Как устроен термоэлектрический прибор. Термоэлектрические приборы: принцип работы, устройство и применение

Как устроены термоэлектрические приборы. Какие физические эффекты лежат в их основе. Где применяются термоэлектрические устройства. Какие преимущества они имеют перед другими типами охладителей и нагревателей.

Принцип работы термоэлектрических приборов

Термоэлектрические приборы работают на основе эффекта Пельтье. Этот эффект заключается в том, что при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников происходит выделение или поглощение тепла. Направление теплового потока зависит от направления электрического тока.

Ключевые моменты работы термоэлектрического прибора:

• Используются два типа полупроводников — n-типа и p-типа
• Полупроводники соединяются последовательно с помощью металлических перемычек
• При пропускании тока одни контакты нагреваются, другие охлаждаются
• Величина нагрева/охлаждения пропорциональна силе тока
• При смене направления тока нагрев и охлаждение меняются местами

Устройство термоэлектрического модуля

Типичный термоэлектрический модуль состоит из следующих основных элементов:

1. Керамические пластины — служат основой конструкции и электроизоляторами
2. Полупроводниковые элементы n-типа и p-типа
3. Медные контактные площадки для соединения элементов
4. Припой для фиксации элементов
5. Выводы для подключения питания

Полупроводниковые элементы соединяются последовательно между двумя керамическими пластинами. Одна пластина становится «горячей» стороной, другая — «холодной». Направление тока определяет, какая сторона будет нагреваться, а какая охлаждаться.

Виды термоэлектрических приборов

Существует несколько основных типов термоэлектрических устройств:

• Термоэлектрические охладители (ТЭО) — создают разницу температур для охлаждения
• Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — вырабатывают электричество из разницы температур
• Термоэлектрические нагреватели — используют эффект Пельтье для нагрева
• Термоциклеры — быстро меняют температуру образца

Каждый тип имеет свои особенности конструкции и применения. Наиболее распространены термоэлектрические охладители.

Преимущества термоэлектрических приборов

Термоэлектрические устройства обладают рядом важных достоинств по сравнению с традиционными системами охлаждения и нагрева:

• Отсутствие движущихся частей и хладагентов
• Компактные размеры
• Бесшумность работы
• Высокая надежность и длительный срок службы
• Возможность точного контроля температуры
• Быстрый отклик на управляющее воздействие
• Возможность работы в любом положении
• Экологическая безопасность

Эти преимущества делают термоэлектрические приборы незаменимыми во многих сферах применения.

Области применения термоэлектрических устройств

Термоэлектрические приборы нашли широкое применение в различных отраслях:

Электроника и приборостроение

• Охлаждение процессоров и микросхем
• Стабилизация температуры лазерных диодов
• Термостатирование чувствительных датчиков

Медицина и биотехнологии

• Термоциклеры для ПЦР-анализа
• Охлаждение медицинских приборов
• Поддержание температуры биологических образцов

Бытовая техника

• Портативные холодильники
• Системы климат-контроля автомобильных сидений
• Охладители напитков

Промышленность

• Охлаждение промышленных лазеров
• Термостатирование измерительного оборудования
• Системы рекуперации тепла

Широкий спектр применений обусловлен уникальными свойствами термоэлектрических устройств.

Материалы для термоэлектрических приборов

Выбор материалов играет ключевую роль в эффективности термоэлектрических устройств. Основные требования к материалам:

• Высокий коэффициент Зеебека
• Низкое электрическое сопротивление
• Низкая теплопроводность

Наиболее распространенные материалы для термоэлектрических модулей:

1. Теллурид висмута (Bi2Te3) — для температур около комнатной
2. Теллурид свинца (PbTe) — для средних температур
3. Силициды и германиды — для высоких температур

Ведутся активные исследования новых термоэлектрических материалов для повышения эффективности устройств.

Характеристики термоэлектрических модулей

Основные параметры, характеризующие термоэлектрические модули:

• Максимальная разница температур (ΔTmax) — обычно 60-70°C для одноступенчатых модулей
• Холодопроизводительность — количество отводимого тепла
• Коэффициент полезного действия — обычно 5-10%
• Максимальный ток и напряжение
• Габаритные размеры

При выборе термоэлектрического модуля необходимо учитывать все эти параметры для обеспечения оптимальной работы устройства.

