Thermopile

en termopil er en elektronisk enhed, der omdanner termisk energi til elektrisk energi. Det er sammensat af flere termoelementer, der normalt er forbundet i serie eller, mindre almindeligt, parallelt. En sådan anordning virker på princippet om den termoelektriske virkning, dvs.genererer en spænding, når dens forskellige metaller (termoelementer) udsættes for en temperaturforskel.

Diagram over en differentiel temperatur termopile med to sæt termoelementpar forbundet i serie. De to øverste termoelementkryds er ved temperatur T1, mens de to nederste termoelementkryds er ved temperatur T2. Udgangsspændingen fra termopilen, Larv, er direkte proportional med temperaturdifferentialet, lart eller T1 – T2, på tværs af det termiske modstandslag og antallet af termoelementforbindelsespar. Termopile spændingsudgangen er også direkte proportional med varmestrømmen, K”, gennem det termiske modstandslag.

billede af en varmestrømssensor, der bruger en termopælkonstruktion til direkte måling af varmestrøm. Den viste model er PHFS-01 varmestrømssensoren. Spændingsudgang induceres passivt fra termopilen, der er proportional med varmestrømmen gennem sensoren eller på lignende måde temperaturforskellen over tyndfilmsubstratet og antallet af termoelementforbindelsespar. Denne spændingsudgang fra sensorens termopil kalibreres oprindeligt for at relatere den til varmestrøm.

termoelementer fungerer ved at måle temperaturforskellen fra deres knudepunkt til det punkt, hvor termoelementets udgangsspænding måles. Når et lukket kredsløb består af mere end et metal, og der er en forskel i temperatur mellem kryds og overgangssteder fra et metal til et andet, produceres en strøm som om den genereres af en forskel i potentialet mellem det varme og kolde kryds.

termoelementer kan forbindes i serie som termoelementpar med et kryds placeret på hver side af et termisk modstandslag. Udgangen fra termoelementparet vil være en spænding, der er direkte proportional med temperaturforskellen over det termiske modstandslag og også til varmestrømmen gennem det termiske modstandslag. Tilføjelse af flere termoelementpar i serie øger størrelsen af spændingsudgangen. Termopiler kan konstrueres med et enkelt termoelementpar, der består af to termoelementkryds eller flere termoelementpar.

Termopiler reagerer ikke på absolut temperatur, men genererer en udgangsspænding, der er proportional med en lokal temperaturforskel eller temperaturgradient. Mængden af spænding og effekt er meget lille, og de måles i milli-volt og milli-volt ved hjælp af kontrollerede enheder, der er specielt designet til et sådant formål.

Termopiler bruges til at tilvejebringe et output som reaktion på temperatur som en del af en temperaturmåleanordning, såsom de infrarøde termometre, der i vid udstrækning bruges af medicinske fagfolk til at måle kropstemperatur, eller i termiske accelerometre til at måle temperaturprofilen inde i sensorens forseglede hulrum. De bruges også i vid udstrækning i varmestrømssensorer og pyrheliometre og sikkerhedskontroller til gasbrændere. Udgangen af en termopil er normalt i området af tiere eller hundredvis af millivolt. Ud over at øge signalniveauet kan enheden bruges til at tilvejebringe rumlig temperaturgennemsnit.

Thermopile, sammensat af flere termoelementer i serie. Hvis både højre og venstre kryds er den samme temperatur, annulleres spændingerne til nul. Hvis der imidlertid er en temperaturforskel mellem siderne, er den resulterende samlede udgangsspænding lig med summen af krydsspændingsforskelle.

Termopiler bruges også til at generere elektrisk energi fra for eksempel varme fra elektriske komponenter, solvind, radioaktive materialer, laserstråling eller forbrænding. Processen er også et eksempel på Peltier-effekten (elektrisk strøm, der overfører varmeenergi), da processen overfører varme fra det varme til det kolde kryds.

der er også de såkaldte termopilsensorer, som er effektmålere baseret på princippet om, at den optiske eller laserkraft omdannes til varme, og den resulterende temperaturstigning måles med en termopil.