CN105486533B - 一种热电制冷装置性能测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电制冷装置性能测试系统及测试方法，该系统包括测试舱，测试舱内部设有相通的稳压层、测试层和回风层，待测热电制冷装置设于测试层内，稳压层一侧与真空抽气装置连接，另一侧开有送风口，回风层开有回风口，回风口与送风口之间设有温湿度控制装置；测试层内设有用于对待测热电制冷装置热端换热的热端量热模块和用于对待测热电制冷装置冷端换热的冷端量热模块。本发明的有益效果是：可模拟任意温湿度环境工况，可以测量在任何场合下使用的待测热电制冷装置实际工作性能，模拟再现能力强；系统还可提供真空测试环境，在真空环境下测量待测装置制冷元件的理论工作参数。

Description

一种热电制冷装置性能测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及制冷领域，特别是涉及一种热电制冷装置性能测试系统及测试方法。

背景技术

热电制冷也被称为半导体制冷、帕尔贴制冷，是一种以半导体材料为基础的制冷方式。通过在热电制冷元件的两端加载直流电源，热电制冷元件的两端就会出现一冷一热的现象，如果改变电流的方向，冷热两端还会互换。19世纪初人们就发现了热电制冷现象，但直到1960年前后热电制冷装置才开始有所发展。近年来，随着热电制冷领域研究的不断深入，热电制冷装置在国防、航天、科研、医疗卫生等领域得到了较广泛应用。已有研究表明，在某一温差下,热电制冷装置制冷量随热端散热强度的增加而提高,但热端散热强度增大到一定程度后对制冷量的影响就趋于平缓。因此，通过测量某一运行状态下热电制冷装置的散热量和制冷量，可以判断该装置是否具有通过提高热端散热强度来改进其制冷性能的空间，对整个热电制冷装置的优化设计及经济运行都具有重要意义。但是，现有热电制冷装置的测试设备大多是针对热电制冷片的性能测试进行的，而热电制冷装置的实际换热性能测试方面还存在着一定的不足。尤其是通用于不同冷热端换热方式、对各种热电制冷装置的实际制冷量、热端散热量、实际工作效率等参数均可测试的性能测试系统还存在着一定的技术空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于不同冷热端换热方式、可测量热电制冷装置实际制冷量、热端散热量、实际工作效率、制冷元件性能等参数的热电制冷装置性能测试系统及测试方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热电制冷装置性能测试系统，包括测试舱，测试舱内部由上到下设有相通的稳压层、测试层和回风层，待测热电制冷装置设于测试层内，稳压层设有与送风风道连接的送风口，回风层设有与回风风道连接的回风口，回风风道与送风风道之间设有温湿度控制装置；测试层内设有用于对待测热电制冷装置热端换热的热端恒温换热器和用于对待测热电制冷装置冷端换热的冷端恒温换热器，热端恒温换热器和冷端恒温换热器与测试层内空气接触的表面设有温度测量装置，热端恒温换热器和冷端恒温换热器各自的进口段均设有流量测量装置。

所述热端恒温换热器和冷端恒温换热器均为内部可供换热介质流通的换热腔体，热端恒温换热器和冷端恒温换热器与待测制冷装置接触的表面开有微型凹槽，凹槽内设置有温度测量装置，实现对待测热电制冷装置制冷元件热端和冷端温度的测量；热端恒温换热器和冷端恒温换热器与测试层内空气接触的表面设有温度测量装置，可实现对热端恒温换热器和冷端恒温换热器表面温度的测量；热端恒温换热器和冷端恒温换热器的换热介质进出口处均设有温度测量装置，可实现对换热介质进出口温度的测量；热端恒温换热器和冷端恒温换热器各自的进口段均设有流量测量装置，流量计测量冷端和热端的流量，通过温度和流量的测量实现热端散热量及制冷量参数的测定。

