專利名稱：半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種物理實驗儀器，尤其是指一種半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗 儀。
背景技術(shù)：
[0002]半導(dǎo)體制冷具有體積小、重量輕、沒有機械滑動部件、無噪音、綠色無氟、使 用壽命長、制冷量控制方便精確等優(yōu)點，它應(yīng)用在一些空間受到限制、可靠性要求高、 無制冷劑污染的場合(如軍事、醫(yī)療、工業(yè)、檢測、高級賓館、實驗室等領(lǐng)域)。它的理 論是基于物理學(xué)中的電磁學(xué)和半導(dǎo)體理論。溫差發(fā)電是一種綠色發(fā)電模式，自然界中有 溫差之處隨處可見，但是目前溫差發(fā)電還沒有被人類利用起來，有待于人們的進一步開 發(fā)研究?？梢?，半導(dǎo)體制冷和溫差發(fā)電的應(yīng)用和研究很有現(xiàn)實意義，很符合時下綠色環(huán) 保利用新能源的大趨勢。但是，目前在高校的物理實驗中還沒有相應(yīng)實驗項目和相應(yīng)的 實驗儀器。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實用新型的目的是提供一種半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，它既可以定量研究 半導(dǎo)體制冷量或制冷系數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系，還可以定量研究溫差發(fā)電的規(guī)律，還可 作為演示性物理實驗儀器。[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型包含一個半導(dǎo)體冰箱，半導(dǎo)體冰箱內(nèi)有加熱電 熱絲以及溫度計，加熱電熱絲與電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源相并聯(lián)，電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓 電源的輸入端與電源變壓器的一個次級繞組相并聯(lián)，還有機內(nèi)散熱風(fēng)扇，半導(dǎo)體制冷片 與功能轉(zhuǎn)換開關(guān)的一對中心接點相并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān)的中心接 點相并聯(lián)，制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān)的左右側(cè)接點交叉并聯(lián)后與半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源相并 聯(lián)。半導(dǎo)體冰箱內(nèi)的機外散熱風(fēng)扇通過開關(guān)和降速電阻的并聯(lián)電路與散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源 相并聯(lián)。電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源于電壓表并聯(lián)，其輸出引線與電流表串聯(lián)。加熱電熱 絲與電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源之間還串聯(lián)有溫差發(fā)電過熱保護器。半導(dǎo)體制冷片與功能 轉(zhuǎn)換開關(guān)之間還串聯(lián)有半導(dǎo)體制熱過熱保護器。功能轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一對中心接點與兩用 電壓表并聯(lián)，相對應(yīng)的上接點與另一組上接點并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與半導(dǎo)體制冷可調(diào) 穩(wěn)壓電源相并聯(lián)。兩用電壓表與負載保險絲、負載電阻、按鍵開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成的負載電路 相并聯(lián)。半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源輸出電路并聯(lián)有電壓表和串聯(lián)有電流表。加熱電熱絲 以及機內(nèi)散熱風(fēng)扇與各自的供電導(dǎo)線之間由插接件連在一起。[0005]由于本實用新型設(shè)置了功能轉(zhuǎn)換開關(guān)并與其他開關(guān)巧妙組合，使得半導(dǎo)體制冷 實驗功能、半導(dǎo)體制熱實驗功能、半導(dǎo)體溫差發(fā)電實驗功能得以兼顧，在不提高儀器成 本的前提下，大大擴展了儀器的功能，并且使用簡單方便、可靠性高。溫差發(fā)電過熱保 護器以及半導(dǎo)體制熱過熱保護器與各自電路的串聯(lián)，有效地避免了實驗過程中溫升過高 引起的塑料件變形損壞。