半导体制冷与温度传感器(精)
《半导体制冷》课件
冷端散热器
将半导体组件的冷端热 量散发到环境中，保持
低温状态。
电源和控制模块
提供工作电压和电流， 控制半导体制冷系统的
运行状态。
半导体制冷系统的工作流程
热端散热器将热量散发到环境中，维持热平衡 。
通过电源和控制模块调节电流大小和方向，可以控制 半导体制冷系统的制冷量和温度。
通电后，电流通过半导体组件，产生珀尔贴效 应，即热量从热端通过半导体组件传递到冷端 。
03
半导体制冷系统的设计
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
半导体制冷系统的设计原则
高效性
确保系统在运行过程中能够高效地转换电能 ，实现快速制冷。
安全性
设计时应充分考虑系统的安全性能，防止过 热、过流等潜在风险。
稳定性
系统应具备稳定的运行状态，保证制冷效果 的一致性和可靠性。
科研领域
用于精密测量和实验设备的制 冷和温度控制，如光刻机、质
谱仪等。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
02
半导体制冷系统的组成和工作流程
半导体制冷系统的组成
热端散热器
用于将半导体产生的热 量散发到环境中，保持
系统正常工作温度。
半导体组件
由许多单体半导体元件 串联或并联组成，实现
半导体制冷系统的挑战和机遇
技术成熟度
目前半导体制冷技术尚未完全成熟，仍存在效率、稳 定性等方面的问题，需要进一步研究和改进。
成本问题
半导体制冷系统的制造成本较高，限制了其在一些低 端市场的应用。
政策支持
政府可以出台相关政策，鼓励企业加大半导体制冷技 术的研发和应用投入，推动产业发展。
半导体制冷的原理名称
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。
基于单片机的半导体制冷智能控制
图2：温度控制系统稳定性曲线 （请在此处插入温度控制系统稳定性曲线图） 从图2可以看出，系统在达到目标温度后，保持稳定状态，未见明显波动。 这表明基于半导体制冷技术的温度控制系统具有良好的稳定性。
通过实验验证，我们可以得出以下结论： 1、基于半导体制冷技术的温度控制系统具有快速响应和高精度控制优点。
一、半导体制冷技术概述
半导体制冷技术是一种利用半导体材料的热电效应实现制冷的技术。其基本 原理是，通过直流电在半导体材料中产生的珀尔帖效应，实现吸热和放热过程， 从而达到制冷效果。相较于传统制冷技术，半导体制冷技术具有体积小、效率高、 无噪声等优点，因此被广泛应用于微型制冷领域。
二、单片机在半导体制冷智能控 制中的应用
4、监控实验过程：在实验过程中，通过数据采集卡实时监测温度变化情况， 观察系统响应速度和稳定性。
五、实验结果与分析
实验结束后，收集实验数据并绘制曲线图，对实验结果进行分析。以下是实 验结果的相关图表：
图1：温度控制系统响应曲线 （请在此处插入温度控制系统响应曲线图） 从图1可以看出，系统在初始温度为25℃时，启动后在5分钟内迅速达到目标 温度-10℃，表明系统具有快速响应特性。
2、通过反馈控制和优化控制策略，可以实现系统的稳定运行和精确的温度 控制。
3、本研究为科学研究和工业生产中的温度控制提供了新的解决方案，具有 实际应用价值。
感谢观看
2、程序设计
基于单片机的半导体制冷智能控制系统的程序设计主要包括温度检测、故障 诊断、报警输出、节能优化等模块。程序设计中要充分考虑系统的稳定性、可靠 性和节能性。同时，程序设计应采用模块化思想，便于日后维护和升级。
3、硬件选择与调试
在硬件选择方面，应选用性能稳定、可靠性高的元器件。对于半导体制冷器， 应选择合适的型号和规格，以满足实际需求。在硬件调试过程中，应进行逐个元 器件的调试，确保每个部件都能正常工作。同时，要对整个系统进行联调，确保 各部分协调一致，实现稳定的制冷效果。
基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究
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。
基于可控硅移相控制的高精度半导体制冷温控系统
