p型和型半导体制冷元件与连接片(一般用铜片)串联地焊接在一起,组成的制元称热电堆(也称制冷电堆或半导体制冷一个或几个热电堆与热交换器、水管接头缆接头等结合在一起,构成热电制冷器电堆中连接片起汇流条和冷,热端的双重用。由于铀的导电性好和容易机械加上上,常被用作热电堆的连接片。它对冷热端结点的特性基本上没有影响，因为当结点所处的温度不变时,温差电路中引信第三种材料时并不改变塞贝克电动势。这同样也适用于热电制冷器电路中的引线。图8-13为一典型的制冷电偶(也称珀尔帖电偶),由于单个制冷电偶的制冷能力相当小,必须把许多个串联或并联起来,组成各种各样的热电堆,广泛应用于军事电子、交通、化工,商业、医疗,气象、空调和制冷等行业。
任何一个热电堆都由许多p型和n型半导体制冷元件并联或串联而成。一个p型和一个n型元件加上连接片组成一个电偶,而p型和n型元件分别称为电偶的臂。两个臂与连接片间连接方式的正确设计,对热电制冷器的质量有很大的影响。
首先,在制冷电偶的结构设计中要消除或减少机械应力,这种应力是由于冷端连接片的收缩或热端连接片的膨胀所引起的。例如图8-14所示的制冷电偶,冷端连接片3、热端连接片4、5及散热器7都由导电和导热性好的材料制成,它们具有较大的线膨胀系数。因此,在制冷电偶的工作过程中,由于连接片3的收缩而产生一对压缩应力P,而在散热器7上产生一对拉伸应力P2,这些应力最终可能会导致热电堆的损坏。
由于热胀冷缩产生的机械应力是不可能完全消除的,只能在电偶的结构上加以考虑。一种方法是在连接片上采取措施,可在中间部位开一个缺口(图8-15)或夺曲成孤形,从而使连接片有一定的伸缩性。这样,可以减少热胀冷缩而作用在电偶臂上的力。另一种减少机械应力的方法是在电偶臂上涂一层过渡层,其材料应具有足够的塑性和低的电阻,通常用铋或铋的合金。
图8-16是在电偶臂上涂铋的结构，先在臂4和8的两个端面上涂一层铋。然后再与连接片1和7用低熔点钎料焊成一体，铋过镀层的厚不应超过0.2~0.3mm否则会增加电阻。
铋过渡层也可直接用来焊接电偶臂和连接片，如图8-17所示。电偶臂3与连接片1、5之间用铋焊接层2、4直接连起来，这样由于铋层有良好的塑性，使热胀冷缩时电偶中的机械应力减少。
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