Thermopile bat kaloreak elektrizitate bihurtzen duen tresna da, termoelektrikoaren efektua erabiliz.

Honek hainbat termocuplak ditu, desberdintasun tenperaturaz gaineko tensioa sortzen duten metale desberdineko hilabide bikoteak dira. Termocuplak seriean edo batez ere paraleloan konexkatzen dira thermopile bat osatzeko, eta honek tensioa sortzen du, baina batzorde baten baino handiagoa. Thermopileak aplikazio anitzetarako erabiliko dira, hala nola tenperatura neurtzeko, indar elektrikoa sortzeko eta infrarojoaren erradiazioa detektatzeko.

Nola Duten Thermopileak?

Thermopileak termoelektrikoaren efektuan oinarrituta dute, hau da, tenperatura desberdintasunak zuzenean elektrizitatearen tensiora birburutzeko. Efektu hau Thomas Seebeckek aurkitu zuen 1826an, bere circuitua bi metal desberdinetatik osatua zegoela ikusi zuen, eta jartzaile baten tenperatura altuagia izan balitz beste batetan berriz, tenperatura baxua izan balitz.

Thermopile bat esentzialki termocuplen serie bat da, horiek bi metal desberdinetatik osatutako hilabide bikoteak dira, termoelektrikoaren indar handiarekin eta polaritate desberdinetan.

Termoelektrikoaren indarra material batek unitate bakoitzeko tenperatura desberdintasuneko sortzen duen tensioaren neurria da. Hilabideak bi jartzailetan elkartzen dira, bat atsekabe eta bestea hotza. Jartzaile atsekabeak tenperatura altuago dituzten lekuetan kokatzen dira, eta jartzaile hotzak, aldiz, tenperatura baxuago dituzten lekuetan. Jartzaile atsekabe eta hotzen arteko tenperatura desberdintasuna korronte elektrikoa sortzen duen tensio bat ematen du.

Thermopilen tensioa proportzionala da gailuaren tenperatura desberdintasunei eta termocuplen bikote kopurura.

Proporzionaltasun konstantea Seebeck koefizientea deitzen da, volts/kelvin (V/K) edo milivolts/kelvin (mV/K) unitateetan adierazten da. Seebeck koefizientea termocuplen metalen mota eta konbinazioaren arabera aldatzen da.

Diagrama honetan bi set termocuplen bikoteak seriean konexkatuta dituen thermopile sinplea agertzen da.

Bi goiko termocuplen jartzaileak T1 tenperaturan daude, eta bi beheko termocuplen jartzaileak T2 tenperaturan. Thermopilen tensioa, ΔV, T1 – T2 tenperatura desberdintasunarekin eta termocuplen bikote kopuruarekin proportzionala da. Termika resistentzia geruza material bat da, tenperatura transferentziak jartzaile atsekabe eta hotzen artean murrizten duena.

Diagrama diferentzial tenperatura thermopilerako

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Termika
       Resistentzia
        Geruza
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Thermopileak bi set baino gehiagoko termocuplen bikoteekin eraikitu daitezke, tensioa handitzeko.

Thermopileak paraleloan ere konexkatu daitezke, baina konfigurazio hau gutxiago erabiltzen da, korrontearen outputa baino tensioaren outputa handitzen ez delako.

Thermopileak ez dituzte tenperatura absoluturako erantzunik, baizik eta tenperatura desberdintasun edo gradienteetarako bakarrik.

Beraz, erabil daitezke kalor-fluxua neurtzeko, hau da, kalor-transferentziaren tasa unitate azalerako. Kalor fluxua kalkulatu daiteke tensio-outputa zatituz termikoki resistentea eta gailuaren azalera.

Thermopileak infrarojoaren erradiazioa erabiltzen dute kalor-transferentzi moduan, eta erabil daitezke kontaktorik gabe tenperatura neurtzeko.

Infrarojoaren erradiazioa 700 nm eta 1 mm arteko luzera-banaketeko erradiazio elektromagnetikoa da, hau da, 300 K eta 5000 K arteko tenperatura. Infrarojoaren erradiazioa tenperatura nonnulua duen edozein objektu ematen du, eta thermopile sensorra detektatu dezake.

Thermopile Sensorren Mota

Thermopile sensor bat objektu bat edo iturri batetik tenperatura edo infrarojoaren erradiazioa neurtzeko thermopile bat edo gehiago erabiliz funtzionatzen duen tresna da.

Thermopile sensorrek kontaktorik gabeko neurtze printzipioetan oinarrituta daude, eta kontaktu-ordezkarien sensorretako aukerak baino zehaztasun handiagoa, erantzun denbora azkarra, maila luzeagoa eta mantentze txikiagoa dituzte.

Thermopile sensor mota desberdinak daude, termocuplen kopuruan, konfigurazioan, eta materialan, baita infrarojoaren absorbertzan eta iragazkian ere. Hona hemen zenbait arrazoizko thermopile sensor mota:

• Elementu bakarreko thermopile sensorra: Sensor mota honek thermopile bakarra ditu, jartzaile atsekabe eta hotz bakarrak dituena. Jartzaile atsekabea infrarojoaren absorber batera lotuta dago, arrazoizko kasuan siliko chip baten membrana mikro-mekaniko bati. Jartzaile hotza, berriz, sinker termiko batera edo tenperatura erreferentzi batera konektatuta dago. Sensorak jartzaile atsekabe eta hotzen arteko tenperatura desberdintasuna neurtzen du, hau da, membrana batean ondorioztatutako infrarojoaren erradiazioarekin proportzionala. Sensor mota honek tenperatura desberdintasun baxu eta artietarako oso egokia da, eta erantzun denbora azkarra du.

• Elementu anitzeko thermopile sensorra: Sensor mota honek seriean edo paraleloan ordenatutako thermopile asko ditu. Thermopile bakoitzak bere jartzaile atsekabe eta hotzak ditu, komunik infrarojoaren absorber batera eta sinker termiko batera konektatuta. Sensorak thermopile bakoitzak emandako tensio-outputen batuketa neurtzen du, hau da, membrana batean ondorioztatutako infrarojoaren erradiazio totalarekin proportzionala. Sensor mota honek tenperatura desberdintasun altuetarako oso egokia da, eta sensitibotasu handia du.

• Array thermopile sensorra: Sensor mota honek errenkadetan eta zutabeetan ordenatutako thermopile asko ditu substratuan. Thermopile bakoitzak bere jartzaile atsekabe eta hotzak ditu, bere infrarojoaren absorbertzat eta sinker termiko batera konektatuta. Sensorak thermopile bakoitzak emandako tensio-outputa bereiztuta neurtzen du, hau da, lokal infrarojoaren erradiazioarekin proportzionala. Sensor mota honek infrarojoaren erradiazioaren banaketaren irudi bi dimentsionala sortu dezake, eta objektu baten posizioa, forma eta mugimendua detektatu dezake.

• Doako