半导体制冷效率计算
] 9 年 第 5期 ( 第 5 期 ) 93 总 B 半 导体 制 冷 器 性 能 测试 俞 国 良 ( 明物 理 研 究 所 ,云 南省 ) 昆 摘要 :本文 简述了 半导体 制冷器 的基本工作 原理 . 详细地讨论 了半 导体制 较 冷 器性能 参数 跚试的基本 原理 . 试装置和 跚试
方法
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, 铡 从而 为评价和 分析半 导体 制 冷器性 能的优 劣提供了 理论 法握和实用测 试技术 . 一 , 引 言 半 导 体 制 冷 器是 一 种 新 型 的 能 量转 换 器 件 , 10k 7 . 在 5 ~2 0K的 测试 范 围内 , 是 一 种 它 最 佳 的 制 冷手 段 .半 导 体 制 冷 器 具有 小 型 ,轻 便 ,可 靠性 高 ,无 磨 损 , 工作 时 无 噪 音 ,无 方 向性 , 易控制温 度,冷却速度 快, 工作寿命长……等许多优点 , 因此 , 多年来在红外 , 激 光 ,电子和 航天等高技术领域中一 直受到了人 们的 重视 ,并得到了较成 熟的应用 . 近 年 来 ,随 着 半 导 体 制 玲 技 术 在 医疗 , 电子 ,农 业 , 石油 ,化 工 ,汽 车制 造 业 等领 域 中不 断 应 用 的发 展 ,对 于 半 导 体 制 冷 器性 能 参 数 的 测 试 技 术 已成 为迫 切 要 求 .我 们 根 据多 年来对半导 体制 玲器的研制和测试经验 ,现对其性能参数 的测试技术和方法作较 详细的介
绍 .供 有 关 同志 参 考 和 商 榷 衡 量 半 导 体 制 冷 器 性 能 优 劣 最 重 要 的 参 数 分 别 是 :最 佳 工 作 电 流 I :最 大 温 差 t ?T x 制玲置 QI ma I 玲端温度 T 制玲效率 t 以及半导体制玲器的工作寿 命等 . c I I 本文 就这 些 参数 的 测 试原 理 和 测试 方 法 叙 述 如 下 二 ,半导体制冷器的最佳工作电流 fu l ,最大温差?T a 和冷端温 度 T . mx c 半 导 体 制 冷 器是 建立 在珀 尔 帖 效 应 基 础之 上的 制 玲 器 件 ,它是 采用 能 起 制 冷作 用 的半 导 体材 料 制 成的 .当一 块 N型 和 一 块 P型 半 导 体 制 冷元 件 构 成 温 差 电 偶 ( 就 是一 个 最 简 这 单 的制玲器 ) 并 通人直流稳流 电源时 , , 在温 差电偶臂中就 会发生能量的转移 , 从而产 生制 玲 效应 .当该温差 电偶达到热平 衡时 ,能够向外界吸 收的热量 ( 即制玲量)为 ,Q 的值 o 可 由下式计算 : Q Q Q Q H- I KT T o J. +R ( =一― =I ~ h ) - ― 式 中 : 一? I (, - .称为 珀 尔 帖热 ,a,a 分别 是 P型 和 N型 半导 体 制 玲器 一 a一a)TI , - 的温 差电动 势率 I a 为负值 , t 而 - T 是半 导体制玲器的玲端温度 , 是所施加的 电流强度 ; , I Q = (/ )I 是电流在电偶臂中所产生焦耳热的一半传导到 制玲器冷端处释放 ,而另一半 i2 传 导到热端处释放 ,R是电偶臂的 电阻 ;Q =K ( l L―T)是从温差电偶热端 传导到玲端的 c 热量, K是电偶臂元件的热导 , 是制玲器的热端温度 K的
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
达式为 : =2 (/ ) 其 K K LS , 中 K是 元 件 热 导 率 ,L,S ,分 别 是元 件 的 长 度 与 截 瑶 积 在绝热状 态 ( 一般真空 度在 1 乇以上)下 ,此时外界对制冷器的热 传导 可视为零 0 (. ) Q =0 ,由 ()式 可 得 半 导 体 制 玲 器 的温 差 ( 热 端 温 度 与 冷端 温 度 的 差 值 ) 为 : I 即
制 n I l iR ― a 冷 ? T= ―t =― ― 一 … … () 2 由上式可见 ,半导体制冷器的温差是 电流的二次
函
关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函
数 .因此 ,制冷嚣的 -作电流具有 r 最 佳 值 .对 上 式求 a ( T一L)/[ 0 可 得 出 半导 体 制 冷器 的最 佳 工 作 电 流 : a= 就 I= = - 詈 ( )式 可 得 : 2 … … ( ) 3 也就是说 ,当半 导体 制冷器工作 在最佳 电流时所 产生 的 温差最大 ,将 3 ( )式 代 人
?一 { T一乱. 其 中 lz掌 ( %)/ K= o K a tR / 式 中已 假设 了 = JI=. a 由此 可见 , J z是 由 材料 的 温 差 电动 势率 ,电 导率 a ,热 导 率 K所组成的. 因此 z表征了半导体材料的 冷却能力 . 称为制冷材料的优值 . z值越大, 制 冷器 能 达 到 的温 差就 越 大 .除 此 之外 ,制 冷 器 的最 大 温 差 还 与 制 冷器 设 计 方 法 和 工 艺过 程 有 关 ,制 冷器 的 结 构 一般 具 有 最大 制 冷 量 和最 佳 效 率 两 种 设计 方案 . N型 是 以 l2e一B ~T j 导 电类型 目前 , 用于 制做半导体制冷器较好的材料 . P型是 以 B~ - S 2~ 为基的固熔体合金 , i ~- b a T T 为基 的 固熔 体 台金 . 在常 温 下 ,其元 件 性 能 参数 如下 表 ; . 表 l 半 导 体 制冷 元件 的性 能参 数 N P
温差 电动势率 a(V/ p ) 电导 率 口 ( -c 广 ) 0 .r I 热导 事 K ( mWl c t m) 忧值 z ( 一 1 ) 20 3 0 ~2 0 8 O l 0 O, 20 1 , 1 B 8 20 2 0 ,2 0 9 ,1 0 伽 20 l , 1 6 8 (. ,3 2 ×1 一 ( , ,3 5 ×l 30 . ) 0' 32 . ) 0 半导体制冷器的最大温差和最压ぷ?电流是同时测量出来的 ,测试装置如图 1 所示 . 在制冷器的冷端和垣温器上分别用直径小于 0 5 m粗的铜一康铜热 电偶或 测强二极管 .0r a 焊 接 或 用 导热 技粘 在 制 冷 器的 上 表面 ( 冷端 ) 用 数 字 电 压 表 谟 出热 电偶 的 温 差 电动 势 就 可 , l 由表查出对应 的温差值 . 广… 一 一一] I 图 1 ?T . ,T的 关系掴试装置方框 图 4 图2 T . ,T的关 系曲线 利 用 图 1 装 鼍 . 测 出真 空 度 为 1 乇时 , ?T 的 对 应 函数 关 系如 图 3所示 ( 的 可 0 . ,I 若
19 年第 5 ( 91 期 总第 5 期 ) 6 在 静止 空气 中测 式 , 由于 Q? 0 故所 得
曲线 形 状 基本 不 变 , 整 个 曲线 向 下移 , 就 是 说 , o , 但 也 当电
流不变时 , 制冷器的温差随着真空度的升高而增大
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