ｉ ． ℃ ． ａ ｏ ｄ ｐｏｐ ｃｓ ｓ０ １ ｈ ｓｇ ｏ ｒｓ ｅ ｔ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｅｒｇ ｒｔ ｒ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ ｎ ｔ ｙ ｉｔｒ ｐ ａ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒｒ ｆ ｅ ａｏ ；ｅ ｅ ａｕ ｅ ｄ ｔ ｃｉ ；ｈ ｒｓ ｈ ｓ ； ｉ ｏ ｏ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ｎ ｒ ｏ
ＦＡＮ ｎ－ ａ ， Ｅ ｎ— ａ Ｈａ ｂ ｉ ＸＩ Ｈａ ｈｕ
（ ｅ ａｔ ｎ ｆＥｅｔｏ ｉ ａ ｄＣ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｎｏｔ ｈｎ ｌ ｔｉ Ｐ ｗｅ ｉｅｓｙ， ａｄｎ ７０ ３ Ｃ ｉａ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｃｒｎｃ ｎ ｏ ｏ ｎｃｉ ｎ ｉ ｅｉ ， ｒｈＣ ｉａＥｅ ｒ ｏ ｒＵｎｖｒｉ Ｂ ｏ ｉｇ０ １０ ， ｈｎ ） ａｏ ｎ ｎ ｃ ｃ ｔ
２０１ 焦 ２
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎ ｃ ｎｑ ｅ ｎ ｅ ｓｒ
２ ２ ０１
第 ５期
Ｎ ． ｏ５
基 于可 控 硅移 相 控 制 的 高精 度 半 导体 制冷 温控 系统
范寒 柏 ， 汉 华 谢
半 导体制冷主要是珀 尔帖效应 的应 用 ， 因其具有 加热制 冷 双 向工 作 、 无震 动、 无噪音 、 可靠性高 、 安装 容易 、 热惯 性小 等特
点， 一经 问世 ， 便受 到科 学界 普遍关 注 。半 导体 的致 冷 量与其 工作 电流成 正 比， 改变工作电流 的方 向即可实 现制冷 和加热 的
０ 引 言
温度值进行 比较 ， ＰＤ算法计算 ， 出相应的 Ｐ 经 Ｉ 输 ＷＭ信号控制 可控 硅 的导通 角 大小 ， 改变 作用 到半 导体 制冷 片上 的电压 来 值 ， 而改变流过半 导体 制冷 片的 电流大小 ， 从 实现 改变半 导体
基于半导体制冷原理的小型高精度恒温控制器研究
恒温盒制冷器的散热器采用热管导热
式 散 热 器 ， 用 这 种 类 型 是 为 了有 效 提 高 采
散热器的散热效率 ，同时可以减小散热器
体积。 热 管工作 原理 是利 用 中空 的 圆柱形 管 ，热 管 两端 产 生 温 差 的 时 候 ，蒸 发端 的 液体就会迅速气化 ，将热量带 向冷凝端 ， 速度非 常快 。两端温差越大 ，蒸发速度越
３ ３绝热层材料选择 ． 传 统温 箱 采 用 的绝 热 材 料 一般 为 硅 酸
铝纤维棉 （ 热系数约为０ ２ ／ ・ 或 导 ．Ｗ ｍ ｋ） 苯板 等 （ 热 系数 约 为 ０ ４ ／ － ，但 导 ．Ｗ ｍ ｋ）
是一般 采用较 厚的绝 热 层来保证 保温 能 力， 这样就会增加 系统体积 ，与恒温设备 小型化的设计要求相矛盾。为 了提高恒温 盒的保温性能 ， 绝热 层采用微纳米超级绝 热材料 （ 又称超级绝热材料 ） 这种材料 是 。 以硅质微纳米 多孔 材料 、无机纤维 、黏合 剂等纯无机材料组 合而成 。 ３４ 制冷 片的设计 ．
帕 尔帖 效应 。电荷载体 在导体中运动时形 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 。其 相 反 的
一
１ ３Ｐ Ｍ 控 制 方 式 ． Ｗ Ｐ Ｍ 控 制 方 式 主 要 是 以 一 种 脉 冲 形 Ｗ 式 对 器 件 进 行供 电 ， 通 过 调 节 对 供 电 器 并
１２ 温 度 控 制 原 理 ．
Ｉ Ｖｊ Ｉ
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一
高精 度 恒 温控 制 器 ，采 用智 能 式 Ｐ 调 节 ， Ｉ Ｄ 可 实 现 自整 定控 温 。
半导体制冷器TEC的驱动与控制 (一)
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
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。
半导体制冷器
半导体制冷器的性能测试与评估
• 半导体制冷器的性能测试主要包括制冷量测试、制冷效率测试、散热效果测试等 • 制冷量测试需要使用热流量计、温度传感器等设备，测量制冷器的制冷效果 • 制冷效率测试需要使用功率计、温度传感器等设备，测量制冷器的能耗 • 散热效果测试需要使用热流量计、温度传感器等设备，测量制冷器的散热效果
