Una termopila è un dispositivo termoelettrico costituito da una serie di termocoppie collegate in serie. È ampiamente utilizzato nelle applicazioni di misurazione della temperatura senza contatto e nei sistemi di monitoraggio della temperatura. Le termopile rilevano la temperatura di un oggetto assorbendo la radiazione infrarossa (IR) emessa dalla superficie dell’oggetto. La maggior parte dei rilevatori del dispositivo è dotata di una superficie del corpo nera per assorbire efficacemente la radiazione IR.
Le termocoppie che compongono una termopila sono costituite da due strisce di metalli diversi saldate ad un’estremità. Ogni termocoppia produce una tensione proporzionale alla differenza di temperatura tra le estremità “calda” e “fredda”, nota come effetto Seebeck. Tuttavia, la tensione di uscita totale di uno di questi dispositivi è notevolmente superiore a quella di una termocoppia.
In un rivelatore a termopila, le “giunti calde” delle termocoppie affrontano la radiazione IR incidente dall’oggetto, mentre le “giunti fredde” sono collegate a un dissipatore di calore, che di solito è un substrato di silice. Una volta puntato il rilevatore verso l’oggetto, il calore fluisce dall’oggetto alla termopila. Questo flusso di calore crea una notevole differenza di temperatura tra le giunzioni calde e fredde, e ciò contribuisce ad aumentare il segnale elettrico in uscita dalla termopila. Per misurare facilmente questo segnale di uscita, è possibile utilizzare un amplificatore di uscita privo di rumore.
Nei sensori di calore, quando la radiazione IR di un oggetto viene assorbita dal sensore a termopila, le singole tensioni delle termocoppie si sommano per generare un’elevata tensione di uscita. La maggior parte delle termopile ha termistori incorporati. Questo perché il segnale di uscita è proporzionale alla differenza di temperatura tra l’oggetto e la termopila e un termistore aiuta a registrare la temperatura.
L’avvento della tecnologia di microlavorazione a base di silicio ha portato alla facile disponibilità di rilevatori a termopila convenienti. Questi sono ampiamente utilizzati in una vasta gamma di settori. Tra gli altri usi, sono utilizzati in applicazioni mediche come termometri auricolari, applicazioni di rilevamento del calore come forni a microonde e asciugacapelli e applicazioni di rilevamento di gas come i sensori di CO2.
I rilevatori di gas utilizzano termopile per misurare la concentrazione di gas nell’atmosfera mediante assorbimento IR. Ad esempio, i sensori di CO2 sono impiegati in applicazioni di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC) che controllano la qualità dell’aria interna (IAQ), facilitando la ventilazione controllata dalla domanda (DCV). Questi rilevatori di gas hanno un’ampia gamma di applicazioni industriali, come il rilevamento di fughe di gas, la misurazione del contenuto di CO2 delle discariche, il monitoraggio del contenuto di CO2 nell’espirazione dei pazienti e le applicazioni di allarme antincendio.