此外，测试舱设有密封操作门，打开密封操作门可放置或取出待测热电制冷装置，所述密封操作门包括密封和锁死装置，用于关闭密封操作门时时保持测试舱内密封状态。

进一步地，所述温湿度控制装置包括空气处理舱，空气处理舱从送风口至回风口之间依次设有风机段、加湿段、表冷段和加热段，送风装置为送风风机，放置于风机段内，风机段通过送风风道与送风口连接向稳压层，进而向测试层内提供均匀和稳定的测试环境。

进一步地，所述表冷段内设有表冷器，表冷器的制冷剂进口与节流阀连接，节流阀与干燥过滤器连接，干燥过滤器与冷凝器的出口连接，制冷剂出口与压缩机连接，压缩机与冷凝器的进口连接。

进一步地，所述加湿段内设有加湿喷头，加湿喷头与蒸汽发生器连接。

进一步地，所述稳压层开有与真空抽气泵连接的真空抽气口。

进一步地，所述热端恒温换热器与恒温热介质槽连接，连接的管路上设有热水泵；所述冷端恒温换热器与恒温冷介质槽连接，连接的管路上设有冷水泵，所述热端恒温换热器的换热表面温度可一直维持在相对稳定的预设温度状态下，与待测热电制冷装置的热电制冷元件热端直接接触并吸收热量；所述冷端恒温换热器的制冷表面温度可一直维持在相对稳定的预设温度状态下，与待测热电制冷装置的热电制冷元件冷端直接接触并吸收冷量。

进一步地，所述恒温热介质槽放置于热水恒温水浴中，所述恒温冷介质槽放置于冷水恒温水浴中；可通过改变热水恒温水浴和冷水恒温水浴内的水温，调节恒温热介质槽和恒温冷介质槽内的换热介质温度，并保持该温度的相对稳定。

其中，热端恒温换热器和冷端量恒温换热器设于测试层内，热水恒温水浴与冷水恒温水浴设于测试舱外。

进一步地，在所述测试层内设有多个温度测量装置，多个湿度测量装置，多个压力测量装置，对测试层内的温度、湿度和压力进行多点测量。

进一步地，所述测试系统包括含有用户操作面板的自动控制模块，自动控制模块中的控制器与各个装置的阀门均分别单独连接。

进一步地，所述测试系统包括供电模块，包括交流电源和直流电源，为待测装置和测试系统中的用电设备提供驱动电源。

进一步地，所述测试系统包括数据采集模块，能够自动采集和显示测试系统所有温度、湿度、压力和流量测量装置等所测量到的数据，并能够测量待测装置的输入电压、电流和温差电动势。

进一步地，所述稳压层和测试层通过孔板上下设置；所述测试层和所述回风层通过孔板上下设置。

对待测热电制冷元件性能参数进行测量时，具体步骤如下：

1)将测试层内的温度测量装置分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，用于测量热端温度和冷端温度；

2)将测试舱内调节为设定的真空状态；

3)为待测热电制冷元件供电，找到最大温差工况，测量最大温差工况下的输入电压、输入电流、冷端温度、热端温度参数；

4)停止对待测热电制冷元件供电，同时测量出待测热电制冷元件的温差电动势；

5)计算待测热电制冷元件的塞贝克系数、电阻率、电导率、热导率、优值系数参数的数值；

6)将热端恒温换热器和冷端恒温换热器分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，调节热端恒温换热器和冷端恒温换热器内流动的换热介质的温度和流量，改变待测热电制冷元件的冷热端温度；

7)重复步骤2)～6)，可获得不同冷热端温度下的待测热电制冷元件塞贝克系数、电阻率、电导率、热导率、优值系数的数值。

对已经为热电制冷元件安装好相应的冷热端换热器的待测热电制冷装置在某环境工况下的实际工作参数进行测量时，具体步骤如下：：

1)将待测热电制冷装置的冷热端换热器与热电制冷元件的贴合处分别设置温度测量装置，用以测试热电制冷元件的冷热端温度；

2)根据测试需要设置测试舱内温湿度参数，并开启温湿度控制装置，将测试舱内的温湿度调节至设定状态；

3)为待测热电制冷装置供电，测得输入电压U和输入电流I的数值；

4)等候待测热电制冷装置到达稳定的工作状态，通过温度测量装置测得热端温度和冷端温度；

5)保持待测热电制冷装置原本使用的冷端换热器不变，将热端换热器拆下，将热端恒温换热器的换热表面与待测装置的热电制冷元件热端紧密贴合；

6)保持测试舱内温湿度参数和待测热电制冷装置的输入电压、输入电流不变，调节进入热端恒温换热器的换热介质温度和流量，直至待测制冷装置工作于与拆下热端换热器之前相同的工况状态，测得热端恒温换热器的进口介质温度、出口介质温度、介质流量，热端恒温换热器与测试舱接触的表面温度参数数值；