機外散熱風(fēng)扇通過開關(guān)和降速電阻的并聯(lián)電路與散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源相并聯(lián)，使得學(xué)生可以方便地改變熱交換狀態(tài)，定量研究半導(dǎo)體制冷、半導(dǎo)體制 熱、半導(dǎo)體溫差發(fā)電與散熱情況的關(guān)系。功能轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一對中心接點與兩用電壓表 并聯(lián)，相對應(yīng)的上接點與另一組上接點并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電 源相并聯(lián)，使得一個電壓表兩用，降低了成本，減小了體積。兩用電壓表與負載保險 絲、負載電阻、按鍵開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成的負載電路相并聯(lián)，保證了方便地測量溫差發(fā)電電源 的內(nèi)阻，并且負載電阻不易損壞。加熱電熱絲以及機內(nèi)散熱風(fēng)扇與各自的供電導(dǎo)線之間 由插接件連在一起，可很方便地將其取出，使本儀器可作為溫度可調(diào)可顯示溫度的半導(dǎo) 體冰箱或加熱保溫箱使用，可為熱學(xué)實驗或其他用途提供冷源或保溫加熱，一機多用。[0006]綜上所述，本作品可綜合利用熱學(xué)和以及電磁學(xué)原理，定量測量和研究半導(dǎo)體 制冷及溫差發(fā)電的物理規(guī)律(可做半導(dǎo)體制冷系數(shù)的研究、溫差發(fā)電規(guī)律的研究、溫差 電源內(nèi)阻的測量等實驗項目)，還起到引導(dǎo)學(xué)生進行綠色制冷或綠色發(fā)電的研究，建立新 能源研究的意識。[0007]本儀器的原理結(jié)構(gòu)、實驗方法、實驗項目在國內(nèi)是獨創(chuàng)的，其實驗原理涉及熱 學(xué)和電磁學(xué)、是真正意義上的綜合性實驗，很符合時下實驗教學(xué)改革的需求，對培養(yǎng)學(xué) 生的橫向思維和創(chuàng)新意識很有好處，應(yīng)該盡快在國內(nèi)各高校推廣使用。


[0008]附圖是本實用新型結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式
[0009]在附圖中，利用一個帶有門1的保溫外殼2，其內(nèi)壁3為傳熱性好的鋁材料制作 的，將半導(dǎo)體制冷片8通過傳熱器7(鋁的)與內(nèi)壁3接觸，半導(dǎo)體制冷片8的另一面與 散熱器9熱接觸，散熱器9外側(cè)有機外散熱風(fēng)扇10，這就形成了一個半導(dǎo)體冰箱。為了 測量半導(dǎo)體冰箱的制冷量，又在內(nèi)部安裝了一個加熱電熱絲5，為了實現(xiàn)內(nèi)部溫度的即時 均衡，還在電熱器附近安裝一個機內(nèi)散熱風(fēng)扇4，為了測量其內(nèi)的溫度，還在內(nèi)部安裝了 一個溫度傳感器6并與外部的數(shù)字溫度計16相連。[0010]加熱電熱絲5與溫差發(fā)電過熱保護器Bl以及電熱絲加熱開關(guān)KR和電流表Al 串聯(lián)后再與電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源12相并聯(lián)，電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸入端與電 源變壓器的一個次級繞組相并聯(lián)，半導(dǎo)體制冷片8與功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K4K3的一對中心接點 相并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān)K2的中心接點相并聯(lián)，制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān) K2的左右側(cè)接點交叉并聯(lián)后與半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源14相并聯(lián)。半導(dǎo)體冰箱內(nèi)的機 外散熱風(fēng)扇10通過開關(guān)K5和降速電阻RF的并聯(lián)電路與散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源15相并聯(lián)。 電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源12與電壓表Vl并聯(lián)，其輸出引線與電流表Al串聯(lián)，Rai是其 分流電阻。加熱電熱絲5與電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源12之間還串聯(lián)有溫差發(fā)電過熱保護 器Bi。半導(dǎo)體制冷片8與功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K4K3之間還串聯(lián)有半導(dǎo)體制熱過熱保護器B2。 功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K4K3的另一對中心接點與兩用電壓表V2并聯(lián)，相對應(yīng)的上接點與另一組 上接點并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源14相并聯(lián)。