थर्मोपाइल: एक उपकरण जो ऊष्मा को विद्युत में परिवर्तित करता है
थर्मोपाइल एक उपकरण है जो थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके गर्मी को बिजली में परिवर्तित करता है।
यह कई थर्मोकपल से बना होता है, जो अलग-अलग धातुओं से बने तारों के युग्म होते हैं जो तापमान अंतर के संसर्ग में आने पर वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। थर्मोकपल को श्रृंखला में या कभी-कभी समान्तर में जोड़ा जाता है ताकि एक थर्मोपाइल बनाया जा सके, जो एक एकल थर्मोकपल की तुलना में उच्च वोल्टेज उत्पादन करता है। थर्मोपाइल को तापमान मापन, ऊर्जा उत्पादन और इन्फ्रारेड विकिरण निर्णय के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।
थर्मोपाइल कैसे काम करता है?
थर्मोपाइल थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करता है, जो तापमान अंतर को बिजली वोल्टेज में और इसके विपरीत सीधे परिवर्तित करता है। यह प्रभाव 1826 में थोमस सीबेक द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने देखा कि दो अलग-अलग धातुओं से बने एक परिपथ जब एक जंक्शन को गर्म किया गया और दूसरे को ठंडा किया गया, तो वोल्टेज उत्पन्न हुआ।
थर्मोपाइल बस एक श्रृंखला में थर्मोकपल है, जिनमें से प्रत्येक दो अलग-अलग धातुओं के तार होते हैं, जिनमें बड़ा थर्मोइलेक्ट्रिक शक्ति और विपरीत ध्रुव होते हैं।
थर्मोइलेक्ट्रिक शक्ति एक उपाय है जिससे किसी सामग्री द्वारा इकाई तापमान अंतर प्रति वोल्टेज उत्पन्न होता है। तारों को दो जंक्शनों पर जोड़ा जाता है, एक गर्म और एक ठंडा। गर्म जंक्शनों को उच्च तापमान क्षेत्र में रखा जाता है, जबकि ठंडे जंक्शनों को कम तापमान क्षेत्र में रखा जाता है। गर्म और ठंडे जंक्शनों के बीच का तापमान अंतर परिपथ में विद्युत धारा को प्रवाहित करता है, जिससे वोल्टेज उत्पादन होता है।
थर्मोपाइल का वोल्टेज उत्पादन उपकरण के पार तापमान अंतर और थर्मोकपल युग्मों की संख्या के अनुपाती होता है।
अनुपाती स्थिरांक को सीबेक गुणांक कहा जाता है, जिसे वोल्ट प्रति केल्विन (V/K) या मिलीवोल्ट प्रति केल्विन (mV/K) में व्यक्त किया जाता है। सीबेक गुणांक थर्मोकपल में उपयोग की जाने वाली धातुओं के प्रकार और संयोजन पर निर्भर करता है।
नीचे दिया गया आरेख दो थर्मोकपल युग्मों से बने एक सरल थर्मोपाइल को श्रृंखला में जोड़ने को दर्शाता है।
दो ऊपरी थर्मोकपल जंक्शन T1 तापमान पर होते हैं, जबकि दो निचले थर्मोकपल जंक्शन T2 तापमान पर होते हैं। थर्मोपाइल से उत्पन्न वोल्टेज, ΔV, तापमान अंतर, ΔT या T1 – T2, और थर्मोकपल युग्मों की संख्या के सीधे अनुपाती होता है। थर्मल रोध परत एक सामग्री है जो गर्म और ठंडे क्षेत्रों के बीच गर्मी स्थानांतरण को कम करती है।
डिफरेंशियल तापमान थर्मोपाइल का आरेख
T1
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थर्मल
रोध
परत
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T2
थर्मोपाइल को दो से अधिक थर्मोकपल युग्मों से बनाया जा सकता है ताकि वोल्टेज उत्पादन बढ़ाया जा सके।
थर्मोपाइल को समान्तर में भी जोड़ा जा सकता है, लेकिन यह व्यवस्था कम सामान्य है क्योंकि यह वोल्टेज उत्पादन के बजाय धारा उत्पादन बढ़ाती है।
थर्मोपाइल निरपेक्ष तापमान पर प्रतिक्रिया नहीं देते, बल्कि केवल तापमान अंतर या ढलान पर।
इसलिए, उन्हें हीट फ्लक्स को मापने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जो इकाई क्षेत्र प्रति गर्मी स्थानांतरण की दर है। हीट फ्लक्स को वोल्टेज उत्पादन को थर्मल रोध और उपकरण के क्षेत्र से विभाजित करके गणना की जा सकती है।
थर्मोपाइल गर्मी स्थानांतरण के लिए इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग करते हैं और गैर-संपर्क तापमान मापन के लिए भी उपयोग किए जाते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण 700 nm और 1 mm के बीच की तरंगदैर्ध्य वाला विद्युत-चुंबकीय विकिरण है, जो 300 K और 5000 K के तापमान के संगत होता है। इन्फ्रारेड विकिरण किसी भी अशून्य तापमान वाली वस्तु से उत्पन्न होता है और इसे एक थर्मोपाइल