7)将待测热电制冷装置原本使用的热端换热器装回，将其冷端换热器拆下，将冷端恒温换热器的换热表面与待测装置的热电制冷元件冷端紧密贴合；

8)采用同步骤6)相同的方式测量测得冷端恒温换热器的进口介质温度、出口介质温度、介质流量，冷端恒温换热器与测试舱接触的表面温度参数数值；

9)计算测热电制冷装置的输入功率、导出散热量、导出制冷量参数，并对导出散热量、导出制冷量进行修正，得到待测热电制冷装置的实际散热量和实际制冷量数值；

10)改变测试舱内的温湿度，重复步骤3)～9)，可获得不同环境条件下待测热电制冷装置的实际制冷量、实际散热量、制冷系数、制热能效比参数。

本发明的工作原理是：本发明提供的热电制冷性能测试系统，可提供真空测试环境或模拟任意温湿度环境工况，在特定环境下可精确测量包括热电制冷装置工作电压、电流、输入功率、散热量、制冷量、制冷系数、制热能效比、热电制冷片塞贝克系数、优值系数等各种相关参数，填补了空白，更加全面地对热电制冷装置的性能进行判断。

本发明的有益效果是：

1.本发明的测试系统不仅适用于各种运行工况下采用任意冷热端换热方式的热电制冷装置性能测量，而且适用于热电制冷元件理论参数的测量。

2.本发明的测试系统可测量包括热电制冷装置工作电压、电流、输入功率、散热量、制冷量、制冷系数、冷热端换热方式的换热性能、热电制冷片塞贝克系数、优值系数等各种相关参数，且系统测试精度较高。

3.本发明的测试系统可模拟任意温湿度环境工况，可以测量在任何场合下使用的待测装置实际工作性能，模拟再现能力强；系统还可提供真空测试环境，在真空环境下测量待测装置的理论工作参数。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的温湿度控制装置示意图；

图3为本发明的热端量换热模块示意图；

图4为本发明的冷端量换热模块示意图；

图中，1测试舱，2稳压层，3测试层，4回风层，5真空抽气口，6送风口，7回风口，8孔板，9风道密封阀，10真空抽气泵，11密封操作门，12温湿度控制装置，13热端量热模块，14冷端量热模块，15流量测量装置，16温度测量装置，17湿度测量装置，18压力测量装置，19空气处理舱，20加热段，21表冷段，22加湿段，23风机段，24空气加热模块，25表冷器，26节流阀，27冷凝器，28压缩机，29干燥过滤器，30加湿喷头，31溢水管，32蒸汽发生器，33补水装置，34蒸汽加热器，35送风风机，36流量控制阀，37热水泵，38热水恒温水浴，39恒温热介质槽，40热端恒温换热器，41冷水泵，42冷水恒温水浴，43恒温冷介质槽，44冷端恒温换热器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，本发明提供的一种热电制冷装置性能测试系统，包括测试舱1、温湿度控制装置12、真空抽气泵10、热端量热模块13、冷端量热模块14、数据采集模块、自动控制模块、供电模块等。

