termopila

Una termopila es un dispositivo fabricado conectando múltiples termopares en serie, de modo que los pequeños voltajes que generan se suman en una señal medible. Cada unión de termopar produce solo milivoltios cuando se expone a una diferencia de temperatura, pero apilar 50, 100 o más uniones en serie puede producir una salida en el rango de 5 a 50 milivoltios, lo que hace que la señal sea práctica para amplificar y medir con electrónica estándar.

Los dos metales diferentes en cada termopar (típicamente bismuto y antimonio para sensores infrarrojos) se organizan de modo que un conjunto de uniones se asienta en la fuente caliente y el otro a una temperatura de referencia, a menudo un disipador de calor o la carcasa del dispositivo. A medida que la temperatura aumenta en la unión caliente, el efecto Seebeck impulsa los electrones de manera diferente a través de cada metal, y la diferencia de voltaje se acumula en todas las uniones en serie. Este apilamiento es la diferencia clave con respecto a un solo termopar; donde una unión podría producir 40 microvoltios por grado Celsius, 100 uniones producen 4 milivoltios por grado.

Las termopilas infrarrojas son la variante industrial más común. Las uniones calientes están recubiertas de negro y se asientan detrás de una lente o cúpula; la radiación infrarroja de una superficie distante las calienta sin contacto físico. El dispositivo mide la temperatura del objeto a distancia, lo que lo hace útil en la monitorización de hornos, el procesamiento de alimentos y las pruebas no destructivas. Algunos modelos incorporan un termistor cercano para medir la temperatura ambiente y compensarla automáticamente.

Las termopilas aparecen en pirómetros, cámaras termográficas y analizadores de gases. Las especificaciones suelen enumerar la resistencia de la termopila (cientos de ohmios a unos pocos kiloohmios), la sensibilidad en microvoltios por kelvin y la constante de tiempo (la rapidez con la que el dispositivo responde a los cambios de temperatura). La señal es lo suficientemente pequeña como para que el ruido térmico y la resistencia del cable sean importantes; el cable blindado y los amplificadores de bajo ruido son prácticas estándar para evitar lecturas falsas.

El principal modo de fallo es la pérdida de vacío o presión parcial dentro de la envoltura sellada. La mayoría de las termopilas comerciales se evacuan a alrededor de 0.01 Pa para minimizar la pérdida de calor por convección de las uniones calientes; si el sello se degrada, el dispositivo se vuelve lento y poco fiable. El choque mecánico y el choque térmico también pueden agrietar el sustrato, y la exposición prolongada a temperaturas muy altas puede alterar las propiedades del metal y desviar la calibración.