热像仪在半导体制冷片温度检测原理及过程
热像仪在半导体制冷片温度检测原理及过程
热像仪在半导体制冷片中的温度检测应用：
半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。
半导体制冷原理：
半导体制冷器件的工作原理是基于帕尔帖原理，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。
但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
为了更好导热，涂上的导热硅脂。
热像仪检测案例解析：
清华大学材料学院的老师，需要研究半导体制冷的过程和可以达到的温度。使用红外热像仪可以直观地看到温度的变化和分布情况。
热像仪检测难点：
1. 温度从室温到低温快速变化，温度变化前期3秒钟温度下降4.45℃；
2. 温度低，对热像仪的稳定性提出更高要求；
3. 材料小，结冰的冰渣直径在1mm以内。
降温初期温度下降快：7s下降9.55℃
温度趋于平稳，温度在1℃内浮动，此时开始出现冰霜，且冰霜逐渐变厚的过程。
降温中期温度下降减慢：45s下降4.90℃
降温后期温度下降缓慢：83s下降1.52℃，切温度趋于平稳
热像仪适用行业：
半导体研究领域；制冷研究；材料研究。
基于STM32半导体制冷片温控系统的设计
基于STM32半导体制冷片温控系统的设计 【摘要】激光器的工作温度至关重要，该设计用于激光器工作温度调节模块，以提高激光器的稳定性能。本文以STM32F303为控制芯片，采用TEC为制冷元件，通过采集温度并模数转换传给上位机，上位机程序控制STM32的数模输出控制TEC的加热或制冷，同时以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统。实验结果表明，通过PID算法调节，半导体制冷温度控制系统能够为激光器提供所需的工作温度，精度可达到±0.1℃。 【关键词】温度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW 1.前言 温控系统受环境温度影响较大，因为温度调节过程中惯性大，对于温度上升或下降的有效快速调节是难题，目前我们熟知的温控系统都存在成本高或精度低及灵活性差的缺点。针对这些问题本系统在工作过程中可以随时切换极性，从而完成对设定温度值的精确控制。 2.硬件系统设计 本设计通过HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器连接pt100将采集到的温度传给STM32单片机，STM32将采集到的温度值模数转换后传给上位机显示，并将采集温度值记为sp，将当前温度值sp减去设定值ap后给PID控制器，STM32根据PID的输出信号m（t）进行数模转换并输出给TTC-DS驱动模块，TTC-DS驱动模块控制TEC工作. 2.1 测量部分： 采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器，输出信号是电压信号，其工作电压是±24V，输出是0-5V，对应的温度范围是-40-100℃，温度与电压呈线性关系，，其采集精度可达到0.05℃。 pt100是一种稳定性高和性能良好的温度传感器，工作范围-200℃至650℃。pt100是电阻式温度检测器，具有正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：，其中=0.00392，为100（在0℃的电阻值），为摄氏温度[1]。传感器型变送器通常包含信号转换器与传感器两部分。测量单元、信号处理和转换单元是信号转换器的主要组成部分。为得到由温度值转换的电压值，将pt100与温度变送器连接，温度变送器具有两个测量温差的传感器，输出信号与温差之间有具体的比列关系，能将普通电信号或物理信号转换为能够以通讯协议方式输出或标准电信号输出。电流变送器是将被测主回路交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。我们采用的是输出为标准电压的变送器，温度采集信号的处理电路如图1所示。
螺杆制冷机组说明书
目录 第一章总体介绍 一、螺杆式制冷压缩机结构简介 2 二、螺杆式制冷压缩机压缩原理 2 三、压缩机技术参数 3 四、压缩机的油分离系统 3 五、压缩机的润滑油系统 4 六、压缩机的油冷却方式 4 七、容积比和能量调节 6 八、经济器 8 九、机组流程图及技术参数表 11 第二章安装 一、基础 29 二、机组安装 29 三、管路连接 29 四、电机与压缩机的找正 30 五、机组排污与检漏 33 六、冷冻机油的加入 33 七、抽真空 34 八、制冷剂的加入 34 第三章操作、维护和保养 一、操作 35 二、设备检修 37 三、长期停车的保养 40 四、故障指南 40 五、压缩机的检修 42
