半导体制冷温制系统设计
作者：赵萍， 张亚军， 熊华波， Zhao Ping， Zhang Yajun， Xiong Hua bo 作者单位：辽宁省交通高等专科学校,辽宁沈阳,110122
刊名：
辽宁省交通高等专科学校学报
英文刊名：JOURNAL OF LIAONING PROVINCIAL COLLEGE OF COMMUNICATIONS
年，卷(期)：2009,11(2)
被引用次数：1次
参考文献(4条)
1.罗亚非凌阳16位单片机应用基础 2005
2.许丽川过程控制调节规律的研究[学位论文] 2000
3.邬镇耀热电制冷技术 1986(02)
4.徐德胜电子冷冻与半导体 1983(03)
引证文献(1条)
1.郭朝有.吴雄学基于PIC12C672的半导体制冷系统过热保护装置[期刊论文]-电气技术 2010(6)本文链接：https://www.doczj.com/doc/4017144044.html,/Periodical_lnsjtgdzkxxxb200902025.aspx
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。
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
DB-JD99全工况多功能型除湿系统实训装置 一、概述 1、“全工况多功能型除湿系统实训装置”是采用冷冻式空气除湿原理，将空气冷冻至露点以下，再除去冷凝后的水分，最常见的方式有：风道式除湿。 2、处理系统，并配置压缩机、第1风冷冷凝器、第2风冷冷凝器, 第1蒸发器、第1蒸发器,电磁阀和风管等真实部件，可测量压力、温度、湿度等过程参数。通过对本装置的实验，能使学生熟悉风道路式除湿机的空气处理过程，并得到热工测量和计算的基本训练。本装置适用于“制冷空调原理及应用”、“制冷空调技术”、“建筑电气控制技术”等课程的实验教学。 3、调温除湿机用蒸发器来给空气降温除湿，并回收系统的冷凝热，弥补空气中因为冷却除湿时散失的热量，是一种高效节能的除湿方式，已经广泛应用于国防工程、人防工程、烟草及石化行业、地铁车站、航天领域净化工程、实验室、电讯器材室、档案室、食品房、制药或胶片车间、特种玻璃制造、粮食、木材等的除湿干燥和高湿空间的除湿与温度控制等有除湿要求的场所。而我国气候类型多样，大部分地区冬夏温差大，热/冷/湿负荷随时间变化明显，传统的除湿干燥系统不能很好的满足实际的需要。 4、调温除湿机是提供一种可以在不同室内、外温度下对室内进行供热、制冷和除湿以满足室内温湿度要求的调温调湿方法及其设备，可以提高除湿调温系统的性能，扩大除湿调温系统的适用范围。 图片仅供参考 二、技术性能
输入电源：单相三线AC220V±10% 50Hz 工作环境：温度-10℃～+40℃相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m 制冷剂：R22 装置容量：＜2.5kVA 重量：100kg 外形尺寸：300cm×70cm×130cm 三、装置特点 1、安全保护齐全：设有电压型漏电保护、电流型漏电保护、过流保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护 2、直观性好：装置直观展示了全工况多功能型除湿系统空气调节系统的结构，风道采用有机玻璃面板，可清楚地看到空气循环系统的组成部件 3、除湿机的内循环：通过压缩机的运行→排气口排出高温高压的气体→进入冷凝器冷却→变成低温高压气体→通过毛细管截流→变成低温低压的液体→通过蒸发器蒸发吸热→回到压缩机变成低温低压的气体。如此循环往复。 4、除湿机的外循环：在正常开机的情况下→通过风机的运行→潮湿的空气从进风口吸入→经过蒸发器→蒸发器将空气中的水份吸附在铝片上→变成干燥的空气→经过冷凝器散热→从出风口吹出。 