缺点：
• 半导体制冷器的制冷量相对较小，适用于中小功率制冷需求 • 半导体制冷器的成本较高，使用寿命相对较短 • 半导体制冷器对工作环境要求较高，需要良好的散热条件
03
半导体制冷器的设计与制造
半导体制冷器的设计 要点
• 半导体制冷器的设计需要考虑制冷量、制冷效率、散热效果等因 素
• 根据制冷需求选择合适的半导体材料，提高制冷效率 • 优化散热器设计，提高散热效果，保持制冷器的正常工作 • 考虑制冷器的工作环境，确保制冷器在各种条件下的稳定运行
半导体制冷器的制造工艺
• 半导体制冷器的制造工艺主要包括半导体元件制备、散热器制备、 热交换器制备和电源设计等
• 半导体元件制备需要采用单晶硅、多晶硅等半导体材料，通过 切割、掺杂等工艺制备
• 散热器制备需要采用铝、铜等金属材料，通过压铸、焊接等工 艺制备
• 热交换器制备需要采用不锈钢、铜合金等材料，通过冲压、焊 接等工艺制备
半导体制冷器的基本结构
• 半导体制冷器主要由半导体元件、散热器、热交换器和电源组成 • 半导体元件是制冷器的核心部件，负责产生制冷效果 • 散热器负责将半导体元件产生的热量传递给外界，保持制冷器 的正常工作 • 热交换器负责将制冷器产生的冷量传递给需要制冷的物体 • 电源为半导体元件提供电能，驱动制冷器的正常工作
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计摘要:设计一种用于红外传感器工作温度调节控制的模块,使红外传感器在低温下工作,以提高红外传感器的探测性能。
通过以mega16芯片为核心,以半导体制冷片为制冷元件,以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统[1]。
实验结果表明,半导体制冷温度控制系统能够为红外探测器提供所需的工作温度。
关键词:温度半导体制冷片PID算法温度对红外传感器有比较大的影响,当外界环境温度发生变化时,红外传感器对所测量的物理量会有较大的变动,影响其测量值的准确性[2],产生较大的外界噪声干扰,所以当进行精确测量时,将红外传感器控制在一个恒定的温度下,可以大大提高探测精度,减少误差。
1 半导体制冷器的工作原理半导体制冷也称热电制冷,是一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,半导体制冷是以温差电现象为基础制冷方法,利用帕尔贴效应的原理达到制冷目的。
帕尔帖效应:当电流I通过由两种不同材料组合成的闭合回路时,在材料的接头处一端会吸收热量Qp,另一端会放出热量Qp。
这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热,其吸热或放热由电流的方向决定,大小由公式决定。
π为帕尔帖系数,与温差电动势率有关,为组成回路两种材料的温差电动势率,T为相关接头的温度。
作为一种制冷源,半导体冷片可连续工作,不需要制冷剂,没有污染源和机械运动部件,不会产生回转效应,是一种固体元件,工作时没有噪音、震动、寿命长,安装容易。
半导体制冷片是电流换能型器件,通过控制输入电流,可实现高精度的温度控制。
热惯性小,制冷制热时间比较快,在热端散热良好冷端空载的情况下,可迅速达到最大温差。
2 温度控制系统的组成半导体温度控制系统结构框图如图1,由制冷片引起的温度变化经温度传感器传送给控制器,与设定的温度进行比较,所得的信号偏差通过PID进行调整处理,由控制器发出命令信号,通过驱动电路驱动半导体制冷片进行制热或者制冷,以达到红外传感器的工作温度环境。
3 硬件系统设计本控制系统主控单元采用的是ATMEL公司A VR系列的Atmega16单片机。
基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计
基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计李丹;蔡静【摘要】基于半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)设计了一种高精度控温电路系统.本文详细介绍了TEC的选型方法,设计并实现了以单片机为核心的硬件电路,采用PID软件控制算法优化温控参数.在实验中,选择较大热负载紫铜块作为控温对象进行实验验证,实验结果表明:在室温23℃的情况下,紫铜块的控温范围为-10~40℃,控温精度高达0.01℃.