第一章 总体介绍 一、螺杆式制冷压缩机结构简介 本手册适用于我公司的螺杆III 、II 型机，其所列的螺杆式制冷压缩机系一种开启式双螺杆压缩机。一对相互啮合的按一定传动比反向旋转的螺旋形转子，水平且平行配置于机体部，具有凸齿的转子为阳转子，通常它与原动机连接，功率由此输入。具有凹齿的转子称为阴转子。在阴、阳转子的两端（吸气端和排气端）各有一只滚柱轴承承受径向力量，在两转子的排气端各有一只四点轴承，该轴承承受轴向推力。位于阳转子吸气端轴颈尾部的平衡活塞起平衡轴向力减少四点轴承的负荷的作用。 在阴、阳转子的下部，装有一个由油缸油活塞带动的能量调节滑阀，由电磁（或手动）换向阀控制，可以在15%~100%围实现制冷量的无级调节，并能保证压缩机处于低位启动，以达到小的启动扭矩，滑阀的工作位置可通过能量传感机构转换为能量百分数，并且在机组的控制盘上显示出来。 为了使螺杆压缩机运行时其外压比等于或接近机器的压比，使机器耗功最小，压缩机部设置了容积比调节滑阀，由电磁（或手动）换向阀控制油缸油的流动推动油活塞从而带动容积比滑阀移动，其工作位置通过容积比测定机构转换为压力比值在机组的控制盘上显示出来。 螺杆式压缩机的结构见下图和本书后所附的压缩机剖面图。 螺杆式压缩机三维结构图 二、螺杆式制冷压缩机压缩原理 螺杆式制冷压缩属于容积式制冷压缩机，它利用一对相互啮合的阴阳转子在机体作回转运动，周期性地改变转子每对齿槽间的容积来完成吸气、压缩、排气过程。 1、吸气过程 当转子转动时，齿槽容积随转子旋转而逐渐扩大，并和吸入口相连通，由蒸发系统来的气体通过孔口进入齿槽容积进行气体的吸入过程。在转子旋转到一定角度以后，齿间容积越过吸入孔口位置与吸入孔口断开，吸入过程结束。 2、压缩过程 当转子继续转动时，被机体、吸气端座和排气端座所封闭的齿槽的气体，由于阴、阳转子的相互啮合和齿的相互填塞而被压向排气端，同时压力逐步升高进行压缩过程。 轴承 转子 能量滑阀 轴封 机体 内容积比滑阀 吸气过滤网
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
半导体制冷片工作原理 致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。 半导体致冷器的历史 致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect 可追溯到19世纪。下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A 点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。 一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。 图(1) 致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称或、thermoelectric module，另外又称为热帮浦 (heat pump)。 二、致冷器件的结构与原理 下图(2)是一个制冷器的典型结构。 图(2) 致冷器的典型结构 致冷器是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而 成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通 常是铜、铝或其它金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心 饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如 下图(3)所示，看起来像三明治。 图(3) 致冷器的外观 以下详细说明N型和P型半导体的原理: 三、N型半导体 (1) 如果在锗或硅中均匀掺杂五价元素，由于价电子间 会互相结合而形成共价键，故每个五价元素会与邻近四 价之锗或硅原子互成一共价键，而多出一个电子来，如图(4)所示，这就称为N型半导体。(N表示negative，电子带负电) 。 图(4) N型半导体 (2) 由于加入五甲元素后会添加电子，故五价元素又被称为施体原子。 (3) 加入五价元素而产生之自由电子，在N型半导体里又占大多数，故称为多数载体(majority carriers) 。由温度的引响所产生之电子─电洞对是少数，所以N型半导体中称电洞为少数载体(minority carriers) 。 四、P型半导体 (1) 如果在锗或硅中均匀掺杂三价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个三价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多缺少一个电子，在原子中造成一个空缺来，这个空
制冷机组操作说明
※安全守则：为避免由于操作不当引起的设备异常，请认真阅读本操作说明，并严格按照说明中的操作方法执行。 ◆本机组为2台压缩机并联运行 控制设备采用plc加人机界面，操作方便，可靠性高，易于检修和维护。 ◆控制原理简介： ◇压缩机能量调节控制：启动时，检测系统吸气压力，当系统吸气压力大于设定值时，压缩机输出容量加大，压缩机开始加载，反之，当吸气压力小于设定值时，压缩机输出容量减小，压缩机开始减载。 ◇蒸发冷控制：机组启动时，检测系统排气压力，当系统排气压力大于设定值时，加载蒸发冷水泵和风机，反之当系统排气压力小于设定值时，减载蒸发冷水泵和风机。 ◇油冷水泵控制：机组启动后，系统检测油温度，当油温大于设定值时，启动油冷水泵；当油温小于设定值时，停止油冷水泵。 ◆控制箱元件布置： ◇控制箱面板布置如下图所示:
◆功能介绍： ◇触摸屏---操作机组运行，显示机组运行状态，对机组运行的参数设定等。 ◇复位按钮---当机组运行中出现故障时，使其复位到正常状态，手动操作状态时，复位按钮无效。 ◇急停按钮---当机组运行中需要紧急停止时，停止机组的运行。 ◇工作指示灯显示机组当前的工作状态。 ◆操作介绍： ◇复位按钮：按下后清除触摸屏中的故障信息，并使机组重新启动。 ◇急停按钮：用于紧急情况下，停止机组的运行。当设备出现故障并可能
危及到设备或者人身安全的情况下，按下急停按钮，使机组停止运行。 ◇触摸屏： 开机时，界面如图所示： 分为5个页面，分别为运行状态、参数设定、报警记录、趋势图，数据记录。 如下图所示： 按下按钮进入对应的操作界面。 □参数设定：当机组运行前，需要进行参数设定。如下图所示： 点击参数输入框，会出现数值输入键盘，在键盘中输入参数值后，按下确定按钮。只有登录后才能进行参数设定等操作。
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
半导体制冷片工作原理 致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。 半导体致冷器的历史 致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。 一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。 二、致冷器件的结构与原理
基于半导体制冷片TEC的温度控制器优选稿
基于半导体制冷片T E C 的温度控制器 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
一、原理 半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既 可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷 片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来 实现的。其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。 其优缺点： 1、不需要任何，可连续工作。 2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷。 3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。 4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。 5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。 二、使用说明： 正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热脂。3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。 正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。2、电流不得超过组件的额定电流。3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向(须在5分钟之后)。4、制冷片内部不得进水。5、制冷片周围湿度不得超过80％。
三、半导体制冷器的驱动电路设计 半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。 PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。 （一）、总体框图： （二）、驱动电路： 基于H桥的驱动电路： 当设置OUT3为高、OUT4为低电平，OUT2为低、OUT1为高电平时，Q3和Q4断开，Q1和Q 2导通，电流由TEC左至右；反之OUT3为低、OUT4为高电平，OUT2为高、OUT1为低电平时，Q3和Q4导通，Q1和Q2断开，电流由右至左。 通过单片机PID控制设置OUT1或者OUT4的PWM占空比，控制Q1或者Q4的导通时间来控制TEC的工作时间，从而达到控温的效果。
冷水机冷水机组操作说明书
深圳市凯德利冷机设备有限公司 机组安装、操作及维护说明书 二零壹肆年肆月 版本:A１.00
目录 一、机组的适用范围 (1) 二、规格………………………………………………………………………………１ 三、安装说明 (1) 四、操作说明 (1) 1、使用操作…………………………………………………………………………………… .. 1 2、面板操作简介 (2) 3、用户操作………………………………………………………………………………………２ 4、故障显示及排除 (2) 五、故障排除 (3) 六、保养………………………………………………………………………………４ 七、注意事项 (4) 八、电路图……………………………………………………………………（见附页）
