半导体制冷实验
【实验目的】
1. 了解帕尔帖效应和半导体制冷原理
2. 学习半导体制冷特性和应用，计算半导体制冷系统最大制冷系数
3. 演示验证帕尔帖效应
【实验仪器】
THQBZ-1型半导体制冷实验仪
【实验原理】
1. 帕尔帖效应
当电流通过同一导体时，放出的焦耳热量与电流强度的平方成正比，而与电流流动的方向无关。是一个可逆过程，但在一定条件下，电流通过两种不同材料的金属接触面时，热量的吸收和放出是一个不可逆过程，即当电流沿某一方向流动时，若接触点放出热量，则当电流沿反方向流动时，应吸收热量，这一效应称为帕尔帖效应。
2. 半导体制冷原理
半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，它是利用热电效应的一种制冷方法。半导体 制冷原理如图1所示。
冷端 n P 热端 P n P n P n
图1 图2
n姓材料有多余的电子，有负温差电势，p型材料电子不足，有正温差电势。当电子从p型穿过结点到n型时，其能量必然增加，相反当电子从n型流至p型时，结点温度会升高。把一只n型半导体元件和一只p型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。上面的一个接头处，电流方向从n到p，温度下降并吸热，是冷端;而下面的一个接头处，电流方向从p到n，温度上升并放热，是热端。在电流作用下，由于帕尔帖效应，热量由Tc转向Th，使Tc温度降低，成为冷端，Th温度升高，成为热端。借助散热器等各种传热手段，使热端的热量不断散发，将冷端置于工作室中去吸热降温而形成制冷。目前采用半导体材料锑化铋做成N型和P型热电偶，用模块的方法组成半导体制冷器件。如图2所示，接上电流后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端，借助热交换器等传热手段，使热电堆的热端不断散热并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是半导体制冷的工作原理。
【实验
内容
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】
1. 半导体制冷特性测试实验
1) 打开电源开关，将半导体制冷片工作方式切换到热泵，输入电压极性切换到正。
2) 将数字电压
表
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电压显示切换到输入电压。
3) 调节电压大小，当输入电压为某一值时，半导体制冷系统经过一段时间而达到稳定
制冷状态。
4) 小心触摸传热铝板、散热铜板，感觉冷、热端温度变化。
5) 记录不同输入电压对应的冷、热端温度。
2. 半导体制冷结露、结冰现象演示实验
1) 调节制冷片输入电压调节电位器，使输入电压大小为实验1中半导体制冷片冷端温
度最低时的输入电压值，经过一段时间制冷，观察冷端结露现象。用注射器在冷端
加入适量水，观察结冰现象。
2) 将半导体制冷片工作方式切换到热机或将输入电压调为0，半导体制冷片迅速停止
制冷，冷端温度上升，热端温度下降，传热铝板中冰块融化，将传热铝板上的水清
理干净。
3. 半导体制冷特性测试实验
1) 在半导体制冷片工作在热泵制冷状态时，将半导体制冷片工作方式切换到热机或将
输入电压调到0.5分钟之后，将半导体制冷片工作方式切换到热泵，将制冷片输入
电压极性切换到负，此时半导体制冷片工作在热泵制冷状态，半导体制冷片冷端变
成热端。
2) 在热端没有散热条件下，缓慢调节制冷片输入电压，从0开始改变输入电压大小，
实验时根据散热环境保证热端的温度低于80度，记录稳态时输入电流大小和方向、
冷端温度、热端温度。实验结束后，关闭所有碘盐，整理实验仪器。 【注意事项】
1. 实验前应仔细阅读实验仪使用说明书。
2. 做半导体制冷结冰现象演示实验时，冷端传热铝板中水量不宜太多，实验过程中不要让
水流到实验仪内，实验结束后将水清理干净。
3. 必须待制冷片两端面恢复到室温时才能切换输入电压极性
4. 做半导体制热实验时，保证热端的温度低于80度。
5. 传热铝板和散热铜板中热电阻要完全插入测温孔中，如部分裸露在外，将导致测温不准。 【思考题】
1. 什么是帕尔帖效应，半导体制冷原理是什么,
2. 半导体制冷片是怎么做成的,
3. 半导体制冷制热系统的工作原理是什么,
4. 半导体制冷与输入电压有什么关系,
5. 半导体制冷制热系统应用中应该考虑哪些影响因素,
浙公网安备 33021202002483