Перспективы развития термоэлектрических технологий

Термоэлектрические технологии активно развиваются. Основные направления исследований:

• Разработка новых эффективных материалов
• Создание наноструктурированных термоэлектриков
• Повышение КПД термоэлектрических преобразователей
• Расширение температурного диапазона работы
• Снижение стоимости производства

Развитие термоэлектрических технологий открывает новые возможности для их применения в энергетике, электронике и других отраслях.

Электротехника

Электротехника

Евсюков А. А. Электротехника: Учеб. пособие для студентов физ. спец. пед. ин-тов.— М.: Просвещение, 1979.— 248 с. В пособии описаны линейные цепи переменного тока, трехфазные цепи, электрические измерения и приборы, трансформаторы, электрические машины переменного и постоянного токов, элементы автоматики, а также техника безопасности. Приведены основные правила работы в учебной электротехнической лаборатории. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.4. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1. 5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ § 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.7. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД 2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1.20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ § 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2. 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГЛАВА III. ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3. 8. АВТОТРАНСФОРМАТОР § 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ § 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5. 8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ § 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.18. УПРОЩЕННАЯ ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6. 2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ § 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ § 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7.8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.4. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ НА НЕЙТРАЛЬ (ЗАНУЛЕНИЕ) § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА

Термоэлектрический преобразователь устроен аналогично термопреобразователю сопротивления

Термоэлектрический преобразователь устроен аналогично термопреобразователю сопротивления. Длина его монтажной части до 10 м, пределы измеряемой температуры — от —50 до 1800 °C.

Особенность применения термоэлектрических преобразователей заключается в необходимости компенсации температуры холодных концов спая. Если температура холодных концов, равная температуре окружающего воздуха, будет изменяться, а температура измеряемой среды будет неизменной, то значения термо-ЭДС будут также изменяться. Неизменность показаний прибора достигают электрической компенсацией влияний температуры в месте установки прибора, воспринимающего термо-ЭДС. Для этого термоэлектрический преобразователь присоединяют к вторичному прибору специальными компенсационными проводами (табл. 2.145).

Таблица 2.145 ДАННЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОВОДОВ

Обозначение провода Расцветка изоляции жил Материал проводов Тип термоэлектрического преобразователя положительного отрицательного м Красная Коричневая Медь Константан Хромель—алюмель ТХА п Красная Зеленая Медь Сплав ТП Платинородий— платина ТПП хк Фиолетовая Желтая Хромель Копель Хромель — копель ТХК

Технические характеристики термоэлектрических преобразователей приведены в табл. 2.146.

Манометрические термометры применяются для дистанционного измерения температуры. Их принцип действия основан на зависимости между температурой и давлением жидкости или газа при постоянном объеме. Схема манометрического термометра показана на рис. 2.61.

Прибор состоит из термобаллона, соединенного капилляром с вторичным прибором — манометром. В манометре капилляр соединяется с трубчатой пружиной, которая скручивается или раскручивается в зависимости от давления жидкости или газа в системе манометра, зависящего от температуры измеряемой среды, куда помещен термобаллон. Пружина действует на мех изм манометра, воздействующий на показыва-362

ющие и регулирующие устройства (стрелки, самописцы, контакты).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Таблица 2.146

Тип преобразователя Пределы измерения, °C Максимальное условное давление, МПа Длина монтажной части, мм ТХА-2174 0. ..90 0,4    32 64 250…800 ТХА-0806 0…1000 0,25    44 160…3150 ТХА-1489 0…1000 — 1000…20000 ТХК-0083 0…300 20 50…320 ТХК—0179 (одинарный) -50…600 0,4    6,4 10…2000 ТХК-0179 (двойной) -50…600 0,4    6,4 120…2000 ТХК-0806 0…600 0,25    0,4 160…3150 ТПП-0679 0…1300 0,1 320…2000 ТПП-0679-01 0…1300 0,1 40. ..3150 ТПР-0779 300… 1600 4 400… 1600 ТПР-0679 300… 1600 0,1 320…2000 ТПР—0679—01 300… 1600 0,1 40…10000 ТВР-251 100… 1800 200…400 ТВР-0877 300…1800 0,1 560…900

Как работают термоэлектрические охладители (ТЭО)

Главная / Продукция / Термоэлектричество / Ресурсы

Как работают термоэлектрические охладители (ТЭО)?

