Each color, in these rings, stands a number. Here is a table show their relation:

There are also two special color stands for measurement error. Gold stands a measurement error about ±5％ and silvery for ±10％. Some times, other colors like brown or green can also show the measurement error when the printed on the last ring. Brown for ±1％ red for ±0.2％ and green ±0.5%. www.zhangpeng.info

There are two kinds of resistance: resistance with four rings and resistance with five rings. The rings stands for the similar meaning. The key to judge a resistance is to identify the sequence of each rings. There are two ways to judge the sequence. Judge by the space between rings or distinguish the color that shows  measurement error.

Judge by the distance between rings

There have a different space between rings. The last space is always longer than first step. You can carefully check your resistance.

Distinguish the color that shows  measurement error first

As I told you above, gold and silvery always show a measurement error. If a resistance have a ring with color gold or silvery, it’s useful to identify the list by its special color.

Examples

On a resistance, the color ring show more details besides only numbers.

For a resistance with four rings, the first two rings show you the number. The third one tell you how many zeros behind the number.

The only difference between resistance with five rings and four rings resistance is that there are three rings show the number in the former one.

Here I give you a simple example:

You had know red for 2, purple for seven and there is just one zero behind it. So the exact resistance is 270Ω.

作者：张鹏；曾狄根；黄学章（中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083）

【摘要】为研究半导体温差发电在工业余热利用中的可行性，设计了半导体温差发电测试实验装置，利用该实验装置测试了半导体温差发电器的输出特性、分析出了影响其输出特性的因素、计算了温差发电成本。实验结果表明，半导体温差发电用于工业余热利用是可行的，其发电1.89年其发电成本就相当于目前工业用电成本。

【关键词】温差发电；输出特性；余热利用

【中图分类号】 TM911 【文献标识码】A

1 引言

随着世界经济快速发展，人类对能源的需求量迅速增加。有资料显示：已探明常规能源石油、天然气和煤炭的保证年限分别是45年、52年和209年^[1]。因而，人们迫切需要寻找新型绿色的能源取代传统化石燃料。我国能源的利用率很低，只有33%左右，单位产值能耗比美国、欧盟、日本、印度分别高2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍^[2]。这就更要求我们积极寻找节能新办法。

半导体热电发电利用半导体热电材料制成，以其体积小、重量轻、无运动部件、寿命长、移动方便、可靠性高以及无污染等诸多优点，在军事、医疗、科研、通讯、航海、动力及工业生产的各个实践领域得到了广泛应用^[3]。而半导体热电发电技术在工业余热利用方面的应用尚不成熟，大规模应用仍需要进一步研究。

目前，国内相关研究多集中在温差材料方面^[4]，少见对温差发电应用的研究，本实验另辟蹊径，对其在工业余热利用中的可行性进行了一定的探讨。

2 理论分析

温差发电器是一种基于塞贝克效应，直接将热能转化为电能的热电转换器件。1982年，德国物理学家塞贝克发现了温差电流现象，即两种不同金属构成的回路中，若两种金属结点温度不同，该回路中就会产生一个温差电动势。这就是塞贝克效应^[5]。

半导体温差发电片的原理如图1，它由P、N 两种类型不同的半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于陶瓷片上而成。在器件的两端建立一个温差, 使器件高温端保持T_h，低温端保持T_c，根据塞贝克效应，将产生一个电压，若在回路中接入负载电阻，则将有电流流过。

塞贝克效应电势差大小可用表示为^[6]：

塞贝克效应电势差

（1）

式中，S_h与S_c分别为两种材料的塞贝克系数。

如果S_h与S_c不随温度的变化而变化，式（1）即可表示为：

简化塞贝克效应电势差

（2）

温差发电原理图

图1 温差发电原理图

Fig. 1 Principle of thermoelectricity generation

为方便输出功率的计算，可以对实验对象做以下假设：①稳态，输出电流为稳恒电流；②半导体温差发电片侧面绝热；③冷热端之间的空气对流和辐射影响可以忽略；④半导体温差发电片内部导热系数不变。解得输出功率为：