测试舱1的上部和下部位置分别设有孔板8，将测试舱1分隔为稳压层2、测试层3和回风层4三层。孔板8为均布连通孔的平板，起均匀送风的作用。稳压层2设置有送风口6和真空抽气口5，回风层4设置有回风口7，真空抽气口5、送风口6和回风口7分别与真空风道、送风风道和回风风道连接，连接的风道靠近测试舱1的位置均设置有风道密封阀9，风道密封阀9可手动开启或关闭，关闭时起到空气密封作用，开启时空气才可流通。测试舱1还设置有密封操作门11，密封操作门11打开后可对测试舱1内部的各种设备或待测装置进行连接等各种操作，密封操作门11关闭后起到密封作用，此时可进行实验测试。在测试层3内还设有温度测量装置16、湿度测量装置17和压力测量装置18，用于对测试舱内温度、湿度和压力的测量。

真空抽气口5通过真空风道与真空抽气泵10的入口连接，当测试实验需要真空环境时，开启真空风道上的风道密封阀9和真空抽气泵10，可为测试舱1内提供所需的真空度。当测试实验需要真空测试环境时，用户可手动开启真空风道上的风道密封阀9，关闭送风风道和回风风道上的风道密封阀9，由数据采集模块和自动控制模块自动调节真空抽气泵10的抽气功率，使测试舱1内部实现目标真空度。

送风口6通过送风风道与温湿度控制装置12的出风口连接；回风口7通过回风风道与温湿度控制装置12的进风口连接。温湿度控制装置12位于测试舱1外，包括空气处理舱19、空气加热模块24、空气冷却模块、加湿模块、送风风机35。其中，空气处理舱19为空气进入温湿度控制装置12后的热湿处理空间，从进风口到出风口依次为加热段20、表冷段21、加湿段22和风机段23，分别为流过的空气提供加热、制冷除湿、加湿和加压送风的空间。空气加热模块24直接放置于加热段20中，采用电加热的方式，起到对空气加热的作用。空气冷却模块包括表冷器25、节流阀26、冷凝器27、压缩机28和干燥过滤器29。表冷器25放置于表冷段21中，对流经表冷段21的空气进行降温和除湿。表冷器25的制冷剂进口通过冷剂管与节流阀26相连，制冷剂出口通过冷剂管与压缩机28的进口相连。压缩机28的出口通过冷剂管与冷凝器27的进口相连。冷凝器27的出口通过冷剂管与节流阀26相连，且连接的冷剂管上还设有干燥过滤器29。加湿模块包括加湿喷头30、溢水管31和蒸汽发生器32。加湿喷头30设置于加湿段22中，可直接向流经加湿段22的空气进行喷蒸汽加湿。溢水管31的进口位于加湿段22的底部，将加湿段22的底部连接至地漏，用于排放积水。蒸汽发生器32包括发生器罐体、补水装置33和蒸汽加热器34，蒸汽发生器采用电加热的方式向加湿喷头提供水蒸汽。送风风机35放置于风机段23中，可自由调节风量和风压，提供空气循环动力。当测试实验需要特定的温湿度测试环境时，用户可手动关闭真空风道上的风道密封阀9，开启送风风道和回风风道上的风道密封阀9，设置好实验环境温湿度参数，由数据采集模块和自动控制模块自动调节温湿度控制装置12的送风量、加热加湿量或制冷除湿量。

热端量热模块13用以测量待测热电制冷装置的热端散热量和制冷片热端温度等参数。热端量热模块13包括热端恒温换热器40、温度测量装置16、流量测量装置15、流量控制阀36、热水泵37、热水恒温水浴38、恒温热介质槽39等。其中，热端恒温换热器40和温度测量装置16放置于测试层3内部，其余部分均放置于测试舱1外。热端恒温换热器40内部始终流动着恒温换热介质，例如恒温热水，因此其换热表面温度可一直维持在稳定的某种温度状态下，与待测热电制冷装置的热电制冷元件热端直接接触并吸收热量，并由其内部流动的换热介质将吸收的热量带走。热端恒温换热器40与待测制冷装置接触的换热表面开有微型凹槽，凹槽内设置有温度测量装置16，用以测量待测制冷元件的热端温度。热端恒温换热器40的换热介质进口通过保温水管与热水泵37的出口相连，连接的保温水管上设有温度测量装置16和流量控制阀36。热水泵37的入口通过保温水管与恒温热介质槽39的出口相连，连接的保温水管上设有流量测量装置15。热端恒温换热器40的出口通过保温水管与恒温热介质槽39的入口相连，连接的保温水管上还设有温度测量装置16。恒温热介质槽39放置于热水恒温水浴38的水槽中，利用恒温水浴加热保持热介质的恒温状态。测量待测装置热端散热量时，通过温度测量装置16测出热端恒温换热器40的进出口温度差，通过流量测量装置15测出恒温介质流量，由所测进出口温度差、恒温介质和可查得的恒温介质比热数值可计算热端导出散热量，并根据热端恒温换热器40与舱内环境接触的表面温度、表面积、换热系数和测试舱内温度计算环境热损失，对热端导出散热量进行修正。修正后，即可获得较高精度的热端散热量数值。