风冷式冷水机组操作手册 一﹑机组适用范围 在工业上广泛用于塑料﹑电子﹑化工﹑冶金﹑食品﹑制药﹑电镀﹑皮革﹑工艺和科研等﹔在商业上广泛用于酒店﹑宾馆﹑超级市场和影剧院等。 二﹑规格 三﹑安装说明 1﹑机器安装﹐要求平放﹐不可倾斜﹔ 2﹑机器两侧应有一米左右保养空间﹔ 3﹑冰水管管路务必接成回路﹐使冰水得以循环﹔ 4﹑冰水管路必须保温﹔ ５﹑接电源时请确定电源足以承担冷水机组最大负荷﹔ ６﹑机组电源﹐必须单独控制﹔ 7﹑必须接地线﹐以确保安全。 四﹑操作說明 启动机组前﹐应检查冰水管路阀门是否打开（注﹕长期停机后﹐再次开机前﹐应打开 电源24小时后再开启机组)﹔ 机组控制﹕ 1、使用操作(面板图）
本公司使用微电脑控制器,显示屏为模块式屏幕，。显示界面的设计充分运用人类工程学 原理，使用操作简便直观,操作人员只需稍阅说明书就可上岗操作,其操作面板如图示。 1．1>按键指示灯 *CＯMＰ1* 压缩机1控制指示灯,灯亮允许启动否则不允许启动，由 *COMP1＊按键控制． *COＭＰ2* 压缩机2控制指示灯，灯亮允许启动否则不允许启动,由 *COMP2*按键控制. *RＥSET＊有故障时的指示灯（闪烁显示),无故障时按下<ＲESEＴ>可关 闭. ＊PUMP* 机组运行指示灯,机组运行时此灯亮，否则灭. ＊０ＦF* 延时停机指示灯，延时停机时闪烁点亮. *SET* 参数设置指示灯,处于参数设置界面时此灯亮. 1．2>面板指示灯 *ＰＯWER* 电源指示灯,通电后灯亮. *RUN* 机组运行指示器,非待机状态亮. *ERＲOR* 故障指示灯,有故障时亮. *COMP1* 压缩机1运行指示灯． *ＣOMＰ２＊压缩机2运行指示灯 ２、面板操作键简介 2．1＞面板中间为两个模块显示屏，PV屏显示实际温度,SV屏显示设定温度。 ２．２>面板左边的５个ＬED灯分别指示:（从上到下)电源,运行，故障,压缩机1，压缩机２。 2.3>面板下侧两排８个按键分别为:，ＲESEＴ(复位)，UP (向上），DOWN(向下）,SE Ｔ（设置)，ＰＵMP(泵）, COMP1（压缩机1),ＣOMP2（压缩机2),OFF(停止)。3、用户操作
半导体器件原理简明教程习题答案
半导体器件原理简明教程习题答案 傅兴华 1.1 简述单晶、多晶、非晶体材料结构的基本特点. 解 整块固体材料中原子或分子的排列呈现严格一致周期性的称为单晶材料; 原子或分子的排列只在小范围呈现周期性而在大范围不具备周期性的是多晶材料; 原子或分子没有任何周期性的是非晶体材料. 1.6 什么是有效质量，根据E(k)平面上的的能带图定性判断硅鍺和砷化镓导带电子的迁移率的相对大小. 解 有效质量指的是对加速度的阻力.k E h m k ??=2 1*1 由能带图可知,Ge 与Si 为间接带隙半导体,Si 的Eg 比Ge 的Rg 大，所以Ge μ>Si μ.GaAs 为直接带隙半导体,它的跃迁不与晶格交换能量,所以相对来说GaAs μ>Ge μ>Si μ. 1.10 假定两种半导体除禁带宽度以外的其他性质相同,材料1的禁带宽度为1.1eV,材料2 的禁带宽度为 3.0eV,计算两种半导体材料的本征载流子浓度比值,哪一种半导体材料更适合制作高温环境下工作的器件? 解 本征载流子浓度:)exp( )( 1082.42 15 T dp dn i k Eg m m m n ?= Θ两种半导体除禁带以外的其他性质相同 ∴)9.1exp()exp()exp(0.31.121T k k k n n T T ==-- ΘT k 9.1>0 ∴21n n > ∴在高温环境下2n 更合适 1.11 在300K 下硅中电子浓度330102-?=cm n ,计算硅中空穴浓度0p ,画出半导体能带图, 判断该半导体是n 型还是p 型半导体. 解 3 173 21002 02 0010125.1102)105.1(p -?=??==→=cm n n n p n i i ∴>00n p Θ是p 型半导体 1.16 硅中受主杂质浓度为31710-cm ,计算在300K 下的载流子浓度0n 和0p ,计算费米能级相 对于本征费米能级的位置,画出能带图. 解 3 17010-==cm N p A 200i n p n = T=300K →3 10 105.1-?=cm n i 330 2 01025.2-?==∴cm p n n i 00n p >Θ ∴该半导体是p 型半导体 )105.110ln(0259.0)ln(10 17 0??==-i FP i n p KT E E
半导体制冷器的高精度温度控制系统
摘要 随着信息时代的到来，传感器技术得到了快速发展，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。随着人们生活水平的提高，智能化的液体加热制冷类家电越来越多地出现在人们的日常生活中，这些产品大多采用发热管或PTC热敏电阻进行加热，仅仅具有加热功能；而使用半导体制冷片可以具备加热和制冷双重功能，但缺陷是传统的半导体制冷片的方向控制大多使用继电器来完成，继电器属于机械式开关，当频繁导通或关断时不仅会发出噪音，而且还会降低其使用寿命。因此，有必要探索一种高效、静噪、安全的半导体制冷片控制方法。本设计将H桥驱动电路引入半导体制冷片进行控制，通过控制H桥的通断方向来控制半导体制冷片的加热和制冷，从而实现控温。 关键词：传感器；TEC；H桥
