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1、ICS31.190CCSL10/34T/CIMA0137202X温差电器件致冷性能测试方法Measurementofthecoolingperformanceofthermoelectricdevice（征求意见稿）202X-XX-XX 发布202X-XX-XX实施中国仪器仪表行业协会发布前言31范围42规范性引用文件43术语和定义44测试原理55测试设备和仪器55.1 测试设备65.2 测试仪器66测试条件67器件制备67.1 器件规格67.2 器件冷、热端面78测试程序78.1 测试前准备78.2 测试步骤79数据处理79.1 致冷功率79.2 最大致冷温差89.3 致冷性能系数810测试
2、报告8本文件按照GBZT1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国仪器仪表行业协会试验仪器分会提出。本文件由中国仪器仪表行业协会归口O本文件起草单位：哈尔滨工业大学（深圳）、浙江大学、哈尔滨工业大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、原子能研究院、中国电子科技集团公司第十八研究所本文件主要起草人：毛俊，张倩，梁兹，曹峰，朱铁军，付晨光，隋解和，刘紫航，陈立东，史迅,柏胜强，李鑫，张海旭，何虎，任保国，吕冬翔，李轩温差电器件致冷性能测试方法1范围本文件规定了温差电器件致冷性能测试
3、的术语和定义、原理、设备及仪器、条件、试样、程序、数据处理和报告等要求。本文件适用于热沉温度在300K-35OK范围内的致冷性能测试，其他工况测试可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。SJ2855温差电致冷名词术语。3术语和定义SJ2855界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1温差电器件Thermoelectricdevice温差电器件是对SJ2855中温差电元件（TheImoelectricelement）、温差电
4、偶（ThennOeleCtriCcouple）、温差电组件（Thermoelectricmodule）的统称。3.2输入电流InPUtelectriccurrent外接直流电源对温差电器件输入的电流（/），单位为安培（八）O3.3输入电压InPUtelectricvoltage外接直流电源对温差电器件输入的电压（V）,单位为伏特（V）。3.4输入电功率InPUtelectricpower外接直流电源对温差电器件输入的电功率（P）,其为输入电流与输入电压的乘积,单位为瓦特（W）。3.5最大致冷温差Maximumcoolingtemperaturedifference温差电器件在对应热端面温度下可
5、以实现的最大致冷温差（ax）,单位为开尔文（K）。3.6最大致冷电流Maximumelectriccurrent温差电器件在对应热端面温度下实现最大致冷温差时需要外接直流电源输入的电流（/max）,单位为安培（八）。3. 7致冷功率Coolingpower温差电器件在对应热端面温度下和输入电流下可以实现的致冷量（QC）,单位为瓦特（W）。4. 8致冷性能系数Coefficientofperformance温差电器件在对应热端面温度下和输入电流下可以实现的致冷量与输入电功率的比值（COP）,其为无量纲数值。4测试原理温差电器件致冷性能测试原理见图1。基于帕尔贴（Pellier）效应，在固定热端面
6、温度的情况下，其致冷性能系数等于致冷量与输入电功率的比值,最大致冷温差为致冷性能系数为零时对应的器件热端面与冷端面的温度差。热流计温差电器件-Th图2致冷量的测量原理其中，K是温差电器件冷端面的温度，Th是温差电器件热端面的温度，T,T2,A和A分别代表热流计中线性部分等间隔分布的四个温差电偶测试的温度，出是热流计材质的热导率，A是热流计线性部分的横截面积，d77dz是热流计线性部分的温度梯度。5测试设备和仪器4.1 测试设备4.1.1 样品室及配套真空装置具有气氛可控功能，真空度小于100Pa。4.1.2 加热片加热片为温差电器件的测试提供热负载，负载输出热功率范围(O-100W),控制精度
