Chaleur et électrons
L'effet Seebeck produit une tension lorsqu'une différence de température est appliquée à un thermocouple.
C'est évidemment fort commode pour réaliser des thermomètres, avec ou sans contact.
Thermomètre à thermocouple
Lors de la description de l'effet Seebeck, on a indiqué que l'on pouvait faire des thermomètres dits "à thermocouple". Voici quelques détails supplémentaires concernant la réalisation pratique, ce n'est pas si évident car on n'obtient pas une température absolue, mais relative, il nous faut donc inclure une référence absolue.
Et comme le bain d'eau glacée à 0ºC n'est pas pratique, on régule la température des soudures dites "froides" dans un bloc ad-hoc, avec une référence de température connue.
La sonde peut être très petite, il suffit de réaliser une petite boule de soudure.
Les types de sonde / de thermocouple ont été normalisés, ce qui aide grandement leur utilisation.
Il s'agit bien évidemment de thermomètres avec contact, il faut toucher l'objet dont on veut connaitre la température avec la boule de soudure afin que ladite boule atteigne la même température, et elle sera d'autant moins perturbante que sa masse thermique sera faible, donc on préfère les toutes petites sondes.
Thermopiles et caméras
Un usage des thermopiles est la mesure de température à distance, sans contact.
L'idée principale est de collecter les rayons infrarouges émis à la surface des matériaux et caractéristiques de leur température ─on connait leur spectre d'émission pour la plupart. Ce rayonnement échauffe les jonctions chaudes d'une thermopile, et la tension mesurée permet de remonter à la température du corps émissif.
Sauf que c'est très délicat à réaliser car l'énergie collectée est très faible. Il faut ruser en installant les thermopiles sur une membrane suspendue, isolée thermiquement, et ceci est réalisé avec des structures 3D en silicium, des MEMS.
Usages :
- Caméras thermiques, pour détecter les échauffements anormaux pour l'industrie, les fuites de réfrigérants...
- Détection de présence (et non de mouvement comme le font les capteurs pyroélectriques), par exemple l'occupation dans une voiture.
- Vérification du bon fonctionnement de l'air conditionné dans les voitures, les immeubles
- Thermomètres sans contact du genre auriculaire ou frontal pour mesurer la température d'une personne à distance. En vogue pendant le COVID.
- Analyse des gaz d'échappement de véhicules.
- Analyse des gaz dans le domaine médical.
- Détection de glucose dans le sang.
- Visualisation de l'horizon en aéronautique.
- Détection de feux dans les tunnels
- ...
J'avais fait une petite caméra thermique 4x4 pixels, il faudra que je fasse une page...
La page suivante concerne la production d'électricité, de l'extraction d'énergie et non une simple mesure, à partir de thermocouples.