Termopilo estas aparato, kiu konvertas varmon en elektron per la termoelektra efekto.

Ĝi konsistas el pluraj termokuploj, kiuj estas paroj de dratoj faritaj el malsamaj metaloj, kiuj generas voltaĝon kiam ili estas espostata al temperaturdiferenco. Termokuploj estas konektitaj en serio aŭ foje paralele por formi termopilon, kiu produktas pli altan voltaĝon ol unuopa termokuplo. Termopiloj estas uzataj por diversaj aplikoj, kiel mezurado de temperatura, generado de energio, kaj detektado de infrarudaj radiadoj.

Kiel Funkciadas Termopilo?

Termopilo funkcias sur la principo de la termoelektra efekto, kiu estas la rekta konverto de temperaturdiferencoj al elektra voltaĝo kaj inverse. Tiu efekto estis malkovrita de Thomas Seebeck en 1826, kiu rimarkis, ke cirkvito farita el du malsamaj metaloj produktis voltaĝon, kiam unu junkego estis ŝaltita kaj la alia malŝaltita.

Termopilo estas esence serio de termokuploj, ĉiu el kiuj konsistas el du dratoj de malsamaj metaloj kun granda termoelektra potenco kaj kontraŭaj polarizoj.

Termoelektra potenco estas mezuro de kiel multa voltaĝo materialo generas per unuota temperaturdiferenco. La dratoj estas kunigitaj je du junkegoj, unu varma kaj unu malvarma. La varmaj junkegoj estas metitaj en regiono kun pli alta temperatura, dum la malvarmaj junkegoj estas metitaj en regiono kun pli malalta temperatura. La temperaturdiferenco inter la varmaj kaj malvarmaj junkegoj kaŭzas elektran koranton fluigi tra la cirkvito, generante eldonan voltaĝon.

La eldonata voltaĝo de termopilo estas proporcia al la temperaturdiferenco trans la aparato kaj la nombro de termokuplaj paroj.

La proporcianta konstanto estas nomita la koeficiento de Seebeck, kiu esprimiĝas en voltajn pro kelvino (V/K) aŭ milivoltajn pro kelvino (mV/K). La koeficiento de Seebeck dependas de la tipo kaj kombinaĵo de metaloj uzitaj en la termokuploj.

La diagramo sube montras simplan termopilon kun du aroj de termokuplaj paroj konektitaj en serio.

La du supraj termokuplaj junkegoj estas je temperatura T1, dum la du subaj termokuplaj junkegoj estas je temperatura T2. La eldonata voltaĝo de la termopilo, ΔV, estas direktproporcia al la temperaturdiferenco, ΔT aŭ T1 – T2, trans la termika rezisteco strato kaj la nombro de termokuplaj paroj. La termika rezisteca strato estas materialo, kiu reduktas la varmtreĉadon inter la varmaj kaj malvarmaj regionoj.

Diagramo de diferenciala temperatur-termopilo

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Termika
       Rezisteco
        Strato
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Termopiloj povas ankaŭ esti konstruitaj kun pli ol du aroj de termokuplaj paroj por pligrandigi la eldonatan voltaĝon.

Termopiloj povas esti konektitaj paralele ankaŭ, sed tia konfiguro estas malpli komuna, ĉar ĝi pligrandigas la eldonatan koranton anstataŭ la eldonatan voltaĝon.

Termopiloj ne respondas al absoluta temperatura, sed nur al temperaturdiferencoj aŭ gradientoj.

Do, ili povas esti uzitaj por mezuri varmluxon, kiu estas la rapido de varmtreĉado per unuota areo. Varmluxo povas esti kalkulita per dividado de la eldonata voltaĝo per la termika rezisteco kaj la areo de la aparato.

Termopiloj uzas infrarudan radiadon kiel mezilon de varmtreĉado kaj estas ankaŭ uzataj por kontaktlibera temperaturmezurado.

Infraruda radiado estas elektromagnetika radiado kun longecoj inter 700 nm kaj 1 mm, kiu respondecas al temperaturoj inter 300 K kaj 5000 K. Infraruda radiado estas emita de iu objekto kun nenula temperatura kaj povas esti detektita per termopila sensilo.

Tipoj de Termopilaj Sensiloj

Termopila sensilo estas aparato, kiu uzas unu aŭ plurajn termopilojn por mezuri temperaturon aŭ infrarudan radiadon de objekto aŭ fonto.

Termopilaj sensiloj estas bazitaj sur kontaktliberaj mezurprincipoj kaj havas diversajn avantaĝojn super kontaktbazitaj sensiloj, kiel pli alta akurateco, pli rapida reagotempo, pli larĝa gamo, kaj pli malalta manĝado.

Estas malsamaj tipoj de termopilaj sensiloj, depende de la nombro, konfiguro, kaj materialo de la termokuploj, kiel ankaŭ la dizajno de la infraruda absorbo kaj filtro. Iuj komunaj tipoj de termopilaj sensiloj estas:

• Unuelementa termopila sensilo: Tiu tipo de sensilo havas nur unu termopilon kun unu varmajunkego kaj unu malvarmajunkego. La varmajunkego estas fiksita al mallara infraruda absorbilo, kutime mikromakinita membrano sur silikona ŝipo. La malvarmajunkego estas konektita al varmfalilo aŭ referenca temperatura. La sensilo mezuras la temperaturdiferencon inter la varmaj kaj malvarmaj junkegoj, kiu estas proporcia al la infraruda radiado absorbita de la membrano. Tiu tipo de sensilo taŭgas por mezuri malaltajn al mezan infrarudajn radiadon kaj havas rapidan reagotempon.

• Multielementa termopila sensilo: Tiu tipo de sensilo havas plurajn termopilojn aranĝitajn en paralelo aŭ en serio. Ĉiu termopilo havas sian propran varmajunkegon kaj malvarmajunkegon, kiuj estas konektitaj al komuna infraruda absorbilo kaj komuna varmfalilo. La sensilo mezuras la sumon de la eldonataj voltaĝoj de ĉiu termopilo, kiu estas proporcia al la totala infraruda radiado absorbita de la membrano. Tiu tipo de sensilo taŭgas por mezuri altajn infrarudajn radiadon kaj havas altan sensitivon.

• Matrica termopila sensilo: Tiu tipo de sensilo havas matron de termopiloj aranĝitajn en vicoj kaj kolonoj sur substrato. Ĉiu termopilo havas sian propran varmajunkegon kaj malvarmajunkegon, kiuj estas konektitaj al individuaj infrarudaj absorbiloj kaj varmfaliloj. La sensilo