7、0.01W。4.1.3 直流电源系统为加热片和温差电器件提供输入直流电功率,输出电源功率可调范围为0-200W,控制精度为OQlW。4.1.4 1.4热流计热流计应该有一段细长部分(即均匀的线性部分)以满足一维导热，热流计底部端面应与温差电器件冷端面的面积相当，热流计的热导率和尺寸应该与温差电器件的致冷功率相匹配。4.1.5 热沉热沉安装面应该大于温差电器件热端面的面积。4.1.6 冷水机精确调控热沉温度，其可调温度范围为278K-363K,温度精度为0.1K。4.1.7 计算机计算机部署有控制程序，该程序包含温度控制模块、数据分析与处理模块以及数据写入与存储模块。4.1.8 2测试仪器4.1
8、.9 2.1温度采集器温度采集器精度应优于0.5Ko4.1.10 2.2热沉温度控制器精确控制热沉温度，温度控制精度应优于0.2K。6测试条件测试环境应清洁、整齐，无腐蚀性气体，无强磁场和电磁波干扰。7器件制备7.1 器件规格器件长度范围为6mm-40mm,宽度为6mm-40mm,厚度为1mm-40mm。7. 2器件冷、热端面器件热端面、冷端面应平整，平面度小于0.1mm。8测试程序8.1测试前准备8.1.1 测量温差电器件试样的外形尺寸，测试器件内阻并与理论值对比。8.1.2 结合温差电材料性能与温差电臂尺寸信息，利用有限元仿真软件来模拟温差电器件在不同电流下温差与致冷功率的关系；8.1.3
9、 检查设备及仪器连接是否正常；8. 1.4检查温差电器件端面、热沉安装面是否清洁、无污染，必要时使用分析纯酒精进行擦拭；8. 2测试步骤8. 2.1将导热硅脂均匀涂覆在温差电器件冷、热端面，将温差电器件连同热流计与加热片安装到热沉上，并施加不低于0.3MPa的压力，连接好导线与测温传感器，关闭样品室；8. 2.2抽真空到真空度小于100Pa；8. 2.3启动温差电器件致冷性能测试软件，依照有限元仿真结果设定待测电流，发热片的输入电功率；8. 2.4设置试样测试温度和冷水机温度；8. 2.5开始测试，温控器工作，数据采集器采集信号；1.1.1 2.6加热片输出电功率扫描：在固定温差电器件输入电流
10、值下，扫描不同加热片输出电功率情况下的致冷温差，致冷功率与致冷性能系数；通过致冷性能系数与对应致冷温差的数据进行线性拟合得到最大致冷温差数据；8.2.7 温差电器件输入电流扫描：进行温差电器件输入电流扫描，重复以上上述步骤，获得不同输入电流下的温差电器件致冷性能数据；8.2.8 温差电器件热端面温度扫描：进行温差电器件热端面温度扫描，重复上述两步操作，获得不同热端面温度以及不同输入电流下温差电器件的致冷性能数据；8. 2.9结束测试，记录测试结果。9数据处理9. 1致冷功率致冷器件的致冷功率根据公式（1）计算(O式中:K：为热流计材质的热导率，单位为（WmK）；A：为热流计线性段的截面积尺寸，
11、单位为（m2）;dT/dx：为热流计线性段的温度梯度，通过测试的四个温差电偶温度数值与热流计线性段长度来计算得到，单位为（KmT）。9. 2最大致冷温差器件的最大致冷温差可以通过致冷性能系数与对应致冷温差的数据进行线性拟合得到。9. 3致冷性能系数器件的致冷性能系数根据公式（2）计算10测试报告应包括以下内容:（a）试样状态：送样单位，试样名称，试样形状，试样尺寸，试样编号等;（b）测试数据：升温过程中温差电器件热端面温度、温差电器件冷端面温度、热流计线性部分四个温差电偶的温度、各个热端面温度下电流-电压扫描对应的致冷功率，温差电器件输入电功率，致冷性能系数；（c）测试结果及分析：各热端面温度下致冷功率与致冷温差的关系图，致冷性能系数与致冷温差的关系图，最大致冷温差，致冷温差与输入电流的关系图，致冷性能系数与输入电流的关系图。