5、调温除湿机是提供一种可以在不同室内、外温度下对室内进行供热、制冷和除湿以满足室内温湿度要求的管道式调温调湿方法及其设备， 6、运行模式多：管道式调温除湿机具有降温除湿、调温除湿、升温除湿、制热、自动除霜等运行模式。 7、调节范围大：由于管道式调温除湿机具有多种不同的运行模式，从降温除湿到制热运行，提高了系统的制冷、制热、除湿的调节范围，能够满足不同冷/热/湿负荷的需求。 8、调节精度高：管道式调温除湿机在通过运行模式转换来调节制冷量、制热量和除湿量，在每种运行模式下，还可以调室外换热器的风机转速(风冷型换热器)和水泵转速(水冷型换热器)来调整室外换热器和室内换热器之间的热量分配，对系统的制冷量或制热量进行微调，以提高温湿度的调节精度。 9、适用范围广：由于管道式调温除湿机具有多种运行模式，能够实现较大范围的制冷/制热/除湿的调节范围，室外换热器可以采用风冷或者水冷等形式，能够在不同地区使用，以满足全年运行冷/热/湿负荷的要求，以实现对空气温湿度的控制。 10、自动控制：根据室内温湿度的设计要求，实时检测室内的温湿度、室外温度和系统的运行状态，根据室内温湿度的变化和室外温度条件，自动转换系统的运行模式，以保证室内的温湿度要求和系统安全运行。 四、配置及功能
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
目录 一、概述 (2) 二、技术参数 (2) 三、装置的特点 (2) 四、装置的组成与基本装备说明 (3) 五、装置的启动及运行 (7) 六、故障设置及分析 (8) 七、装置放置环境要求 (9) 八、装置放置空间要求 (13) 九、电源要求 (13) 十、装置的保养与维护 (13)
一、概述 THPKT-1A 型制冷与空调检测实训装置是根据教育部“振兴21世纪职业教育课程改革和教材建设规划”要求，按照职业教育的教学和实训要求研发的产品。适合高职院校、技工学校、职教中心、鉴定站/所制冷类专业的制冷技术、《热泵技术教学》、《家用制冷设备原理与维修》、《制冷空调装置操作安装与维修》、《小型制冷与空调装置》、《制冷空调机器设备》、《空气调节技术与运用》、《冷库制冷工艺》、《制冷空调自动化及机电一体化》、《制冷与低温工程》等的实训教学及相关专业《制冷工中、高级》实训考核。 该智能考核系统装置培养掌握空调与制冷技术专业理论知识和专业实践技能，从事空调、制冷设备及系统的技术升级、改造设计、安装、调试、维护、维修、技术管理等方面的技能应用型人才。 该智能考核装置在实训室管理、考核管理方面更加科学化、更加贴近实际教学，可供学生学习锻炼，通过模拟故障设置，有利于开展技能鉴定、考核工作，是适合高职院校、职业学校制冷技术、热泵技术教学的实训装置，更是制冷与空调设备维修专业技能考核的理想设备。 二、技术参数 1.输入电源：单相三线 AC220V ±10% 50Hz 2.装置容量：＜1kVA 3.外形尺寸：1000mm×590mm×1610mm 4.制冷剂类型：R22 5.安全保护：具有漏电流保护装置，安全符合国家标准 三、装置的特点 1.系统采用真实的制冷机组，与实际教学接轨。整个空调系统真实完整,与市场上的遥控分体热泵落地式空调的总体结构、性能完全相同。具有制冷、制热、通风、除湿、温度、风速选择、定时、扫风控制、睡眠、自动、灯光等功能 2.整套实训装置集制冷系统、电气控制系统、故障模拟系统于一体，系统真实完整,结构清晰、紧凑，与实际空调制冷系统、电气系统一致，满足对实训的要求 3.实训装置直观展示了柜式空调的系统结构、工作原理，可清楚的看到制冷循环系统结构及主要部件的实物，系统还配置有交流电压表、交流电流表、温度表、真空压力表、发光二极管使整个空调系统的实时工作状态一目了然；便于教学演示讲解及学生对课本知识的理解掌握。 4.装置设有室外机部件电气控制线路接线区域，可完成对电气连接、压缩机绕组、室外风机绕组判断等，有利于学生将理论应用于实际，并培养学生实际操作动手能力。 5.可模拟故障设置，学生根据故障现象分析故障可能产生的原因，确定故障发生的范围，并进行排故。有利于开展技能鉴定、考核工作
