thermopile

Une thermopile est un dispositif constitué de plusieurs thermocouples connectés en série, de sorte que les petites tensions qu'ils génèrent s'additionnent pour former un signal mesurable. Chaque jonction de thermocouple ne produit que des millivolts lorsqu'elle est exposée à une différence de température, mais l'empilement de 50, 100 jonctions ou plus en série peut produire une sortie de l'ordre de 5 à 50 millivolts, ce qui rend le signal pratique à amplifier et à mesurer avec l'électronique standard.

Les deux métaux dissemblables de chaque thermocouple (généralement le bismuth et l'antimoine pour les capteurs infrarouges) sont disposés de manière à ce qu'un ensemble de jonctions se trouve à la source chaude et l'autre à une température de référence, souvent un dissipateur thermique ou le boîtier de l'appareil. Lorsque la température augmente à la jonction chaude, l'effet Seebeck entraîne les électrons différemment à travers chaque métal, et la différence de tension s'accumule à travers toutes les jonctions en série. Cet empilement est la principale différence par rapport à un thermocouple unique ; là où une jonction pourrait produire 40 microvolts par degré Celsius, 100 jonctions produisent 4 millivolts par degré.

Les thermopiles infrarouges sont la variante industrielle la plus courante. Les jonctions chaudes sont revêtues de noir et se trouvent derrière une lentille ou un dôme ; le rayonnement infrarouge d'une surface distante les chauffe sans contact physique. L'appareil mesure la température de l'objet à distance, ce qui le rend utile dans la surveillance des fours, la transformation des aliments et les essais non destructifs. Certains modèles intègrent une thermistance à proximité pour mesurer la température ambiante et la compenser automatiquement.

Les thermopiles apparaissent dans les pyromètres, les imageurs thermiques et les analyseurs de gaz. Les spécifications indiquent généralement la résistance de la thermopile (de quelques centaines d'ohms à quelques kilohms), la sensibilité en microvolts par kelvin et la constante de temps (la vitesse à laquelle l'appareil réagit aux changements de température). Le signal est suffisamment faible pour que le bruit thermique et la résistance des fils soient importants ; un câble blindé et des amplificateurs à faible bruit sont une pratique courante pour éviter les fausses lectures.

Le principal mode de défaillance est la perte de vide ou de pression partielle à l'intérieur de l'enveloppe scellée. La plupart des thermopiles commerciales sont évacuées à environ 0,01 Pa pour minimiser la perte de chaleur convective des jonctions chaudes ; si le joint se dégrade, l'appareil devient lent et peu fiable. Les chocs mécaniques et thermiques peuvent également fissurer le substrat, et une exposition prolongée à de très hautes températures peut altérer les propriétés du métal et faire dériver l'étalonnage.