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专利名称：半导体制冷性能实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及教学实验装置，更具体地说是一种半导体制冷性能实验装置。
背景技术：
半导体制冷尽管其效率较低，但使用空间不受限制、改变直流电源的流动方向即可方便 地实现制冷与制热的切换、控制方式简单、可靠性高、无污染、绿色环保，尤其是在CFCs由 于环保的问题被禁用的情况下，在驾驶室、手术室、密闭空间等特殊场合中，环保、可微型 化的半导体制冷相比于压縮式制冷装置有着无法替代的优势。
实际的半导体制冷器件是由多个基本热电偶通过串联或并联的连接方式组成，实现所需 的温度和冷量。半导体制冷是制冷与低温工程学科的教学内容之一，但是，现有的半导体制 冷性能实验装置只能基于标准工况对半导体热堆进行性能检测，功能单一。
迄今还没有一种便捷而低成本的多功能半导体制冷实验装置。

实用新型内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种半导体制冷性能实验装 置，来满足不同工况的半导体制冷性能测试、研究和教学实验的需要。 本实用新型解决技术问题采用如下技术方案 本实用新型半导体制冷性能实验装置的结构特点是其具有
一半导体热堆，半导体热堆的冷端吸热器置于封闭的冷箱中，热端置于冷却水箱，冷却 水箱中通入有循环冷却水；
一直流稳压电源，以所述直流稳压电源为半导体热堆提供工作电压，在所述半导体热堆 的电源回路中设置由电压表V和电流表A，并在所述冷箱中设置热电偶构成的测量系统；
一控制电路，由PLC可编程控制器和MOS开关管构成，以所述热电偶为控制电路的信号 检测器件，以所述MOS开关管为控制电路的执行器件；
一计算机，所述计算机通过RS232端口与PLC可编程控制器连接，分别采集系统中的检 测数据和设定数据。
本实用新型的结构特点也在于设置冷箱具有内胆，所述内胆是以铝材为导热底板，所述 导热底板与半导体热堆的冷端以及冷端吸热器的底面形成相互贴合的传热面。 与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在
1、本实用新型可自主设计半导体制冷系统，获得所需的低温环境。包括改变冷箱容 积大小观测不同容积相同制冷片对冷箱制冷性能的影响；改变冷却水流量，观察不同换热情况下制冷空间的温度分布曲线；利用焓差实验室改变环境温度，观察不同环境温度下制冷空 间的降温情况；改变半导体输入电压，从而改变输入电流的大小，观测冷端和制冷空间温度 的变化情况；半导体器件不同的安装工艺对制冷性能的影响；空载和有载状态下冷端温度的 变化；无外加负载和有外加负载时制冷空间的温度分布；不同散热器的情况下，热电堆数目 对实验的影响；改变半导体制冷器电流输入方向，对冷箱进行制热。观测制热性能。
2、 本实用新型在导热底板与半导体热堆的冷端以及冷端吸热器的底面形成相互间直接 贴合的传热面，并且采用水冷强制散热使传热快速可靠，可以保证作为实验装置的可靠性， 极大地有利于提高实验效果和速度。
3、 本实用新型可实现运行参数的自动控制和采集。
4、 本实用新型中由冷端吸热器和冷却水箱构成的散热器器件可以设置为不同大小的两 种规格，针对两只热电堆采用大规格散热器件；而针对一只热电堆采用小规格散热器件。
5、 本实用新型可以大大提高对热电堆的教学效果，也可以大大有助于对热电堆的深入 研究。
6、 本实用新型结构简单成本低，可以在教学中作为学生常规的实验仪器。


图l为本实用新型结构示意图。
图中标号l交流电源开关、2电源保险、3直流稳压电源、4直流电源开关、5滤波电 容、6冷却水箱、7半导体热堆、8冷箱、9导热底板、IO热电偶、ll冷端吸热器、12水阀、 13为MOS开关管、14为PLC可编程控制器、15计算机。
以下通过具体实施方式
，结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见附图，本实施例中的结构设置为半导体热堆7的冷端吸热器11置于封闭的冷箱8 中，热端置于冷却水箱6，冷却水箱6中以水阀12通入有循环冷却水；
