Une thermopile est un dispositif thermoélectrique constitué d’un réseau de thermocouples connectés en série. Il est largement utilisé dans les applications de mesure de température sans contact et les systèmes de surveillance de la température. Les thermopiles détectent la température d’un objet en absorbant le rayonnement infrarouge (IR) émis par la surface de l’objet. La plupart des détecteurs de l’appareil sont équipés d’une surface de corps noire pour absorber efficacement le rayonnement IR.
Les thermocouples qui composent une thermopile sont constitués de deux bandes de métaux différents soudées à une extrémité. Chaque thermocouple produit une tension proportionnelle à la différence de température entre les extrémités chaude et froide, ce qui est connu sous le nom d’effet Seebeck. Cependant, la tension de sortie totale de l’un de ces appareils est considérablement plus élevée que celle d’un thermocouple.
Dans un détecteur à thermopile, les jonctions chaudes des thermocouples font face au rayonnement IR incident de l’objet, tandis que les jonctions froides sont reliées à un dissipateur thermique, qui est généralement un substrat de silice. Une fois le détecteur pointé vers l’objet, la chaleur s’écoule de l’objet vers la thermopile. Ce flux de chaleur crée une différence de température importante entre les jonctions chaude et froide, ce qui contribue à une augmentation du signal électrique de sortie de la thermopile. Afin de mesurer facilement ce signal de sortie, un amplificateur de sortie sans bruit peut être utilisé.
Dans les capteurs de chaleur, lorsque le rayonnement IR d’un objet est absorbé par le capteur à thermopile, les tensions individuelles des thermocouples s’additionnent pour générer une tension de sortie élevée. La plupart des thermopiles ont des thermistances intégrées. En effet, le signal de sortie est proportionnel à la différence de température entre l’objet et la thermopile, et une thermistance aide à enregistrer la température.
L’avènement de la technologie de micro-usinage à base de silicium a facilité la disponibilité de détecteurs à thermopile économiques. Ceux-ci sont largement utilisés dans une gamme d’industries. Entre autres utilisations, ils sont utilisés dans des applications médicales telles que les thermomètres auriculaires, les applications de détection de chaleur telles que les fours à micro-ondes et les sèche-cheveux, et les applications de détection de gaz telles que les capteurs de CO2.
Les détecteurs de gaz utilisent des thermopiles pour mesurer la concentration de gaz dans l’atmosphère par absorption IR. Par exemple, les capteurs de CO2 sont utilisés dans les applications de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) qui vérifient la qualité de l’air intérieur (QAI), facilitant la ventilation à la demande (DCV). Ces détecteurs de gaz ont une large gamme d’applications industrielles, telles que la détection de fuites de gaz, la mesure de la teneur en CO2 des décharges, la surveillance de la teneur en CO2 dans l’air expiratoire des patients et les applications d’alarme incendie.