%This paper designed a high-precision temperature-control circuit system based on TEC.Introduction was made to the selection method of TEC,realizing a hardware circuit based on single-chip and using PID software control algorithm to optimize parameters.In experiment,choosing the higher thermal load copper block as the temperature control object to do the test verification.The result shows when the ambient temperature is 23℃,the temperature control range of the copper block is-10~40℃.The temperature control precision can be up to 0.01℃.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P19-21,39)【关键词】半导体制冷片;选型介绍;控温系统;电路设计【作者】李丹;蔡静【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB94;TM13半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)遵从帕尔贴效应，通过控制流过TEC 电流的方向及大小实现其加热制冷转换以及加热制冷量的调节。
浅谈单片机的半导体制冷智能控制
摘要：半导体制冷起源于上个世纪，是工业生产研究的重要材料。随着科技的发展，半导体材料的应用越来越广泛，半导体制冷技术慢慢的渗透进了人们的日常生活和工业生产中，越来越多的制冷设备采用半导体制冷。
关键词：单片机；半导体制冷；温度控制
在工业生产中，温度是一个衡量零件是否合格的重要参考参数，一些设备、机器在生产环境下的实时温度给实际生产带来很大的影响。温度的检测在当今的工业场所很常见，由温度传感器传来的实时温度，可以为技术人员提供检测依据，省去很多人力物力财力，带来很大的方便。半导体材料具有体积小，重量轻、加热制冷迅速、无污染等优秀性能，越来越多的制冷设备采用半导体材料，本文，将从认识单片机及单片机的应用开始，引入半导体的温度控制来探讨单片机的半导体制冷智能控制。
（2）太阳能制冷
太阳能制冷是指利用电样能发电，光电转化制冷，本质上是压缩式制冷，这种制冷方式比较比较能源。但是会对环境造成污染，再消去磁场，这时，磁体会从周围环境中吸收热量，通过热交换，使周围的温度降低，从而实现制冷效果。这种制冷方式的主要特点是制冷效率高，对环境没有污染。
2.半导体制冷片恒温箱的电流控制
半导体制冷不需要制冷剂，所以不需要考虑破坏臭氧层问题，由于没有运动构件，噪音非常小而且体积也很小的优点，可利用半导体芯片，热交换器、隔热箱、风扇安装小型恒温箱。为了防止冷热端断路，芯片外围均使用隔热板隔热，然后安装散热板。芯片接线与风机采用并联形式，由电源直接供电，采用无级调节电压，按温度变化调节电压的高低。
4.各领域制冷方式比较
半导体制冷由于材料的限制，还无法与压缩机、吸收式制冷等相比较，但对于很多需要小功率制冷器件的场所来说，半导体制冷技术将充分发挥其强大的优势。我们比较一下目前市场上各个领域所用到的其他制冷技术的特点及其制冷效果。
温度传感器测试与半导体制冷控温实验报告
温度传感器测试与半导体制冷控温实验报告一、实验目的1. 了解温度传感器的基本原理和使用方法；2. 了解半导体制冷实验箱的基本原理和使用方法；3. 掌握半导体制冷控温的方法和技巧；4. 认识温度传感器测试的重要性。
二、实验原理1. 温度传感器的基本原理：温度传感器根据温度的变化来改变其电学特性，从而获得温度信号。
在实验中，我们使用了热电偶和热敏电阻两种温度传感器。
2. 半导体制冷实验箱的基本原理：半导体制冷实验箱采用半导体元件作为制冷材料，利用半导体材料的热电效应，将热量从一个区域转移到另一个区域，从而实现制冷效果。
3. 半导体制冷控温的方法和技巧：控制制冷箱内的温度，一般采用PID控制器实现。
PID控制器通过对温度信号的采集和处理，以及对加热元件的功率调节，实现对温度的精确控制。
