半导体制冷与温度传感器(精)

半导体制冷的原理名称
在物理学和工程领域中，半导体制冷是一种基于固态材料中电子的热传导原理
实现制冷的方法。

这种原理被称为Peltier效应，它利用半导体材料处于电场中时
的热电效应来实现制冷或加热。

基本原理
Peltier效应发生在由两种不同导电性的半导体材料组成的热电偶中。

当在这些
半导体材料之间建立电流时，由于热电效应，电子在两种材料之间传递热量，从而一个端口冷却，另一个端口加热。

这导致一侧温度下降，而另一侧温度上升。

通过控制电流的方向和大小，可以实现制冷或加热效果。

应用领域
半导体制冷技术在一些特定领域中具有广泛的应用。

其中包括：
1.电子设备冷却：半导体制冷设备可以用于电脑、激光器等电子设备
的散热和制冷，提高设备性能和寿命。

2.医疗器械：用于制冷或加热医疗设备，如激光手术器械，核磁共振
设备等，以确保器械正常工作。

3.光电子系统：用于冷却激光二极管等光电子元件，提高系统稳定性
和工作效率。

4.工业制冷：在工业生产过程中，适用于对特定设备或工艺的精确制
冷要求。

优势与挑战
半导体制冷技术相对于传统制冷方法具有诸多优势，如体积小、响应速度快、
无振动、无噪音等。

然而，也存在着一些挑战，例如制冷效率相对较低、成本较高、温度范围受限等。

结语
半导体制冷作为一种先进的制冷技术，正在逐渐应用于各种领域，并不断得到
改进和完善。

随着科学技术的不断进步，相信半导体制冷技术将在未来发展出更多潜力，为各行各业带来更多创新与便利。

实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验【实验目的】1、了解半导体制冷和制热原理。

2、测量NTC热敏电阻、PTC热敏电阻及集成温度传感器的温度特性【实验原理】1、半导体制冷和制热原理如图1所示，由X和Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，冷端的热量移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是帕尔贴效应。

实际的半导体制冷片结构如图2所示，由许多N型P型办斗提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、铝或其他导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好。

2、温度控制原理实验样品结构如下图所述，将半导体制冷片一面与铝制散热器津贴，并用风扇强行散热，使其与环境温度接近。

另一面与实验样品室紧贴，试验样品室采用优质导热材料，并装上温度传感器，温度传感器测量实验样品室的温度，由该温度与仪器设定的温度相比较，通过微型处理器确定半导体制冷片工作方式，即制冷或制热，由温度差确定制冷或制热的策略，即在不同的温度差之下，输出不同的制冷或制热功率，并以适当的速度改变温度的变化，从而实现实验样品室的温度控制，保持温度的稳定。

微型处理器工作框图如图3.3、NTC 电阻器的温度系数（负温度系数）——温度特性NTC 热敏电阻通常具有很大的负温度系数，在一定的温度范围内，NTC 热敏电阻的阻值与温度的关系满足下列经验公式：011()0B T T R R e -=------------------------（1）式中，R 为该热敏电阻在热力学温度T 时的电阻值，0R 为热敏电阻处于热力学温度0T 时的阻值，B 是材料的常数，它不仅与材料性质有关，而且与温度有关，在一个不太大的温度范围内，B 是常数。

由（1）式得该热敏电阻在0T 时的电阻温度系数α20B T α=----------------------------------（2） 进一步得到 0011()InR B InR T T =-+ 在一定温度范围内，可以用作图法或最小二乘法求得B 的值，并进一步求得α的值。

基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究【摘要】随着科学技术的不断发展,冰箱行业也日趋壮大，冰箱制冷效率的提高直接影响着人们生活。

本文从半导体制冷空调器的特点、提高半导体制冷空调效率的途径及试验分析等几个方面进行了分析。

【关键词】半导体制冷；效率；提高一、前言近年来，由于半导体的应用领域越来越广泛，基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究问题引起了人们的重视。

虽然我国在此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强半导体制冷在冰箱制冷的运用，对我国冰箱制冷工程有着重要意义。

二、半导体制冷空调器的特点半导体制冷空调器与压缩式制冷空调器相比,具有以下优点结构简单,没有机械传动机构,故工作时无噪声、无磨损、无震动、寿命长、维修方便,可靠性高；不使用制冷剂,故无泄漏、无污染；直流供电,电流方向转换方便,可冷热两用；重量、尺寸较小,便于安装；热惯性小,负荷可调性强,调节和控制方便；工作状态不受重力场的影响；百瓦级的小功率空调器的成本与压缩制冷空调的成本相差不大；而十瓦级的微型空调器的成本远低于压缩制冷,具有压缩制冷无法替代的优势。

