主题：【讨论】ICP检测器制冷原理讨论

原文由 依风1986(xurunjiao5339) 发表:
太奇怪的材料，如果做空调，那降温效果非常好啊！

估计费电，不然早应用了

原文由 爆发吧，小宇宙(yw0108) 发表:
估计费电，不然早应用了

能量都是守恒的

原文由 依风1986(xurunjiao5339) 发表:
能量都是守恒的

这个你让我说撒子幺

帕耳帖制冷，循环水带走检测器的热量

原文由 石城铁汉(v3037320) 发表:
帕耳帖制冷，循环水带走检测器的热量

帕耳帖制冷原理，还是比较让人不好理解的，比较抽象

采用的所谓半导体制冷方式实际上就是利用了帕尔帖(Peltire)效应，也就是我们常说的TEC制冷器，采用的是热电制冷的机理，是以温差电现象为基础的制冷方法。
物理上，用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差——接触电动势。同时闭合电路中就有电流通过。
反过来，将两种不同的金属线相互连接形成的闭合线路已通直流电，会产生两个不同温度的连接点。只要通以直流电，就会是其中一个连接点变热，另一个连接点变冷。这就是帕尔帖效应，亦称温差电现象。通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。另外，热电制冷器还具有发电的功能。在这个模式下，只要在制冷器上加载一个温差后，回路中便会产生电流。
        实际应用中，通常是将p型和n型两种掺杂的半导体材料，使用导电和导热性都比较好的导流片串联成一个单体。而一个热电制冷器一般是由一对或者多对这样的单体重复排列而成，从电流通路上看，呈串联方式；从热流通路上看，呈并联方式。这些单体和导流片通常都被安装在两片陶瓷基板之间。这些基板的作用是将所有的结构机械性的连接在一起，并且保持每个单体与其它结构和外界焊接面之间相互绝缘。大部分热电制冷器的高度在2.5-50 mm （0.1-2.0 英寸）之间，根据形状、基板材料、金属化图案和安装联接材料的不同可以分为很多种类。

        上图是一个典型的热电制冷器组成结构的示意图。电偶臂材料分别采用了p型和n型碲化铋。这种布局方式下，电流在p型和n型电偶臂里上下流动的过程中，热流方向能始终保持不变。通过掺杂使n型材料中产生过量的电子（多于组成完整晶格结构需要的电子数），而使p型材料中产生空穴（少于组成完整晶格结构需要的电子数）。这些n型材料中的多余电子和p型材料中的空穴就是热电材料中负责输运电能和热能的载流子。大多数热电制冷器是由相同数量的n型和p型电偶臂所组成的，一个p型和一个n型电偶臂组成一对温差电偶对。也就是说，上图所示的模型里面有两对p型和n型电偶臂也就是说有两对温差电偶对。

热电制冷器与传统的机械式制冷器都遵循相同的热力学法则，并且，尽管两者的组成形式有很大不同，但是其工作原理却是相同的。

在机械式制冷单元中，首先使用压缩机增加液体的压力，使制冷剂在体系中循环流动。然后，制冷剂在冷冻区固化，在随后的升华过程中吸收热量使冷冻区温度降低。而在冷冻区被吸收的热量被运输到压缩机，并通过制冷剂压缩这个过程将热量传递给环境。相对的，在热电制冷系统中，掺杂的半导体材料就充当了液态制冷剂的作用，而冷凝器被散热器所取代，压缩机被直流电源所取代。通过在热电制冷器上加载直流电源，使半导体中的电子发生运动。在半导体材料的冷端，热量被电子运动所吸收，这些电子运动到材料的另外一端，即热端。由于材料的热端连接在散热器上，热量也就从材料体内传到散热器上，然后再被输送到环境中。
商业化的热电制冷器在1960年前后才有所发展，但是热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪早期。第一个与热电理论相关的重要发现是在1821年由德国科学家托马斯·塞贝克发现的。他发现，在一个由两种不同金属导体构成的闭合回路中，当两个接头的温度不同时，回路中会有持续的电流流动。然而，实际上塞贝克没有给出他这个发现的科学解释，并且，他错误的假设热流的流动与电流的流动能够产生相同的效果。在1834年，一个法国制表师兼物理学家简·珀尔帖在研究塞贝克效应的过程中发现，这一现象具有一个相反的现象，也就是当闭合回路中有电流流动的时候，两个接头之一会吸热，而另一个会放热。20年后，威廉姆·汤姆逊（即开尔文勋爵）为塞贝克效应和珀尔帖效应提出了一个系统的解释，并建立了两者的关系。但是此时，对这些现象的研究仍然仅仅局限在实验室中，并没有发现任何实际应用的可能性。

在20世纪30年代，俄罗斯科学家们开始通过研究一些早期的热电效应，试图在一些偏远地区建立热电的发电站。这些俄罗斯科学家对热电材料的兴趣最终扩展到了全世界，并且激发了热电制冷器在实际应用中的发展。如今的热电制冷器，主要应用现代半导体技术，使用掺杂的半导体取代了早期实验中的两种不同的金属导体。