Termopile

Termopile to urządzenie elektroniczne, które zamienia energię cieplną na energię elektryczną. Składa się z kilku termopar połączonych Zwykle szeregowo lub, rzadziej, równolegle. Takie urządzenie działa na zasadzie efektu termoelektrycznego, tj. generuje napięcie, gdy jego odmienne metale (termopary) są narażone na różnicę temperatur.

Diagram Termopile temperatury różnicowej z dwoma zestawami par termopar połączonych szeregowo. Dwa górne złącza termopary znajdują się w temperaturze T1, podczas gdy dwa dolne złącza termopary znajdują się w temperaturze T2. Napięcie wyjściowe z Termopile, ΔV, jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur, ΔT lub T1-T2, w całej warstwie rezystancji termicznej i liczbie par przyłączy termopary. Napięcie wyjściowe Termopile jest również wprost proporcjonalne do strumienia ciepła, q”, przez warstwę oporu cieplnego.

Obraz czujnika strumienia ciepła, który wykorzystuje konstrukcję Termopile do bezpośredniego pomiaru strumienia ciepła. Przedstawiony Model to Czujnik strumienia ciepła FluxTeq PHFS-01. Napięcie wyjściowe jest indukowane pasywnie z Termopile proporcjonalnej do strumienia ciepła przez czujnik lub podobnie różnicy temperatur na cienkowarstwowym podłożu i liczby par przyłączy termopary. To napięcie wyjściowe z Termopile czujnika jest początkowo kalibrowane w celu powiązania go z strumieniem ciepła.

termopary działają poprzez pomiar różnicy temperatur od punktu ich połączenia do punktu, w którym mierzy się napięcie wyjściowe termopary. Gdy obwód zamknięty składa się z więcej niż jednego metalu i występuje różnica temperatur między złączami i punktami przejścia z jednego metalu do drugiego, prąd jest wytwarzany tak, jakby generowany przez różnicę potencjału między złączem gorącym i zimnym.

termopary można łączyć szeregowo jako pary termopar ze złączem umieszczonym po obu stronach warstwy oporowej termicznej. Wyjście z pary termopar będzie napięciem, które jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur w warstwie oporu cieplnego, a także do strumienia ciepła przez warstwę oporu cieplnego. Dodanie większej liczby par termopar szeregowo zwiększa wielkość wyjściowego napięcia. Termopary mogą być zbudowane z jednej pary termopar, złożonej z dwóch połączeń termopar lub wielu par termopar.

Termopile nie reagują na temperaturę bezwzględną, ale generują napięcie wyjściowe proporcjonalne do lokalnej różnicy temperatur lub gradientu temperatury. Ilość napięcia i mocy są bardzo małe i są mierzone w mili-watach i mili-woltach za pomocą sterowanych urządzeń, które są specjalnie zaprojektowane do tego celu.

Termopile są używane do zapewnienia wyjścia w odpowiedzi na temperaturę jako część urządzenia do pomiaru temperatury, takiego jak termometry na podczerwień szeroko stosowane przez lekarzy do pomiaru temperatury ciała lub w akcelerometrach termicznych do pomiaru profilu temperatury wewnątrz zamkniętej wnęki czujnika. Są również szeroko stosowane w czujnikach strumienia ciepła i pyrheliometrach oraz sterownikach bezpieczeństwa palników gazowych. Wydajność Termopile jest zwykle w zakresie dziesiątek lub setek miliwoltów. Oprócz zwiększania poziomu sygnału, urządzenie może być wykorzystywane do przestrzennego uśredniania temperatury.

Termopile, składające się z wielu termoelementów w szeregu. Jeśli zarówno prawe, jak i lewe złącza mają tę samą temperaturę, napięcia zmniejszają się do zera. Jeśli jednak istnieje różnica temperatur między bokami, wynikowe całkowite napięcie wyjściowe jest równe sumie różnic napięcia przyłączeniowego.

Termopile są również wykorzystywane do generowania energii elektrycznej z np. ciepła z komponentów elektrycznych, wiatru słonecznego, materiałów radioaktywnych, promieniowania laserowego lub spalania. Proces ten jest również przykładem efektu Peltiera (prąd elektryczny przenoszący energię cieplną), ponieważ proces przenosi ciepło z gorących do zimnych połączeń.

istnieją również tak zwane czujniki Termopile, które są miernikami mocy opierającymi się na zasadzie, że moc optyczna lub laserowa jest zamieniana na ciepło, a wynikający z tego wzrost temperatury jest mierzony przez Termopile.