冷端量换热模块14则用以测量待测热电制冷装置的冷端制冷量和制冷元件冷端温度等参数。冷端量换热模块14包括冷端恒温换热器44、温度测量装置16、流量测量装置15、流量控制阀36、冷水泵41、恒温冷介质槽43、冷水恒温水浴42等。其中，冷端恒温换热器44和温度测量装置16放置于测试层3内部，其余部分均放置于测试舱1外。冷端恒温换热器44内部也流动着恒温换热介质，例如恒温冷水，其换热表面温度也可一直维持在稳定的某种温度状态下，与待测热电制冷装置的热电制冷元件冷端直接接触并吸收冷量，并由其内部流动的换热介质将吸收的冷量带走。冷端恒温换热器44与待测制冷装置接触的换热表面开有微型凹槽，凹槽内设置有温度测量装置16，用以测量待测制冷元件的冷端温度。冷端恒温换热器44的换热介质进口通过保温水管与冷水泵41的出口相连，连接的保温水管上设有温度测量装置16和流量控制阀36。冷水泵41的入口通过保温水管与恒温冷介质槽43的出口相连，连接的保温水管上设有流量测量装置15。冷端恒温换热器31的出口通过保温水管与恒温冷介质槽43的入口相连，连接的保温水管上还设有温度测量装置16。恒温冷介质槽43放置于冷水恒温水浴42的水槽中，利用恒温水浴保持冷介质的恒温状态。测量待测装置冷端制冷量时，通过温度测量装置16测出冷端恒温换热器44的进出口温度差，通过流量测量装置15测出恒温介质流量，由所测出口温度差、恒温介质流量和可查得的恒温介质比热数值可计算冷端导出制冷量，并根据冷端恒温换热器44与舱内环境接触的表面温度、表面积、换热系数和测试舱内温度计算环境冷损失，对冷端导出制冷量进行修正。修正后，即可获得较高精度的冷端制冷量数值。

其中，恒温热介质槽39和恒温冷介质槽43内的温度范围可根据测试要求，通过调节热水恒温水浴38和冷水恒温水浴42内的水浴温度进行相应地调整。

数据采集模块包括设置于系统内的所有测试元件、仪表，可实时测量系统内所有待测的参数和状态。数据采集模块还包括多点数据采集仪，用以自动采集并记录包括待测热电制冷片冷/热端温度、测试舱1内的温度/湿度/压力、热端量换热模块13进出口水温/水流量、冷端量换热模块14进出口水温/水流量等参数数据，并进行冷端制冷量、散冷损失、热端散热量、散热损失、制冷系数、塞贝克系数、优值系数等参数的自动计算。

自动控制模块包括用户操作面板，用户操作面板可供用户手动设置各项控制参数。自动控制模块还可根据数据采集模块测试的参数和用户的预设控制参数对包括温湿度控制装置12、真空抽气泵10、热端量换热模块13、冷端量换热模块14等部分的启停、工况状态等进行自动控制与调节。

电源驱动模块，包括直流电源和交流电源，用以为整个系统提供工作电源。其中，直流电源还可手动调节输出的电流、电压等，并将电流、电压数据传输至数据采集模块直接显示或远传记录。

