SE464595B - Saett att med ett peltier-element med tvaa ytor bestaemma den ena eller baada ytornas temperatur - Google Patents

Description

“4e4 595 fig 2 visar ett ekvivalent elektriskt schema.

Ett Peltišr-element har två ytor med temperaturerna Tu och T1. Elemen- tet kan i enlighet med figur 2 betraktas som en spänningskälla med spänningen Up i serie med en inre resistans Ri. U är den s k Seebeck- spänningen, som är en funktion av temperaturskillnaden dT = Tu- T1.

Man kan bräkna ai ur sambandet ai = a up+ b uš+ c u3+ där konstan- terna a, b, c... t ex bestäms experimentellt.

P Den inre resistansen Ri är en funktion av medeltemperaturen Ti - Tifïi 2 a . Man kan beräkna Ti ur sambandet Ti = d + e R¿+ f Ri+ g Ri+ ... 2 där konstanterna d, e, f, g... t ex bestäms experimentellt.

Vid uppfinningen beräknar man temperaturskillnaden dT mellan ytorna ur det kända sambandet för Seebeck-spänningen Up som funktion av tempera- turskillnaden dT och dessutom medeltemperaturen Ti ur det kända tempe- raturberoendet för elementets inre resistans Ri. Slutligen beräknas temperaturen på elementets ena eller båda ytor ur sambanden Tu = Ti+ g-T och T. = Ti- I en utföringsform av uppfinningen uppmäter man direkt den aktuella Seebeck-spänningen Up då ingen ström pålägges elementet. Därpå matar man elementet med en känd likström Ip och mäter den i detta läge upp- kommna spänningen U över elementet. Den aktuella inre resistans beräk- U -U nas så ur sambandet Ri = -Tzß.

Det angivna sättet att mäta en temperatur kan liksom i den refererade amerikanska patentskriften 4,639,883 vara kombinerat med ett sätt att kyla eller värma med elementet. I detta fall matar man elementet under en huvuddel av tiden med ström så att elementets ytor kyls respektive värms och avbryter strömmatningen under begränsade avbrott då Seebeck- spänningen U över ytorna mäts.

P I en annan utföringsform av uppfinningen matar man elementet såväl med en likström I för att framkalla kyl- eller värmeeffekt som med en växelström i av låg amplitud. Den uppkomna spänningen U över elemen- 464 595 tet består då av en likspänningskomponent Udc och en växelspännings- komponent Uat. Om Seebeck-spänningen fortfarande benämns Up får man följande samband: a = Udc+ Uac Up* 15 Ri+ l'Ri udc up+ Ip-Rí Uac= 1'Ri U U Genom att mäta likspänningskomponenten Udc och växelspänningskomponent Uac över elementet, kan man beräkna det inre motståndet Ri och Seebeck-spänningen Up ur: U _ GC “i ' "i" Up = Ip.

Ett tänkbart användningsområde för detta förfarande är mätning av fryspunkten hos vätskor, t ex hos en fryspunktsnedsättande beläggning på en väg.

Vintertid sprids stora mängder salt på vägbanorna i avsikt att minska risken för halka och för att underlätta snöröjningen. Med saltningen sänker man fryspunkten på vägbanans fukt så att isbildning undviks.

Fryspunkten beror på hur stor saltkoncentrationen är i den fukt, som finns på vägbanan. Saltkoncentrationen beror i sin tur bland annat på hur mycket nederbörd som har fallit och hur många bilar som passerat sedan den senaste saltningen.

Saltningen utgör ett miljöproblem och kostar dessutom stora pengar.

För att minimera saltningen kan man använda någon form av givare som avkänner den aktuella fryspunkten i vägbanan. Man kan använda en giva- re enligt uppfinningen,placerad i vägbanan på sådant sätt att Peltiêr- elementets övre yta bringas i termisk kontakt med fukten på vägbanan, under det att den undre ytan bringas i termisk kontakt med marken, eventuellt via en temperaturutjämnande platta.