半导体温差发电输出功率

（3）

式中，R为器件的总电阻；τ为汤姆逊系数；等号右端第1项为帕尔帖热，第2 项为汤姆逊热，第3项为焦耳热^[7]。

功率匹配条件为：R_L = R，得最大输出功率：

温差发电最大输出功率

（4）

3 实验研究

3.1改变温差条件下发电模块特性

利用图2所示的温差发电片性能测试装置进行实验，实验采用TEC1-12706作温差发电片，其输出功率情况如表1和图3所示。

温差发电性能测试装置图

图 2温差发电性能测试装置图

Fig. 2 Experiment platform

表1 温差发电性能测试实验中的输出功率情况

图3 变热端温度输出功率曲线图

Fig. 3 Relation between output power P and temperature differenceΔt

通过图3可以看出，输出功率随温差的增加而增加，当温差达到最大时输出功率也将达到最大值。而温差越大，输出功率随温差增加而增加的趋势也会变得更加明显，可以从曲线中看出在温差较大时曲线斜率比温差较小时的曲线斜率大。

因而，在利用温差发电时适当的提高冷热端的温差有利于提高输出功率。www.zhangpeng.info

3.2变负载条件下发电模块特性

变负载条件下实验中得到输出功率情况如表2和图4所示。

表2变负载条件下输出功率情况

图4 变负载条件下输出功率曲线图

Fig. 4 　Relation between output power P and resistance R

通过图4可以看出，在相同的冷热端温差条件下，负载逐渐增加，输出功率先增加后减小。这是由于输出功率与输出电压及电流均有关系，只有在负载达到匹配条件即负载等于温差发电片内阻的时候，输出功率才能达到最大值，可由式（5）表示：

输出功率

（5）

式中，R_L为负载电阻，r为温差发电片内阻，U为热电势。

通过式（3）可知，U在温差不变的条件下也是一个定值，故当最小时，输出功率将达到最大值。根据不等式，当R_L = R时，输出功率会达到最大值，且最大值为：

匹配最大输出功率

（6）

因此想要获得最大输出功率，需要选择最佳负载。由图可以看出，当负载在4 Ω附近时对应的输出功率达到最大值。

]]> http://www.zhangpeng.info/2010/analysis-for-the-feasibility-of-semiconductor-thermoelectric-generator-used-in-industrial-surplus-heat-recovery/feed/ 6 http://www.zhangpeng.info/2010/electric-resistance-identification/ http://www.zhangpeng.info/2010/electric-resistance-identification/#comments Thu, 21 Jan 2010 15:35:27 +0000 张鹏 http://www.zhangpeng.info/?p=251 在电子电路中经常使用到电阻，电阻有很多的种类和形式，在电子电路中，我们通常会使用到色环电阻，色环电阻的阻值就是根据不同颜色的环来确定其阻值的。

在色环电阻中，颜色和数字有着一一对应的关系，其的对应关系如下表所列：

此外，还有金、银两个颜色在色环电阻中表示电阻的“精度”，也就是阻值的误差，金色代表误差±5％，银色代表误差±10％。同时，棕色、红色和绿色如果在最后一个色环也能表示误差，棕色为±1％，红色±0.2％，绿色±0.5％。www.zhangpeng.info

色环电阻分为四色环电阻和五环电阻，四环电阻又称为普通电阻，五色环电阻又称为精密电阻。

电阻的识别中最重要的就是确定色环的顺序，色环的顺序确定法主要有两种，即间距法和误差环法。

根据色环间距判断色环顺序

电阻上印刷的色环的环间距是有细小的差别的， 对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。然而色环间距比较小，所以此方法有时候使用比较困难

根据标志误差的色环确定第一环

最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环，次方法在四环电阻的识别中尤其有效。

四色环电阻（普通电阻）的识别方法

对于四环电阻来说，相对好处理些，四色环电阻第四环颜色所代表的误差，除有金色与银色表示外，无色表示误差为20％。

四环电阻的四个色环的意义分别是第一位和第二位表示有效数字，第三环表示有效数字后‘0’的个数。例如以下的一个例子：

在这里红色为2，紫色为7，棕色为1即一个‘0’。所以该电阻阻值为270Ω.

