Thermopile

termopil je elektronické zařízení, které přeměňuje tepelnou energii na elektrickou energii. Skládá se z několika termočlánků zapojených obvykle do série nebo, méně často, paralelně. Takové zařízení pracuje na principu termoelektrického jevu, tj. vytváří napětí, když jsou jeho odlišné kovy (termočlánky) vystaveny teplotnímu rozdílu.

schéma termopilu s rozdílnou teplotou se dvěma sadami párů termočlánků zapojených do série. Dvě horní termočlánkové spoje jsou při teplotě T1, zatímco dvě spodní termočlánkové spoje jsou při teplotě T2. Výstupní napětí z thermopile, ΔV, je přímo úměrná rozdílu teplot, ΔT nebo T1 – T2, přes tepelný odpor vrstvy a počet termočlánek spojovací páry. Výstup termopilového napětí je také přímo úměrný tepelnému toku, q“, vrstvou tepelného odporu.

Obrázek tepelného toku snímač, který využívá thermopile stavby přímo měřit tepelný tok. Zobrazeným modelem je snímač tepelného toku FluxTeq PHFS-01. Výstupní napětí je pasivně vyvolané z thermopile úměrná tepelnému toku přes čidlo nebo podobně teplotní rozdíl přes tenký-film substrát a počet termočlánek spojovací páry. Tento napěťový výstup z termopilu snímače je zpočátku kalibrován, aby se vztahoval k tepelnému toku.

termočlánky pracují měřením teplotního rozdílu od jejich spojovacího bodu k bodu, ve kterém se měří výstupní napětí termočlánku. Jednou uzavřený obvod se skládá z více než jeden kov, a tam je rozdíl v teplotě mezi uzly a bodů přechodu z jednoho kovu do druhého, proud se vyrábí jako kdyby generované rozdíl potenciálu mezi horkým a studeným spojem.

termočlánky mohou být zapojeny do série jako páry termočlánků se spojkou umístěnou na obou stranách vrstvy tepelného odporu. Výstupem z dvojice termočlánků bude napětí, které je přímo úměrné teplotnímu rozdílu napříč vrstvou tepelného odporu a také tepelnému toku vrstvou tepelného odporu. Přidání více párů termočlánků v sérii zvyšuje velikost výstupního napětí. Termopily mohou být konstruovány s jedním párem termočlánků, složený ze dvou spojů termočlánků, nebo více párů termočlánků.

Termopily nereagují na absolutní teplotu, ale generují výstupní napětí úměrné místnímu teplotnímu rozdílu nebo teplotnímu gradientu. Množství napětí a výkonu je velmi malé a měří se v mili wattech a milivoltech pomocí řízených zařízení, která jsou speciálně navržena pro tento účel.

Thermopiles jsou používány poskytovat výstup v reakci na teplotu jako součást měření teploty zařízení, jako například infračervené teploměry široce používán pro zdravotnické pracovníky na měření tělesné teploty, nebo v tepelné akcelerometry pro měření teplotního profilu uvnitř uzavřené dutiny snímače. Používají se také široce v snímačích tepelného toku a pyrheliometrech a bezpečnostních kontrolách plynového hořáku. Výstup termopilu je obvykle v rozmezí desítek nebo stovek milivoltů. Stejně jako zvýšení úrovně signálu může být zařízení použito k zajištění průměrování prostorové teploty.

Termopil, složený z více termočlánků v sérii. Pokud má pravá i levá křižovatka stejnou teplotu, napětí se vyruší na nulu. Pokud je však mezi stranami teplotní rozdíl, výsledné celkové výstupní napětí se rovná součtu diferenciálů propojovacího napětí.

Termopily se také používají k výrobě elektrické energie například z tepla z elektrických součástí, slunečního větru, radioaktivních materiálů, laserového záření nebo spalování. Tento proces je také příkladem Peltierova efektu (elektrický proud přenášející tepelnou energii), protože proces přenáší teplo z horkých do studených spojů.Thermopile senzory, což jsou měřiče výkonu založené na principu, že optický nebo laserový výkon je přeměněn na teplo a výsledné zvýšení teploty je měřeno termopilem.