关键字 |
| 风速计;流量测量;闪蒸技术;珀尔帖效应 |
介绍 |
| 近年来当地制冷和发电使用作为工作基于珀尔帖效应和塞贝克效应是越来越感兴趣的一个话题。热电冷却基于珀尔帖效应具有不使用任何机械运动部件,环境友好,允许与微电子集成电路和容易控制。热线风速仪已经多年来作为研究工具用于流体力学(1 - 6)。热线风速仪通常指的是使用小型电热元件放置在一个流体测量的目的,介质的属性。通常房地产测量速度,因为这些元素敏感元素及其之间的传热环境(3)。 |
| 这部作品的创意是presentan风速计操作原理完全不同成长aexploited迄今为止。的确,我们现在一个anemometerusing theobserved温度changeson amicro-module珀尔帖ubjected气流。 |
| 测量温度的接口是珀尔帖junctionwhen受到气流。微模块珀尔帖说蝴蝶由其几何结构允许维护蝴蝶的翅膀,在室温下促进珀尔帖effectingat thejunctionmaterials。 |
| 对热电转换材料的选择最常用的应用程序依赖于塞贝克系数,α,导热系数,K,和电阻率ρ。对热电装置组成的Nand p型材料,热电品质因数z的选择最优材料由三个参数之间的妥协是为了获得最好的效率的热电式传感器。本文介绍了一种新的传感器实现了闪蒸技术与热电材料具有较高的品质因数z我们设备的发展允许气流的速度测量具有良好的敏感性,为工业应用低功耗(7 - 10)。我们开发了蝴蝶结构传感器构成的热电偶的线。通过阐述一个原始几何我们调查这个风速计的灵敏度和实现。 |
材料和方法 |
| Theflashevaporation isa技术用于depositcomposedof材料withdifferent蒸汽pressuresor verydifferentthin电影。noveltyof这技术是使用singlehot春天,butheated abovethe温度oftheevaporation ofless volatilematerial。Variousdevicescommerciallyavailableflash蒸发。给出的例子是equipmentdeveloped byBalzers。Thisiswhat我们haveusedforthedepositionofmaterials onBi,某人,Te, Se, theirternary quaternaryalloys。当坩埚成绩测试标准所需的温度,thebaseis振实(通过一个embeddedmagnet) andthepowderrises沿着螺旋槽,然后落到了funnelinto crucibleand然后,预先加热。thevibrationof varyingthe强度的底部,riseofgraindeposition率水平controlledso。我们必须迅速especiallybewareof希望toevaporatetoo,因为duringits蒸发,固体grainis转化成蒸汽,效果,首先提高了压力,其次,“吹”出泥givengraincruciblebefore itevaporates。thevibrationof varyingthe强度的底部,riseofgraindeposition率水平controlledso。我们必须迅速especiallybewareof希望toevaporatetoo,因为duringits蒸发,固体grainis转化成蒸汽,效果,首先提高了压力,其次,“吹”出泥givengraincruciblebefore itevaporates。漫的powdersare obtainedby grindingBi2Te3bulkingotsofPtype andtheN-typesubstrate, filmis depositediskapton。 Kaptonsheetsare pre-annealed at 300°C for12 hours. This treatmentreducesthe elongationdue tothethermal stresseskapton. |
珀尔帖效应 |
| ThePeltiereffectischaracterizedbyaheatabsorption (orgeneration) bythejunctionoftwomaterialswhenacurrentpassesthroug hthejunction。Thehotwire anemometerorfilm isa系统,采用依赖theelectrical resistanceovertemperature。Whenplacedin aflow,意味着焦耳effecttoa温度abovetheflowtemperature来看,产生了一个exchangeofheatbyconvection。exchangeis functionof物理propertiesof流体,其velocityandthe differencebetweenthe elementand加热流体温度。评估theheat transfercoefficientofconvection,我们expressthe热flowbyNewton定律:Ø= h (T-Tf) h =λ/ e |
| 他的热系数、热导率的?液体,eisthe膜厚度,temperatureTfof fluidin temperatureT contactw雷竞技网页版ithasolidwallarea沙子。当当前流经thePeltiermicromoduleoflength L andcross-section年代,theheat是releasedorabsorbedheatin directionof theshuntcurrent。Theheat方程,同时 |
 |
| 再保险是thePeltiermicromodule的阻力。使用asboundary |
| conditionsthetemperature junctiontemperatureandthe冷的一面,thesolutionof方程是: |
 |
| 考虑热flowdissipatedbythe热sectiontaking theconvection lossescan编写: |
 |
| 第一项代表了珀尔帖效应的贡献,贡献ofthesecondconduction现象,thethirdinputoftheJouleeffectandthefourthterm representstheconvective损失。 |
| Rt= L /λ。年代的热阻Peltiermicro模块。因此,结合thePeltiermicromodule athermo夫妇的脸上,它可以shownthatthe电压deliveredby thethermocoupleis proportionalto热流。 |
| 在这种情况下,aconstant当前,任何改变theconvectiveheat转移coefficienthwill导致avariationofthe热电偶电压。因此应用风速计。 |
结果和讨论 |
