摘  要： 現(xiàn)有半導(dǎo)體制冷元件評(píng)估方法成本過(guò)高,而且輸入口的水溫與輸出口的水溫不同,會(huì)使輸入水與輸出水的熱量的損耗大小不一樣；傳統(tǒng)的測(cè)量方法中，半導(dǎo)體制冷片的賽貝克系數(shù)、電阻、熱導(dǎo)是通過(guò)不同溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算出來(lái)的，這樣就導(dǎo)致在計(jì)算制冷量大小的時(shí)候不精確。為此，提出了一種通過(guò)平衡輸入與輸出溫度來(lái)避免產(chǎn)生這種誤差的方法。
關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體制冷；制冷性能；評(píng)估系統(tǒng)

    半導(dǎo)體制冷也即熱電制冷，由于無(wú)滑動(dòng)設(shè)備，與傳統(tǒng)的機(jī)械制冷相比，在工業(yè)和軍事領(lǐng)域等追求高精度或高可靠性的應(yīng)用中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。半導(dǎo)體制冷片的制冷效率不高，種類(lèi)繁多，評(píng)估半導(dǎo)體制冷片的制冷性能就成為了設(shè)計(jì)選型時(shí)需要考慮的一個(gè)重要因素。部分廠家提供了半導(dǎo)體制冷片不同溫度下制冷性能的評(píng)估軟件(如RMT Ltd)，但工藝和材料具有一定的不確定性，這樣的方法并不精確，而且大部分公司沒(méi)有提供這種類(lèi)型的軟件，只給出了最高溫差、最大電壓、最大制冷量等參數(shù)，因而設(shè)計(jì)一套半導(dǎo)體制冷片評(píng)估系統(tǒng)就凸顯其必要性了。
    半導(dǎo)體制冷片的制冷系數(shù)（COP）的評(píng)估方法一般是采用給制冷片的冷端流動(dòng)冷卻水，然后求出半導(dǎo)體制冷片冷端的制冷量QL，例如CAMPPELL L A[1]提出的評(píng)估方案。
    為了提高測(cè)試精度，HUANG B J[2]設(shè)計(jì)了一套測(cè)量半導(dǎo)體制冷片制冷性能系統(tǒng), 該方法通過(guò)測(cè)量裝置，直接計(jì)算出半導(dǎo)體制冷片的制冷量。參考文獻(xiàn)[3]也提到過(guò)類(lèi)似的控制方案。但這類(lèi)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,成本較高,不適于一般用戶(hù)和設(shè)計(jì)者使用。
    在以上方案的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新型的半導(dǎo)體制冷片評(píng)估系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)熱設(shè)備的功率，平衡制冷片輸入、輸出部分的水溫，以達(dá)到降低誤差、簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程的目的。
1 新型半導(dǎo)體制冷片評(píng)估方法
    半導(dǎo)體制冷模塊如圖1所示。系統(tǒng)最中間是一個(gè)加熱片，對(duì)它左右兩邊的交換管進(jìn)行加熱，熱交換管由大量的高導(dǎo)熱率的紫銅毛細(xì)管組成，與半導(dǎo)體制冷片之間通過(guò)導(dǎo)熱硅膠粘結(jié)，由于毛細(xì)管的管壁很薄，基本上可以認(rèn)為加熱片和半導(dǎo)體制冷片的冷端溫度相同。半導(dǎo)體制冷片采用常見(jiàn)的彭浦制冷廠制造的4 cm×4 cm×1 cm的半導(dǎo)體制冷片作為實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)中的兩片半導(dǎo)體片每片外形尺寸為0.4 cm×0.4 cm×0.6 cm，共31對(duì)。靠近熱交換管的部分是冷端，靠近散熱片的部分是熱端，散熱片采用常用的鋁制散熱片，散熱片的另一端有一個(gè)軸流風(fēng)機(jī)，給散熱片提供散熱風(fēng)，以提高散熱片的熱量散發(fā)能力。系統(tǒng)總共需要檢測(cè)A、B、C、D共4個(gè)點(diǎn)的溫度，用Fluke型號(hào)為17B的萬(wàn)用表測(cè)量出風(fēng)口溫度與進(jìn)風(fēng)口溫度，并調(diào)節(jié)加熱片的功率，以達(dá)到出風(fēng)口與入風(fēng)口溫度相同。

2 系統(tǒng)控制方案及比較
    測(cè)量的流程圖如圖2所示，首先將熱交換管兩邊的半導(dǎo)體制冷片通設(shè)定的電壓，并將熱交換管內(nèi)通冷卻水；檢測(cè)A、B處的溫度，并調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到A、B的溫度相同；檢測(cè)C、D處的溫度，并調(diào)節(jié)兩熱交換管的水流量，并將其記錄為T(mén)L、TH；調(diào)節(jié)加熱片功率，直到A、B溫度相同。

    本測(cè)試系統(tǒng)還可以通過(guò)控制兩端風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)熱端的溫度，以此來(lái)評(píng)估半導(dǎo)體制冷片在不同熱端溫度情況下的制冷性能。
    對(duì)于現(xiàn)有的半導(dǎo)體制冷片評(píng)估方法，本文提出了一種操作簡(jiǎn)單、成本低的測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量A、B、C、D 4點(diǎn)的溫度改變半導(dǎo)體制冷片、風(fēng)機(jī)、加熱片的輸入功率，以達(dá)到半導(dǎo)體制冷片制冷量與加熱片加熱量大小相同。然后，計(jì)算出?琢、Kt、Rm、COP這4個(gè)常用半導(dǎo)體制冷片評(píng)估參數(shù)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的評(píng)估方案。對(duì)半導(dǎo)體制冷片制冷性能的評(píng)估方法有一定的改善。但是由于溫度是個(gè)大時(shí)滯量，采用手動(dòng)控制，調(diào)節(jié)過(guò)程會(huì)比較麻煩，調(diào)節(jié)時(shí)間也會(huì)比較長(zhǎng)，可以考慮采用單片機(jī)對(duì)加熱片兩端電壓、制冷片兩端電壓和兩端風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)減少測(cè)量時(shí)間、加大測(cè)量精度的目的。
參考文獻(xiàn)
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