CN112345582A - 一种半导体制冷片性能参数测试方法 - Google Patents

一种半导体制冷片性能参数测试方法 Download PDF

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CN112345582A CN202011226700.4A CN202011226700A CN112345582A CN 112345582 A CN112345582 A CN 112345582A CN 202011226700 A CN202011226700 A CN 202011226700A CN 112345582 A CN112345582 A CN 112345582A
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Abstract

本发明提出一种半导体制冷片性能参数测试方法，所用的测试装置包括带第一工质入口、第一工质出口的冷腔，还包括带第二工质入口、第二工质出口的热腔；冷腔和热腔均设有保温层；冷腔和热腔之间的分隔结构处设有制冷片固定部，当半导体制冷片固定于制冷片固定部处时，冷端与冷腔腔壁接触，热端与热腔腔壁接触；当进行测试时，以流经冷腔的第一工质对制冷片冷端进行热交换，以流经热腔的第二工质对制冷片热端进行热交换，根据测得的第一工质入口与第一工质出口的第一工质温差、第二工质入口与第二工质出口的第二工质温差、第一工质流量、第二工质流量对性能参数或当前工况计算；本发明具有结构简单，数据测试方便的优点，具有良好的实际研究意义。

Description

一种半导体制冷片性能参数测试方法
技术领域
本发明涉及测量方法技术领域，尤其是一种半导体制冷片性能参数测试方法。
背景技术
热电制冷器具有结构简单、无任何机械运动部件、对环境污染少、体积小、制冷速度快、维修方便、操作简单等特点，广泛应用于军事、航空航天、生物医学和工业或商业产品中。热电制冷器作为特殊用途的制冷装置，在对其设计过程中需要掌握半导体制冷元器件的塞贝克系数α、电阻R、导热系数K和优值系数Z等相关性能参数。然而，半导体性制冷元器件能参数与温度有关，测试难度大，部分厂家或电商不能提供相关性能参数，因此设计出一种结构简单、价格适中、满足精度要求的半导体制冷元器件性能参数测试系统具有实际的工程意义。
近年来，国内外学者对半导体制冷元器件性能参数测试方法投入了大量的研究，研究者采用了热补偿法获得相关性能参数，通过PID模糊控制算法来校正冷热端温差、瞬态法测试优值Z热电材料导热率方法提高测试参数的准确度、利用3ω方法实现对Bi2Te3热电材料薄膜表征获得导热率、利用水冷循环测试装置提高测试精度。大部分测试研究都需要通过测对半导体制冷元器件冷热端进行温度测试，测试过程中对温度的准确测试难度较大，且整套测试系统较为复杂。本文设计出一套测试装置系统，通过测试半导体制冷元器件冷热端散热量、散热量、工作电压和电流，从而计算出冷热端温度和相关性能参数，该测试系统结构简单，数据测试方便，具有一定的实际研究意义。
发明内容
本发明提出一种半导体制冷片性能参数测试方法，。
本发明采用以下技术方案。
一种半导体制冷片性能参数测试方法，所述测试方法采用半导体制冷元器件性能参数测试装置对半导体制冷片进行测试；所述测试装置包括带第一工质入口、第一工质出口的冷腔，还包括带第二工质入口、第二工质出口的热腔；所述冷腔和热腔均设有保温层；冷腔和热腔之间的分隔结构处设有制冷片固定部，当半导体制冷片固定于制冷片固定部处时，半导体制冷片冷端与冷腔腔壁接触，制冷片热端与热腔腔壁接触；当进行测试时，以流经冷腔的第一工质对制冷片冷端进行热交换，以流经热腔的第二工质对制冷片热端进行热交换，根据测得的第一工质入口与第一工质出口的第一工质温差、第二工质入口与第二工质出口的第二工质温差、第一工质流量、第二工质流量对制冷片性能参数或当前工况进行计算。
当进行测试时，所述半导体制冷片的性能参数理论计算包括以下公式；
冷热端温差为ΔT＝Th-Tc公式四；Th为运行工况下半导体制冷片热端温度，Tc为运行工况下半导体制冷片冷端温度；
半导体制冷片的工作电压为U＝IR+αΔT公式一；I为运行工况下半导体制冷片工作电流，R为运行工况下半导体制冷片工作电阻；
半导体制冷片的冷端制冷量为
Figure BDA0002763312200000021
半导体制冷片的热端散热量为
Figure BDA0002763312200000022
半导体制冷片的导热系数为
Figure BDA0002763312200000023
或
Figure BDA0002763312200000024
半导体制冷片的优值系数