| 在α,凌动respectivelythe热电resistivityof所使用的粉末。的价值havingtheannealing依于layersfor theP-typeandN-typeis简化制造过程中传感器。MicromodulesPeltiertellsthe“butterflystructure”(11、12) wasmadepossiblealow resis雷竞技网页版tanceandJouleminor联系。Fig.1showsthebutterflystructurewith integrateddepositedby flashevaporationthermocouple。 |
| 酒吧ofP-typeand N-typeare notput一起,butconnected ametalelectricalandthermal分流。bydepositingbysputteringsil雷竞技网页版verNickel shuntandthe电气和好友。在我们的研究中,我们应用themicromodulePeltieranemometer。 |
| Thefig.2represents thePeltiermicro-moduleused。是它allowsus拜会changingtemperature thethermal shuntbased onDC orAC currentinjected成themicro-modulePeltierknowingΔV =αth.ΔT,αththisthe热电时间表热电偶(αth= 450μV /°C材料)。 |
| Characterizingthisshowsthe thecurrentas有限元数值函数的进化。Thevoltage profilethatwe发现人thermocoupleterminalsas函数ofcurrent givenin图3。 |
| 温度曲线,thedetectedopen circuitvoltageisequal到differencebetweenthethermal shuntand terminalsof热电偶。进化的temperaturemeasured thethermal shuntaccordinginjected currentcan观察,首先,aloweringofthe temperatureastheinjectedcurrent增加。这对应到凭着Peltiereffect theJoule效果。 |
| 然后,当我=我选择= 18马optimumcurrent,,除非这个细胞themaximumcooling2.3°C相应的瞬间 |
| 当thePeltiereffectandJouleare equalare。最后,当以下行为:首先,我马> 18 theJouletakesthe珀尔帖效应的优势。这causesatemperature riseof thethermal分流,类似“扭转directionof注入电流? |
| illustratethe的迟钝oftheintegratedeffects ambienttemperaturethermocoupleon图4,我们thevariationof电压特征在thermocoupleterminalsas oftheambienttemperatureT0函数,来streamswhen传感器isplaced烤箱。 |
| 我们注意到thevoltage sensedby的thermocoupleat thethermal shunttakes一constantvalue为当前injectedwhatever theambient温度其中。我。这表明,传感器isinsensitive ambienttemperature。这赛behaviouris ourstructureasanemometerhotmovieat环境条件下的应用优势。正如我们看到的,therecovered voltageacross thethermocouple吗?V1(与环境温度成比例)比例toflow ?junctiondissipated,也就是说 |
 |
| 如果我们通过替代目前在结构,sufficientlyhighfrequency todestroy thePeltiercontribution,热fluxis thereforefunctionof theJouledissipationand thermalconduction。Andthereby, thevoltage测量在ΔV2thermocoupleis表达。 |
 |
| Placingus theparticular theinjectedcurrentis等于均方根电流的情况,theseexpressionsgives的差异并且以下关系: |
 |
| ΔVdepends thethermalconductionof热量在thePeltiermicromoduleand contributionofthe珀尔帖effectat junctionthereof。highlightthis,我们做theexperimentalsurveypresented微型计算机体积很小。 |
| 我们问题的进化ΔVversus currentis正确。这对应于给定值理论Rt 223642 k / W .Whereasincontrast tothisweresistance。ΔV = c(αth.I.T结),给我们0.5 C。 |
| Wethen placedthe传感器气流时,远离allexternal扰动,研究theevolutionofthevoltage thethermal shuntaccording thespeedofair流。Thedetected voltagedepends thethermalconductivityofair, theJouleeffectandthe珀尔帖effectat thethermal分流。交易所thethermal shuntare favouredbecause itsvery小sizecomparedto wingsof蝴蝶。所以thatmoreoftheair flowspeed,金额越高ofheatsuppliedtoor extractedfromenergysourcesmaintained byheat exchangeare重要。Anemometerto ourstudy,我们选择threecontinuous currentsupplyto highlightoursensor。 |