1、系统方案设计 本系统分为MCU ，温度显示，温度控制，温度采集，本系统采用STC12C5A16S2作为核心芯片，使用TEC1-12706半导体制冷片作为核心加热制冷与案件，采用DS18B20温度传感器采集温度，通过上位机和单片机通讯，上位机可以显示实时温度值，并且可以进行温度设置，半导体制冷片控制部分采用H 桥驱动控制电路进行电压翻转，H 桥的导通和截止采用三极管开关电路进行控制，从而达到加热和制冷的自动控制目的。 PC 机显示温度、 温度控制 设置温度 RS232 PWM ······· 加热制冷 温度采集 图1 系统结构 STC12C5A16S2 DS18B20 TEC H 桥
1.1微型控制单元 MCU采用宏晶STC12系列单片机，其工作电压为5.5-3.5V，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，本单片机晶振频率为22.184MHz，本系统PWM的时钟源是Fosc，不用Timer，PWM的频率为Fosc/2，此单片机完全能够满足本系统的设计要求。 1.2 TEC12706半导体制冷片 TEC(Themoelectric cooling modules)即半导体制冷器,它的工作原理是基于珀尔贴效应(J.C.A.Peltier在1834年发现),即当电流以不同方向通过双金属片所构成的结时能对与其接触的物体制冷或加热。两个电偶臂分别用P型和N型半导体材料制成,然后上下分别用金属桥连接,由于电子在金属中的能量要低于在N 型半导体中的能量,故在P型电偶臂和N型电偶臂两端加上电压后,电子从金属流到N型半导体需吸收能量,而从N型半导体流到金属中需放出能量,这样a端是电子从金属流向N型半导体,故为吸热端,而b端是电子从N型半导体流向金属故为放热端;反之,当在电偶臂两端加上反向电压时,此时a端则为放热端,而b端则为吸热端。由此可知,若将a端与某物体接触,通过改变回路中电压极性和电流的大小即可以实现对物体的制冷与加热。 图2 TEC结构
基于半导体制冷片的温度控制器
LD 基于半导体制冷片（TEC）的温度控制器 一、原理 半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Pelti er效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电 流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加 热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现 的。其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递 的工具。其优缺点： 1、不需要任何制冷剂，可连续工作。 2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。 3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。 4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。 5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。 二、使用说明： 正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。 正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。2、电流不得超过组件的额定电流。3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压(须在5分钟之后)。4、制冷片内部不得进水。5、制冷片周围湿度不得超过80％。 三、半导体制冷器的驱动电路设计 半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。 PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。 （一）、总体框图：
双良制冷机使用说明书
第一章机组介绍 1.1机组型号编制说明 型号示例： SXZ6-233DH2M2,表示蒸汽压力为0.6MPA（表），制冷量2330KW(200×104kcal/h),冷水进、出口温度为12℃、16℃，冷却水进、出口温度为32℃、38℃，MMI2控制的H2型蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组。 1.2机组名义工况及工作范围 机组名义工况：见机组銘牌。 机组允许使用范围： 冷水出口温度（t）范围名义工况温度减2℃≤t≤名义工况温度加3℃ 冷却水进口温度（t）范围 18℃≤t≤34℃ 饱和工作蒸汽压力不大于额定工作蒸汽压力加0.05 MPA 过热蒸汽允许范围蒸汽最高温度不大于180℃ 电源电压允许范围380V A C±10％ 1.3机组构成 蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组（以下简称机组）是一种以饱和水蒸汽为热源（工作蒸汽）,水为制冷剂/溴化锂水溶液为吸收剂,在真空状态下制取空气调节和工艺用冷水的设备. 机组由高压发生器(简称高发)、低压发生器(简称低发)、冷凝器、蒸发器、吸收器和高温热交换器、低温热交换器、凝水热交换器等主
