Наименьший радиус изгиба может составлять всего шесть наружных диаметров оболочек. Термоэлектроды изолированы один от другого термостойким керамическим порошком. Рабочий конец (место спая) может быть либо изолирован от материала оболочки, либо соединен с ним. Оболочку обычно изготавливают из коррозионно-стойкой высоколегированной стали, а в особых случаях – из благородных материалов. Каждый термометр может содержать до трех термопар. Термометры такой конструкции могут выдерживать внешнее давление до нескольких сотен атмосфер (десятков мегапаскалей). Динамические свойства тонких термопар достаточно благоприятны.

Материалы термоэлектродов, выполненные в виде фольги, располагаются между двумя поддерживающими пластинами из пластмассы или алюминия. Эти элементы можно наклеивать как тензометрические датчики. Они очень легко принимают форму неровных поверхностей, толщина их может составлять примерно 0,05ч1мм.

Конструктивное оформление термопар разнообразно и зависит главным образом от условия их применения.

В промышленности применяют десятки типов и разновидностей термопар, различным по своим техническим характеристикам. На рисунке 5 показана термопара типичной конструкции. Она представляет собой два электрода из разнородных металлов, скрученных, а затем сваренных или спаянных на одном конце (рабочий конец). Рабочий конец 12 находится в изоляционном фарфоровым наконечнике (колпачке) 11. Электроды 10 изолированы друг от друга фарфоровыми изоляторами (бусами) 7 и заключены в защитный чехол 8 из углеродистой стали. Рабочий конец чехла, предназначенный для установки в измеряемую среду, представляет собой наконечник 9 трубы из жароустойчивой стали. Наконечник 9 одним концом соединен посредством резьбы или сварки с чехлом 8, а на другом конце находится вставное донышко, завальцованное в трубу и заваренное. Жаропрочный наконечник 9 имеет различную длину, зависящую от глубины погружения термометра в измеряемую среду, его делают с таким расчетом, чтобы в зоне высоких температур находился только сам наконечник. В головке 5 помещена пластмассовая панель 6, в которой закреплены клеммы (зажимы) 4. Концы термоэлектродов входят в отверстия клемм и зажимаются винтами 2. В верхние прорези клемм через штуцер 13 и асбестовую уплотнительную набивку 14 вводят концы компенсационных соединительных проводов, которые прижимаются верхними винтами 3. клеммную панель закрепляют в головке прижимной скобой1. Головку закрывают крышкой 15 с уплотнителем.