Man matar Peltiér-elementet med ström i omväxlande riktning, varvid temperaturen på Peltiér-elementets övre yta varieras så att eventuell :oo ~"4e4 595 vätska, som finns på ytan ömsom fryser ömsom smälter. Temperaturen på denna yta kan hela tiden bestämmas enligt uppfinnigen.

I exempelvis den europeiska patentskriften 45 106 anges hur tempera- turkurvan under avkylningsförloppet, den s k stelningskurvan, först faller, sedan snabbt stiger och därpå löper horisontellt under någon tid, varefter den sedan åter faller. Diskontinuiteten vid fryspunkten kan igenkännas av en mikroprocessor.

Ett annat tänkbart användningsområde för uppfinningen är kylning av elektronik. I synnerhet optoelektronik har temperaturberoende egenska- per, t ex fotodetektorers brusnivå och laserdioders våglängd. Man har därför i många fall anledning att kyla dessa komponenter på ett kont- rollerat sätt. I vissa fall kan man till och med bygga in ett Peltiér- element i en halvledares kapsling. Då är det en fördel om man inte behöver ta utrymme och kostnader för en extra tempraturgivare enligt det förut kända sättet,

Claims (6)

464 595 Patentkrav:

1. Sätt att med ett Peltier-element med tvâ ytor bestämma den ena eller båda ytornas temperatur, innefattande att man för det aktuella elementet bestämmer sambandet för temperaturskillnaden (dT) mellan ytorna som funktion av Seebeck-spänningen (Up) och vid mättillfället bestämmer Seebeck-spänningen mellan ytorna och därpå ur detta beräknar aktuell temperaturskillnad mellan ytorna k ä n n e t e c k n a t a v att man bestämmer sambandet för elementets medeltemperatur (Ti) som funktion av elementets inre resistans (Ri) och vid mättillfället be- stämmer elementets inre resistans och därpå ur detta beräknar dess aktuella medeltemperatur samt slutligen till resp. från medeltempera- turen (T¿) adderar resp. subtraherar halva temperaturskillnaden (dT) mellan ytorna.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man mäter Seebeck-spänningen (Up) över elementet då ingen ström pâförs elementet, att man därpå matar elementet med en känd likström (Ip) och mäter den i detta läge uppkomna spänningen (U) över elementet, att man beräknar skillnaden mellan spänningen över elementet med strömmatning (U) och utan strömmatning (U ) och dividerar den med värdet på den inmatade strömmen (I ) och därmed erhåller värdet pâ den inre resis- tansen (Ri).

3. Sätt enligt patentkravet 2 k ä n n e t e c k n a t a v att man mäter spänningen över elementet utan strömtillförsel (Up) under be- gränsade avbrott i strömmatningen av elementet, som sker i en sådan utsträckning att likströmmen (Ip) skapar en sådan temperaturskillnad (dT) mellan elementets ytor att elementet kan användas som kyl- och/eller värmeaggregat.

4. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man samtidigt matar elementet med en känd likström (Ip) och en känd växel- ström (i), att man mäter likspänningskomponenten (Udc) och växelspän- ningskomponent (Uac) över elementet, att man beräknar den inre resis- tansen (Ri) genom att dividera växelspänningskomponenten (Uac) med 464 595 °>" 6 växeïströmmen (i) och Seebeck-spänningen (Up) genom att från ïikspän- ningskomponenten (Udc) subtrahera produkten av ïikströmmen (Ip) och den inre resistansen (Ri).

5. Sätt enïigt något av de tidigare patentkraven, k ä n n e - t e c k n a t a v att den ena ytan bringas i kontakt med en vätska, , vars fryspunkt man önskar bestämma, att man matar ïikström genom eïe- 4 mentet i omväxïande riktning så att vätskan omväxïande uppvärms och avkyïs och att man detekterar frysning av vätskan genom att detektera en karakteristisk diskontinuitet i steïningskurvan och bestämma dess temperatur.

6. Sätt enïigt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t a v att den ena ytan bringas i kontakt med en fryspunktsnedsättande beïägg- ning, vars fryspunkt man önskar bestämma, och den andra med marken i form av en vägbana el dyl, och att man omväxïande uppvärmer och avkyïer beïäggningen och bestämmer temperaturen för dess frysning.