На неопределенность результатов измерений температуры термопарами влияют многие факторы, основные из них это:
- неопределенность измерения термо-ЭДС регистрирующим прибором;
- класс допуска термопары;
- неопределенность калибровки термопары, т.е. определения её индивидуальной статистической характеристики (ИСХ);
- термоэлектрическая характеристика удлинительной линии, соединяющей термопару с регистрирующим прибором;
- изменение дифференциальной чувствительности (коэффициента Зеебека) термопары во времени (дрейф) и по длине, обусловленное возникновением и развитием термоэлектрической неоднородности (ТЭН).
Характеристики источников неопределенности измерения температуры термоэлектрическим преобразователем представлены в таблице 2. Бюджет неопределенности составлен в соответствии указанными выше нормативными документами. Для пояснения вкладов каждого из источников в суммарную неопределенность полезно привести выдержку из РМГ-43, касающуюся неопределенностей типа B:
Наиболее распространенный способ формализации неполного знания о значении величины заключается в постулировании равномерного закона распределения возможных значений этой величины в указанных (нижней и верхней) границах [(bi-;bi+) для i-й входной величины]. При этом стандартную неопределенность, вычисляемую по типу В — uB(xi), определяют по формуле 
, а для симметричных границ (+-bi) — по формуле
(где xi — оценка i-й входной величины).
Основные факторы, влияющие на долговременную стабильность параметров термопар
Старение и загрязнение
- Окислительные процессы в незащищенных термопарах (с «оголенными» проводами) приводят к искажению характеристических кривых.
- Проникновение инородных атомов в состав оригинальных сплавов, приводит к изменению свойств оригинального сплава и искажению характеристических кривых.
- Контакт с водородом приводит к охрупчиванию термопар.
Термопары, выполненные из неблагородных металлов, подвержены старению, что также приводит к изменению их температурных/термоэлектрических кривых.
Термопары из благородных металлов PtRh-Pt типов R и S практически не подвержены старению в диапазоне до 1400 °C. Однако они очень чувствительны к загрязнению. Кремний и фосфор быстро разрушают платину. В присутствии платины кремний может высвобождаться из изолирующих керамических деталей даже в среде со слабо выраженными восстановительными свойствами. Восстановление SiO2 до кремния приводит к загрязнению платинового вывода термопары. Это может стать причиной погрешности в 10 °С и более, если объемное содержание кремния находится в диапазоне нескольких частей на миллион.
По причине лучшего соотношения общего объема материала и поверхности, подверженной загрязнению, термопары из благородных металлов с утолщенным диаметром провода обладают большей долговременной устойчивостью. Именно поэтому мы разработали датчики типов S, R и B с диаметрами проводов термопары Ø 0,35 мм или Ø 0,5 мм (0,015″ или 0,020″). Однако необходимо учесть, что сечение проводов термопар Ø 0,5 мм (0,020″) в два раза превышает сечение проводов Ø 0,35 мм (0,015″) , что объясняет их удвоенную стоимость. Однако эти расходы окупаются, поскольку благодаря большому сроку службы термопары снижаются расходы на техническое обслуживание (простои предприятия).
Никелевый вывод термопары К часто повреждается сернистыми образованиями, присутствующими в отработанных газах. Термопары типов J и T подвержены незначительному старению (выводы из чистого металла окисляются первыми).
В целом, скорость старения увеличивается пропорционально температуре.
Зеленая гниль
При использовании термопар типа К в диапазоне 800 °C / 1050 °C существует риск значительного изменения термоэлектрического напряжения. Это обусловлено уменьшением содержания хрома или его окислением в положительном выводе NiCr. Этому способствуют уменьшенные концентрации кислорода или наличие пара в непосредственной близости к термопаре. Однако такие условия не влияют на никелевый вывод. В результате такого воздействия наблюдается дрейф измеренного значения по причине уменьшения термоэлектрического напряжения. Этот эффект усиливается при недостаточном содержании кислорода (восстановительная среда), поскольку на поверхности термопары перестает формироваться оксидная пленка, защищающая термопару (хром) от дальнейшего окисления.
Этот процесс заканчивается полным разрушением термопары. Название «зеленая гниль» происходит от зеленовато-мерцающей окраски места излома провода.
Термопара типа N (NiCrSi-NiSi) имеет в этом плане преимущество благодаря содержанию кремния. Такой состав обеспечивает образование оксидной пленки даже в вышеописанных условиях.
Особенность термопар типа К
Вывод NiCr термопары типа К при 400 °С характеризуется упорядоченной кристаллической решеткой. При дальнейшем росте температуры в диапазоне 400 °С – 600 °С происходит переход в неупорядоченное состояние. Выше 600 °С упорядоченная кристаллическая решетка восстанавливается. Если термопара при этом остывает слишком быстро (быстрее 100 °С в час), в диапазоне между 600 °С – 400 °С в процессе охлаждения опять наблюдается нарушение кристаллической решетки. Однако характеристическая кривая термопары К предполагает упорядоченное состояние решетки. Это приводит к отрицательному смещению (погрешности) термоэлектрического напряжения в указанном диапазоне примерно на 0,8 мВ (около 5 °С).
Данный эффект обратим и почти полностью устраняется с помощью отжига при температуре выше 700 °C с последующим медленным охлаждением.
Термопары в оболочке малого диаметра особенно чувствительны к такому воздействию. Охлаждение в спокойной воздушной среде уже приводит к уходу в 1 °С.
Уменьшить эффект кратковременного нарушения порядка решетки в термопарах типа N (NiCrSi-NiSi) возможно за счет добавления кремния в материал обоих выводов.