Термобатарея — это электронное устройство, преобразующее тепловую энергию в электрическую . [1] Оно состоит из нескольких термопар, соединенных обычно последовательно или, реже, параллельно . Такое устройство работает по принципу термоэлектрического эффекта , т. е. генерирует напряжение, когда его разнородные металлы (термопары) подвергаются воздействию разности температур. [1]
Термопары работают, измеряя разницу температур от точки их соединения до точки, в которой измеряется выходное напряжение термопары. Когда замкнутая цепь состоит из более чем одного металла и существует разница температур между соединениями и точками перехода от одного металла к другому, ток вырабатывается так, как если бы он генерировался разницей потенциалов между горячим и холодным соединением. [2]
Термопары могут быть соединены последовательно как термопарные пары с соединением, расположенным по обе стороны слоя термического сопротивления. Выходной сигнал термопарной пары будет представлять собой напряжение, прямо пропорциональное разнице температур на слое термического сопротивления, а также тепловому потоку через слой термического сопротивления. Добавление большего количества термопарных пар в последовательности увеличивает величину выходного напряжения.
Термобатареи могут быть сконструированы с одной парой термопар, состоящей из двух спаев термопар, или с несколькими парами термопар.
Термобатареи не реагируют на абсолютную температуру , но генерируют выходное напряжение, пропорциональное локальной разнице температур или градиенту температур. Величина напряжения и мощности очень мала, и они измеряются в милливаттах и милливольтах с помощью контролируемых устройств, специально разработанных для этой цели. [3]
Термобатареи используются для обеспечения выходного сигнала в ответ на температуру как часть устройства измерения температуры, такого как инфракрасные термометры, широко используемые медицинскими работниками для измерения температуры тела, или в тепловых акселерометрах для измерения температурного профиля внутри герметичной полости датчика. [4] Они также широко используются в датчиках теплового потока и пиргелиометрах [5] [6] и устройствах безопасности газовых горелок. Выходной сигнал термобатареи обычно находится в диапазоне десятков или сотен милливольт. [7] Помимо увеличения уровня сигнала, устройство может использоваться для обеспечения пространственного усреднения температуры. [8]
Термобатареи также используются для генерации электроэнергии, например, из тепла электрических компонентов, солнечного ветра, радиоактивных материалов, лазерного излучения или сгорания. Этот процесс также является примером эффекта Пельтье (электрический ток, передающий тепловую энергию), поскольку процесс переносит тепло от горячих спаев к холодным.
Существуют также так называемые термобатарейные датчики, которые представляют собой измерители мощности, работающие по принципу преобразования оптической или лазерной энергии в тепло, а результирующее повышение температуры измеряется термобатареей. [9]