4. 温度传感器测试的重要性：温度传感器是对温度进行测量和控制的核心部件，对温度传感器的测试可以保证其准确度和可靠性，从而保证温度控制系统的稳定性和精度。
三、实验仪器和材料1. 热电偶温度计；2. 热敏电阻温度计；3. 半导体制冷实验箱；4. PID温度控制器；5. 电源；6. 万用表。
四、实验步骤及结果分析1. 温度传感器测试（1）连接热电偶温度计。
将热电偶温度计的测温端口和万用表相连，然后把热电偶放在温度稳定的环境中，记录下温度读数；（2）连接热敏电阻温度计。
将热敏电阻的两端分别接到万用表的两个测量端口上，然后把热敏电阻放在温度稳定的环境中，记录下温度读数；（3）对比两种温度传感器的读数。
将两种温度读数进行对比，看是否存在差异。
如果差异大，则说明其中一种传感器可能存在问题，需要进一步检查和测试。
2. 半导体制冷控温实验（1）打开半导体制冷实验箱，将实验样品放在箱内；（2）将PID温度控制器的温度传感器放入实验箱内，并将控制器和实验箱相连；（3）将温度设定值调节到所需温度，并启动控制器；（4）观察实验箱内的温度变化，如果温度超出设定范围，则对控制器进行调节，直到达到所需的控制效果。
半导体制冷器的高精度温度控制系统
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。
半导体温度传感器
③材料常数B 是表征负温度系数(NTC)热敏电阻器材料的物理特性常数。B值决定于材料的激活能∆E，具有B=∆E／2k的函数关系，式中k为波尔兹曼常数。一般B值越大，则电阻值越大，绝对灵敏度越高。在工作温度范围内，B值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。 如果被测温度比较低,而且不需要很高的精度时,一般把B看成一个常数,求出温度或热敏电阻的阻值。
图8.1 半导体热敏电阻的温度特性
热敏电阻材料的分类
大分类
小分类
代表例子
NTC
单晶
金刚石、Ge、Si
金刚石热敏电阻
多晶
迁移金属氧化物复合烧结体 、无缺陷形金属氧化烧结体多结晶单体 、固溶体形多结晶氧化物SiC系
Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物烧结体、ZrY氧化物烧结体、还原性TiO3、Ge、Si Ba、Co、Ni氧化物 溅射SiC薄膜
良好的工艺性，即特性的复现性好，便于批量生产。
常用热电阻
热电阻传感器由热电阻丝、绝缘骨架、引出线组成。其中电阻丝是热电阻的主体。目前最广泛使用的热电阻材料是铜热电阻和铂热电阻。
1、铂热电阻：型号为WZB， 分度号为BA－1 R0＝46Ω和BA－2 R0＝100Ω 。
热电阻传感器有两大类：
大多数金属导体的电阻随温度而变化的关系可由下式表示 Rt=R0[1+α（t-t0）]
电阻与温度的关系
1.热电阻传感器
对热电阻材料的要求：
电阻温度系数α要尽可能大，且稳定；
电阻率ρ要高；
比热小，亦即热惯性小；
电阻值随温度变化关系最好是线性关系；
在较宽的测量范围内具有稳定的物理化学性质；
非接触式温度传感器
l．辐射高温计 用来测量 1000℃以上高温。分四种：光学高温计、比色高温计、辐射高温计和光电高温计。 2．光谱高温计 前苏联研制的YCI—I型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为400～6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量。
基于DS18B20温度传感器的半导体制冷装置研制
基于DS18B20温度传感器的半导体制冷装置研制王怀光;任国全;范红波【摘要】针对大空间半导体制冷装置设计问题,研制半导体制冷系统和温度监测系统.系统采用分布式DS18B20温度传感器,实现制冷装置温度的智能控制与调节,得到在不同电流下制冷片两端的温差及箱体内平均温度随制冷片工作时间的变化情况.试验结果表明:温度监测系统实时性好,控制精度高,为分析半导体制冷片制冷性能提供数据依据,为研制装甲车辆驾驶舱半导体制冷装置奠定理论与试验基础.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2014(040)001【总页数】5页(P73-77)【关键词】半导体技术;制冷装置;分布式温度控制;DS18B20温度传感器;制冷效率【作者】王怀光;任国全;范红波【作者单位】军械工程学院,河北石家庄050003;军械工程学院,河北石家庄050003;军械工程学院,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TP273;TP212.1+1;TQ051.5;TB61+1半导体制冷也叫温差制冷、热电制冷或电子制冷，是利用“珀尔帖效应”进行制冷的一种方法[1]。