Figure BDA0002763312200000025
上述公式中，α为赛贝克系数，单位为V/℃；K为半导体制冷片的导热系数，单位为W/℃。
所述半导体制冷片的冷端制冷量通过测量所得的第一工质温差和第一工质流量计算；所述半导体制冷片的热端散热量通过测量所得的第二工质温差和第二工质流量计算；
所述冷腔、热腔均为以小导热系数材料成型的管道；
所述冷腔、热腔分别以设于腔壁处的导热金属片与半导体制冷片的冷端、热端相接触；所述导热金属片的接触热阻为可忽略的微小值；所述导热金属片与管道内侧壁面均为连续平整的壁面。
当对制冷片稳定工况下的性能参数进行测量时，所述第一工质采用小比热容的气体；所述第二工质采用低温度的冷却水；
在制冷片稳定工况下测得半导体制冷片热端冷却水流速v1，热腔进口水温t1，热腔出口水温t2，热腔流道断面面积A1，
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片热端产生的热量全部传递给冷却水，即冷却水进出口能量差即为半导体制冷片热端散热量，半导体制冷片热端散热量公式表述为；
Q热＝CA1v1ρ(t1-t2) 公式七；
以稳定工况下第二工质入口与第二工质出口平均温度下冷却水的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure BDA0002763312200000031
当管内流动状态为层流入口段时，冷却水在管内流动的努赛尔准数
Figure BDA0002763312200000032
冷却水与半导体元器件热端导热金属片进行换热的对流换热系数
Figure BDA0002763312200000033
对流换热对数平均温差
Figure BDA0002763312200000034
由此得出热端与冷却水接触导热金属片端面温度Th1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Th＝Th1：
Figure BDA0002763312200000041
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，冷腔进口温度tw1，冷腔出口温度tw2，冷腔流道断面面积A2，按本项权利要求内上述公式同理计算得出半导体制冷片冷端制冷量Q冷，空气与半导体表面对流换热系数h2，半导体制冷片冷端温度Tc；
上述内容中各参数的含义为第二工质为水时的相关物性参数：C—水定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ—水的密度，kg/m3；de—热腔管道当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ—水的导热系数，W/(m·K)；Re—雷诺数；Pr—普朗特数；Nu—努塞尔准数；ηf—水平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw—半导体表面温度下水的动力粘度，Pa·s；
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，m/s；冷腔进口温度tw1，℃；冷腔出口温度tw2，℃；冷腔流道断面面积A2，m2；
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片冷端产生的冷量全部传递给空气，即空气进出口能量差即为半导体制冷片冷端制冷量，半导体制冷片冷端制冷量公式表述为；
Q冷＝C2A2v2ρ2(tw1-tw2) 公式十三；
以稳定工况下第一工质入口与第一工质出口平均温度下空气的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure BDA0002763312200000042
当管内流动状态为层流入口段时，空气在管内流动的努赛尔准数
Figure BDA0002763312200000043
空气与半导体元器件冷端导热金属片进行换热的对流换热系数
Figure BDA0002763312200000044
对流换热对数平均温差
Figure BDA0002763312200000051
由此得出冷端与空气接触导热金属片端面温度Tc1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Tc＝Tc1：
Figure BDA0002763312200000052
