Термопіл - бұл термоэлектрдік эффектін пайдаланып жылу энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғы.

Бұл құрылғы термопаралардан тұрады, термопара - бұл әртүрлі металлдардан жасалған жолақтар жұбы, олар температура өзгерісіне байланысты вольтаж қалыптасады. Термопаралар сериялық немесе кейде параллельдік түрде байланысады, олар термопілді құрайды, оның шығыс вольтажы бір термопарадан асатын. Термопілдер температураны өлшеу, энергия өндіру, инфракызыл радиациян анықтау сияқты арнайы қызметтерде қолданылады.

Термопіл қалай іске асырылады?

Термопіл термоэлектрдік эффектінің принципіне негізделген, бұл температура өзгерістерін тікелей электр вольтажына, ал екеуі де керісінше айналдыратын процесс. Бұл эффект 1826 жылы Томас Себек тақырыптаған, ол екі әртүрлі металлдан жасалған контурда бір қосылғышы ыстық, ал екіншісі суық болғанда вольтаж қалыптасады деп байқады.

Термопіл - бұл сериялық термопаралар, әрбір термопара әртүрлі металлдардан жасалған жолақтар жұбы, олардың термоэлектрлік күші және қарама-қаршы полярлығы үлкен.

Термоэлектрлік күш - бұл материалдың бір градус температура өзгерісіне қандай вольтаж қалыптасатынін өлшейтін параметр. Жолақтар бірнеше қосылғыштармен байланысады, біреуі ыстық, екіншісі суық. Ыстық қосылғыштары ыстық температуралы аймақта, ал суық қосылғыштары суық температуралы аймақта орналасады. Қосылғыштардың температура өзгерісі контур арқылы электр ағыс қозғайды, вольтаж шығыс қалыптасады.

Термопілдің вольтаж шығысы құрылғы арқылы температура өзгерісі мен термопара жұптарының санына пропорционал.

Пропорционалдық коэффициент Себек коэффициенті деп аталады, ол вольт/кельвин (V/K) немесе милливольт/кельвин (mV/K) өлшем бірлігінде өрнектеледі. Себек коэффициенті термопараларда қолданылатын металлдардың түріне және комбинациясына байланысты.

Келесі диаграммада сериялық байланысқа қосылған екі термопара жұбы бар жөнінің термопілі көрсетілген.

Екі жоғарғы термопара қосылғышы T1 температурасында, ал төменгі екі термопара қосылғышы T2 температурасында. Термопілден шығатын вольтаж ΔV, температура өзгерісі ΔT немесе T1 – T2, термалдық қасиеттік слой және термопара жұптарының санына пропорционал. Термалдық қасиеттік слой - бұл ыстық және суық аймақтар арасындағы жылу өтуін азайту үшін қолданылатын материал.

Дифференциалды температура термопілі диаграммасы

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Термалдық
       Қасиеттік слой
        Слой
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Термопілдер бірге қосылған термопара жұптары санын арттыру арқылы вольтаж шығысын арттыру үшін қолданылады.

Термопілдер параллельдік де байланыса алады, бірақ бұл конфигурация әдетте қолданылмайды, себебі ол вольтаж шығысын қолданылған құрылғының санына байланысты арттырылғанымен, ағыс шығысын арттырады.

Термопілдер абсолютты температураға жауап бермейді, тек температура өзгерістеріне немесе градиенттеріне жауап береді.

Сондықтан, олар жылу ағысқышын өлшеуге қолданылады, бұл - біріктірілген аймаққа қарағанда жылу өткізімінің қадамы. Жылу ағысқышы термопілден шығатын вольтажты термалдық қасиеттік слой мен құрылғының ауданына бөлгеннен анықталады.

Термопілдер инфракызыл радиацияны жылу өткізімі ретінде қолданады және контактталған емес температура өлшемдері үшін де қолданылады.

Инфракызыл радиация - бұл 700 нм мен 1 мм аралығындағы электромагниттік радиация, бұл 300 К мен 5000 К температураға сәйкес. Инфракызыл радиация нөлден басқа температураға ие болған әрбір объекттен шығады және термопіл сенсоры арқылы анықталады.

Термопіл сенсорларының түрлері

Термопіл сенсоры - бұл бір немесе бірнеше термопілдерді пайдаланып объект немесе бастапқы булактан температура немесе инфракызыл радиациян өлшеу үшін қолданылатын құрылғы.

Термопіл сенсорлары контактталған өлшемдерге қарында қолданылатын принциптерге негізделген, олар өзара қарым-қатынасқа қатысты артықшылықтары бар, мисалы, жоғары дәлдік, тез жауап уақыты, ширек диапазон, және төмен техникалық қызмет.

Термопіл сенсорлары термопаралардың саны, конфигурациясы, материалы, инфракызыл абсорбердің және фильтрдің дизайнына байланысты артықшылықтары бар. Термопіл сенсорларының кейбір түрлері:

• Бір элементті термопіл сенсоры: Бұл түрдегі сенсор ғана бір термопілге ие, оның бір ыстық қосылғышы және бір суық қосылғышы бар. Ыстық қосылғышы жұқа инфракызыл абсорберге байланысты, адатта силикон чипіндегі микромеханикалық мембрана. Су