当用户需要对待测装置的热电制冷元件理论参数进行测量时，首先将测试层内的两个温度测量装置16分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，关闭密封操作门11并锁死，关闭送风风道和回风风道上的风道密封阀9，打开真空风道上风道密封阀9，自动控制模块控制真空抽气泵10打开并调节抽气功率，使测试舱1内达到设定的真空状态。然后为待测热电制冷元件供电，调节输入电压，同时观测待测热电制冷元件冷热端温度数值，找到最大温差工况，此时测试系统可测量的参数包括最大温差工况下待测热电制冷元件的输入电压U_max、输入电流I_max、冷端温度T_c、热端温度T_k等。停止对待测热电制冷元件供电，同时观测热电制冷元件所接电压表的数值变化，在电压表数值发生明显改变的时候记录其显示的数据，即为热电制冷片的温差电动势E_max。由公式可计算待测热电制冷元件的塞贝克系数α；由公式可计算待测热电制冷元件的电阻率R；由公式可计算待测热电制冷元件的电导率κ；由公式可计算待测热电制冷元件的热导率λ；由公式可计算待测热电制冷元件的优值系数Z。打开密封操作门，将热端恒温换热器40和冷端恒温换热器44分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，自动控制模块控制热端量热模块13和冷端量热模块14开启，通过调节热端恒温换热器40和冷端恒温换热器44内部换热介质的温度和流量，改变待测制冷元件的冷热端温度。进而重复之前的测试步骤，即可获得不同冷热端温度下的待测热电制冷元件塞贝克系数、电阻率、电导率、热导率、优值系数等参数。

当用户需要对待测装置在某种环境工况下的实际工作参数进行测量时，首先将待测热电制冷装置的冷热端换热器与热电制冷元件的贴合处分别加工出可设置温度测量装置16的孔洞，将测试层3内的两个温度测量装置16安装于孔洞中，用以测试热电制冷元件的冷热端温度。然后关闭密封操作门11并锁死，关闭真空风道上风道密封阀9，打开送风风道和回风风道上的风道密封阀9，通过自动控制模块的用户操作面板设置测试舱1内温湿度参数，并开启温湿度控制装置12。待测试舱1内的温湿度状态稳定后，为待测热电制冷装置供电，调节为该装置标准工况的输入电压，通过数据采集模块可得到输入电压U和输入电流I的数值。等候待测热电制冷装置到达稳定的工作状态，通过温度测量装置16可得到热电制冷元件的热端温度Tk’和冷端温度Tc’。进一步地，即可通过不同的步骤分别测量待测制冷装置的实际散热量和制冷量。当测量热端散热量时，打开密封操作门11，保持待测装置原本使用的冷端换热器不变，将待测装置的热端换热器拆下，将热端恒温换热器40的换热表面与待测装置的热电制冷元件热端紧密贴合。关闭密封操作门11并锁死，保持测试舱1内温湿度参数和待测热电制冷装置的输入电压U、输入电流I不变，通过自动控制模块开启热端量热模块13并调节进入热端恒温换热器40的换热介质温度和流量，同时观察热电制冷元件的冷热端温度，使其数值变化至与之前测得的热端温度Tk’和冷端温度Tc’相同，此时可认为待测制冷装置的工况与拆下热端换热器之前相同，并可测得热端恒温换热器的进口介质温度T_h1、出口介质温度T_h2、介质质量流量q_mh、热端恒温换热器与测试舱接触的表面温度T_h。当测量冷端制冷量时，打开密封操作门11，此时则保持待测装置原本使用的热端换热器不变，将待测装置的冷端换热器拆下，将冷端恒温换热器44的换热表面与待测装置的热电制冷元件热端紧密贴合。关闭密封操作门11并锁死，保持测试舱1内温湿度参数和待测热电制冷装置的输入电压U、输入电流I不变，通过自动控制模块开启冷端量热模块14并调节进入冷端恒温换热器44的换热介质温度和流量，同时观察热电制冷元件的冷热端温度，使其数值变化至与之前测得的热端温度Tk’和冷端温度Tc’相同，此时可认为待测制冷装置的工况与拆下冷端换热器之前相同，并可测得冷端恒温换热器44的进口介质温度T_c1、出口介质温度T_c2、介质质量流量q_mc、冷端恒温换热器44与测试舱1内环境接触的表面温度T_c。通过上述测量所得参数，由公式W＝U·I，可计算待测热电制冷装置的输入功率(W)；查得换热介质的比热容c，由公式Q_h1＝c·q_mh·(T_h2-T_h1)，可计算待测热电制冷装置的导出散热量Q_h1，借助热端换热器表面温度、表面积、传热系数、测试舱内温度等参数可计算出热端环境热损失Q_h2，由公式Q_h＝Q_h1+Q_h2，可计算待测热电制冷装置的实际散热量Q_h；由公式Q_c1＝c·q_mc·(T_c2-T_c1)，可计算待测热电制冷装置的导出制冷量Q_c1，借助冷端换热器表面温度、表面积、传热系数、测试舱内温度等参数可计算出冷端环境冷损失Q_c2，由公式Q_c＝Q_c1+Q_c2，可计算待测热电制冷装置的实际制冷量Q_c；由公式可计算待测热电制冷装置的制冷能效比数值EER；由公式可计算待测热电制冷装置用于加热时的制热能效比COP数值。进一步地，改变测试舱内的温湿度状态，重复上述测试和计算步骤，即可获得不同环境条件下待测热电制冷装置的实际制冷量、实际散热量、制冷系数、制热能效比等参数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种热电制冷装置性能测试系统的测试方法，其中，

