サーモパイルは、熱電効果を利用して熱を電気に変換する装置です。

それは、異なる金属で作られたワイヤーのペアであるサーミスタから構成されており、温度差にさらされると電圧を生成します。サーミスタは直列または並列に接続してサーモパイルを形成し、単一のサーミスタよりも高い電圧出力を生成します。サーモパイルは、温度測定、発電、赤外線検出などのさまざまな用途に使用されます。

サーモパイルの動作原理

サーモパイルは、温度差を直接電圧に変換する熱電効果の原理に基づいて動作します。この効果は1826年にトーマス・ゼーベックによって発見され、2つの異なる金属で作られた回路が1つの接合部を加熱し、もう1つの接合部を冷却すると電圧が生じることが観察されました。

サーモパイルは本質的に複数のサーミスタの直列であり、それぞれのサーミスタは異なる金属でできており、大きな熱電力と反対の極性を持っています。

熱電力は、材料が単位温度差あたりに生成する電圧の量を示します。ワイヤーは2つの接合部で接続され、一方は高温、もう一方は低温となります。高温接合部は高温領域に配置され、低温接合部は低温領域に配置されます。高温接合部と低温接合部の間の温度差により、回路を通る電流が流れ、電圧出力を生成します。

サーモパイルの電圧出力は、デバイス全体の温度差とサーミスタペアの数に比例します。

比例定数はゼーベック係数と呼ばれ、ケルビン毎ボルト（V/K）またはミリボルト毎ケルビン（mV/K）で表されます。ゼーベック係数は、サーミスタに使用される金属の種類と組み合わせによって異なります。

下の図は、直列に接続された2セットのサーミスタペアからなるシンプルなサーモパイルを示しています。

上部の2つのサーミスタ接合部は温度T1で、下部の2つのサーミスタ接合部は温度T2です。サーモパイルからの出力電圧ΔVは、熱抵抗層全体の温度差ΔTまたはT1 – T2とサーミスタペアの数に直接比例します。熱抵抗層は、高温領域と低温領域間の熱伝導を減らす材料です。

微分温度サーモパイルの図

    T1
    |\
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    |     \  ΔV
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        熱抵抗
       層
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