Termopil termoelektrik effektin istifadəsi ilə istiğni elektrikə çeviren cihazdır.

Bu, müxtəlif termokuplərdən ibarətdir, ki, bu fərdi sümük silindrlər müxtəlif metaldan hazırlanmış və temperatur fərqindən qarşılıqlı bir qüvvə yaratır. Termokupllər ardıcıl və ya bəzən paralel olaraq birləşdirilərək termopil formasında daha yüksək qüvvə çıxışı verən bir struktura yaradılır. Termopillər temperatur ölçmək, enerji yaratmaq, infrakras mürəkkəbini aşkar etmək kimi müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur.

Termopil necə işləyir?

Termopil, temperatur fərqinin elektrik qüvvəsinə və eyni dərəcədə elektrik qüvvəsinin temperatur fərqinə çevrilmə prinsipinə əsaslanır. Bu effekt 1826-cı ildə Tomas Sebek tərəfindən aşkar edilmişdir, o, iki fərdi metaldan düzəldilmiş bir zəncirin bir qovşağı istilənərkən digəri soğutulduqda qüvvə yaratdığını müşahidə etmişdir.

Termopil, asanlıqla bir sıra termokuplərdən ibarətdir, hər biri müxtəlif metallardan hazırlanmış və böyük termoelektrik güc və əks polarda olan iki sümük silindrdən ibarətdir.

Termoelektrik gücü, bir materialın birim temperatur fərqində neçə qüvvə yaratdığına göstərir. Sümük silindrlər iki qovşaqda birləşdirilir, biri isti, biri soğuk. İsti qovşaq hörməklər daha yüksək temperatur bölgəsində yerləşdirilir, soğuk qovşaq hörməklər isə daha aşağı temperatur bölgəsində yerləşdirilir. İsti və soğuk qovşaq hörməklər arasında olan temperatur fərqi, zəncir vasitəsilə elektrik akımınin axınına səbəb olur və qüvvə çıxışı yaradır.

Termopilin qüvvə çıxışı, cihazın üstündəki temperatur fərqinə və termokupl şəkal sayına mütənasibdir.

Mütənasiblik sabiti Sebek koeffisiyenti adlanır, bu, volt/kelvin (V/K) və ya millivolt/kelvin (mV/K) kimi ifadə olunur. Sebek koeffisiyenti, termokuplarda istifadə olunan metallerin növü və kombinasiyasına bağlıdır.

Aşağıdaki şəkil, ardıcıl birləşdirilmiş iki set termokupl şəkalını göstərir.

İki üst termokupl qovşaq T1 temperaturasındadır, iki alt termokupl qovşaq isə T2 temperaturasındadır. Termopildən gələn çıxış qüvvəsi ΔV, termal mühərrikin katmanı və termokupl şəkal sayına görə temperatur fərqinə, ΔT və ya T1 – T2, mütənasibdir. Termal mühərrik katmanı, isti və soğuk bölgələr arasında istiğin köçüşünü azaltan materialdır.

Diferensial temperatur termopilin şəkli

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Termal
       Mühərrik
         Katman
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Termopillər, qüvvə çıxışını artırmaq üçün iki-dən çox termokupl şəkalı ilə də inşa edilə bilər.

Termopillər paralel olaraq da birləşdirilə bilər, amma bu konfiqurasiya daha az yayıldığında, bu, qüvvə çıxışını artırmayır, yalnız akım çıxışını artırır.

Termopillər, mütləq temperatura cavab verməz, yalnız temperatur fərqinə və ya gradientinə cavab verir.

Bundan əlavə, onlar istiğin sürəti, bir vahid sahədə istiğin köçüş sürətinin ölçüləməsi üçün istifadə edilə bilər. İstiğin sürəti, qüvvə çıxışı, termal mühərrik və cihazın sahəsi ilə bölünməklə hesablanır.

Termopillər, istiğin köçüşü üsulu kimi infrakras radiasiyanı istifadə edir və toxunmadan temperatur ölçmək üçün də istifadə olunur.

Infrakras radiasyon, 700 nm və 1 mm arasındakı dalga uzunluğuna malik elektromaqnit radiasiyadır, bu, 300 K və 5000 K arasındakı temperaturalara uyğun gəlir. Infrakras radiasyon, sıfırdan fərqli temperaturda olan hər hansı bir nesnə tərəfindən yayılır və termopil sensoru tərəfindən aşkar edilə bilər.

Termopil sensorların növləri

Termopil sensoru, bir və ya daha çox termopilin istifadəsi ilə nesnə və ya mənbədən temperatur və ya infrakras radiasyonu ölçmək üçün cihazdır.

Termopil sensorları, toxunmadan ölçmə prinsiplərinə əsaslanır və toxunan sensordan daha çox üstünlüklərə malikdir, məsələn, daha yüksək dəqiqlik, daha tez cavab vaxtı, daha geniş diapazon və daha az xidmət.

Termokupl sayı, konfiqurasiyası və materialı, infrakras absorberin dizaynı və filtrlərinə görə müxtəlif növləri var. Bəzi ümumi termopil sensorlarının növləri aşağıdakı kimidir:

• Bir elementli termopil sensoru: Bu növ sensor, bir isti və bir soğuk qovşaqdan ibarət bir termopilə malikdir. İsti qovşaq, adətən silikon çip üzərində mikro-mexanik membrana birləşdirilir. Soğuk qovşaq, istilik mühərrikinə və ya referans temperaturasına birləşdirilir. Sensor, membrana tərəfindən emilən infrakras radiasiyaya mütənasib isti və soğuk qovşaq arası temperatur fərqini ölçür. Bu növ sensor, aşağı və orta infrakras radiasiya səviyyələrini ölçmək üçün uyğundur və tez cavab vaxtı ilə malikdir.

• Çox elementli termopil sensoru