上述内容中各参数的含义为第一工质空气的相关物性参数：C2—空气定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ2—空气的密度，kg/m3；de2—冷腔管道当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ2—空气的导热系数，W/(m·K)；Re2—雷诺数；Pr2—普朗特数；Nu2—努塞尔准数；ηf2—空气平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw2—半导体冷端表面温度下空气的动力粘度，Pa·s。
当测量半导体制冷片的塞贝克系数时，在冷腔、热腔两个管道内分别通入不同温度的水，温差为ΔT，通入两股流体的瞬间测得在电流输入I＝0下半导体两端电压U，由于测电压的过程时是在通入流体的瞬间，所以半导体制冷片冷热端温差视为冷腔、热腔两股流体的温差，根据公式一，计算出半导体制冷片塞贝克系数α＝U/ΔT。
当半导体制冷片处于输入电压为U，输入电流为I的工况时，向冷腔、热腔分别通入第一工质空气和第二工质冷却水，测得第一工质入口、第一工质出口、第二工质入口、第二工质出口的温度，计算出半导体冷热端温差ΔT；测得半导体制冷片塞贝克系数α；根据公式一计算出半导体制冷片的电阻R＝(U-αΔT)/I。
在测量半导体制冷片导热系数时，设半导体制冷元器件性能参数测试装置无散热损失；根据计算出热端处热腔冷却水带走的散热量与冷端处冷腔空气带走的冷量，即为半导体的散热量Q热与制冷量Q冷，同时根据计算出的冷热端温差ΔT、塞贝克系数α、电阻R，利用公式5.1或公式5.2计算出导热系数K。
在稳定工况下，所述半导体制冷片热端散热量Q热范围为100W～500W，以热腔的冷却水为散热工质，冷却水流速为0.02m/s<v<0.1m/s；
所述半导体制冷片冷端制冷量Q热范围为30W～200W，以小比热容的空气为散冷工质，空气流速为0.5m/s<v<2m/s。
所述冷腔、热腔均为直管道；冷腔、热腔的管道在管道侧壁处相连；冷腔的第一工质入口、第一工质出口分别位于管道两端，热腔的第二工质入口、第二工质出口分别位于管道两端；所述制冷片固定部包括冷腔、热腔两管相连部位中间处的正方形孔，所述正方形孔用于放置制冷片；正方形孔两开口端以凸台固定的铜片形成正方形孔的密封结构，所述铜片为与制冷片冷端、热端相接触的导热金属片；所述铜片与制冷片相接触的表面涂有导热硅胶；
所述冷腔的第一工质入口、第一工质出口处均设有测温点，所述热腔的第二工质入口、第二工质出口均设有测温点；
所述冷腔的第一工质入口经气体流量计、进气阀与风机相连；所述热腔的第二工质入口经流体流量计、进水阀与泵相连。
所述冷腔、热腔的管道材质为树脂，其管道内侧尺寸为800mm×50mm×5mm、壁厚2mm，所述保温层覆于管道外壁，还设于冷腔、热腔的管道连接处，保温层以泡沫材料成型；半导体制冷片的供电导线从保温层引入。
本发明通过测试半导体制冷元器件冷热端散热量、散热量、工作电压和电流，从而计算出冷热端温度和相关性能参数，可测试出半导体制冷元器件在不同温度下的电阻R、塞贝克系数α、导热系数K和优质系数Z等性能参数，具有结构简单，数据测试方便的优点，具有良好的实际研究意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明所述半导体制冷元器件性能参数测试装置的示意图；
附图2是制冷片固定部的放大示意图；
图中：1-测温点；2-冷腔；3-热腔；4-导热金属片；5-半导体制冷片；6-供电导线；7-直管道；8-保温层；9-第一工质入口；10-第一工质出口；11-第二工质入口；12-第二工质出口；13-泵；14-风机；15-进气阀；16-气体流量计；17-进水阀；18-流体流量计；19-管道侧壁；20-凸台；21-正方形孔；22-导热硅胶。
具体实施方式
如图所示，一种半导体制冷片性能参数测试方法，所述测试方法采用半导体制冷元器件性能参数测试装置对半导体制冷片进行测试；所述测试装置包括带第一工质入口、第一工质出口的冷腔，还包括带第二工质入口、第二工质出口的热腔；所述冷腔和热腔均设有保温层；冷腔和热腔之间的分隔结构处设有制冷片固定部，当半导体制冷片固定于制冷片固定部处时，半导体制冷片冷端与冷腔腔壁接触，制冷片热端与热腔腔壁接触；当进行测试时，以流经冷腔的第一工质对制冷片冷端进行热交换，以流经热腔的第二工质对制冷片热端进行热交换，根据测得的第一工质入口与第一工质出口的第一工质温差、第二工质入口与第二工质出口的第二工质温差、第一工质流量、第二工质流量对制冷片性能参数或当前工况进行计算。
当进行测试时，所述半导体制冷片的性能参数理论计算包括以下公式；
冷热端温差为ΔT＝Th-Tc公式四；Th为热端温度，Tc为冷端温度；
半导体制冷片的工作电压为U＝IR+αΔT公式一；I为电流，R为电阻；
半导体制冷片的冷端制冷量为
