【摘要】：隨著半導(dǎo)體制冷片在溫度控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中使用半導(dǎo)體制冷片生產(chǎn)的中低端制冷器也已初具規(guī)模。國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體制冷片生產(chǎn)廠家在性能檢測(cè)儀器上需要花費(fèi)大量的金錢進(jìn)口國(guó)外的儀器,自主研發(fā)的檢測(cè)儀器又大多存在缺陷,缺乏合適的制冷片性能測(cè)試儀器給這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)帶來(lái)了極大的困擾。針對(duì)這種情況,本文目標(biāo)研究一套能對(duì)半導(dǎo)體制冷片性能參數(shù)進(jìn)行全面檢測(cè),精度滿足國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)要求,價(jià)格適中、操作方便、性能可靠的半導(dǎo)體制冷片性能檢測(cè)系統(tǒng)。本文從半導(dǎo)體制冷片的制冷原理出發(fā),設(shè)計(jì)了不同性能參數(shù)的測(cè)量方法,提高了測(cè)量精度,改進(jìn)了器件電阻_0R和優(yōu)值系數(shù)Z的測(cè)量方法:測(cè)器件電阻_0R時(shí),采用小電流交流驅(qū)動(dòng)的方法,消除塞貝克效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;測(cè)優(yōu)值系數(shù)Z時(shí),采用了根據(jù)制冷片工作狀態(tài)下冷熱端熱力學(xué)平衡公式推導(dǎo)得到的快速測(cè)量法,提高了測(cè)量速度。在系統(tǒng)的搭建上,本文以STM32為系統(tǒng)控制器,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)各功能電路,關(guān)鍵電路有:程控恒流源、信號(hào)采集放大電路、溫度測(cè)量電路、H橋逆變電路等。本文為測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)了GA優(yōu)化的LADRC溫度控制裝置,可以在參數(shù)測(cè)量時(shí),精確控制待測(cè)制冷片的溫度,進(jìn)一步提高測(cè)量系統(tǒng)的精度。本文對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,測(cè)量系統(tǒng)在精度、穩(wěn)定性和重復(fù)性上的表現(xiàn)良好。本測(cè)量設(shè)備造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器,設(shè)備體積更小,操作更加快捷方便,雖然在測(cè)試準(zhǔn)確度上與國(guó)外進(jìn)口的先進(jìn)儀器相比仍有不足,但能夠基本滿足工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)需求,能夠全面的測(cè)量半導(dǎo)體制冷片的各個(gè)性能參數(shù),幫助廠家完成質(zhì)量評(píng)估,具有廣泛的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TB657
【圖文】：

a) TEC 外觀圖 b) TEC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 1.1 TEC 外形與結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體制冷片通常由 2 種不同的半導(dǎo)體材料（N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體）的組成。半導(dǎo)體晶粒組成的熱電偶的上下面覆蓋陶瓷片或其他導(dǎo)熱的絕緣材料在熱力學(xué)上并聯(lián)，在電力上串聯(lián)排列，接上直流電后，在 N 型半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料的接點(diǎn)處會(huì)發(fā)生珀耳貼效應(yīng)，上下兩面陶瓷片一片降溫，一片發(fā)]。半導(dǎo)體制冷技術(shù)與其他制冷方案相比有許多優(yōu)勢(shì)[2,6]，如：1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在可活動(dòng)部件；2. 適用于空間受限，對(duì)可靠性要求高的場(chǎng)合；3. 綠色環(huán)保，不使用制冷劑；4. 工作方式靈活；隨著半導(dǎo)體制冷技術(shù)的不斷發(fā)展，TEC 憑借傳統(tǒng)溫度控制方法所不具備的優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如：在汽車工業(yè)中的空調(diào)系統(tǒng)，民活中的便攜式冰箱，生物醫(yī)學(xué)[7]中的胰島素針保存盒，航空航天軍事中導(dǎo)航

的耦合熱忽略不計(jì)[14]。綜上所述，最終可以將公式（1-24）和公式（1-25）化為0 20 012Q IT K T RI(1-26)' 1 20 012Q IT K T RI(1-27)可見(jiàn)在熱端散熱良好的狀態(tài)下，半導(dǎo)體制冷片的制冷效果由本身器件電阻R 、料的賽貝克系數(shù) 和熱導(dǎo)K 以及工作電流I 決定。.4 半導(dǎo)體制冷片性能檢測(cè)技術(shù)的研究背景與目的意義國(guó)外對(duì)熱電材料的研究時(shí)間較長(zhǎng)，研究成果也更為豐富[15]。1987 年，優(yōu)值數(shù) Z 的精度更是被蘇聯(lián)科學(xué)家盧克穆斯基精確到小于 9%[16]。目前國(guó)外比較可的半導(dǎo)體材料測(cè)試儀有電導(dǎo)率-賽貝克系數(shù)掃描探針顯微鏡和 SBA-458 同步賽克-電導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)，如圖 1.4 所示。

Rt /s1tSV圖 2.4 半導(dǎo)體制冷片tU與時(shí)間關(guān)系曲線如圖 2.4 所示，我們認(rèn)為通電瞬間 TEC 兩端還未建立溫差，此時(shí)兩端電t 為電阻電壓RV 。此后隨著溫差變大，電壓 不斷上升，在1t 時(shí)刻溫差穩(wěn)定持在maxU ，與原來(lái)相比，上升的電壓值為賽貝克電壓，記為SV 。在 時(shí)刻斷流源供電，因?yàn)橘愗惪穗妷簾o(wú)法突變此時(shí)測(cè)量 TEC 兩端電壓可以得到 。上述Z 值測(cè)量方案需要滿足1 0T T 1℃，即 T 足夠小的前提。1T 和0T 的大驅(qū)動(dòng)電流I 的大小有關(guān)，在一定范圍內(nèi)， T 隨著電流增大而增大。在驅(qū)動(dòng)很小的情況下， 和 足夠接近，使得0 1 。本文對(duì) 12705 和 12706 型 TEC 制冷片進(jìn)行電流-溫度測(cè)試，得到這兩種型號(hào) TEC 制冷片在環(huán)境溫度℃情況下，冷熱端溫差關(guān)于驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系圖。

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本文編號(hào)：2754294