Термопилата е уред кој конвертира топлина во електричество со користење на термоелектричниот ефект.

Состои од неколку термопари, што се парови жички направени од различни метали кои генерираат напон кога се изложени на разлика во температурата. Термопарите се поврзани во серија или понекогаш паралелно за да формираат термопила, која произведува поголем напон од една термопара. Термопилите се користат за различни применби, како мерење на температурата, генерирање на енергија и детекција на инфрацрвено зрачење.

Како функционира термопилата?

Термопилата работи според принципот на термоелектричниот ефект, што е директната конверзија на разликите во температурата во електричен напон и обратно. Овој ефект беше откриен од Томас Себек во 1826 година, кој ја забележа дека цевката направена од два различни метала произведе напон кога една јамка беше загреана, а другата охладена.

Термопилата е основно серија од термопари, секоја од кои состои од две жички од различни метали со голем термоелектрична моќ и противоположни поларитети.

Термоелектричната моќ е мерка за колку напон материјалот генерира по единица разлика во температурата. Жичките се поврзуваат на две јамки, една гореща и една студена. Горещите јамки се поставуваат во регион со повисоки температури, додека студените јамки се поставуваат во регион со пониски температури. Разликата во температурата помеѓу горещите и студените јамки причинува електрична струја да текне низ цевката, што генерира напонски излез.

Напонскиот излез на термопилата е пропорционален на разликата во температурата преку уредот и бројот на парови термопари.

Константата на пропорционалност се нарекува Себеков коефициент, кој се изразува во волти по келвин (V/K) или милivolts по келвин (mV/K). Себековиот коефициент зависи од видот и комбинацијата на метали користени во термопарите.

Дијаграмот подолу прикажува едноставна термопила со два сета парови термопари поврзани во серија.

Двете горни јамки на термопарата се на температура T1, додека двете долни јамки на термопарата се на температура T2. Излезниот напон од термопилата, ΔV, е директно пропорционален на разликата во температурата, ΔT или T1 – T2, преку термалната резистивна слој и бројот на парови термопари. Термалниот резистивен слој е материја која намалува преносот на топлина помеѓу горечките и студените области.

Дијаграм на диференцијална температура термопила

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Термална
       Резистивна
        Слој
    ------------------
    |               /
    |              /
    |             /
    |            /
    |           /
    |          /
    |         /
    |        /
    |       /
    |      /  ΔV
    |     /
    |    /
    |   /
    |  /
    | /
    |/ 
   T2

Термопилите исто така можат да се конструираат со повеќе од два сета парови термопари за да се зголеми напонскиот излез.

Термопилите исто така можат да се поврзат паралелно, но оваа конфигурација е помалку честа затоа што зголемува излезот на струја наместо напонскиот излез.

Термопилите не реагираат на апсолутната температура, туку само на разликите или градиентите на температурата.

Затоа, можат да се користат за мерење на топлински поток, што е брзината на трансфер на топлина по единица површина. Топлинскиот поток може да се пресмета со делење на напонскиот излез со термалната резистивност и површината на уредот.

Термопилите користат инфрацрвено зрачење како средство за трансфер на топлина и се користат и за мерење на температурата без контакт.

Инфрацрвеното зрачење е електромагнетно зрачење со таласни дужини помеѓу 700 nm и 1 mm, што соодветствува на температури помеѓу 300 K и 5000 K. Инфрацрвеното зрачење се испушта од било кој објект со ненулта температура и може да се детектира со термопилски сензор.

Видови на термопилски сензори

Термопилскиот сензор е уред кој користи еден или повеќе термопили за мерење на температурата или инфрацрвеното зрачење од објект или извор.

Термопилските сензори се базирани на принципи на мерење без контакт и имаат различни предности над сензорите со контакт, како повисока точност, побрза времеска реакција, поширока опсег и помала одржба.

Постојат различни видови на термопилски сензори, во зависност од бројот, конфигурацијата и материјалот на термопарите, како и дизајнот на инфрацрвениот абсорбер и филтерот. Некои од заедничките видови на термопилски сензори се:

• Елементен термопилски сензор: Овој тип сензор има само една термопила со една гореща јамка и една студена јамка. Горещата јамка е поврзана со танкиот инфрацрвени абсорбер, обично микро-обработен мембрани на силуминска чип. Студената јамка е поврзана со хладилник или референтна температура. Сензорот мери разликата во температурата помеѓу горещата и студената јамка, што е пропорционално на инфрацрвеното зрачење којо го абсорбира мембраната. Овој тип сензор е прифатлив за мерење на