Figure BDA0002763312200000071
半导体制冷片的热端散热量为
Figure BDA0002763312200000072
半导体制冷片的导热系数为
Figure BDA0002763312200000073
或
Figure BDA0002763312200000074
半导体制冷片的优值系数
Figure BDA0002763312200000075
上述公式中，α为赛贝克系数，单位为V/℃；K为半导体制冷片的导热系数，单位为W/℃。
所述半导体制冷片的冷端制冷量通过测量所得的第一工质温差和第一工质流量计算；所述半导体制冷片的热端散热量通过测量所得的第二工质温差和第二工质流量计算；
所述冷腔、热腔均为以小导热系数材料成型的管道；
所述冷腔、热腔分别以设于腔壁处的导热金属片与半导体制冷片的冷端、热端相接触；所述导热金属片的接触热阻为可忽略的微小值；所述导热金属片与管道内侧壁面均为连续平整的壁面。
当对制冷片稳定工况下的性能参数进行测量时，所述第一工质采用小比热容的气体；所述第二工质采用低温度的冷却水；
在制冷片稳定工况下测得半导体制冷片热端冷却水流速v1，热腔进口水温t1，热腔出口水温t2，热腔流道断面面积A1，
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片热端产生的热量全部传递给冷却水，即冷却水进出口能量差即为半导体制冷片热端散热量，半导体制冷片热端散热量公式表述为；
Q热＝CA1v1ρ(t1-t2) 公式七；
以稳定工况下第二工质入口与第二工质出口平均温度下冷却水的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure BDA0002763312200000081
当管内流动状态为层流入口段时，冷却水在管内流动的努赛尔准数
Figure BDA0002763312200000082
冷却水与半导体元器件热端导热金属片进行换热的对流换热系数
Figure BDA0002763312200000083
对流换热对数平均温差
Figure BDA0002763312200000091
由此得出热端与冷却水接触导热金属片端面温度Th1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Th＝Th1：
Figure BDA0002763312200000092
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，冷腔进口温度tw1，冷腔出口温度tw2，冷腔流道断面面积A2，按本项权利要求内上述公式同理计算得出半导体制冷片冷端制冷量Q冷，空气与半导体表面对流换热系数h2，半导体制冷片冷端温度Tc；
上述内容中各参数的含义为第二工质为水时的相关物性参数：C—水定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ—水的密度，kg/m3；de—当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ—水的导热系数，W/(m·K)；Re—雷诺数；Pr—普朗特数；Nu—努塞尔准数；ηf—水平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw—半导体热端表面温度下水的动力粘度，Pa·s；
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，m/s；冷腔进口温度tw1，℃；冷腔出口温度tw2，℃；冷腔流道断面面积A2，m2；
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片冷端产生的冷量全部传递给空气，即空气进出口能量差即为半导体制冷片冷端制冷量，半导体制冷片冷端制冷量公式表述为；
Q冷＝C2A2v2ρ2(tw1-tw2) 公式十三；
以稳定工况下第一工质入口与第一工质出口平均温度下空气的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure BDA0002763312200000093
当管内流动状态为层流入口段时，空气在管内流动的努赛尔准数
Figure BDA0002763312200000094
空气与半导体元器件冷端导热金属片(铜片)进行换热的对流换热系数
Figure BDA0002763312200000101
对流换热对数平均温差
Figure BDA0002763312200000102