| Fig.6showstheevolutionof voltageof thermocoupleas一个函数ofair flowwhen当前的我1马= - 35,即thePeltierphenomena conductionandJouleneutralize热。事实上,thevoltage measuredacross thethermocoupleis零。我们发现thevoltage sensedby的thermocoupleat thethermal shuntincreases与速度。事实上,theJoule heatingofthestructure导致热能dissipationto环境。Thisisalmost completedischargetothe当前intothestructure注入。这将导致温度差异的增加,也就是说,增加冷却和热并联终端之间的热电偶。这个coolingismaximafor每个返回对象的值。在这些条件下,消散在theflowmedium最大值。 |
| 在Fig.7cooling Placingus thethermal shuntismaximum;将空气thePeltiermicromoduleinan flowandinjectingitintotheoptimum电流、放电的theJouleeffectprovides coolingofthethermal shuntadvantage。排长们发现voltageallows havemaximum冷却。 |
| 在我3马= 39 themaximumvoltage isdetectedforthecurrentinjected。事实上,theheating ofthermal shuntenables athermalbalancebetweenthe热flowand热exchangedissipatedbyconvectionwhenair流。确实,我们看到在Fig.8 speedofthe空气在thesensor越高,大thedischargeenergy dissipationby焦耳某重要。这具有减少温度的影响thethermal shunttotheroom temperaturebyterminalsreferredthermocouple。 |
| Wethenappliedtoan交变电流传感器和在我们的案例中,贡献的珀尔帖effectintheheating thethermal shuntmicromodulePeltierdisappears。的resultsobtained werecompared与obtainedwithDC注入。 |
| 在twofeatures Fig.9its显示。这些twocurves有sameallure。然而,我们看到,atzero流。事实上,热抗性足够大指tomakenegligible thermalcontribution。因此,区别只是比例贡献ofthePeltierthermal分流。导致improveddrainagewithan交流电。 |
结论 |
| 制造闪蒸基于风速计的珀尔帖效应的测量提出了一个简单的电子设备。Characterizationofthisstructurewithacontinuous feedhighlightedcoolingthermal分流。改变由measurementofthevoltage intemperaturearegiven measuredacross thethermocouple。我们观察amaximum coolingof2.3°Cfor amaximumcurrent of18mA。Theanemometerstudy foundevidencethe珀尔帖effectat themicro-modulePeltierthermalshuntandalsochanging thecoefficientof exchangebyconvection。此外,这种创新在字段ofair datahas totallyinsensitiveto温度波动的充分利用,inconvenienceusuallyencountered insensorhotmovies。最后,创意thisstructureopens thedoor othertypes的sensorscurrentlyin courtStudy: thermopileconstant temperaturedetection,真空计… |
表乍一看 |
 |
|
| 表1 |
表2 |
|
|
数据乍一看 |
 |
 |
 |
 |
 |
| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
 |
 |
 |
 |
| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
|
|
引用 |
- 即Lekalis”,校准和信号解释单个和多个热线/ hot-film探测器”,量。科学。抛光工艺。7,1313 - 1333年,1996页。
- F.P.安东,“硅热风速测定:发展和应用程序”,量。科学。抛光工艺。7,1360 - 1377年,1996页。
- f·斯特拉,g . Guj d市场”,多个传感器热线探针的一般方法”,量。科学。抛光工艺。8,422 - 428年,1997页。
- a . Glaniger a . Jachimovicz f·科尔,r . Chabicovsky g .班“广泛半导体流传感器”,参议员驱动器A85, 139 - 146年,2000页。
- f·梅利,A . Giani r . Bonnot p . Temple-Boyer f . Pascal-Delannoy A . Foucaran A·波伊尔“风速计和热铂薄膜”,参议员致动器94,32-38,2001页。
- 古思,d . Leclerq大肠Gaviot”,一个新的传感器来测量流体速度:珀尔帖风速计”,量。科学。抛光工艺。8,530 - 535年,1997页。
- 博士说自打,p .延伸,“测量薄层的热电性质的两种金属在电接触。雷竞技网页版申请设计新的热流传感器”,量。科学。抛光工艺。8,495 - 500年,1992页。
- d·勒克莱尔,p .延伸,“利用珀尔帖效应测量流体性质。申请设计新的传感器”,量。科学。抛光工艺。4,158 - 163年,1993页。
- a·波伊尔·e·西塞,”性能的薄膜热电材料:应用传感器利用塞贝克效应”,板牙。科学。Eng。十三区最,页103 - 111。1992年。
- a . Giani a . Foucaran a . Sackda f . Pascal-Delannoy贝尔维尔·g·a·波伊尔“热电Microconvecters基于[(P) (Bi0.5Sb1.5Te) / (N) (Bi2Se3Te2.7)]连接用作其他——mopile”,高压力高的体温,29卷,第182 - 177页,1997年。
- a . Foucaran a . Sackda a . Giani f . Pascal-Delannoy a·波伊尔“闪电蒸发层(Bi2Te3-Bi2Se3) (N)和(Bi2Te3 - Sb2Te3) (P)”,板牙。科学。Eng。B52, 154 - 161年,1998页。
- m·艾尔khalfioui * A . Michez A . Giani A·波伊尔A . Foucaran“风速计基于塞贝克效应”,Sens.Actuactors 107, 36-41, 2003页。
|
菜单