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。
制冷实习指导书 一、目标 制冷实习通过学生自己动手，熟悉电冰箱和空调器的制冷系统、控制系统、 通风系统。培养一定的科学作风和动手能力。 二、要求 （1）了解电冰箱和空调器的基本知识。 （2）熟悉电冰箱和空调器的电气控制。 （3）熟悉电冰箱和空调器的制冷原理及制冷系统。 （4）熟悉电冰箱和空调器的通风系统和电气系统的检测方法。 （5）掌握电冰箱和空调器制冷系统的检测方法及相关工艺。 三、基本知识 (一)电冰箱的分类及型号 1、分类 (1)按箱体外形分：立式、卧式、台式、壁式、手提式。 (2)按箱门结构分：单门、双门、三门、四门、对开门。 (3)按制冷方式分：压缩式、半导体式、吸收式。 (4)按冷却方式分：直冷式、风冷(间冷)式。 (5)按有效容积分：90、110、158、190、210、……、(升) (6)按使用环境温度分 亚温带型(SN) 温带型(N) 亚热带型(ST) 热带型(T) 10~32℃16-32℃18~38℃18~43℃ (7)按冷冻室温度分(星级表示) 星级符号冷冻室温度备注 一星级* —6℃ 二星级** —12℃ 三星级*** —18℃ 四星级* *** —18℃ 四）控制系统 1、起动及保护：重锤启动器，过载、过热保护器 2、温控：膜盒式温控器 3、全自动除霜电路 4、门电路 四、实习操作内容 （一）割管、扩管、涨管、弯管 1、割管刀操作 在修理、安装空调器时，经常需要使用专用的割管刀切割不同长度和直径的 铜管。割管刀有不同的规格。割管刀实物如图4—28 所示。 7 切割铜管时，须将铜管放到割管刀的两个滚轮之间，顺时针旋转进刀钮，将 铜管卡在割刀与滚轮之间，然后边旋转进刀钮，边围绕铜管旋转割管刀。旋转进刀钮时，用力一定要均匀柔和否则可能会将铜管挤压变形。切割铜管的操作方法如图4-29 所示。 切割铜管切断后，还要用绞刀将管口边缘上的毛刺去掉，以防止铜屑进入制冷系统。去除铜管口毛刺的方法如图4-30 所示。
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
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：
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
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
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%。
制冷实训报告 制冷实训报告 制冷综合实训研究报告 本学期的15~16周，我们进行了为期两周的制冷综合科研，其目的是通过实训使我们终极目标能把理论与实践紧密结合起来，此次成人教育较之前比较，实训项目类型多样，包含了热泵型独立式空调冰箱汽车空调等多个我们已学的制冷系统，在加强实际操作技能的同时，极进步巩固进步了我们的理论知识，提高了分析缺陷问题和解决问题的能力，进一步增强了独立工作的能力。本次实训中，我们共做了六个投资项目，分别是： 实验空调制冷制热实训考核办法 在实验过程中，认真熟悉及分析了空调制冷制热的工作原理及其控制电路，学习识图及绘图，观察故障现象，熟悉故障检测维修的方法，熟悉了使用万用表检测故障的方法，同时认真分析故障原因及解决统计分析方法，并且互设故障让己方排除。因为之前就进行过这个投资项目早先的实验，所以在实训过程中并没有出现什么问题，而且我发现无论是何种空调和冰箱，其制冷系统工作及控制原理都是大同本人异，其故障分析思路的方向也大致相同，所以要认真学会分析制冷系统及电路系统的制冷系统方法，照着那个轴线思考下去，并且学会举反三的去看问题。 实验二热泵型分体空调实训考核 通过实验熟悉了热泵型分体式空调的工作原理及其控制电路，同时进行机械故障的检测分析倘若以及进行相互合作故障排除的练习。机械故障测试的检测方法要灵活运用，因为并不是所有故障都可以用万用表测出的，有些可用观察法看出；要研判认真分析出现故障的原因，导致故障的部件位置，不能鲜有目的的味乱测。中央空调即可制冷又能制热，是通过四通电磁阀的作用，使制冷剂流向改变，室