由此得出冷端与空气接触导热金属片端面温度Tc1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Tc＝Tc1：
Figure BDA0002763312200000103
上述内容中各参数的含义为第一工质空气的相关物性参数：C2—空气定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ2—空气的密度，kg/m3；de2—冷腔管道当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ2—空气的导热系数，W/(m·K)；Re2—雷诺数；Pr2—普朗特数；Nu2—努塞尔准数；ηf2—空气平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw2—半导体冷端表面温度下空气的动力粘度，Pa·s。
当测量半导体制冷片的塞贝克系数时，在冷腔、热腔两个管道内分别通入不同温度的水，温差为ΔT，通入两股流体的瞬间测得在电流输入I＝0下半导体两端电压U，由于测电压的过程时是在通入流体的瞬间，所以半导体制冷片冷热端温差视为冷腔、热腔两股流体的温差，根据公式一，计算出半导体制冷片塞贝克系数α＝U/ΔT。
当半导体制冷片处于输入电压为U，输入电流为I的工况时，向冷腔、热腔分别通入第一工质空气和第二工质冷却水，测得第一工质入口、第一工质出口、第二工质入口、第二工质出口的温度，计算出半导体冷热端温差ΔT；测得半导体制冷片塞贝克系数α；根据公式一计算出半导体制冷片的电阻R＝(U-αΔT)/I。
在测量半导体制冷片导热系数时，设半导体制冷元器件性能参数测试装置无散热损失；根据计算出热端处热腔冷却水带走的散热量与冷端处冷腔空气带走的冷量，即为半导体的散热量Q热与制冷量Q冷，同时根据计算出的冷热端温差ΔT、塞贝克系数α、电阻R，利用公式5.1或公式5.2计算出导热系数K。
在稳定工况下，所述半导体制冷片热端散热量Q热范围为100W～500W，以热腔的冷却水为散热工质，冷却水流速为0.02m/s<v<0.1m/s；
所述半导体制冷片冷端制冷量Q热范围为30W～200W，以小比热容的空气为散冷工质，空气流速为0.5m/s<v<2m/s。
所述冷腔、热腔均为直管道；冷腔、热腔的管道在管道侧壁处相连；冷腔的第一工质入口、第一工质出口分别位于管道两端，热腔的第二工质入口、第二工质出口分别位于管道两端；所述制冷片固定部包括冷腔、热腔两管相连部位中间处的正方形孔，所述正方形孔用于放置制冷片；正方形孔两开口端以凸台固定的铜片形成正方形孔的密封结构，所述铜片为与制冷片冷端、热端相接触的导热金属片；所述铜片与制冷片相接触的表面涂有导热硅胶；
所述冷腔的第一工质入口、第一工质出口处均设有测温点，所述热腔的第二工质入口、第二工质出口均设有测温点；
所述冷腔的第一工质入口经气体流量计、进气阀与风机相连；所述热腔的第二工质入口经流体流量计、进水阀与泵相连。
所述冷腔、热腔的管道材质为树脂，其管道内侧尺寸为800mm×50mm×5mm、壁厚2mm，所述保温层覆于管道外壁，还设于冷腔、热腔的管道连接处，保温层以泡沫材料成型；半导体制冷片的供电导线从保温层引入。
本例中，装置测试半导体性能参数中需要通过测试冷热端的散热量和制冷量并利用理论计算公式(1)～公式(12)计算出相关性能参数，其中热端散热量Q热>冷端制冷量Q冷。考虑半导体制冷片工作工况下对热端需要加强散热，因此热端散热介质选择了比热容较大的水。但是，由于单片半导体制冷片热端散热量Q热只有100W～500W，所以选择冷却介质水的流速不能太大，因为流速太大，冷却介质水流经半导体片温度变化不大，利用公式(7)计算出的散热量Q热误差大，因此测试过程中根据半导体片功率情况，选择冷却介质水流速为0.02m/s<v<0.1m/s。
半导体制冷片冷端端制冷量Q冷只有30W～200W，制冷量比较小，选择了制冷介质比热容不能太大，不然流经半导体片的制冷介质温差不明显，会导致利用公式(7)计算出的制冷量Q冷误差大，因此选择了比热容小的空气作为散冷介质。测试过程中根据半导体片功率情况选择散冷介质空气流速为0.5m/s<v<2m/s。

Claims (10)

1.一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：所述测试方法采用半导体制冷元器件性能参数测试装置对半导体制冷片进行测试；所述测试装置包括带第一工质入口、第一工质出口的冷腔，还包括带第二工质入口、第二工质出口的热腔；所述冷腔和热腔均设有保温层；冷腔和热腔之间的分隔结构处设有制冷片固定部，当半导体制冷片固定于制冷片固定部处时，半导体制冷片冷端与冷腔腔壁接触，制冷片热端与热腔腔壁接触；当进行测试时，以流经冷腔的第一工质对制冷片冷端进行热交换，以流经热腔的第二工质对制冷片热端进行热交换，根据测得的第一工质入口与第一工质出口的第一工质温差、第二工质入口与第二工质出口的第二工质温差、第一工质流量、第二工质流量对制冷片性能参数或当前工况进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：当进行测试时，所述半导体制冷片的性能参数理论计算包括以下公式；
