热电堆

热电堆（thermopile，thermoelectric pile）又称温差电堆，是一种能把温差和电能相互转化的元件。当热电堆的两边出现温差时，会产生电流；反之，通以电流，其两面会产生温差，体现了热电效应的可逆性。

热电堆有温差会产生电流（塞贝克效应），可利用于：温差发电、废热回收发电、自供电穿戴设备、非接触式温度测量等。热电堆通电流会产生温差（帕尔帖效应），可利用于：家用微型除湿器、半导体制冷、光通信与精密仪器控温、基因扩增仪。

现代主流的热电堆都采用半导体材料，优点是灵敏度极高，此因半导体的塞贝克系数比金属高出几百倍，且热导率较低，能维持显著的温差。由于每一对P-N结就是一个热电偶，为了获得可用的电压或功率，科学家将成多个热电偶在电路上进行串联，在热传导上进行并联，组合而成的器件就是热电堆。所以热电偶是热电堆的基本功能单元，而半导体是制造这些热电偶的核心材料。

使用热电堆测量温度时，可以克服单个热电偶产生的电势差太小而难以测量的缺点，避免使用昂贵的高精度运算放大器。

应用
热电制冷器（thermoelectric cooler，TEC）利用了热电堆在通电时产生的冷端，可在车载小冰箱（不需要压缩机，只靠通电就能降温）、激光器冷却系统，以及电子制冷饮水机内见到。热电制冷器内有热电模块（thermoelectric module，TEM）又称温差电组件，是一种大尺寸封装好的热电堆，为利用半导体材料的热电效应来实现能量转换的固态器件。

热电堆广泛用于温度测量，例如红外线温度计在医疗上广泛地用于测量人体温度。利用热电堆测量体温（如额温枪、耳温枪）主要基于非接触式红外测温原理：由于人体会向外发射远红外辐射，热电堆传感器的核心部件有一层极薄的吸收膜，它能高效捕捉并吸收这些红外线。吸收膜作为热端会温度升高，另有散热片作为冷端保持在环境温度，热电堆内部的热电偶两端于是产生了微小的温度梯度，此温差会导致热电偶产生微弱的电压。由于多个热电偶串联，总电压信号被放大到可检测的级别（通常为毫伏量级）。传感器输出此电压，再借由设备内部的微处理器通过特定的算法和拟合曲线，将电压信号与环境温度结合，计算并显示出人体的实际温度。

热电堆也被用于制造热流传感器（如莫尔热电偶 、 日温计）。相对于热电偶，热电堆的输出电压通常在10-几百毫伏的数量级。

热电堆还可利用温差发电，比如地热能，以及其他难以利用的低温废热。和太阳能发电类似，这种发电方法对环境无任何污染，是一种绿色能源。

参见
*珀耳帖效应
*热电效应
*热电材料
*放射性同位素热电发电机

外部链接
*[https://web.archive.org/web/20160303081232/http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm The Museum of Retro Technology: Thermo-Electric Generators]
*[http://www.robot-electronics.co.uk/htm/tpa81tech.htm TPA81 Thermopile detector Array Technical Specification]

参考