Termopara jest powszechnym elementem do pomiaru temperatury. Może zmienić sygnał temperatury na sygnał ogrzewania elektrycznego poprzez pomiar temperatury.
Zasada działania termopary polega na tym, że gdy dwa różne przewodniki lub półprzewodniki A i B tworzą obwód, a ich dwa końce są ze sobą połączone, o ile temperatura w dwóch węzłach jest różna, temperatura na jednym końcu wynosi t, co nazywa się końcem roboczym lub gorącym końcem, a temperatura na drugim końcu wynosi t0, zwanym wolnym końcem, zwanym również końcem odniesienia lub zimnym, pętla wygeneruje siłę elektromotoryczną, której kierunek i wielkość są powiązane od materiału przewodnika i temperatury dwóch styków. Zjawisko to nazywa się efektem termoelektrycznym, obwód złożony z dwóch przewodników to tzw. termopara. Te dwa przewodniki nazywane są biegunem termoelektrycznym, a wytworzona siła elektromotoryczna nazywana jest termoelektryczną siłą elektromotoryczną.
Termoelektryczne pole elektromagnetyczne składa się z dwóch części. Jeden to kontaktowe pole elektromagnetyczne dwóch przewodów, a drugi to różnica temperatur pola elektromagnetycznego pojedynczego przewodu. Wielkość termoelektrycznego pola elektromagnetycznego w pętli termopary zależy wyłącznie od materiału przewodnika i temperatury dwóch styków, ale nie od kształtu i rozmiaru czujnik termopary . Gdy dwa materiały elektrod termopary są nieruchome, termoelektryczne pole elektromagnetyczne będzie temperaturą T i t0 dwóch styków.
Zależność ta jest szeroko stosowana w praktycznym pomiarze temperatury. Ponieważ zimny koniec t0 jest stały, termoelektryczne pole elektromagnetyczne wytwarzane przez czujnik termopary zmienia się tylko wraz z temperaturą gorącego końca (końca pomiarowego), to znaczy, że pewna termoelektryczna siła elektromotoryczna odpowiada określonej temperaturze. Cel pomiaru temperatury możemy osiągnąć jedynie poprzez pomiar termoelektrycznego pola elektromagnetycznego.
Podstawową zasadą pomiaru temperatury termopary jest to, że dwa różne elementy przewodników materiałowych tworzą obwód zamknięty.
Kiedy na obu końcach występuje gradient temperatury, przez obwód przepływa prąd, a następnie pojawia się siła elektromotoryczna – termoelektryczna siła elektromotoryczna pomiędzy dwoma końcami, co jest tak zwanym efektem Seebecka. Dwa rodzaje jednorodnych przewodników o różnych składnikach to bieguny termoelektryczne, ten o wyższej temperaturze jest końcem roboczym, ten o niższej temperaturze jest końcem swobodnym, a wolny koniec ma zwykle stałą temperaturę. Zgodnie z zależnością funkcyjną pomiędzy termoelektrycznym polem elektromagnetycznym i temperaturą, tworzona jest tabela podziałek termopary. Tablicę podziałki uzyskuje się, gdy temperatura wolnego końca wynosi 0 ℃, a różne termopary mają różne tablice podziałki.
Kiedy trzeci metal zostanie podłączony do obwodu termopary, o ile temperatura dwóch styków materiału będzie taka sama, potencjał termoelektryczny generowany przez czujnik termopary pozostanie niezmieniony, to znaczy, że trzeci metal w obwodzie nie będzie miał na niego wpływu. Dlatego też, gdy do pomiaru temperatury wykorzystuje się termoparę, można ją podłączyć do przyrządu pomiarowego, a temperaturę mierzonego medium można poznać po zmierzeniu termoelektrycznego pola elektromagnetycznego. Podczas pomiaru temperatury termopary temperatura jej zimnego końca (koniec pomiarowy to gorący koniec, a koniec połączony z obwodem pomiarowym poprzez przewód nazywany jest zimnym końcem) musi pozostać niezmieniona, a jej potencjał cieplny jest proporcjonalny do mierzonej temperatury. Jeśli temperatura zimnego końca (otoczenia) zmieni się podczas pomiaru, będzie to miało poważny wpływ na dokładność pomiaru. Podjęcie pewnych działań w celu skompensowania wpływu spowodowanego zmianą temperatury zimnego końca nazywa się normalną kompensacją zimnego końca termopary. Specjalny przewód kompensacyjny do połączenia z przyrządem pomiarowym.
Istnieją dwie metody obliczania kompensacji zimnego złącza termopary. Pierwsza polega na przeliczeniu miliwoltów na temperaturę: zmierz temperaturę zimnego końca, przelicz ją na odpowiednią wartość w miliwoltach, dodaj do wartości miliwoltów termoparę kołnierzową i przeliczyć ją na temperaturę. Inna kompensacja polega na przeliczeniu temperatury na miliwolty: zmierz rzeczywistą temperaturę i temperaturę zimnego końca, przelicz je odpowiednio na miliwolty, a następnie po odjęciu uzyskaj miliwolty, czyli temperaturę.