内散热器的作用互换，但实验中的空调系统的储热效果不是空调很明显，热泵型分体式空调的制热效果较为明显。 实验三变频空调实训考核 变频空调是通过烧录改变加载电源的频率，使冷却系统的转速连续变化，从而实现压缩机能量的无级调节，它是高效节能冷暖兼用的热泵型空调器，在电压波动情况下也能正常运作，使用操作方便功能多样，舒适性高。在本次实验中，熟悉了变频空调的工作原理以及其控制器控制，之后进行了故障的观察检测与分析，变频空调相较于热泵型分体空调来说，复杂得多。变频系统的嗅觉保护环节较为灵敏，故障测试中压缩机的频繁启停，使测试过程较为麻烦，其控制电路也十分复杂，增加了实验的难度。 实验四冰箱实训考核 在以前的实训中，我们已经学习了冰箱制冷系统及控制元件的工作原理，与非常简单空调系统相比冰箱系统简单许多，各元器件以及电路的连接连接都非常简单，但制冷原理都完全相同是基本相同的，其制冷系统也是由涡轮冷凝器节流阀和蒸发器组成。 本实验主要是针对间硫代冰箱的故障检测与分析，间冷式比直冷式复杂些，要分清直冷系统与间冷系统间的区别。测试过程中要注意电阻器分析电路，何时应开何时应关箱门开关要区分。冰箱电动机都是单相异步电动机，使用单相电源。实训中曾度认为制冷系统出问题了没运行，后来过阵子后发现回气管有少量结霜，才知是电风扇压缩机运行时，震动较本人，没观察出。 实验五汽车空调系统实训考核 在实验过程中，熟悉了汽车空调系统的为人所知工作原理及其控制电路，熟悉系统故障发生的部件，清楚控制方式，观察故障现象，熟悉掌握故障检查维修的方法，熟悉识图和绘图方法，熟悉使用万用表放大器检测电路的方法。其实汽车空调和我们熟悉的家用空调
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'
制冷专业综合技能 实训指导书 目录 实验一、空调制冷制热实训考核 ----------------- 3~5 项目一、故障检测表的数据填写；项目二、分析故障原因，并熟悉每个故障； 项目三、熟悉电路图（识图、绘图）；项目四、故障相互考核，教师考核 实验二、热泵型分体空调实训考核--------------- 6~9 项目一、故障检测表的检测方法及数据填写；项目二、分析故障原因，并熟悉 每个故障；项目三、熟悉电路图（识图、绘图）；项目四、故障相互考核， 教师考核； 实验三、变频空调实训考核 ------------------- 10~11 项目一、故障检测表的检测方法及数据填写； 项目二、分析故障原因，并熟悉每个故障； 实验四、冰箱实训考核 ------------------------- 12 项目一、故障检测表的数据填写；项目二、分析故障原因，并熟悉每个故障； 项目三、熟悉电路图（识图、绘图），分清直冷与间冷的区别；项目四、故障 相互考核，教师考核。 实验五、汽车空调系统实训考核---------------- 13~14 项目一、故障检测表的检测方法及数据填写； 项目二、分析故障原因，并熟悉每个故障。 实验六、家用空调机室内、外机组拆装调试15
项目一、空调室内、外机组的拆卸项目二、空调室内、外机组的安装调试 实验一空调制冷制热实训考核装置 一、实验目的： 1、熟悉故障发生的部件 2、清楚控制方法 3、熟悉故障检测、维修的方法 4、熟悉识图和绘图方法 5、熟悉使用万用表检测电路的方法 二、实验场地： 制冷装置实训中心 三、实验内容： 项目一、故障检测表的数据填写； 项目二、分析故障原因，并熟悉每个故障； 项目三、熟悉电路图（识图、绘图）；项目四、故障相互考核，教师考核； 四、实验工具： 万用表 五、实验步骤： 表 项