要部件及抽气装置、熔晶管、屏蔽泵（溶液泵和冷济泵）等辅助部分组成。 高压发生器为管壳式结构，由封头、筒体、管板、传热管、汽包等组成。工作蒸汽流经传热管内，加热管外的溴化锂稀释液，使其沸腾产生高温冷却蒸汽，同时溶液浓度为中间溶液。产生的高温冷剂蒸汽经汽包流入低发，中间溶液经高温热交换器降温后也进入低发。工作蒸汽在传热管内放出热量后冷凝成凝水，经节流装置流出高压发生器。高发内压力约为93.3kpa(700mmHg)。 表1-1机组阀门一览表
低压发生器由传热管及蒸气室、凝水室等组成。高发产生的高温冷剂蒸汽经蒸气室进入传热管内，将经过高温热交换器降温后进入到传热管外的中间溶液加热，使之再次沸腾产生冷剂蒸汽，同时溶液进一步浓缩为浓溶液。产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，浓溶液经低温热交换器降温后进入吸收器。同时传热管内的高温冷剂蒸汽被管外溶液冷凝，经过节流后也流进冷凝器。低发内压力约为7.3Kpa (55mmHg)。
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理 致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。 半导体致冷器的历史 致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。 一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。 图(1) 致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称或、thermoelectric module，另外又称为热帮浦 (heat pump)。 二、致冷器件的结构与原理
常用半导体器件
第4章常用半导体器件 本章要求了解PN结及其单向导电性，熟悉半导体二极管的伏安特性及其主要参数。理解稳压二极管的稳压特性。了解发光二极管、光电二极管、变容二极管。掌握半导体三极管的伏安特性及其主要参数。了解绝缘栅场效应晶体管的伏安特性及其主要参数。 本章内容目前使用得最广泛的是半导体器件——半导体二极管、稳压管、半导体三极管、绝缘栅场效应管等。本章介绍常用半导体器件的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及简单应用。 本章学时6学时 4.1 PN结和半导体二极管 本节学时2学时 本节重点1、PN结的单向导电性； 2、半导体二极管的伏安特性； 3、半导体二极管的应用。 教学方法结合理论与实验，讲解PN结的单向导电性和半导体二极管的伏安特性，通过例题让学生掌握二半导体极管的应用。 4.1.1 PN结的单向导电性 1. N型半导体和Ｐ型半导体 在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。 2.PN结的单向导电性 当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN结变窄,而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,视为截止(不导通)。 4.1.2 半导体二极管 1.结构 半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。 2. 二极管的种类 按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种，点接触型二极管（一般为锗管）其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。
半导体制冷技术
半导体制冷技术 实物图 半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。 1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接头变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为"帕尔帖效应"。"帕尔帖效应"的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。 所以，"半导体制冷"的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。但当时由于使用的金属材料的热电性能较差，能量转换的效率很低，热电效应没有得到实质应用。直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于1945年前发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的致冷效果。这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差致冷中半导体材料的一种主要成份。约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体致冷材料的优值系数，达到相当水平，才得到大规模的应用。80年代以后，半导体的热电制冷的性能得到大幅度的提高，进一步开发热电制冷的应用领域。 二、半导体制冷片制冷原理 原理图