与传统的制冷技术相比，热电制冷具有结构简单、无任何机械运动部件、无噪声、无磨损、可靠性高、寿命长、维修方便、体积小、重量轻、启动快、控制灵活、操作具有可逆性等特点[2-4]。
在半导体制冷技术研究方面，上海交通大学、海南师范大学围绕太阳能半导体冰箱的实验与性能分析开展了大量研究[5-6]。
在发达国家，半导体制冷片已用于汽车冰箱、宇航员及坦克乘员的空调服等方面[7-8]，如日本松下电器公司开发了半导体电冰箱。
但从目前研究情况来看，太阳能半导体制冷技术的应用仍在能量损失、功率输出的有效控制和优化匹配、温度的智能控制与调节等方面有问题。
尤其是半导体制冷多应用于小空间制冷领域，而对于相对较大空间，如在军用装甲车辆驾驶室，半导体制冷装置如何设计才能有效提高驾驶员的舒适性，还需进一步探讨。
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福建农林大学物理实验要求及原始数据表格
1
实验16 半导体制冷与温度传感器
专业___________________ 学号___________________ 姓名
___________________ 一、预习要点
了解四种温度传感器的温度特性。
二、实验内容
1. 连接STC 半导体制冷温控仪与WT-1A 实验装置(DC 电源线连接风扇电源、双头立体声线连
接测温探头插孔、红黑导线连接半导体制冷片,此时暂时不要打开温控仪的电源; 2. 按照下图连接测量电路,测出室温下四个待测样品的阻值或电压值,用以估计室温;
NTC / PTC
万用表电阻档
E
R
PN
V
E
R
V
AD590
3. 打开温控仪电源,使其开始制冷/制热,以改变样品室温度从0℃变化到
50℃(每隔5℃测量一
次,记录不同温度值对应的热敏电阻的阻值,PN 结的压降值以及AD590测量电路中限流电阻上的压降值。
三、实验注意事项
1. 用立体声连线连接测温探头插孔后,方可接通电源,在电源接通时,不得插拨该连线;
2. 实验时应确认风扇正在转动中,不应频繁从高温到低温或从低温到高温;
3. 实验时应使测量温度指示窗内的温度值为0℃、5℃、…、50℃,由于样品室密封程度不够好,
样品室与外界之间存在热传递,因此需适当调高或调低设定温度,以进行温度补偿;
4. 测量阻值/电压值时,应注意万用表的表笔不得插错测量孔,选择合适的档位及量程(测阻值一
般使用2k 电阻档,测电压值一般使用2V 直流电压档。
四、原始数据记录表格
组号________ 同组人姓名____________________ 成绩__________ 教师签字
_______________
四种温度传感器的温度特性
室温下,NTC R =_______k Ω,PTC R =_______k Ω,PN U =_______V ,(AD590U R =_______V
样品 t /(℃ 20 25 30 35 40 45 50 NTC (/k R Ω AD590
(/V U (/μA I
五、数据处理要求
1. 用坐标纸画出热敏电阻的阻值与温度的关系图R t -,并用文字表达其温度特性;
福建农林大学物理实验要求及原始数据表格
2.用坐标纸画出PN结两端的压降与温度的关系图U t-,并用文字表达其温度特性;
3.通过限流电阻上的压降及其阻值,求出AD590的输出电流,用坐标纸画出电流与温度的关系
图I t-,并用文字表达其温度特性。
六、数据处理注意事项
画图时,自变量温度t应为横坐标,测量值为纵坐标。
应画出坐标轴,并标注每个坐标轴代表的物理量及其单位的符号,坐标轴上应合理分度。
描出所有实验点,再连线(不论直线或曲线都应是光滑的,最后在合适的位置写出图名。
七、思考题
1.温度传感器实验中的PN结,其电学特性是___________________,即将PN结接入电路中时,
必须让电流从它的________极流向________极(填“正”或“负”。
2.传统的制冷器是根据_______________原理设计的;电子制冷器是根据
_______________原理设
计的。
3.温度传感器实验中,研究PN结和AD590的温度特性时,都是通过测量该元器件两端的电压降
来获得所需要的数据。
以上表述是否正确,为什么?
2。