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热电制冷技术的发展与应用
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时间:2013-03-14 16:51:55

         近几年来,机器视觉系统作为国际先进的智能化自动设备在全球掀起了一场技术革命,虽然在我国,其发展起步较晚,但是发展速度却异常迅速,尽管与发达国家还存在一定的差距,但这个差距已经在明显的缩短中了。热电制冷技术是目前机器视觉技术中极其重要的一项,制冷相机本身就具有体积小、重量轻、无噪声、寿命长、可靠性高、安全性高以及无需维护等优势,在众多行业都有着广泛的应用,而热电制冷技术下的制冷相机抗震性能优良、测量尺寸精确,更能满足各项应用的需求。另外,热电制冷技术是一种环保型制冷技术,在如今我国大力推进环保节能行业发展的大背景下,其应用势必将更加广泛。

        热电制冷技术实际上是一种以电能作动力、以珀尔帖效应为基础的能量转换过程,当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时,结点上将就会产生吸热现象,从而实现制冷。目前,由于半导体材料的珀尔帖效应相对较为显著,因此,在国内采用的热电模块多是由半导体材料组成的,而且在所有的冷却系统中,热电制冷系统是唯一一种仅由一个元件组成的冷却系统。热电冷却不需要象机械制冷那样需要不断填充化学消耗品,没有活动部件,也就没有磨损,因此不需要维护,无污染,成本低,同时又具有小功耗的特点。由此可见,热电制冷确实是一项理想的制冷技术,世界著名的工业相机厂商美国QSI公司,采用了热电制冷技术研制生产了热电制冷CCD相机,QSI相机一直以来都有着广泛的应用和一致的好评。

        热电制冷技术是从上世纪50年代开始发展起来的,至今已经经历了三个阶段。第一个阶段是在19世纪初期,继塞克尔和珀尔帖先后发现温差电流现象和温度反常现象后,开始有人进行了热电发电与制冷的研究。但当时,因为采用的是金属材料,所以那时的热电性能较差、能量转换的效率还都很低;第二阶段就到了上世纪50年代初,随着半导体材料的广泛应用,大大提高了热电效应的效率,使热电发电和制冷正式进入了实践阶段;第三阶段则是在上世纪80年代以后了,在这一阶段主要是通过各种方法来提高半导体热电制冷性能,进一步提高热电制冷的效果和扩大应用范围。

        热电制冷技术的应用是非常广泛的,在武器装备方面,国外多将半导体制冷技术用于红外制导的空对空导弹红外探测器探头的冷却,以降低噪声的影响,提高灵敏度和探测率,保障制导过程中的准确度。例如,俄罗斯米格战斗机配备的AA-8和AA-11系列导弹就采用热电制冷对红外探测系统进行温控。另外,由于热电制冷的抗震性能极好,它还经常应用于不能采用常规制冷的地方,如热电制冷片用于冷却安装在喷气式战斗机翼尖的无线电设备处等。

        热电制冷技术在空间探测方面也有许多应用。例如,1995年由多国科学家组成的小组针对罗塞塔着陆器提出了一个拥有11个传感器分系统的先进组件方案,将一个二级热电制冷器直接放在传感器石英晶体后面,根据需要对晶体进行加热或冷却。2005年,美国、英国、意大利和德国共同研制的星载X射线望远镜在其背阳面安装的热辐射器也采用了热电制冷器,使探测器冷却到-100度以下,从而确保低的暗电流,并且降低了对辐射损伤的灵敏度。

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