半导体制冷空调具有如上所述众多的优点,但是半导体制冷空调器的制冷效率较低,它的制冷效率只有机械制冷效率的30%。

因此限制了半导体制冷空调在民用领域的应用。

三、提高半导体制冷空调效率的途径半导体制冷空调器最大的不足是制冷效率较低,这限制了半导体制冷空调器的推广和应用。

提高半导体制冷空调器的效率,要从影响制冷效率因素的分析入手,找出有效的解决方法。

热电制冷的关键问题是材料问题,但近20年该方面的研究进展表明,半导体材料优值系数的提高非常困难,因此对半导体材料的探索仍需要很长的时间。

目前,在高优值系数的材料何时出现还是个未知数的情况下,解决好热电堆热端散热问题,对系统制冷效率的提高起到至关重要的作用。

半导体制冷热端散热方式有很多种,包括空气自然对流、空气受迫对流、水冷散热、环流散热、利用物质的熔化潜热散热等。

半导体制冷器TEC的驱动与控制 (一)半导体制冷器TEC（Thermo-Electric Cooler）是一种利用Peltier效应产生制冷的器件，其主要应用于微电子、激光器、传感器等领域的温度控制。

TEC驱动与控制一直是半导体电子学领域的研究热点之一。

一、TEC驱动方式TEC的驱动方式分为两种：恒定电流驱动和恒定电压驱动。

其中，恒定电流驱动是指在TEC两端加上一个恒定电流，使其产生的热量与冷量相等，达到匀速制冷的效果；恒定电压驱动则是在TEC两端加上一个恒定电压，使其产生的冷量和热量成一定比例，达到不同的温度控制效果。

二、TEC控制方法TEC的控制方法主要分为三类：PID控制、H∞控制和模型预测控制。

其中，PID控制是目前最常用的一种控制方法，其基本原理是通过比较目标温度值与实际温度值之间的偏差，计算出一个控制量，再通过PID 算法进行控制，使温度达到稳定状态。

三、TEC控制参数TEC控制参数包括：电流、电压、温度、功率和效率。

其中，电流和电压的控制可以实现恒定电流和恒定电压的控制方式；温度的控制需要采集温度传感器数据并进行反馈控制；功率和效率则需要根据TEC的工作状态和应用环境来进行动态调整。

四、TEC驱动与控制电路TEC驱动与控制电路主要包括三个部分：TEC驱动模块、温度采集模块以及控制模块。

其中，TEC驱动模块主要实现对TEC的驱动，而温度采集模块则用来采集温度传感器的数据，控制模块则实现了对TEC的PID 控制功能。

五、TEC控制软件TEC控制软件可以实现对TEC的控制参数设置、PID参数调整、温度采集和数据分析等一系列功能。

此外，软件还可以根据用户的需求，实现定时控制、手动控制和自动控制等功能，为用户操作提供更加便利的选择。

总之，TEC驱动与控制是半导体电子学领域的研究热点，通过对TEC控制参数的实时调整，可以使TEC达到最佳的制冷效果，为半导体行业和生产领域提供更好的温度控制解决方案。

半导体热电效应的应用及装置制作摘要：半导体制冷技术发展是介于半导体技术与制冷技术的学科，其利用特种半导体材料构成P-N结，形成热电偶对，通入直流电流后产生帕尔贴效应，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。

半导体制冷是利用特种半导体材料P、N结组成的一对热电偶，当直流电源通过P、N结组成的热电偶时，利用帕尔贴效应、塞贝克效应、傅里叶效应、焦耳效应等在热电偶两端会产生吸热与放热现象。

利用半导体制冷片，制作出半导体冰箱。

半导体制冷技术是一种还没有普及的新型制冷技术，比起传统的利用化学药品氟利昂等和空气压缩机制冷，利用P-N型半导体制作的半导体制冷设备有着极大的优势，它不需制冷剂，绿色环保，没有噪音，使用寿命长、温度跨越打等。

利用半导体制冷片推出一套基于半导体的自动冲水系统，代替传统冲水系统，在断电情况下依旧能正常工作。

未来半导体制冷技术将向其他领域拓展，其市场规模将进一步扩大，行业发展前景广阔。

关键词：半导体制冷片；帕尔贴效应；热电偶1.绪论1.1 半导体制冷技术历史发展半导体制冷技术（semiconductor refrigeration）又称为温差电制冷或热电制冷技术。

是上世纪50 年代逐渐发展起来的一门介于半导体技术与制冷技术的学科，其利用特种半导体材料构成P-N结，形成热电偶对，通入直流电流后产生帕尔贴效应，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。

半导体制冷的发展可以分为三个阶段：第一阶段为19世纪的二三十年代至五十年代。

在1821年，热电效应首次被德国科学家塞贝克（T.J. Seebeck）发现并将该效应命名为赛贝克效应。

在这之后，塞贝克效应就被运用于测温（热电偶）领域。

但是当时塞贝克并未对与塞贝克效应密切相关的“帕尔贴效应”作出解释。

这个原理现象一直到1834年被法国物理学家帕尔帖（J.C. Peltier）在进行反复实验论证后，得到“帕尔帖效应”相关理论数据。

帕尔帖将两根铋丝分别接在铜丝两边，在对两根铋丝分别接在正负直流电源上，在对于铜-铋体系通电后，发现一头铋丝接头变热，另一端铋丝接头变冷，对于这一现象的，帕尔帖作出如下解释：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。