Ang thermopile usa ka aparato nga nagkonekta sa init ngadto sa kuryente pinaagi sa paggamit sa thermoelectric effect.

Kini gisangpotan sa daghang thermocouples, nga mao ang mga pares og wires gihimo sa di parehas nga klase sa metal nga mogenera og voltage kapag adunay pagkakaiba sa temperatura. Ang mga thermocouples gisangpotan sa serye o bisan asa in parallel aron mahimo ang thermopile, nga nagproducce og mas taas nga voltage output kay sa usa ra ka thermocouple. Ang mga thermopiles gamiton sa daghang aplikasyon sama sa pag-measure sa temperatura, pag-generate sa power, ug pag-detect sa infrared radiation.

Paano Nagtrabaho ang Thermopile?

Ang thermopile nagtrabaho batas sa principle sa thermoelectric effect, nga mao ang direkta nga conversion sa pagkakaiba sa temperatura ngadto sa electric voltage ug vice versa. Kini nga effect nakatubag ni Thomas Seebeck niadtong 1826, nga nagsulti nga ang circuit gihimo sa duha ka di parehas nga klase sa metal mogenera og voltage kapag ang usa ka junction giheat ug ang uban gigul-an.

Ang thermopile kasagaran usa ka serye sa thermocouples, kada isa sa kini nga gisangpotan sa duha ka wires sa di parehas nga klase sa metal nga may dako nga thermoelectric power ug opposite polarities.

Ang thermoelectric power usa ka measure sa paano mogenera og voltage ang materyales per unit temperature difference. Ang wires gisangpotan sa duha ka junctions, usa hot ug usa cold. Ang mga hot junctions giposisyon sa rehiyon nga may mas taas nga temperatura, samantalang ang mga cold junctions giposisyon sa rehiyon nga may mas lawas nga temperatura. Ang pagkakaiba sa temperatura tali sa hot ug cold junctions mokausa og electric current nga mag-flow sa circuit, ug naggenerate og voltage output.

Ang voltage output sa thermopile proporsyonal sa temperature difference sa device ug ang numero sa mga thermocouple pairs.

Ang proportionality constant gitawag og Seebeck coefficient, nga isipado sa volts per kelvin (V/K) o millivolts per kelvin (mV/K). Ang Seebeck coefficient depende sa tipo ug kombinasyon sa metals gisangpotan sa thermocouples.

Ang diagram sa ubos nagpakita og simple nga thermopile sama sa duha ka set sa thermocouple pairs gisangpotan sa serye.

Ang duha ka top thermocouple junctions ania sa temperatura T1, samantalang ang duha ka bottom thermocouple junctions ania sa temperatura T2. Ang output voltage gikan sa thermopile, ΔV, direktang proporsyonal sa temperature difference, ΔT o T1 – T2, sa thermal resistance layer ug ang numero sa mga thermocouple pairs. Ang thermal resistance layer usa ka materyal nga molapitan sa heat transfer tali sa hot ug cold regions.

Diagram of a differential temperature thermopile

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Thermal
       Resistance
        Layer
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Ang thermopiles usab makonsidera sa daghang sets sa thermocouple pairs aron mapataas ang voltage output.

Ang thermopiles usab makonsidera sa parallel, apan kini nga configuration less common tungod kay mapataas ang current output wala na ang voltage output.

Ang thermopiles dili mosagot sa absolute temperature, apan sulod lamang sa temperature differences o gradients.

Sulod, kini makagamit sa pag-measure sa heat flux, nga mao ang rate sa heat transfer per unit area. Ang heat flux makakalkula pinaagi sa pag-divide sa voltage output sa thermal resistance ug ang area sa device.

Ang thermopiles gamiton ang infrared radiation isip means sa heat transfer ug usab gamiton sa non-contact temperature measurement.

Ang infrared radiation electromagnetic radiation sama sa wavelengths tali 700 nm ug 1 mm, nga kasagaran sa temperatures tali 300 K ug 5000 K. Ang infrared radiation gieject sa tanang object nga may nonzero nga temperatura ug makadetect sa thermopile sensor.

Types of Thermopile Sensors

Ang thermopile sensor usa ka aparato nga gamiton ang usa o daghang thermopiles aron sukol sa temperatura o infrared radiation gikan sa object o source.

Ang thermopile sensors basehan sa non-contact measurement principles ug adunay daghang advantages labi sa contact-based sensors, sama sa mas taas nga accuracy, mas rapido nga response time, mas lapad nga range, ug mas lawas nga maintenance.

Adunay daghang types sa thermopile sensors, depende sa numero, configuration, ug material sa thermocouples, sama sa design sa infrared absorber ug filter. Ang ilaha sa common types sa thermopile sensors mao ang:

• Single-element thermopile sensor: Kini nga type sa sensor adunay usa ra ka thermopile sama sa usa ka hot junction ug usa ka cold junction. Ang hot junction gisangpotan sa thin infrared absorber, kasagaran usa ka micro-machined membrane sa silicon chip. Ang cold junction gisangpotan sa heat sink o reference temperature. Ang sensor musukol sa temperature difference tali sa hot ug cold junctions, nga proporsyonal sa infrared radiation absorbed sa membrane. Kini nga type sa sensor suitable sa pag-measure sa low to medium infrared radiation levels ug adunay fast response time.

• Multi-element thermopile sensor: Kini nga type sa sensor adunay multiple thermopiles arranged in parallel or in series. Kada thermopile adunay iyang kaugalingon nga hot ug cold junctions, nga gisangpotan sa common infrared absorber ug common heat sink. Ang sensor musukol sa sum sa voltage outputs gikan sa bawg thermopile, nga proporsyonal sa total infrared radiation absorbed sa membrane. Kini nga type sa sensor suitable sa pag-measure sa high infrared radiation levels ug adunay high sensitivity.

• Array thermopile sensor: Kini nga type sa sensor adunay array sa thermopiles arranged in rows and columns on a substrate. Kada thermopile adunay iyang kaugalingon nga hot ug cold junctions, nga gisangpotan sa individual infrared absorbers ug heat sinks. Ang sensor musukol sa voltage output gikan sa bawg thermopile separately, nga proporsyonal sa local infrared radiation absorbed sa bawg absorber. Kini nga type sa sensor makahimo og two-dimensional image sa infrared radiation distribution ug makadetect sa position, shape, ug movement sa object.

• Pyroelectric thermopile sensor: Kini nga type sa sensor combined a pyroelectric material with a thermopile. A pyroelectric material usa ka material nga mogenera og electric charge kapag heated or cooled. Ang pyroelectric material gisangpotan sa hot junctions sa thermopiles, samantalang ang cold junctions gisangpotan sa heat sink. Ang sensor musukol sa voltage output gikan sa thermopiles plus ang charge output gikan sa pyroelectric material, nga proporsyonal sa rate of change sa infrared radiation absorbed sa material. Kini nga type sa sensor makadetect sa rapid changes sa infrared radiation ug makasukol sa both static ug dynamic temperatures.