实验八 制冷制热循环 一、实验目的 1、熟悉并掌握蒸气压缩式制冷循环和制热循环； 2、针对家用空调器和冰箱，定量计算与分析制冷循环的制冷系数和制热循环的供热系数； 3、了解制冷与制热设备。 二、实验基本原理 制冷循环和制热循环是在逆卡诺循环的基础上发展起来的，实际的循环和逆卡诺循环是有区别的。对于蒸气压缩式制冷循环（制热循环），主要区别在于：用节流膨胀设备代替了逆卡诺循环中的膨胀机；压缩机主要工作在过热蒸气区；传热是在接近等压情况下的有温差的传热过程。下面的图1的温熵图表明了蒸气压缩式的理论制冷循环（制热循环）与逆卡诺循环的区别。 S T 12 3 4 T k T 0 ∑w T S T k T 0 12 2' 3 3' 4 4'T e,c 图1 理论制冷循环（制热循环）同逆卡诺循环的区别 在逆卡诺循环中，循环是按照1-2-3-4-1的过程进行的，由等熵就绝热压缩过程（1-2）、等温压缩放热过程（2-3）、等熵绝热膨胀过程（3-4）、等温膨胀吸热过程（4-1）组成。K T 表示放热温度，0T 表示吸热温度。 在理论制冷循环中，循环也是按照1-2-2'-3-4-1的过程进行的，循环的大部分是在制冷剂的两相区内完成，压缩过程在过热蒸气区内完成（认为是等熵压缩）；放热过程由于实际冷凝器的特点简化成等压的放热过程；制冷剂放热后变成液体状态，有时还有一定的过冷（图1的右图中的3'点），由于用节流设备代替了膨胀机，所以3到4是一个熵增的节流过程；最后制冷剂在蒸发器中完成等温膨胀吸热过程。由于循环的吸热和放热大部分是在两相区内完成的，在两相区内等压线和等温线是重合的，因此定义蒸发器中的压力为蒸发压力，对应的饱和温度为蒸发温度；定义冷凝器中的压力为冷凝压力，对应的饱和温度为冷凝温度。 表示制冷剂状态参数的图线有几种。前面分析蒸气压缩制冷循环时，使用的是制冷剂的
湖南科技大学 毕业设计（论文） 题目采用半导体制冷片的温控 系统的设计 作者方云熠 学院信息与电气工程学院专业自动化 学号1204020309 指导教师曾照福 二〇一六年五月十五日
湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程学院通信工程系 系主任:（签名）年月日 学生姓名: 方云熠学号: 1204020309专业: 自动化 1 设计（论文）题目及专题：采用半导体制冷片的温控系统的设计 2 学生设计（论文）时间：自2015 年10 月8 日开始至2016 年5 月25 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： [1] 何道清,张禾,谌海云.传感器与传感器技术:3版[M].北京:科学出版社,2014. [2] 何希才,任力颖,杨静.实用传感器接口电路实例[M].北京:中国电力出版社,2007. [3] 王南阳.单片优质语音录放集成电路应用手册[M].北京:机械工业出版社,2006. [4] 来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008. 期刊相关文章 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 半导体制冷片温控系统的方案设计；(2) 半导体制冷片温控系统的硬件设计；(3) 半导体制冷片温控系统的软件设计；(4)系统调试。要求：能控制制冷温度为-5℃-0℃，中的任意温度，可显示、语音播报当前温度值，能将温度值存储。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1)撰写设计报告；(2)设计报告要求字数1.5万字左右，提供电子版和纸质版；(3)设计报告包括目录，中英文摘要，关键词，方案选择及确定，设计过程及参数计算，软件流程图及源程序，调试方法及步骤，小结等；(4)提供硬件电路原理图，印制电路板图，元器件清单。 6 发题时间：2015 年10 月 5 日 指导教师：（签名） 学生：（签名）