双良制冷机使用说明书
第一章机组介绍 机组型号编制说明 型号示例： SXZ6-233DH2M2,表示蒸汽压力为（表），制冷量2330KW(200×104kcal/h),冷水进、出口温度为12℃、16℃，冷却水进、出口温度为32℃、38℃，MMI2控制的H2型蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组。机组名义工况及工作范围 机组名义工况：见机组銘牌。 机组允许使用范围： 冷水出口温度（t）范围名义工况温度减2℃≤t≤名义工况温度加3℃ 冷却水进口温度（t）范围18℃≤t≤34℃ 饱和工作蒸汽压力不大于额定工作蒸汽压力加MPA 过热蒸汽允许范围蒸汽最高温度不大于180℃ 电源电压允许范围380V AC±10％ 机组构成 蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组（以下简称机组）是一种以饱和水蒸汽为热源（工作蒸汽）,水为制冷剂/溴化锂水溶液为吸收剂,在真空状态下制取空气调节和工艺用冷水的设备. 机组由高压发生器(简称高发)、低压发生器(简称低发)、冷凝器、蒸发器、吸收器和高温热交换器、低温热交换器、凝水热交换器等主要部件及抽气装置、熔晶管、屏蔽泵（溶液泵和冷济泵）等辅助部分
组成。 高压发生器为管壳式结构，由封头、筒体、管板、传热管、汽包等组成。工作蒸汽流经传热管内，加热管外的溴化锂稀释液，使其沸腾产生高温冷却蒸汽，同时溶液浓度为中间溶液。产生的高温冷剂蒸汽经汽包流入低发，中间溶液经高温热交换器降温后也进入低发。工作蒸汽在传热管内放出热量后冷凝成凝水，经节流装置流出高压发生器。高发内压力约为(700mmHg)。 表1-1机组阀门一览表
低压发生器由传热管及蒸气室、凝水室等组成。高发产生的高温冷剂蒸汽经蒸气室进入传热管内，将经过高温热交换器降温后进入到传热管外的中间溶液加热，使之再次沸腾产生冷剂蒸汽，同时溶液进一步浓缩为浓溶液。产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，浓溶液经低温热交换器降温后进入吸收器。同时传热管内的高温冷剂蒸汽被管外溶液冷凝，经过节流后也流进冷凝器。低发内压力约为(55mmHg)。
半导体制冷片的利弊(精)
原理: 半导体制冷片的工作运转是用直流电流 , 它既可制冷又可加热, 通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热,这个效果的产生就是通过热电的原理。 优点 半导体制冷片作为特种冷源,在技术应用上具有以下的优点和特点: 1、不需要任何制冷剂 ,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。 2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于 1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。 3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。 4、半导体制冷片的温差范围,从正温 90℃到负温度 130℃都可以实现。 缺点: 1、半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下, 通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。 2、半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。 3、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话, 功率就可以做的很大, 因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
4、半导体制冷的热面温度不应超过 60℃ ,否则就有损坏的可能。若在额定的工作电压(12V 下,一般的散热风扇根本无法为制冷片提供足够的散热能力,容易造成制冷片过热损坏。同时千万不要在无散热器的情况下为致冷器长时间通电, 否则会造成致冷器内部过热而烧毁。半导体制冷片具有两种功能, 既能制冷, 又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于 1。要是这样的话安 全问题有代考虑! 其次散热片由于间距太小, 很容易被灰尘堵住, 而且清洗不了, 这样就很容易因为温度过高而烧毁,从而影响整车的安全。 使用说明: 一、正确的安装、组装方法:1、制冷片一面安装散热片,一面安装导冷系统,安装表面平面度不大于 0.03mm ,要除去毛刺、污物。 2、制冷片与散热片和导冷块接触良好,接触面须涂有一薄层导热硅脂。 3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀,又要注意切勿过度,以防止瓷片压裂。 二、正确的使用条件:1、使用直流电源电压不得超过额定电压 ,电源波纹系数小于 10%。 2、电流不得超过组件的额定电流。 3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压 (须在 5分钟之后。 4、制冷片内部不得进水。 5、制冷片周围湿度不得超过 80%。
