摘  要： 現有半導體制冷元件評估方法成本過高,而且輸入口的水溫與輸出口的水溫不同,會使輸入水與輸出水的熱量的損耗大小不一樣；傳統(tǒng)的測量方法中，半導體制冷片的賽貝克系數、電阻、熱導是通過不同溫度下的實驗結果估算出來的，這樣就導致在計算制冷量大小的時候不精確。為此，提出了一種通過平衡輸入與輸出溫度來避免產生這種誤差的方法。
關鍵詞： 半導體制冷；制冷性能；評估系統(tǒng)

    半導體制冷也即熱電制冷，由于無滑動設備，與傳統(tǒng)的機械制冷相比，在工業(yè)和軍事領域等追求高精度或高可靠性的應用中有著獨特的優(yōu)勢。半導體制冷片的制冷效率不高，種類繁多，評估半導體制冷片的制冷性能就成為了設計選型時需要考慮的一個重要因素。部分廠家提供了半導體制冷片不同溫度下制冷性能的評估軟件(如RMT Ltd)，但工藝和材料具有一定的不確定性，這樣的方法并不精確，而且大部分公司沒有提供這種類型的軟件，只給出了最高溫差、最大電壓、最大制冷量等參數，因而設計一套半導體制冷片評估系統(tǒng)就凸顯其必要性了。
    半導體制冷片的制冷系數（COP）的評估方法一般是采用給制冷片的冷端流動冷卻水，然后求出半導體制冷片冷端的制冷量QL，例如CAMPPELL L A[1]提出的評估方案。
    為了提高測試精度，HUANG B J[2]設計了一套測量半導體制冷片制冷性能系統(tǒng), 該方法通過測量裝置，直接計算出半導體制冷片的制冷量。參考文獻[3]也提到過類似的控制方案。但這類系統(tǒng)過于復雜,成本較高,不適于一般用戶和設計者使用。
    在以上方案的基礎上，本文提出了一種新型的半導體制冷片評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過調節(jié)發(fā)熱設備的功率，平衡制冷片輸入、輸出部分的水溫，以達到降低誤差、簡化測量過程的目的。
1 新型半導體制冷片評估方法
    半導體制冷模塊如圖1所示。系統(tǒng)最中間是一個加熱片，對它左右兩邊的交換管進行加熱，熱交換管由大量的高導熱率的紫銅毛細管組成，與半導體制冷片之間通過導熱硅膠粘結，由于毛細管的管壁很薄，基本上可以認為加熱片和半導體制冷片的冷端溫度相同。半導體制冷片采用常見的彭浦制冷廠制造的4 cm×4 cm×1 cm的半導體制冷片作為實驗材料。實驗中的兩片半導體片每片外形尺寸為0.4 cm×0.4 cm×0.6 cm，共31對?？拷鼰峤粨Q管的部分是冷端，靠近散熱片的部分是熱端，散熱片采用常用的鋁制散熱片，散熱片的另一端有一個軸流風機，給散熱片提供散熱風，以提高散熱片的熱量散發(fā)能力。系統(tǒng)總共需要檢測A、B、C、D共4個點的溫度，用Fluke型號為17B的萬用表測量出風口溫度與進風口溫度，并調節(jié)加熱片的功率，以達到出風口與入風口溫度相同。

2 系統(tǒng)控制方案及比較
    測量的流程圖如圖2所示，首先將熱交換管兩邊的半導體制冷片通設定的電壓，并將熱交換管內通冷卻水；檢測A、B處的溫度，并調節(jié)風機的轉速，以達到A、B的溫度相同；檢測C、D處的溫度，并調節(jié)兩熱交換管的水流量，并將其記錄為TL、TH；調節(jié)加熱片功率，直到A、B溫度相同。

    本測試系統(tǒng)還可以通過控制兩端風機的轉速來調節(jié)熱端的溫度，以此來評估半導體制冷片在不同熱端溫度情況下的制冷性能。
    對于現有的半導體制冷片評估方法，本文提出了一種操作簡單、成本低的測量方法，通過測量A、B、C、D 4點的溫度改變半導體制冷片、風機、加熱片的輸入功率，以達到半導體制冷片制冷量與加熱片加熱量大小相同。然后，計算出?琢、Kt、Rm、COP這4個常用半導體制冷片評估參數，簡化了傳統(tǒng)的評估方案。對半導體制冷片制冷性能的評估方法有一定的改善。但是由于溫度是個大時滯量，采用手動控制，調節(jié)過程會比較麻煩，調節(jié)時間也會比較長，可以考慮采用單片機對加熱片兩端電壓、制冷片兩端電壓和兩端風機的轉速進行控制，以實現減少測量時間、加大測量精度的目的。
參考文獻
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[2] HUANG B J，CHIN C J，DUANG C L.A design method of thermoelectric cooler[J].International Journal of Refrigeration,2000(23)：208－218.
[3] BILSKI W J，BALDASSARRE G，CONNORS M.Electronics cooling using a self-contained，sub-cooled pumped liquidsystem[C].In 24th Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium,San Jose，2008:137-141.
[4] Luo Zhaoxia.A simple method to estimate the physical characteristics of a thermoelectric cooler from vendor  datasheets[EB/OL].[2013-09-10].http://www.electronics-cooling.com/2008/08/a-simple-method-to-estimate-the-physical-characteristics-of-a-thermoelectric-cooler-from-vendordatasheets/.
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