具体实施中，设置冷箱8具有内胆，内胆是以铝材为导热底板9，导热底板9与半导体热 堆7的冷端以及冷端吸热器11的底面形成相互贴合的传热面，内胆与冷箱的外壳之间以隔热 的聚氨酯发泡材料填充，半导体热堆7通过冷端吸热器11在冷箱8中进行热交换，这种形式传 热可靠快速，可以保证实验数据的准确性，有效提高实验速度。
图1所示，以直流稳压电源3为半导体热堆7提供工作电压，在半导体热堆7的电源回路中 设置电压表V和电流表A，并在冷箱8中设置热电偶10构成的测量系统；
控制电路由PLC可编程控制器14和MOS开关管13构成，以热电偶10为控制电路的信号检测器件，以M0S开关管13为控制电路的执行器件；控制电路可控制半导体制冷器件的 输入电压。
计算机15通过RS232端口与PLC可编程控制器14连接，分别采集系统中的检测数据和 设定数据，包括半导体热堆的电压和电流参数、冷箱内的温度，采集数据通过PLC可编程 控制器输入到单片机。
具体实施中，电路中的常规设置也包括外接交流220V的交流电源开关1、电源保险2， 并联设置在电压表V的两端的滤波电容5，以及设置在直流稳压电源3的直流输出端的直流 电源开关4。
由冷端吸热器11和冷却水箱6构成的散热器器件可以设置为不同大小的两种规格，针 对两只热电堆采用大规格散热器件；而针对一只热电堆采用小规格散热器件。
工作原理直流稳压电源3提供24V的直流电，PLC通过计算机的用户设定温度来控 制控制电路的输出电压，使得半导体热堆的输入电压在0~24V之间自动调节，从而调节半 导体制冷片的输入电流，制冷以获得冷箱内的低温。热电偶采集冷箱内的温度输送给PLC， 与计算机的用户设定参数进行比较，并由PLC判断是否达到用户要求温度，以此作为下一 次控制半导体制冷片输入电压的依据。如此反复最终达到用户设定温度。半导体制冷片的输 入功率由电参数仪测得，并输送到计算机。
本实用新型可用于展示半导体制冷装置的结构组成、演示其制冷或热泵工作过程及工作 参数、自动调节半导体热堆的输入电力参数，考核其非标准工况的工作特性、可针对半导体 热堆的串并联连接形式的改变考核其工作特性，可采集半导体制冷装置的热工和电力参数， 并根据所测工作参数对制冷装置进行性能分析、研究，显示和记录。
权利要求1、一种半导体制冷性能实验装置，其特征是具有一半导体热堆(7)，所述半导体热堆的冷端吸热器(11)置于封闭的冷箱(8)中，热端置于冷却水箱(6)，冷却水箱(6)中通入有循环冷却水；一直流稳压电源，以所述直流稳压电源(3)为半导体热堆(7)提供工作电压，在所述半导体热堆(7)的电源回路中设置电压表V和电流表A，并在所述冷箱(8)中设置热电偶(10)构成的测量系统；一控制电路，由PLC可编程控制器(14)和MOS开关管(13)构成，以所述热电偶(10)为控制电路的信号检测器件，以所述MOS开关管(13)为控制电路的执行器件；一计算机(15)，所述计算机(15)通过RS232端口与PLC可编程控制器(14)连接，分别采集系统中的检测数据和设定数据。
2、 根据权利要求1所述的半导体制冷性能实验装置，其特征是设置冷箱(8)具有保温 层和内胆，所述内胆是以铝材为导热底板(9)，所述导热底板(9)与半导体热堆(7)的 冷端以及冷端吸热器(11)的底面形成相互贴合的传热面。
专利摘要半导体制冷性能实验装置，其特征是半导体热堆的冷端吸热器置于封闭的冷箱中，热端置于冷却水箱，冷却水箱中通入有循环冷却水；以直流稳压电源为半导体热堆提供工作电压，在半导体热堆的电源回路中设置电压表V和电流表A，并在冷箱中设置热电偶构成的测量系统；由PLC可编程控制器和MOS开关管构成控制电路，以热电偶为控制电路的信号检测器件，以MOS开关管为控制电路的执行器件；计算机通过RS232端口与PLC可编程控制器连接，分别采集系统中的检测数据和设定数据。本实用新型能满足不同工况半导体制冷性能测试、研究和教学实验的需要。
文档编号G01M99/00GK201266139SQ20082003926
公开日2009年7月1日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者李彦军, 王铁军 申请人:合肥工业大学