半导体制冷器的高精度温度控制系统
半导体制冷器的高精度温 度控制系统 Prepared on 22 November 2020
摘要 随着信息时代的到来，传感器技术得到了快速发展，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。随着人们生活水平的提高，智能化的液体加热制冷类家电越来越多地出现在人们的日常生活中，这些产品大多采用发热管或PTC热敏电阻进行加热，仅仅具有加热功能；而使用半导体制冷片可以具备加热和制冷双重功能，但缺陷是传统的半导体制冷片的方向控制大多使用继电器来完成，继电器属于机械式开关，当频繁导通或关断时不仅会发出噪音，而且还会降低其使用寿命。因此，有必要探索一种高效、静噪、安全的半导体制冷片控制方法。本设计将H桥驱动电路引入半导体制冷片进行控制，通过控制H桥的通断方向来控制半导体制冷片的加热和制冷，从而实现控温。 关键词：；TEC；H桥 1、系统方案设计 本系统分为MCU，温度显示，温度控制，温度采集，本系统采用STC12C5A16S2作为核心芯片，使用TEC1-12706半导体制冷片作为核心加热制冷与案件，采用DS18B20温度传感器采集温度，通过上位机和单片机通讯，上位机可以显示实时温度值，并且可以进行温度设置，半导体制冷片控制部分采用H桥驱动控制电路进行电压翻转，H桥的导通和截止采用三极管开关电路进行控制，从而达到加热和制冷的自动控制目的。 PC机显示温度、温度控制 STC12C5A16S2 设置温度 RS232 PWM H桥 ······· TEC
加热制冷 温度采集 图1 系统结构 微型控制单元 MCU 采用宏晶STC12系列单片机，其工作电压为，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，本单片机晶振频率为，本系统PWM 的时钟源是Fosc ，不用Timer ，PWM 的频率为Fosc/2，此单片机完全能够满足本系统的设计要求。 TEC12706半导体制冷片 图2 TEC 结构 DS18B20数字温度传感器 DS18B20温度传感器是DALLAS 公司生产的1－Wire ，即单总线器件，只需要一条口线通信，多点能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为 V 至 V ，无需备用电源，测量温度范围为-55 ° C 至+125 °C ，-10 ° C 至+85 °C 范围内精度为± °C 。温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置，应用范围包括恒温控制，工业系统，温度计，或任何热敏感系统。 2、硬件设计 硬件功能划分 上位机 执行机构
半导体激光器温度控制系统.
半导体激光器温度控制系统 半导体激光器广泛应用在工业加工、精密测量、通讯等领域。半导体 激光器是一个对温度很敏感的器件,它的输出波长和功率会随着温度的变化而改变,工作寿命也会因此而缩短。所以为了保证半导体激光器工作性能的良好,必 须要控制半导体激光器的温度。本文利用半导体制冷器作为系统的执行元件,设计出了半导体激光器的温度控制系统。目前半导体激光器的温控执行元件大多 使用半导体制冷器。半导体制冷器是根据珀尔贴效应而制成的,当给它通上直流电时,半导体制冷器就会加热或制冷,从而控制半导体激光器的温度。本文首先 研究了半导体制冷器的工作原理,而后在此基础上应用小信号分析法,建立出在 平均意义下的半导体制冷器的数学模型。其次研究半导体激光器和温度传感器 的模型,得出了温控系统的传递函数,通过分析温控系统的传函和温控系统需要 达到的性能要求,设计了PID控制器和模糊自适应PID控制器来优化系统,得出 应用模糊自适应PID的系统控制精度可以达到0.01℃。然后又利用遗传算法对 系统进行寻优,遗传算法不需要任何初始信息便可以寻求到全局最优解,本文设 计出基于遗传算法的PID控制器,与PID控制和模糊自适应PID进行比较,经过 仿真比较,得出基于遗传优化的PID控制效果更好。最后,设计温度控制系统的 硬件部分。详细介绍了系统的数据采集部分、单片机接口部分、功率驱动器部 分和显示器部分。 同主题文章 [1]. 高俊杰,马俊芝. 结构参数对半导体激光器激光特性的影响' [J]. 激 光技术. 1981.(03) [2]. 史一京. 半导体激光器的光注入调试' [J]. 中国激光. 1983.(Z1) [3]. 徐振华. 室温下15GHz直接调制的半导体激光器' [J]. 半导体光电. 1986.(01) [4]. 罗本清. PCM二次群和三次群光发射盘' [J]. 半导体光电. 1987.(03) [5]. 陈其道. 在快速激发下,DC—PBH 1.3μm InGaAsP/InP激光器的动 态光谱展宽' [J]. 半导体光电. 1987.(03) [6]. 刘弘度,林祥芝,鲍学军. 单纵模耦合腔半导体激光器' [J]. 光通信技术. 1987.(01) [7]. 史一京,李东姝,潘贵生. 用计算机对半导体激光器L-I特性等的测量'