TLK33 il regolatore per celle di Peltier

da Andrea Cattaneo

Ci sono molti modi per raffreddare o riscaldare superfici, fra questi vi è l’utilizzo delle celle di Peltier, strati di diversi semiconduttori che permettono di assorbire calore (o raffreddare) da un lato e rilasciarlo sull’altro (o riscaldare).

I campi di applicazione tipici sono: nella conservazione di campioni biologici, per raffreddare i sensori ottici, nei laser, nell'elettronica ma anche nei piccoli frigoriferi portatili da auto, nei mini distributori di acqua fredda, nel controllo di temperatura dei quadri elettrici e simili.

 

I vantaggi sono:

  • Ingombri molto ridotti
  • Controllo attraverso componenti elettronici statici e silenziosi


Spesso però il controllo di queste celle richiede complessi circuiti di controllo appositamente progettati.

TLK33 è un semplice regolatore, specificatamente progettato per controllare direttamente celle di Peltier con potenze fino a 7A.

Visita la pagina del TLK33 per maggior dettagli

 

Principio di funzionamento delle Celle di Peltier?


“La cella di Peltier è fondamentalmente una pompa di calore a stato solido dall'aspetto di una piastrina sottile; una delle due superfici assorbe il calore mentre l'altra lo emette. La direzione in cui il calore viene trasferito dipende dal verso della corrente continua applicata ai capi della piastrina stessa.” [Wikipedia]
Il lato che assorbe calore viene chiamato lato freddo e l'altro, che genera calore, lato caldo.
Questa proprietà viene chiamata effetto Peltier, l’effetto può avere un coefficiente positivo o negativo.

Coefficiente di Peltier positivo o negativo 

PeltierP
Per un determinato materiale, il verso della corrente definisce il lato freddo e il lato caldo.

Materiali differenti hanno coefficienti di Peltier diversi (per il calcolo del calore trasferito da una giunzione).

 
PeltierN 02
 
Alcuni hanno coefficiente positivo ed altri negativo (ovvero invertono il lato freddo rispetto a quello caldo).

L'effetto Peltier è più evidente nei semiconduttori, quelli drogati P hanno coefficiente positivo, quelli drogati N hanno coefficiente negativo.
 

 

Struttura di una cella di Peltier

PeltierMultiploPer eseguire il trasferimento di calore, ogni giunzione assorbe pochi mV ma alcuni ampere di corrente. La soluzione adottata nelle più comuni applicazioni è quella di collegare in serie semiconduttori di tipo N e di tipo P, attraverso una lamella di Rame.

Applicando tensione positiva alla cella N e negativa alla cella P, il lato superiore raffredda e quello inferiore riscalda, invertendo la tensione si inverte anche la direzione di trasferimento del calore.
Una normale cella di Peltier contiene alcune centinaia di giunzioni collegate in serie.

Alimentazione

Dovendo assorbire energia per instaurare la differenza di temperatura stazionaria (in base al secondo principio della termodinamica), le celle Peltier assorbono necessariamente un gran quantitativo di corrente elettrica.
Richiedono quindi dispositivi di comando adeguati, che tipicamente le alimentano in limitazione di corrente (cioè a corrente costante).

Funzionamento tipico


Le celle di Peltier vengono comunemente utilizzate per raffreddare, sottraendo calore, facendole saldamente aderire il lato freddo al corpo da raffreddare. 
La sottrazione di calore. Il calore sottratto è trasferito sul lato caldo, assieme al calore di funzionamento (che è la maggior parte); dal lato caldo il calore deve essere trasferito all'ambiente esterno.

La sottrazione di corrente è controllata dall’intensità di corrente applicata quindi, se la sorgente termica cambia in valore di emissione di calore, anche la sottrazione effettuata dalla cella deve variare di conseguenza.
Tale variazione deve essere effettuata possibilmente con rilevatori di temperatura in modo che, tramite un apposito circuito a retroazione, l'intensità di corrente somministrata alla cella mantenga il funzionamento nei campi di temperatura ammissibili.

Il controllo della corrente (e quindi della quantità di calore sottratta) in base alla temperatura misurata è la funzione principale di un regolatore di temperatura come il TLK33.

Vantaggi

Come si può notare, quanto sopra avviene senza azioni meccaniche quindi senza usura, con ingombri ridotti e attraverso componenti elettronici silenziosi.

Inoltre, se accoppiate ad un regolatore digitale, permettono un controllo molto preciso della temperatura, sia in raffreddamento che in riscaldamento, rendendo i sistemi di controllo temperatura basati sulle celle di Peltier ideali per diversi settori di applicazione

Utilizzi

Le celle di Peltier sono usate laddove occorra raffreddare piccole quantità di materiale in modo rapido.
I campi di applicazione tipici sono piccole apparecchiature nella conservazione di campioni biologici, per raffreddare i sensori ottici, nei laser, nell'elettronica ma anche nei piccoli frigoriferi portatili da auto, nei mini distributori di acqua fredda, nel controllo di temperatura dei quadri elettrici eccetera.

TLK33 , il controllore per celle di Peltier

Ascon Tecnologic ha sviluppato un apposito controllore PID (TLK33) per il controllo delle celle di Peltier che è in grado di modulare e invertire la tensione in uscita permettendo di controllare sia la potenza che la direzione di funzionamento di una cella di Peltier

Tutte queste funzioni in un piccolo regolatore 33x75 !

La regolazione digitale

Grazie all’ingresso universale ( T/C, PT100, 4..20mA o 0…10V), la regolazione PID, l'inversione automatica dell'azione (freddo<-> caldo), una corrente di comando sino a 7 Ampere, due uscite di allarme ausiliarie e due ingressi digitali, il TLK33 è lo strumento ideale per il controllo accurato delle celle di Peltier in qualsiasi settore.

Visita la pagina del TLK33 per maggior dettagli