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探秘柱温箱核心----帕尔贴

  • 傲雷正阳
    2011/10/11
  • 私聊

液相色谱(LC)

  • 目前液相色谱的柱温箱一般都采用帕尔贴(Peltier)控温。帕尔贴一般深藏在柱温箱中,很难一见真容,但是帕尔贴并不神秘,在生活中很多常见电器都有他得身影,比如车载小冰箱,有制冷功能的饮水机等。下面为大家介绍一下帕尔贴,同时利用两次维修的经历,为大家展示一下两家知名液相色谱仪柱温箱的帕尔贴结构。

    一、 帕尔贴简介:

    当电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应,这个现象由法国物理学家Jean Peltier1834年发现。

    对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。



    由于纯金属的导电导热性能好,但制冷效率极低(不到1%)。而半导体材料具有极高的热电势 所以现在市面上最常用的帕尔贴是由P型半导体(Bi2Te3-Sb2Te3)和 N型半导体 (Bi2Te3-Bi2Se3)构成。
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  • 傲雷正阳

    第1楼2011/10/11

    二、温控原理:

     电荷载体在导体中运动形成电流,由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,就会释放出多余的热量。反之,就需要从外界吸收热量(即表现为制冷)。每次看到这个描述,总是让我想起一半海水,一半火焰。哈哈。 所以帕尔贴两端的电压正负决定了帕尔贴哪一面是加热,哪一面是制冷的。


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  • 傲雷正阳

    第2楼2011/10/11

    三、柱温箱中帕尔贴组件的结构。

    在应用于柱温箱上的帕尔贴仅仅是上面描述的帕尔贴是不够的,还需要有散热片,热传导片,温度探头,高温保险(因为帕尔贴在高温下会碎掉,所以需要有一个温度保险,即温度高于某个温度,这个保险会断掉,从而保护帕尔贴。这也是问什么帕尔贴不会在气相色谱仪的柱温箱上应用的原因)


    日立L-2300柱温箱的帕尔贴组件







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  • 傲雷正阳

    第3楼2011/10/11

    岛津LC-2010CHT液相色谱仪的帕尔贴组件





    注:LC-2010CHT的高温保险在柱温箱前面板的后面,不在帕尔贴组件上。

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  • 傲雷正阳

    第4楼2011/10/11

    下面就该隆重登场———真正的帕尔贴。拧开散热片和导热片之间的螺丝,把他们分离就可以看到真正的帕尔贴了

    岛津LC-2010CHT液相色谱仪的帕尔贴




    大家可以看到每一个小的突起都是一个帕尔贴单元,一共是124个帕尔贴单元串联。

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  • 傲雷正阳

    第5楼2011/10/11

    日立L-2300柱温箱的帕尔贴




    大家可以注意到也是124个帕尔贴单元串联。


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  • 傲雷正阳

    第6楼2011/10/11

    单独的帕尔贴单元

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  • 傲雷正阳

    第7楼2011/10/11

    四、柱温箱温控原理。
    设定柱温箱温度。如柱温箱温度小于设定温度,帕尔贴两端供电+12V,开始升温。当温度接近设定值。电压减小到+3V,并随着温度接近,电压不断减小,然后帕尔贴温度会超过设定温度,电压变为负值,帕尔贴开始降温,当帕尔贴温度略低于设定值,再次升温,直至温度稳定在设定值。(注意:温控不是一步到位的,是在设定温度附近有一个来回的起伏)

    实际温度20度,设定温度40度,温控示意图


    如果是降温,过程正好相反

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  • 傲雷正阳

    第8楼2011/10/11

    五、帕尔贴常见故障及现象。

    1、帕尔贴被烧断。

    由于经过帕尔贴的电阻很小,所以电流很大约4A左右(温度越高,电阻越小,电流就越大),所以当帕尔贴老化,很容易就断掉。

    故障现象是柱温箱无法温控,且仪器无任何报警。

    检测方法也很简单。用万用表测量一下帕尔贴两端的电阻是否是断路。

    黑色部分是帕尔贴烧掉后在导热片上留下的痕迹



    2、 帕尔贴组件短路。

    帕尔贴本身不会短路,但是他得连接线有可能被挤压而短路,这种故障现象很少见,但是也很危险,因为这个故障造成的损失就不只是帕尔贴了,连柱温箱的温控板也一并会烧掉。

    故障现象是:无法温控,且仪器会突然重启。这时候千万别开启柱温箱的温控。否则要烧板子了。

    检测方法:测量帕尔贴是否短路,帕尔贴虽然电阻很小,但是一般来说在室温下,电阻在10欧姆-30欧姆之间。如果电阻很小,那么就应该检查一下,帕尔贴的导线是否因为挤压而使绝缘片破裂,导线外露。





    本人第一次发原创,文中难免有不足或者错误,请大家多多指教。

    最后感谢我的老师对我的指导和鼓励。我老师一直活跃在咱们论坛中,是版块专家,发一张我老师维修的照片,大家猜猜他是谁。

    向老师致敬

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  • yuduoling

    第9楼2011/10/11

    要是不维修,平常对这个东西都看不到,楼主图文并茂的对帕尔贴进行了介绍,相当不错的原创。

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  • 夕阳

    第10楼2011/10/11

    应助达人

    楼主的文章写得真不错!图文并茂,并且还有实际维修经验,的确是一篇难得的处女作!赞一个!
    希望楼主继续发表更加精彩的原创文章。

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