一种热电制冷装置性能测试系统，包括测试舱，测试舱内部从上至下设有相通的稳压层、测试层和回风层，待测热电制冷装置设于测试层内，稳压层设有与送风装置连接的送风口，回风层开有回风口，回风口与送风口之间设有温湿度控制装置；测试层内设有用于对待测热电制冷装置热端换热的热端恒温换热器和用于对待测热电制冷装置冷端换热的冷端恒温换热器，热端恒温换热器和冷端恒温换热器与测试层内空气接触的表面设有温度测量装置，热端恒温换热器和冷端恒温换热器各自的进口段均设有流量测量装置；

其特征在于，具体步骤如下：

对待测热电制冷元件性能参数进行测量时：

1）将测试层内的温度测量装置分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，用于测量热端温度和冷端温度；

2）将测试舱内调节为设定的真空状态；

3）为待测热电制冷元件供电，找到最大温差工况，测量最大温差工况下的输入电压、输入电流、冷端温度、热端温度参数；

4）停止对待测热电制冷元件供电，同时测量出待测热电制冷元件的温差电动势；

5）计算待测热电制冷元件的塞贝克系数、电阻率、电导率、热导率、优值系数参数的数值；

6）将热端恒温换热器和冷端恒温换热器分别与待测热电制冷元件的热端和冷端紧密贴合，调节热端恒温换热器和冷端恒温换热器内流动的换热介质的温度和流量，改变待测热电制冷元件的冷热端温度；

7）重复步骤2）～6），可获得不同冷热端温度下的待测热电制冷元件塞贝克系数、电阻率、电导率、热导率、优值系数的数值。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述温湿度控制装置包括空气处理舱，空气处理舱从送风口至回风口之间依次设有风机段、加湿段、表冷段和加热段，送风装置为送风风机，放置于风机段内。

3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述表冷段内设有表冷器，表冷器的制冷剂进口与节流阀连接，节流阀与干燥过滤器连接，干燥过滤器与冷凝器的出口连接，制冷剂出口与压缩机连接，压缩机与冷凝器的进口连接。

4.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述加湿段内设有加湿喷头，加湿喷头与蒸汽发生器连接。

5.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述稳压层开有与真空抽气泵连接的真空抽气口。

6.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述热端恒温换热器与恒温热介质槽连接，连接的管路上设有热水泵；所述冷端恒温换热器与恒温冷介质槽连接，连接的管路上设有冷水泵，所述恒温热介质槽放置于热水恒温水浴中，所述恒温冷介质槽放置于冷水恒温水浴中。

7.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述测试层内设有多个温度测量装置，多个湿度测量装置，多个压力测量装置。

