THERMOPILES & ELECTRONIQUES
Principe d‘une thermopile : effet Seebeck thermocouple Uout (a) Soudure froide Différence de température DT Radiations Uout (b) de chaleur absorbeur Soudure froide
Mesure de température sans contact Uout Tsens DT Tobj Résistance thermique (a) (b) „Courant“ de chaleur heat Angle de vue
HL-PLANARTECHNIK GmbH • Hauert 13 • D-44227 Dortmund Schéma de principe d’une thermopile Radiation IR Absorbeur IR Si Membrane A B Thermomaterial Si Connexions Électriques Miniaturisation et fabrication par lot sur micro- machine (Si-Wafers) pour applications low-cost => HL-PLANARTECHNIK GmbH • Hauert 13 • D-44227 Dortmund
SPECTRE D’EMISSION EN WATT/M²
HL-PLANARTECHNIK GmbH • Hauert 13 • D-44227 Dortmund Principe de mesure de température sans contact L‘objet à mesurer émet des radiations IR dépendant de sa température(Loi de Plancks) La thermopile traduit les radiations IR en une tension Utp Utp ~ x Sr x (Tobj4 – Tamb4) : Émissivité IR de l‘objet Sr : Sensibilité de la thermopile Tobj : Température de l‘objet Tamb: Température ambiante (boîtier) Le capteur IR et la température ambiante du capteur sont nécessaires pour une mesure de température de surface => HL-PLANARTECHNIK GmbH • Hauert 13 • D-44227 Dortmund
Applications de thermopiles I: Mesures de température à distance Applications domestiques: Grille-pain, micro-ondes, sèche-cheveux, Plaques de cuisson, hottes aspirantes, poêles... Mesures de température industrielles & domestiques et supervision: imprimantes / photocopieurs (rouleaux toner), régulations de chauffage, protection des surchauffes pour transformateurs, moteurs, etc., Sèche-cheveux professionnels, contrôles du nettoyage des bouteilles. Automobiles, véhicules: Régulation air, surchauffe des pneus, courroies de transmission. Instruments à haute précision: thermomètres médicaux, pyromètres.
Détection de gaz dans l’air par absorption des IR Agro-Alimentaire Brassage et fermentation, Teneur en CO2 pour application emballage (e.g. Eau minérale ou boissons gazeuses contenant du CO2) Champignonnières, Niveaux de CO2 dans l‘horticulture et productions sous serre, Niveaux de CO2 dans les stocks des brasseries... Sécurité Espaces confinés (cuves, égouts) Zones explosives, détection de fuite de gaz, Instruments d’analyse Automobile: CO2, CO et gaz non-brûlés dans les gaz d‘échappement, Émissions d‘échappement, CO2 et composés hydrocarbonés dans la bio-masse.
Principe de détection de gaz par absorption des Infrarouges Bande passante IR = longueur d‘onde de filtrage par le gaz (CO2) Exemple: Détection CO2 Les molécules CO2 absorbent naturellement les IR à une longueur d‘onde connue (4.26 m) Les autres molécules sont transparentes à cette longueur d‘onde. Une attenuation du signal reçu par la thermopile à la longueur d‘onde 4.26 m est obtenue en traversant le gaz à mesurer. Lampe IR Détecteur thermopile Molécules CO2 Autres Molécules
Caractéristiques techniques Avantages des Thermopiles Principe de base le capteur convertit en tension les radiations IR de chaleur reçues pas d‘alimentation extérieure : capteur générateur de tension Source de tension dc avec seulement une résistance de 10 K, e.g. Faible bruit Très bonne linéarité entre le signal de sortie et les radiations de chaleur Rayonnement IR continue (pas de variation d’énergie nécessaire) Caractéristiques techniques multiples jonctions de thermo-éléments pour un haut signal de sortie thermistance de compensation de température ambiante intégrée dans le boîtier Excellente stabilité à long terme température ambiante de -20°C à100°C température des surfaces typiquement de -30°C à >1000°C faible constante de temps (50msec) haute précision électronique intégrée pour limiter les besoins externes nombreux filtres infra-rouge disponibles (Bande passante, passe-haut, passe-bas) optiques intégrées ou externes disponibles (miroirs et lentilles) faible consommation électrique (électronique de compensation de température ambiante) faible tolérance de l‘axe optique