兩用電壓表與負載 保險絲BY、負載電阻RL、按鍵開關(guān)KL串聯(lián)構(gòu)成的負載電路相并聯(lián)。半導(dǎo)體制冷可調(diào) 穩(wěn)壓電源14的輸出電路串聯(lián)有電流表A2，其分流電阻為RA2。加熱電熱絲5以及機內(nèi)散熱風(fēng)扇4與各自的供電導(dǎo)線之間由各自的插接件17連在一起。數(shù)字表工作電源13與各 個電壓表和電流表的工作電源輸入端相連，也通過分壓電阻Rx、Ry為數(shù)字溫度計16提供 工作電源。變壓器BY的初級繞組與保險絲BX以及電源開關(guān)Kl串聯(lián)后接220V交流市 電?？蚱饋淼?1為主機部分，上面的其余部分為與半導(dǎo)體冰箱一體的部分。[0011]下面把工作過程做一說明[0012]當(dāng)Kl接通，K2打在右位，K3K4打在打在下位，為制冷實驗功能，此時，調(diào)節(jié) 半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源14的輸出電壓，就可改變制冷電流，其制冷電壓和制冷電流通 過兩用電壓表V2、電流表A2讀出。由于數(shù)字溫度計16可通過內(nèi)外溫轉(zhuǎn)換按鍵開關(guān)轉(zhuǎn) 換，可分別測量室內(nèi)環(huán)境溫度以及制冷機內(nèi)部的溫度，當(dāng)嘗試調(diào)節(jié)加熱電熱絲5的電流 多次，尋找到制冷機內(nèi)部溫度等于外界環(huán)境溫度時，達到了熱平衡狀態(tài)，內(nèi)外熱量不進 行交換，此時維持平衡溫度的就是制冷和加熱電熱絲，兩者相等抵消，因此，不能直接 測量的制冷量也就間接地知道了，該情況下的制冷系數(shù)也就可以計算出來了 半導(dǎo)體制 冷量Q就等于電加熱器的電功率W = IV，而制冷系數(shù)就等于ε =Q/W。通過通斷開關(guān) K5可以改變機外散熱風(fēng)扇10的轉(zhuǎn)速，從而測出同一制冷電流下的制冷量或制冷系數(shù)，進 而研究制冷系數(shù)及制冷量與散熱情況的關(guān)系，得出制冷設(shè)備提高制冷效率的普遍規(guī)律。[0013]在上述開關(guān)位的基礎(chǔ)上，僅把K3K4打在打在上位，就變成溫差發(fā)電功能，溫差 發(fā)電的電動勢ε或接入負載RL后的電壓％，可從電壓表V2上讀出，其電流電壓還是 利用制冷實驗的電壓及電流表，一表多用。斷開開關(guān)KL，V2上的讀數(shù)為溫差發(fā)電的電 動勢ε，接通KL，為接入負載RL以后的電壓V2。這就可以計算溫差發(fā)電電源的內(nèi)阻—Drl。改變加熱電熱絲的電流，就可調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差，從而得到不同的溫差發(fā)電電壓。在溫差發(fā)電時，為防止加熱電熱絲過加熱引起的損壞制冷箱內(nèi)部塑料件，還在其供 電電路串聯(lián)了一個溫差發(fā)電過熱保護器Bi，當(dāng)箱內(nèi)溫度超過50度時自動斷開，低于該溫 度又自動接通。[0014]在制冷功能開關(guān)狀態(tài)下，僅把開關(guān)K2打在制熱檔(右端)，就可進行半導(dǎo)體制 熱實驗，其電流電壓還是利用制冷實驗的電壓及電流表，一表多用。制熱時，為防止制 冷片及箱內(nèi)塑料件過熱損壞，還在其供電電路中增加了一個過熱保護器B2，當(dāng)箱內(nèi)溫度 達到攝氏50度時，過熱保護器自動斷開，當(dāng)?shù)陀?0度時，又自動斷開，如此反復(fù)，使箱 內(nèi)溫度保持在50度左右，且自動電路保護低成本、高可靠。[0015]本儀器內(nèi)的機內(nèi)散熱風(fēng)扇和加熱電熱絲等為機械一體化的，通過各自的插接件 17與整機電路相接，當(dāng)拔開插接件17取出時，該儀器就變成了一個可控溫度且有溫度數(shù) 字顯示的半導(dǎo)體制冷制熱箱，制冷溫度低于環(huán)境溫度16度以上，制熱溫度可達到50度。一機多用。[0016]本儀器在設(shè)計過程中已經(jīng)全面考慮到各種可能損壞儀器儀表的可能，采用了最 合理的防誤操作電路，因此實際使用中不會因誤操作而損壞，儀器的可靠性很高。[0017]下面把各主要部分參數(shù)做一說明[0018]半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源14可選用寬范圍可調(diào)(0-16V)開關(guān)電源；電熱絲加熱 可調(diào)穩(wěn)壓電源12可選用串聯(lián)型寬范圍可調(diào)(4-19V)穩(wěn)壓電源；散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源15可 用穩(wěn)壓12V的；數(shù)字表工作電源13取自散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源15再用三端穩(wěn)壓集成塊7805穩(wěn)壓而得到；半導(dǎo)體制冷片8可用市面上流行的各類產(chǎn)品；功能轉(zhuǎn)換開關(guān)K4K3可用4刀 雙擲撥動開關(guān)(也可用兩個獨立的雙刀雙擲開關(guān)代替)；制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān)K2可用普通 雙刀雙擲撥動開關(guān)；溫差發(fā)電過熱保護器Bl和半導(dǎo)體制熱過熱保護器B2可用50度的常 通雙金屬片自動溫度開關(guān)；數(shù)字溫度計用市面上流行的即可，數(shù)字溫度計的供電電源也 可用鈕扣電池代替。