Эффект Пельтье

Термоэлектрические охладители работают на эффекте Пельтье. Эффект создает разницу температур за счет передачи тепла между двумя электрическими соединениями. На соединенные проводники подается напряжение для создания электрического тока. Когда ток протекает через места соединения двух проводников, тепло отводится в одном соединении и происходит охлаждение. Тепло отводится в другом соединении.

 

Основное применение эффекта Пельтье — охлаждение. Однако эффект Пельтье также можно использовать для нагрева или регулирования температуры. В любом случае требуется постоянное напряжение.

Элементы термоэлектрического охладителя

Термоэлектрические охладители II-VI выполняют роль твердотельного теплового насоса. Каждый из них представляет собой массив чередующихся полупроводников n- и p-типа. Полупроводники разного типа имеют дополнительные коэффициенты Пельтье. Массив элементов впаян между двумя керамическими пластинами электрически последовательно и термически параллельно. Твердые растворы теллурида висмута, теллурида сурьмы и селенида висмута являются предпочтительными материалами для устройств на эффекте Пельтье, поскольку они обеспечивают наилучшие характеристики в диапазоне температур от 180 до 400 К и могут быть выполнены как n-типа, так и p-типа. Охлаждающий эффект любого устройства, использующего термоэлектрические охладители, пропорционален количеству используемых охладителей. Обычно несколько термоэлектрических охладителей соединяют рядом, а затем помещают между двумя металлическими пластинами. II-VI включает три различных типа термоэлектрических охладителей, в том числе: термоциклеры, одноступенчатые и многоступенчатые.

Теплопоглощение

Охлаждение происходит при прохождении тока через одну или несколько пар элементов от n- до p-типа; происходит понижение температуры на стыке («холодная сторона»), в результате чего происходит поглощение тепла из окружающей среды. Тепло переносится по элементам переносом электронов и высвобождается на противоположной («горячей») стороне по мере того, как электроны переходят из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое.

 

Поглощение тепла Пельтье определяется выражением Q = P (коэффициент Пельтье) I (ток) t (время). Одноступенчатый термоэлектрический охладитель может создавать максимальную разницу температур около 70 градусов Цельсия. Тем не менее, термоэлектрический охладитель Triton ICE от II-VI будет охлаждать электронику на 2 градуса по Цельсию ниже текущих рыночных предложений.

Преимущества

Термоэлектрические охладители предлагают множество преимуществ, когда традиционные методы охлаждения не подходят. Кроме того, термоэлектрические охладители экологически безопаснее, чем другие охлаждающие устройства, представленные на рынке. Некоторые преимущества использования термоэлектрического охлаждения в электронных устройствах включают:

 

• Отсутствие выбросов хлорфторуглеродов или хладагента
• Низкие эксплуатационные расходы
• Долгий срок службы
• Управляемый
• Подходит для экстремальных условий или удаленных мест
• Возможность охлаждения намного ниже температуры окружающей среды
• Производительность не зависит от ориентации

Кроме того, охладители могут значительно улучшить электронные системы заказчика в следующих проблемных областях:

 

• Тепловые характеристики
• Стоимость
• Шум
• Вес
• Размер
• Эффективность

Приложения

Применение 1: Термоциклеры

Термоциклеры применяются в аэрокосмических и оборонных технологиях. Поскольку технология термоциклеров II-VI может выдерживать экстремальные условия, эти модули идеально подходят для использования в космосе или в подобных сложных условиях.

 

Термоциклеры также широко используются в биомедицинских учреждениях для амплификации образцов ДНК и РНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Термоциклеры амплифицируют сегменты ДНК, систематически повышая и понижая температуру блока, содержащего реакционную смесь для ПЦР. Циклеры предлагают надежный вариант, рассчитанный на более чем 500 000 тепловых циклов. Серия XLT II-VI работает в основе модулей термоциклеров ПЦР, не имеющих себе равных по своей способности выполнять требования ПЦР, включая термическую однородность, повторяемость, точность и скорость.

