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半導(dǎo)體致冷器
閱讀�8400�(shí)間:2011-06-20 00:32:52

  半導(dǎo)�致冷器(TE)又稱溫差致冷組件、熱電致冷器,俗稱電子制冷片。具有體積小、重量輕、無噪聲、無振動、無制冷管路、無�(jī)械磨損和安裝簡便等特�(diǎn),的�(yōu)�(diǎn)是制冷不需制冷�,無工質(zhì)污染,被�(yù)為綠色環(huán)保制�,它沒有滑動部件,�(yīng)用在一些空間受到限�,可靠性要求高,無致冷劑污染的場��

�(yōu)�(diǎn)

  a、體積小重量�,具有致冷和加熱兩種功能:改變直流電源的極�,同一致冷器可�(shí)�(xiàn)加熱和致冷兩 種功��

  b、精確溫控:使用閉環(huán)溫控電路,精度可�(dá)+-0.1℃�

  c、高可靠性:致冷組件為固體器件,無運(yùn)動部�,因此失效率低。壽命大于二十萬小時(shí)�

  d、工作時(shí)無聲:與�(jī)械制冷系�(tǒng)不一�,工作時(shí)不產(chǎn)生噪音�

  e、可使用常規(guī)電源:致冷器對電源要求不�??墒褂靡话阒绷麟�?,工作電壓和電流可在大范圍內(nèi)�(diào) ��12V 額定電壓,實(shí)際可使用� 8V-14V,開�(guān)電源和變壓器電源均可,波紋系�(shù)� 10%以內(nèi)�

  f、可�(shí)�(xiàn)�(diǎn)致冷:可只冷卻一專門的元件或特定的面��

  g、具有發(fā)電能力:若在致冷組件兩面建立溫差,則可產(chǎn)生直流電�

原理

  半導(dǎo)體溫差致冷是建立在法國物理學(xué)家Peltien帕爾帖效�(yīng)(即溫差效應(yīng))基�(chǔ)上的具體�(yīng)�。當(dāng)電流流經(jīng)兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體形成接�(diǎn)�(shí),其接點(diǎn)會產(chǎn)生放熱和吸熱�(xiàn)�,即其兩端形成溫差而實(shí)�(xiàn)制冷和制��

半導(dǎo)體致冷器的原理

  依據(jù)上述原理,利用半�(dǎo)體材料制成的致冷器稱為半�(dǎo)體致冷器,其工作原理圖如�1所�。為了便于敘述起�,以一對N/P型半�(dǎo)體材料構(gòu)成的電偶對介紹工作原�,所謂電偶對就是摜NP�(jié)的數(shù)�。圖1中的N/P型半�(dǎo)體元件通過銅導(dǎo)流片連接起來,當(dāng)由N通過銅導(dǎo)流片到P通以正向直流電時(shí),在電場作用�,N型半�(dǎo)體中的電子和P型半�(dǎo)體中的空穴背�?qū)Я鳎ǔ宇^)運(yùn)�,即在導(dǎo)流片接頭處N型和P型分別產(chǎn)生電�、空穴。電�、空穴產(chǎn)生的能量來自晶格振動的熱能,于是在導(dǎo)流片上產(chǎn)生吸熱現(xiàn)�,而在N/P型的另一端產(chǎn)生放熱現(xiàn)�,從而產(chǎn)生溫差。當(dāng)放熱的高溫側(cè)的熱量能有效地放熱時(shí),吸熱的低溫�(cè)不斷地吸熱,使其起到致冷的作��

  半導(dǎo)體致冷器的N�/P型元件的排列,在電學(xué)上串�(lián),在熱學(xué)上是并聯(lián)�,低溫側(cè)(制冷)和高溫側(cè)(制熱)的能量,與輸入電流成正比�,改變輸入直流電源的電流�(qiáng)度,就可以調(diào)整制冷或制熱的功�。同�(shí),通過改變直流電源的極�,就能使熱量的移動方向逆轉(zhuǎn),從而達(dá)到任意選擇制冷或制熱的目�。一對電偶的�(chǎn)冷量是有限的,將多�(gè)電偶對按串聯(lián)、熱并聯(lián)的方�,用特殊的工藝組裝起�,就能制成不同規(guī)格的半導(dǎo)體致冷器。為了得到更低的溫度,可以采用二級或三級的致冷器,即一級冷面為二級熱面的散熱面。目前,三級致冷器溫度可�(dá)�90��

�(jié)�(gòu)

  半導(dǎo)體致冷器的結(jié)�(gòu)如圖2所示。由N型和P型半�(dǎo)體材料制�,每一種半�(dǎo)體元件的�(guī)�、尺寸均相同,然后按一只N型半�(dǎo)體元件和一只P型半�(dǎo)體元件由銅導(dǎo)流片連接成一對電�。不同規(guī)格的半導(dǎo)體致冷器系由一定數(shù)量電偶串�(lián),使其冷面排在一�,熱面排在另一�,采用A1203陶瓷板作基板,基板內(nèi)�(cè)敷銅金屬壓層和溫差電偶兩端的�(dǎo)流片,連接成一�(gè)整體,首末電偶用橫截面≥0.3mm2多股銅導(dǎo)線焊接起來作為輸入引�,紅色引線接正極,黑(藍(lán)或白色)引線接負(fù)極。為了提高半�(dǎo)體致冷器的壽�,在兩塊陶瓷基板四周外露的PN電偶處涂�706單組室溫固化硅橡膠,固化后呈乳白色有彈性的膠體,這樣四周電偶與外界空氣完全隔�,起到防氧化保護(hù)作用,提高其使用壽命�

半導(dǎo)體致冷器的結(jié)構(gòu)

�(yīng)�

  半導(dǎo)體致冷器作為一種嶄新的冷源已被廣泛用于軍事工程、航天工�(yè)、工�(yè)測量、光纜通信、石油化工檢測、醫(yī)療數(shù)�(jù)分析等高科技�(lǐng)�。特別是近幾年,�(yīng)用于家用電器如電腦CPU冷卻、空�(diào)�、小型冰箱、冰熱飲水機(jī)、手提式冷熱保溫箱、汽�?yán)洳叵?、酒�、微型除濕箱、冷卻水分分析器��

作用、安裝與維護(hù)事項(xiàng)

  1、半�(dǎo)體致冷器的識�(以TEC1-12705型為例)

  �05”表示允許電流�,單位A�

  �127”表示致冷器電偶對數(shù)�

  “TEC1”表示致冷器的型��

  2、半�(dǎo)體致冷器的冷、熱面的判別

  半導(dǎo)體致冷器紅色引線為正,黑(藍(lán)或白色)引線為負(fù)�,將黑色引線接到12V直流電源的負(fù)極,用手拿住致冷器陶瓷基�,然后將紅色引線碰觸直流電源的正�,時(shí)間為1~2s,此�(shí)手感有冷意的為冷�,有熱量的為熱面??蛰d接通電源的�(shí)間不宜過長,否則熱面的熱量很快傳給冷面造成熱短路導(dǎo)致不能判別冷、熱面,�(yán)重時(shí)會導(dǎo)致半�(dǎo)體致冷器損壞。遇此情況應(yīng)立即斷開電源,使其自然冷卻至室溫�15min左右)后再試�

  3、半�(dǎo)體致冷器的電�

  可以采用12V直流電源如蓄電池,或采用220V/12V直流變換�,但輸出電源的紋波系�(shù)�(yīng)�10%,以感性濾波為�。電源電流大小視半導(dǎo)體致冷器的功率而定,使用過程中不可超過其額定電流(見附表)�

  4、半�(dǎo)體致冷器的冷卻方�

  半導(dǎo)體致冷器的熱面必須加裝散熱裝�,常用的散熱方式有自然風(fēng)�、強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷等三種,不論采用何種散熱方�,熱面散熱要充分,溫度不宜超�90��

  5、半�(dǎo)體致冷器靜態(tài)電阻

  �(yè)余條件下,可用萬用表R×1擋�(jìn)行測�,幾種正品半�(dǎo)體致冷器靜態(tài)電阻見表2,供參考�

  6、半�(dǎo)體致冷器的安�

  �(xiàn)以小型冰�、冰熱飲水機(jī)、冷熱保溫箱為例,介紹半�(dǎo)體致冷器的安裝,�3是半�(dǎo)體致冷器安裝示意圖(冷卻裝置未畫�,可采用12V直流�(fēng)扇強(qiáng)迫風(fēng)冷),安裝步驟如下:

 ?�?)儲冷器(也可理解為向外界吸熱的集熱器)、半�(dǎo)體致冷器、鋁散熱器三者接觸面�(yīng)清潔干凈并�(jìn)行脫脂�

 ?�?)儲冷器、半�(dǎo)體致冷器、鋁散熱器各接觸面需涂一層導(dǎo)熱硅�,以利導(dǎo)�。涂層應(yīng)均勻,宜薄忌�,若涂層過厚不但浪費(fèi)硅脂還會增加熱阻而降低制冷(制熱)量�

 ?�?)將半導(dǎo)體致冷器的冷面貼到儲冷器面上,輕輕施加壓力并左右、上下微移動,使冷面粘住儲冷�。再將聚乙烯橡膠板正放于致冷器四�。橡膠板的作用是隔離致冷工作�(shí)�、熱端交換所�(chǎn)生的熱損�,有效地提高制冷�。然后將鋁散熱器貼在致冷器的熱面,同�(shí)微量移動鋁散熱器使其充分接觸致冷器熱�,校正兩�(gè)螺孔位置后,用M4螺釘擰緊致冷器的塑料箱體�

  �4)半�(dǎo)體致冷器為陶瓷基�,其�(zhì)硬而脆,所以擰緊螺釘力矩要適當(dāng),應(yīng)均衡擰緊,以免擠碎陶瓷基��

 ?�?)安裝完畢再用萬用表�(fù)測半�(dǎo)體致冷器靜態(tài)電阻�

  7、半�(dǎo)體致冷器的維�(hù)

  �1)若采用�、熱交變方式工作�(shí),方式轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間應(yīng)不小�30S�

 ?�?)更換半�(dǎo)體致冷器,切忌拉引引線,否則會造成焊點(diǎn)受力過大而脫��

 ?�?)避免機(jī)械沖擊和受潮�

 ?�?)經(jīng)常清潔鋁散熱器表面灰�,以免影響制冷效��

 ?�?)冷卻風(fēng)扇若停轉(zhuǎn),應(yīng)及時(shí)修好�

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