冷热端温差为ΔT＝Th-Tc 公式四；Th为运行工况下半导体制冷片热端温度，Tc为运行工况下半导体制冷片冷端温度；
半导体制冷片的工作电压为U＝IR+αΔT 公式一；I为运行工况下半导体制冷片工作电流，R为运行工况下半导体制冷片工作电阻；
半导体制冷片的冷端制冷量为
Figure FDA0002763312190000011
半导体制冷片的热端散热量为
Figure FDA0002763312190000012
半导体制冷片的导热系数为
Figure FDA0002763312190000013
或
Figure FDA0002763312190000014
半导体制冷片的优值系数
Figure FDA0002763312190000015
上述公式中，α为赛贝克系数，单位为V/℃；K为半导体制冷片的导热系数，单位为W/℃。
3.根据权利要求2所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：所述半导体制冷片的冷端制冷量通过测量所得的第一工质温差和第一工质流量计算；所述半导体制冷片的热端散热量通过测量所得的第二工质温差和第二工质流量计算；
所述冷腔、热腔均为以小导热系数材料成型的管道；
所述冷腔、热腔分别以设于腔壁处的导热金属片与半导体制冷片的冷端、热端相接触；所述导热金属片的接触热阻为可忽略的微小值；所述导热金属片与管道内侧壁面均为连续平整的壁面。
4.根据权利要求3所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：当对制冷片稳定工况下的性能参数进行测量时，所述第一工质采用小比热容的气体；所述第二工质采用低温度的冷却水；
在制冷片稳定工况下测得半导体制冷片热端冷却水流速v1，热腔进口水温t1，热腔出口水温t2，热腔流道断面面积A1，
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片热端产生的热量全部传递给冷却水，即冷却水进出口能量差即为半导体制冷片热端散热量，半导体制冷片热端散热量公式表述为；
Q热＝CA1v1ρ(t1-t2) 公式七；
以稳定工况下第二工质入口与第二工质出口平均温度下冷却水的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure FDA0002763312190000021
当管内流动状态为层流入口段时，冷却水在管内流动的努赛尔准数
Figure FDA0002763312190000022
冷却水与半导体元器件热端导热金属片进行换热的对流换热系数
Figure FDA0002763312190000023
对流换热对数平均温差
Figure FDA0002763312190000031
由此得出热端与冷却水接触导热金属片端面温度Th1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Th＝Th1：
Figure FDA0002763312190000032
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，冷腔进口温度tw1，冷腔出口温度tw2，冷腔流道断面面积A2，按本项权利要求内上述公式同理计算得出半导体制冷片冷端制冷量Q冷，空气与半导体表面对流换热系数h2，半导体制冷片冷端温度Tc；
上述内容中各参数的含义为第二工质为水时的相关物性参数：C—水定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ—水的密度，kg/m3；de—热腔管道当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ—水的导热系数，W/(m·K)；Re—雷诺数；Pr—普朗特数；Nu—努塞尔准数；ηf—水平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw—半导体热端表面温度下水的动力粘度，Pa·s；
在制冷片稳定工况下测得测得冷腔的空气介质流速v2，m/s；冷腔进口温度tw1，℃；冷腔出口温度tw2，℃；冷腔流道断面面积A2，m2；
