综合实验自主设计实验大纲-参考模板

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1、2013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲2013年下学期综合实验实验大纲指导老师：李可组长：郭元东组员：王永梅、郭琪、邓莳萌、张龙、代宇鑫、贾浩、何颖章、邹昀凯、孙伊伟目录实验目的：1实验原理：1实验器材：7实验内容：7数据记录9数据分析并得出结论9实验目的：1、研究TEC1-12706半导体制冷片的制冷特性并绘制效果曲线。2、探究散热风扇转速对制冷片制冷效果的影响。3、探究不同制冷片在随电压的升高，制冷效率的变化规律。4、研究半导体制冷装置系统的温度稳定效果。实验原理：1、半导体制冷，又称电子制冷、温差电制冷、热电制冷或

2、珀尔帖制冷等，它是利用塞贝克效应的、逆效应珀尔贴效应达到致冷目的的。所谓塞贝克效应，就是两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差(称接触电动势)，同时闭合线路中就有电流通过(称温差电流)。反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电，就会使一个接触点变冷，另一个接触点变热，这种珀尔贴效应。如下图所示102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲半导体制冷原理图半导体的重要特性就是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电能力，而且可以根据掺入杂质的种类和数量制

3、造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为n型半导体。与之相对应的就是靠“空穴”来导电的p型半导体，在外电场作用下“空穴”流动方向和电子流动方向相反，即“空穴”由正极流向负极。n型半导体中的自由电子，p型半导体中的“空穴”，他们都是参与导电，统称为“载流子”。p型半导体和n型半导体料夹在金属平板间形成通路(称热电对)，在外电场作用下，p型半导体在a点处的空穴，需要从金属片上吸收一定的能量，用以提高自身的势能，才能进入p型半导体内，因此该接点处温度会降低，形成冷接点；而在b点处的空穴，恰

4、恰相反，需要释放掉多余的能量才能进入到金属片中，这时该接点温度上升，形成热接点。而在n型半导体中是自由电子的流动，它和空穴流动的方向相反，在c点处吸收热量才能进入到n型半导体内，在d点处放出热量才能进入到金属片中。因此在a、c这边能吸收外界热量制冷(而b、d这边有多余的热量放出)。显然，通过改变电流方向就可实现由制冷变加热的目的。半导体制冷片内部电路图一对热电对的制冷量很有限，为获得较大的制冷量，可以将很多这样的热电对串联成热电堆，甚至可以再通过串、并联的方法组成多级热电堆。实际应用的半导体制冷器，通常就是几十、几百甚至更多的热

5、点对通过串联、并联或者混合组成的。2、下图所示为12704和12706两种半导体制冷元件△对于和COP值的影响，计算中所用特性参数为本文实验测量值。图3中的圆圈表示12704和12706两种制冷元件在11.6V下所达到的稳定工况，它们的均保持在-13℃102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲，实测工况点与图中的计算工况点相符合。在温差一定时，随着电流的增加，也增加，到某一电流值，达到最大，此时的电流称为最佳工作电流。随温差减小，的最大点向右偏移，这是因为元件的特性参数随着它们自身△变化而变化。两种元件之间的特性参数不同

6、，使它们的工况曲线也有较大差别。对不同温差下COP取值情况比较发现，随温差增加，COP值急剧下降。在半导体制冷元件给定的条件下，要提高半导体制冷装置的效率，必须在元件冷热端采取强化换热措施，降低冷热端温差。利用半导体材料热电制冷过程电学和热力学基本公式，代人测得的，U，R和I基本物理量，就可以算出半导体制冷元件的特性参数：制冷元件上的电压降（2）输人功率（3）冷端产冷量（4）热端散热量（5）102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲定义制冷系数（6）需要测得的特性参数是半导体制冷元件的温差电动势(V/℃)、导热系数K(W

7、/℃)和电阻R(Ω)。这些参数都是温度的函数。通过查图表得出。数据表格从图中查出的三个数据：在如下图所示位置粘贴温度传感器，测定制冷片两端温度、，冷热翅片根部和端部温度，计算出翅片热阻及空气热阻，进而通过计算出制冷量，然后绘制出制冷量及COP的曲线图。102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲另外在理论上，随着离制冷片冷热两面的距离的增加，散热块的热阻不断增大，温度会出现如下图所示的结果，我们通过贴的传感器测得的温度可以绘制下图温度曲线。102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲3、制冷装置：主要由半导体制冷片、

8、冷端散热块、冷端风扇、热端散热块、热端风扇组装而成，实物模型图如下所示：102013年下学期综合实验李可老师指导组实验大纲热端风扇热端散热块半导体制冷片冷端散热块冷端风扇4、降压模块改变风扇电压，通过改变热面风扇两端的电压改变风扇转速，散热效果降低，从而影响制冷