半导体制冷试验设计

半导体制冷实验实验题目：半导体制冷实验实验目的：1. 掌握半导体制冷的基本原理。2. 实验设计半导体制冷系统。3. 计算制冷系数4. 观察半导体制冷结露现象。实验器材： 蓄电池12V，绝缘陶瓷片两块，铜导体（薄铜片），N型和P型半导体若干，导线若干，灵敏温度计，控制开关，透明胶带。实验原理：1.帕尔帖效应当电流通过同一导体时，放出的焦耳热量与电流强度的平方成正比，而与电流流动的方向无关。是一个可逆过程，但在一定条件下，电流通过两种不同材料的金属接触面时，热量的吸收和放出是一个不可逆过程，即当电流沿某一方向流动时，若接触点放出热量，则当电流沿反方向流动时，应吸收热量，这一效应称为帕尔帖效应。2. 半导体制冷原理 半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，它是利用热电效应的一种制冷方法。半导体制冷原理如图1所示。 PN热端 图1 PNPNPN 图2 N型材料有多余的电子，有负温差电势，P型材料电子不足，有正温差电势。当电子从P型穿过结点到N型时，其能量必然增加，相反当电子从N型流至P型时，结点温度会升高。把一只N型半导体元件和一只P型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。上面的一个接头处，电流方向从N到P，温度下降并吸热，是冷端；而下面的一个接头处，电流方向从P到N，温度上升并放热，是热端。在电流作用下，由于帕尔帖效应，热量由Tc转向Th，使Tc温度降低，成为冷端，Th温度升高，成为热端。借助散热器等各种传热手段，使热端的热量不断散发，将冷端置于工作室中去吸热降温而形成制冷。目前采用半导体材料锑化铋做成N型和P型热电偶，用模块的方法组成半导体制冷器件。如图2所示，接上电流后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端，借助热交换器等传热手段，使热电堆的热端不断散热并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是半导体制冷的工作原理。实验步骤：1.制作半导体制冷片。按图1所示，首先将一个铜导体（薄铜片）和一个N型与一个P型半导体用透明胶带固结成n型；2.用同样的方法将其余的半导体和铜导体（薄铜片）均固结成n型；3.如图2所示，将所有连接好的n型部件在另一端间隔着用铜导体（薄铜片）连接起来，形成串联形式；4.将步骤3中串联好的半导体的两端用透明胶带分别固定好绝缘陶瓷片。 图35.如图3所示，连接电路。6.闭合开关，10分钟后，分别测试冷端温度Tc和热端温度Th，之后每隔5分钟分别测一组数据，共测5组数据并如实记录。7.观察冷端是否出现结露现象，并如实记录。8.断开开关，30分钟后方可拆卸实验装置。实验数据：1. 实验过程中冷端温度和热端温度温度/12345TcTh2.实验过程中是否观察到冷端有结露现象？实验数据处理：实验总结：1.该半导体制冷装置的制冷系数为2. 实验过程中观察到冷端有结露现象。注意事项：1. 为使闭合开关10分钟后才开始测量冷端和热端温度。2. 温度每隔5分钟测量一次。3. 由于相关资料表明最高温差可达到60，所以