设半导体制冷片处于稳定工况时，制冷片表面温度不变且处处相等，即为恒定壁温对流换热工况，半导体制冷片冷端产生的冷量全部传递给空气，即空气进出口能量差即为半导体制冷片冷端制冷量，半导体制冷片冷端制冷量公式表述为；
Q冷＝C2A2v2ρ2(tw1-tw2) 公式十三；
以稳定工况下第一工质入口与第一工质出口平均温度下空气的物性参数，得出冷却水流动的雷诺数
Figure FDA0002763312190000033
当管内流动状态为层流入口段时，空气在管内流动的努赛尔准数
Figure FDA0002763312190000034
空气与半导体元器件冷端导热金属片进行换热的对流换热系数
Figure FDA0002763312190000041
对流换热对数平均温差
Figure FDA0002763312190000042
由此得出冷端与空气接触导热金属片端面温度Tc1，忽略导热金属片的导热热阻，热端温度Tc＝Tc1：
Figure FDA0002763312190000043
上述内容中各参数的含义为第一工质空气的相关物性参数：C2—空气定压比热容，kJ/(kg·℃)；ρ2—空气的密度，kg/m3；de2—冷腔管道当量直径，m；l—正方形半导体元器件片边长，m；λ2—空气的导热系数，W/(m·K)；Re2—雷诺数；Pr2—普朗特数；Nu2—努塞尔准数；ηf2—空气平均温度下的动力粘度，Pa·s；ηw2—半导体冷端表面温度下空气的动力粘度，Pa·s。
5.根据权利要求4所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：当测量半导体制冷片的塞贝克系数时，在冷腔、热腔两个管道内分别通入不同温度的水，温差为ΔT，通入两股流体的瞬间测得在电流输入I＝0下半导体两端电压U，由于测电压的过程时是在通入流体的瞬间，所以半导体制冷片冷热端温差视为冷腔、热腔两股流体的温差，根据公式一，计算出半导体制冷片塞贝克系数α＝U/ΔT。
6.根据权利要求5所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：当半导体制冷片处于输入电压为U，输入电流为I的工况时，向冷腔、热腔分别通入第一工质空气和第二工质冷却水，测得第一工质入口、第一工质出口、第二工质入口、第二工质出口的温度，计算出半导体冷热端温差ΔT；测得半导体制冷片塞贝克系数α；根据公式一计算出半导体制冷片的电阻R＝(U-αΔT)/I。
7.根据权利要求6所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：在测量半导体制冷片导热系数时，设半导体制冷元器件性能参数测试装置无散热损失；根据计算出热端处热腔冷却水带走的散热量与冷端处冷腔空气带走的冷量，即为半导体的散热量Q热与制冷量Q冷，同时根据计算出的冷热端温差ΔT、塞贝克系数α、电阻R，利用公式5.1或公式5.2计算出导热系数K。
8.根据权利要求6所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：在稳定工况下，所述半导体制冷片热端散热量Q热范围为100W～500W，以热腔的冷却水为散热工质，冷却水流速为0.02m/s<v<0.1m/s；
所述半导体制冷片冷端制冷量Q热范围为30W～200W，以小比热容的空气为散冷工质，空气流速为0.5m/s<v<2m/s。
9.根据权利要求8所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：所述冷腔、热腔均为直管道；冷腔、热腔的管道在管道侧壁处相连；冷腔的第一工质入口、第一工质出口分别位于管道两端，热腔的第二工质入口、第二工质出口分别位于管道两端；所述制冷片固定部包括冷腔、热腔两管相连部位中间处的正方形孔，所述正方形孔用于放置制冷片；正方形孔两开口端以凸台固定的铜片形成正方形孔的密封结构，所述铜片为与制冷片冷端、热端相接触的导热金属片；所述铜片与制冷片相接触的表面涂有导热硅胶；
所述冷腔的第一工质入口、第一工质出口处均设有测温点，所述热腔的第二工质入口、第二工质出口均设有测温点；
所述冷腔的第一工质入口经气体流量计、进气阀与风机相连；所述热腔的第二工质入口经流体流量计、进水阀与泵相连。
10.根据权利要求9所述的一种半导体制冷片性能参数测试方法，其特征在于：所述冷腔、热腔的管道材质为树脂，其管道内侧尺寸为800mm×50mm×5mm、壁厚2mm，所述保温层覆于管道外壁，还设于冷腔、热腔的管道连接处，保温层以泡沫材料成型；半导体制冷片的供电导线从保温层引入。
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