Thermopile

en termopil er en elektronisk enhet som konverterer termisk energi til elektrisk energi. Den består av flere termoelementer koblet vanligvis i serie eller, mindre vanlig, parallelt. En slik anordning virker på prinsippet om den termoelektriske effekten, dvs. genererer en spenning når dens forskjellige metaller (termoelementer) blir utsatt for en temperaturforskjell.

Diagram over en differensial temperatur termopil med to sett med termoelementpar koblet i serie. De to øverste termoelementkryssene er ved temperatur T1 mens de to nederste termoelementkryssene er ved temperatur T2. Utgangsspenningen fra termopilen, HRYVUNV, er direkte proporsjonal med temperaturdifferansen, Δ eller T1-T2, over termisk motstandslag og antall termoelementkryssepar. Termopilspenningsutgangen er også direkte proporsjonal med varmestrømmen, q», gjennom det termiske motstandslaget.

Bilde av en varmeflussensor som benytter en termopilkonstruksjon for å måle varmefluss direkte. Modell vist Er FluxTeq PHFS-01 varmeflussensor. Spenningsutgangen induseres passivt fra termopilen proporsjonal med varmestrømmen gjennom sensoren eller på samme måte temperaturforskjellen over tynnfilmsubstratet og antall termoelementkryssepar. Denne spenningsutgangen fra sensorens termopil er i utgangspunktet kalibrert for å relatere den til varmefluss.

Termoelementer opererer ved å måle temperaturforskjellen fra krysspunktet til det punktet hvor termoelementets utgangsspenning måles. Når en lukket krets består av mer enn ett metall, og det er en forskjell i temperatur mellom veikryss og overgangspunkter fra ett metall til et annet, produseres en strøm som om den genereres av en potensialforskjell mellom det varme og kalde krysset.

Termoelementer kan kobles i serie som termoelementpar med et kryss plassert på hver side av et termisk motstandslag. Utgangen fra termoelementparet vil være en spenning som er direkte proporsjonal med temperaturforskjellen over det termiske motstandslaget og også til varmestrømmen gjennom det termiske motstandslaget. Ved å legge til flere termoelementpar i serie øker størrelsen på spenningsutgangen. Termopiler kan konstrueres med et enkelt termoelementpar, sammensatt av to termoelementkryss, eller flere termoelementpar.

Termopiler reagerer ikke på absolutt temperatur, men genererer en utgangsspenning proporsjonal med en lokal temperaturforskjell eller temperaturgradient. Mengden spenning og strøm er svært liten, og de måles i milli-watt og milli-volt ved hjelp av kontrollerte enheter som er spesielt utviklet for slike formål.

Termopiler brukes til å gi en utgang som svar på temperatur som en del av en temperaturmåler, for eksempel infrarøde termometre som er mye brukt av medisinske fagfolk til å måle kroppstemperaturen, eller i termiske akselerometre for å måle temperaturprofilen inne i sensorens forseglede hulrom. De brukes også mye i varmeflux sensorer og pyrheliometre og gassbrenner sikkerhetskontroller. Utgangen av en termopil er vanligvis i området tiere eller hundrevis av millivolt. I tillegg til å øke signalnivået, kan enheten brukes til å gi romlig temperatur gjennomsnitt.

Thermopile, sammensatt av flere termoelementer i serie. Hvis både høyre og venstre veikryss har samme temperatur, avbrytes spenningene til null. Men hvis det er en temperaturforskjell mellom sider, er den resulterende totale utgangsspenningen lik summen av koblingsspenningsforskjeller.

Termopiler brukes også til å generere elektrisk energi fra for eksempel varme fra elektriske komponenter, solvind, radioaktive materialer, laserstråling eller forbrenning. Prosessen er også et eksempel På Peltier-effekten (elektrisk strøm som overfører varmeenergi) da prosessen overfører varme fra det varme til de kalde veikryssene.

det er også de såkalte termopile sensorene, som er kraftmålere basert på prinsippet om at optisk eller laserkraft omdannes til varme og den resulterende temperaturøkningen måles av en termopil.