熱電制冷的原理

熱電制冷是利用珀?duì)柼?yīng)的原理進(jìn)行制冷的，其制冷效果主要取決于兩種電偶對(duì)材料的熱電勢(shì)。由于半導(dǎo)體材料具有較高的熱電勢(shì)，因此，可以用它來做成小型的熱電制冷器。由于熱電制冷器不需要介質(zhì)，又無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，可靠性高，并可以逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，在電子設(shè)備或電子元器件的熱控制方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。

熱電制冷的應(yīng)用

需要微型制冷的場(chǎng)合，熱電制冷會(huì)發(fā)揮很好的作用。它在國(guó)防、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域廣泛地用作電子器件、儀表的冷卻器，或用在低溫測(cè)儀、器械中，或制作小型恒溫器等。

1.熱電制冷在電子元件上的應(yīng)用

使用條件嚴(yán)格、對(duì)溫度反應(yīng)敏感的電子元器件，必須保證它們?cè)诘蜏鼗蚝愣ǖ臏囟葪l件下工作，才能發(fā)揮其性能。例如：紅外探測(cè)器需要在低溫下才能有高靈敏度和探測(cè)率。硫化鉛、硒化鉛紅外控測(cè)器在-10℃時(shí)的響應(yīng)比20℃時(shí)的響應(yīng)要高出幾倍;在-78℃時(shí)，其探測(cè)率可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。為此用途的熱電制冷器，一種是由4級(jí)電堆組成，在真空中輸入功率10w，達(dá)到-95℃的低溫，而制冷器本身僅有750g重，連散熱器、電風(fēng)扇加在一起的體積也只有。另一種是二級(jí)電堆組成，耗電6w，冷卻硫化鉛紅外探測(cè)器，使其訊噪比提高許多倍。

許多電子元件要求在恒溫條件下工作，例如電阻、電容、電感、晶體管、石英晶體管等。用熱電制冷方法制做恒溫器，為它們提供恒溫器的溫度控制簡(jiǎn)單、精確。用熱敏電阻作感溫件，它們的溫控精度可達(dá)±0.05℃。

在標(biāo)準(zhǔn)電器（電池、電容）標(biāo)定測(cè)量中，需要超級(jí)恒溫槽。采用熱電制冷制作，其恒溫控制精度可達(dá)0.005℃。

2.熱電制冷在畜牧業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

在畜牧業(yè)中熱電制冷主要用于儲(chǔ)存良種畜的精液。動(dòng)物的精子在室溫下很快會(huì)死亡;在0℃時(shí)可存活幾天;在-78℃時(shí)則可存活幾年。因而用熱電制冷的冷藏瓶在低溫下保存和輸送動(dòng)物精液十分方便。

3.熱電制冷在工業(yè)上的應(yīng)用

①高真空技術(shù)

為了提供極高的真空度，需要在擴(kuò)散泵上加冷阱。用熱電制冷的冷阱與用液態(tài)氣體（如液態(tài)空氣、液氮、……）制冷的冷阱相比，前者可以將真空度提高約1個(gè)數(shù)量級(jí)。

②工業(yè)氣體含水量的測(cè)定與控制

冶金、化工、機(jī)械制造工業(yè)中，常常需要準(zhǔn)確地測(cè)定氣體的濕度。測(cè)定裝置中的露點(diǎn)濕度計(jì)是很關(guān)鍵的部件。用熱電制冷元件制作的露點(diǎn)濕度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高的優(yōu)點(diǎn)。圖3是69式露點(diǎn)儀的示意圖。它可以測(cè)至-90℃的露點(diǎn)溫度。其工作過程如下：被測(cè)氣體內(nèi)入口流入零工作室，開動(dòng)儀器，使鏡面開始降溫，首先調(diào)節(jié)光柵 ，使硅光池 的光電壓差等于零，這時(shí)表示沒有信號(hào)輸出。在整個(gè)過程中鏡面溫度由露點(diǎn)溫度顯示器Ⅶ自動(dòng)追蹤顯示。當(dāng)溫度降以一定程度，鏡面出現(xiàn)露珠，此時(shí)硅光電池 的受光顯著減弱，A與通過I的比較，有信號(hào)輸出。這個(gè)信號(hào)經(jīng)過放大及一系列過程去帶動(dòng)繼電器Ⅲ，使指示燈Ⅶ發(fā)出指示。同時(shí)，制冷電堆的電源停止供電，溫度跟蹤也隨之停止。這時(shí)露點(diǎn)溫度顯示器Ⅶ顯示出的值即為露點(diǎn)溫度。

③測(cè)量?jī)x和分析儀

熱電偶溫度測(cè)量裝置中必須使用零點(diǎn)儀。一般多用冰水混合物作零點(diǎn)，使用起來不夠方便。可以用熱電制冷器做成人工零點(diǎn)儀，使測(cè)量方便可靠。

4.其它方面的應(yīng)用

在電源充足，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不作為首要考慮問題的應(yīng)用場(chǎng)合，取熱電制冷可靠、簡(jiǎn)單、無噪聲、無振動(dòng)、無工質(zhì)泄漏等長(zhǎng)處，用以作空調(diào)或冷卻裝置。如核潛艇、衛(wèi)星站、飛機(jī)、地下建筑的空調(diào)器。

熱電制冷優(yōu)勢(shì)

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

整個(gè)制冷器由熱電堆和導(dǎo)線連接而成，沒有任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因而無噪聲、無摩擦、可靠性高、壽命長(zhǎng)，而且維修方便。

（2）體積小

特別在小體積、小負(fù)荷的用冷場(chǎng)合，使用熱電制冷有其獨(dú)到的好處。

（3）啟動(dòng)快、控制靈活

只要接通電源，即可迅速制冷。冷卻速度和制冷溫度都可以通過調(diào)節(jié)工作電流簡(jiǎn)單而方便池實(shí)現(xiàn)。

（4）操作具有可逆性

既可以用來制冷，又可以改變電流方向用于制熱，因而可以用來制做高于室溫到低于室溫范圍內(nèi)的和恒溫器。