8.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试系统包括含有用户操作面板的自动控制模块，自动控制模块中的控制器与各个装置的阀门或电源均分别单独连接，待测热电制冷装置设有电压电流检测装置。

9.一种热电制冷装置性能测试系统的测试方法，其中，

一种热电制冷装置性能测试系统，包括测试舱，测试舱内部从上至下设有相通的稳压层、测试层和回风层，待测热电制冷装置设于测试层内，稳压层设有与送风装置连接的送风口，回风层开有回风口，回风口与送风口之间设有温湿度控制装置；测试层内设有用于对待测热电制冷装置热端换热的热端恒温换热器和用于对待测热电制冷装置冷端换热的冷端恒温换热器，热端恒温换热器和冷端恒温换热器与测试层内空气接触的表面设有温度测量装置，热端恒温换热器和冷端恒温换热器各自的进口段均设有流量测量装置；

其特征在于，具体步骤如下：对已经为热电制冷元件安装好相应的冷热端换热器的待测热电制冷装置在某环境工况下的实际工作参数进行测量时：

1）将待测热电制冷装置的冷热端换热器与热电制冷元件的贴合处分别设置温度测量装置，用以测试热电制冷元件的冷热端温度；

2）根据测试需要设置测试舱内温湿度参数，并开启温湿度控制装置，将测试舱内的温湿度调节至设定状态；

3）为待测热电制冷装置供电，测得输入电压U和输入电流I的数值；

4）等候待测热电制冷装置到达稳定的工作状态，通过温度测量装置测得热端温度和冷端温度；

5）保持待测热电制冷装置原本使用的冷端换热器不变，将热端换热器拆下，将热端恒温换热器的换热表面与待测装置的热电制冷元件热端紧密贴合；

6）保持测试舱内温湿度参数和待测热电制冷装置的输入电压、输入电流不变，调节进入热端恒温换热器的换热介质温度和流量，直至待测制冷装置工作于与拆下热端换热器之前相同的工况状态，测得热端恒温换热器的进口介质温度、出口介质温度、介质流量，热端恒温换热器与测试舱接触的表面温度参数数值；

7）将待测热电制冷装置原本使用的热端换热器装回，将其冷端换热器拆下，将冷端恒温换热器的换热表面与待测装置的热电制冷元件冷端紧密贴合；

8）采用同步骤6）相同的方式测量测得冷端恒温换热器的进口介质温度、出口介质温度、介质流量，冷端恒温换热器与测试舱接触的表面温度参数数值；

9）计算待测热电制冷装置的输入功率、导出散热量、导出制冷量参数，并对导出散热量、导出制冷量进行修正，得到待测热电制冷装置的实际散热量和实际制冷量数值；

10）改变测试舱内的温湿度，重复步骤3）～9），可获得不同环境条件下待测热电制冷装置的实际制冷量、实际散热量、制冷系数、制热能效比参数。

10.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述温湿度控制装置包括空气处理舱，空气处理舱从送风口至回风口之间依次设有风机段、加湿段、表冷段和加热段，送风装置为送风风机，放置于风机段内。

11.如权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述表冷段内设有表冷器，表冷器的制冷剂进口与节流阀连接，节流阀与干燥过滤器连接，干燥过滤器与冷凝器的出口连接，制冷剂出口与压缩机连接，压缩机与冷凝器的进口连接。

12.如权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述加湿段内设有加湿喷头，加湿喷头与蒸汽发生器连接。

13.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述稳压层开有与真空抽气泵连接的真空抽气口。

14.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述热端恒温换热器与恒温热介质槽连接，连接的管路上设有热水泵；所述冷端恒温换热器与恒温冷介质槽连接，连接的管路上设有冷水泵，所述恒温热介质槽放置于热水恒温水浴中，所述恒温冷介质槽放置于冷水恒温水浴中。

15.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，在所述测试层内设有多个温度测量装置，多个湿度测量装置，多个压力测量装置。

16.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述测试系统包括含有用户操作面板的自动控制模块，自动控制模块中的控制器与各个装置的阀门或电源均分别单独连接，待测热电制冷装置设有电压电流检测装置。