Thermokoppels maken gebruik van ongelijksoortige metalen, voornamelijk vanwege het thermo-elektrische effect, waarbij een spanning wordt gegenereerd wanneer twee verschillende metalen aan één uiteinde worden samengevoegd en langs hun lengte worden blootgesteld aan een temperatuurgradiënt. Dit fenomeen, bekend als het Seebeck-effect, zorgt ervoor dat thermokoppels de temperatuur nauwkeurig kunnen meten op basis van de gegenereerde spanning. De belangrijkste reden voor het gebruik van ongelijksoortige metalen is dat elke metaalcombinatie een unieke spanningsreactie op temperatuurveranderingen genereert, die kan worden gekalibreerd om nauwkeurige temperatuurmetingen over een breed bereik te verkrijgen. Deze eigenschap maakt thermokoppels veelzijdig en geschikt voor verschillende temperatuurdetectietoepassingen in verschillende industrieën.
De behoefte aan twee verschillende metalen in een thermokoppel komt voort uit het principe van thermo-elektriciteit. Wanneer twee ongelijksoortige metalen aan één uiteinde (het meetknooppunt) zijn verbonden en aan verschillende temperaturen worden blootgesteld, wordt een spanning gegenereerd die evenredig is aan het temperatuurverschil. Deze spanning, of elektromotorische kracht (EMF), is wat het thermokoppel meet om de temperatuur op het meetknooppunt te bepalen. De keuze van metalen hangt af van factoren zoals temperatuurbereik, stabiliteit en nauwkeurigheidseisen van de toepassing. Verschillende metaalcombinaties bieden verschillende temperatuurgevoeligheden en responskarakteristieken, waardoor thermokoppels kunnen worden afgestemd op specifieke temperatuurmeetbehoeften.
Thermokoppels gebruiken verschillende materialen voor hun draden om de meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid te verbeteren. De selectie van draadmaterialen is van cruciaal belang omdat elk materiaalpaar unieke thermo-elektrische eigenschappen vertoont die de nauwkeurigheid en gevoeligheid van temperatuurmetingen beïnvloeden. Sommige typen thermokoppels, zoals Type K, gebruiken bijvoorbeeld chromel (legering van nikkel en chroom) en alumel (legering van nikkel, mangaan en aluminium), bekend om hun stabiliteit en betrouwbaarheid over een breed temperatuurbereik. De combinatie van specifieke metalen zorgt ervoor dat het thermokoppel consistente prestaties en nauwkeurige temperatuurmetingen behoudt onder verschillende bedrijfsomstandigheden.
Als beide draden van een thermokoppel van hetzelfde materiaal zouden zijn gemaakt, zou het thermokoppel geen meetbare spanning genereren bij blootstelling aan een temperatuurgradiënt. Dit komt omdat het Seebeck-effect een temperatuurverschil vereist tussen de kruising (waar de twee draden samenkomen) en het referentiepunt (waar de draden zijn aangesloten op het meetinstrument) om een elektromotorische kracht (EMF) te produceren. Zonder ongelijksoortige metalen zou er geen potentiaalverschil ontstaan, waardoor het thermokoppel niet meer als temperatuursensor kan functioneren. Daarom is het gebruik van verschillende materialen in de thermokoppeldraden essentieel voor het benutten van het thermo-elektrische effect en het nauwkeurig meten van temperatuurvariaties.