 

Применение 2: Одноступенчатые термоэлектрические охладители

Одноступенчатые термоэлектрические охладители предназначены для средних и низких требований к тепловой насосной мощности. Типичные области применения включают: массивы лазерных диодов в волоконно-оптических системах и поддержание постоянной вязкости в струйных принтерах.

 

II-VI также предлагает термоэлектрический охлаждающий модуль Triton ICE™, который может охлаждать электронику на 2°C ниже, чем текущие рыночные предложения. Triton ICE™ разработан в первую очередь для промышленного и медицинского секторов, но может предоставить решения для всех рыночных приложений, требующих превосходной охлаждающей способности.

Вот как работает термоэлектрический модуль от ADVANCED THERMOELECTRIC (POLLOCK INDUSTRIES)

Вот как работают термоэлектрические охладители

Типичный термоэлектрический (ТЭ) модуль состоит из двух керамических подложек, между которыми расположено множество пар или «пар» кубиков из теллурида висмута. (Пары) игральных костей соединены электрически последовательно и термически параллельно между керамикой. Одна из этих керамик будет «горячей стороной», а другая — «холодной стороной».

Керамические подложки из оксида алюминия

обычно используются для изготовления термоэлектрических модулей. Они ребристые, теплопроводные и отличные электрические изоляторы. Керамика не только обеспечивает прочную основу, но и изолирует электрические элементы внутри модуля от радиатора на горячей стороне модуля и охлаждаемого объекта на холодной стороне.

Подушечки из электропроводящего материала, обычно из меди, достаточного размера, чтобы вместить каждую из множества «пар» игральных костей в модуле, прикреплены к внутренней поверхности керамики. По одной игральной кости P-типа и N-типа электрически соединяются с каждой контактной площадкой. Расположение контактных площадок на двух керамических элементах различается, чтобы создать цепь с кубиками, которая зигзагами проходит через модуль. Обычно все кристаллы припаиваются, чтобы улучшить электрическое соединение и скрепить модуль.

Большинство модулей имеют четное количество кристаллов P-типа и N-типа, и один из них, имеющий общее электрическое соединение, известен как «пара». Вышеупомянутый модуль можно описать как модуль с 11 парами.

Хотя материалы P-типа и N-типа представляют собой сплавы висмута и теллура, оба имеют разную плотность свободных электронов при одинаковой температуре. Кости P-типа состоят из материала с дефицитом электронов, в то время как N-типа имеют избыток электронов. Поскольку ток (ампер) течет вверх и вниз через модуль, он пытается установить новое равновесие внутри материалов. Ток рассматривает материал P-типа как горячий спай, который необходимо охладить, а N-типа — как холодный спай, который необходимо нагреть. Поскольку материал на самом деле имеет одинаковую температуру, в результате горячая сторона становится горячее, а холодная — холоднее. Направление тока будет определять, будет ли конкретная матрица охлаждаться или нагреваться. Короче говоря, смена полярности поменяет местами горячую и холодную стороны.

Провода к модулям прикреплены к (медным) контактным площадкам на керамической пластине горячей стороны. Если модуль запаян, вы можете определить горячую сторону без подачи питания. Положите модуль на плоскую поверхность, направьте выводы на себя, положительный вывод, обычно с красной изоляцией, справа. Нижняя поверхность будет горячей стороной.

Исследователи материалов изучают возможность использования других материалов для повышения эффективности термоэлектрических модулей, но теллурид висмута остается наиболее экономичным материалом для охлаждающих модулей, используемых в приложениях с температурой окружающей среды. Однако при низкой температуре (около минус 110 градусов по Цельсию) этот материал перестает быть полупроводником, и его характеристики резко снижаются. Как правило, самая высокая температура, при которой могут работать модули, примерно на 30 °C ниже температуры плавления припоя, используемого в их сборке, обычно +150 или 200 °C (302 или 39 °C).2°F).

TM 127-1.4-8.5 — наш самый популярный выбор для большинства применений в области производства электроэнергии с использованием термоэлектрических модулей (ТЭГ) с температурой до 200 °C (392 °F).