[0019] 本實用新型可作許多變化各個數(shù)字電壓電流表可換成機械指針式的、數(shù)字溫 度計可換成酒精溫度計、也可取消主機自帶的電壓電流表換成外接電表的方式等。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，包含一個半導(dǎo)體冰箱，半導(dǎo)體冰箱內(nèi)有加熱電 熱絲以及溫度計，加熱電熱絲與電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電源相并聯(lián)，電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓 電源的輸入端與電源變壓器的一個次級繞組相并聯(lián)，還有機內(nèi)散熱風(fēng)扇，其特征是半導(dǎo) 體制冷片與功能轉(zhuǎn)換開關(guān)的一對中心接點相并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與制冷制熱轉(zhuǎn)換開關(guān) 的中心接點相并聯(lián)，制熱制冷轉(zhuǎn)換開關(guān)的左右側(cè)接點交叉并聯(lián)后與半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓 電源相并聯(lián)。
2.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是半導(dǎo)體冰箱內(nèi)的機外散 熱風(fēng)扇通過開關(guān)和降速電阻的并聯(lián)電路與散熱風(fēng)扇穩(wěn)壓電源相并聯(lián)。
3.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是電熱絲加熱可調(diào)穩(wěn)壓電 源于電壓表并聯(lián)，其輸出引線與電流表串聯(lián)。
4.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是加熱電熱絲與電熱絲加 熱可調(diào)穩(wěn)壓電源之間還串聯(lián)有溫差發(fā)電過熱保護器。
5.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是半導(dǎo)體制冷片與功能轉(zhuǎn) 換開關(guān)之間還串聯(lián)有半導(dǎo)體制熱過熱保護器。
6.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是功能轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一對 中心接點與兩用電壓表并聯(lián)，相對應(yīng)的上接點與另一組上接點并聯(lián)，相對應(yīng)的下接點與 半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電源相并聯(lián)。
7.按權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是兩用電壓表與負載保險 絲、負載電阻、按鍵開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成的負載電路相并聯(lián)。
8.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是半導(dǎo)體制冷可調(diào)穩(wěn)壓電 源輸出電路并聯(lián)有電壓表和串聯(lián)有電流表。
9.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀，其特征是加熱電熱絲以及機內(nèi)散 熱風(fēng)扇與各自的供電導(dǎo)線之間由插接件連在一起。
專利摘要本實用新型公開了一種半導(dǎo)體制冷溫差發(fā)電實驗儀。它包含有半導(dǎo)體冰箱和主機兩大部分。半導(dǎo)體冰箱內(nèi)有加熱電熱絲、溫度計、機內(nèi)散熱風(fēng)扇及過熱保護器。半導(dǎo)體冰箱內(nèi)的各部分與主機內(nèi)的各單元電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等巧妙組合，構(gòu)成了可做半導(dǎo)體制冷系數(shù)的研究、溫差發(fā)電規(guī)律的研究、溫差電源內(nèi)阻的測量等定量實驗項目的物理實驗儀器，填補了現(xiàn)有技術(shù)的空白。它使用方便可靠且高性價比，還可引導(dǎo)大學(xué)生進行綠色制冷及綠色發(fā)電的研究，建立新能源研究的意識。它可用于高校的普通物理實驗、近代物理實驗、大學(xué)物理實驗課程，還可作為演示物理實驗儀器。
文檔編號G09B23/16GK201812418SQ20102052438
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者趙杰 申請人:趙杰