五色环电阻（精密电阻）的识别办法

五环电阻的识别相对四环电阻较难，因为五环电阻是精密电阻，很多时候会使用到了棕色标识误差，这时候就只能使用色环间距来判断色环的顺序从而确定第一环的位置了。五环电阻的前三环均为有效数字，第四环为‘0’的个数，第五环则表示精度误差。

色环法是一个快速简便的方法，然而如果有万用表的话，这一切都可以使用万用表来解决了。

We first use the Euler method to get a y_n+1 in the Improved Euler method. Then we use another method to amend the y_n+1 to let it more similar to the real y_n+1.

We express this new Improved Euler method by these two formulas:

y_n+1 = y_n + hf (x_n , y_n )
y_n+1 = y_n + h*[f (x_n , y_n )+f (x_n+1 , y_n+1 )]/2

When use computer for calculation in some engineering field, you should show the relationship between ‘y’ and ‘x’. You need also give a ‘h’.

A example to use Improved Euler method for solving heat transfer problem:(Use Matlab)

Euler method used in heat transfer calculation

Question: As the figure shows. T_∞=1500℃，T_w=500 ℃, T₀=20℃, a thermocouple which diameter is 1mm exposed in the air. The surface coefficient of heat transfer h=200W(m²/K)，ε=0.2. Thermocouple oxidation will create energy at a rate of q=1000W/m³.  Determine the relation ship between temperature of thermocouple and time. [additional properties of thermocouple:ρ=8000kg/m³，c=0.38kJ/(kg*K)，λ=50W/(m*K)]

Answer: We use Improved Euler Question to solve this problem.  www.zhangpeng.info

The source code in Matlab here:

function [x,y]=eulerg(x,y,h,N)
x=zeros(1,N+1);
y=zeros(1,N+1);
x(1)=0;
y(1)=293;
for n=1:N
x(n+1)=x(n)+h;
ybar=y(n)+h*dyfun(x(n),y(n));
y(n+1)=y(n)+(h/2)*(dyfun(x(n),y(n))+dyfun(x(n),ybar));
end
plot(x,y,'red');
function m=dyfun(x,y)
m=1/304+75/19*(1773-y)+(6.804e-8)/304*(1773^4-y^4);

To create a new file in Matlab writing these codes and save it. Input some properties, for example eulerg(0,293,0.001,1000), and you will gain the relationship line between ‘y’ and ‘x’.

You can transfer this example in any other similar work process by just change some part of this example function. I’m glad to discuss with you if you have any questions.

在这种改进的尤拉格式中，先用尤拉方法求得一个初步的近似值，记y_n+1，这一步即预报，然后再通过梯形方法对这一预报值进行修正，得到较为精确的y_n+1值，这是一种热工数值计算中常用的方法。

这一方法可以表示为以下的两式：

• 预报: y_n+1 = y_n + hf (x_n , y_n )
• 校正: y_n+1 = y_n + h*[f (x_n , y_n )+f (x_n+1 , y_n+1 )]/2

在计算机求解的时候，我们需要给出一个y关于x的函数，同时设定步长h，这个函数不管是显式或者隐式的函数都可以。

Matlab中利用改进尤拉方法计算传热问题举例：

尤拉格式计算传热问题

题：薄壁物体温度响应的数值求解。如图所示，T_∞=1500℃，T_w=500 ℃。从某时刻起，T₀=20℃，直径1mm的热电偶结点置于高温气体中，气流对热电偶的表面换热系数 h=200W(m²/K)，结点表面发射率 ε=0.2，高温气流对金属的氧化作用使热电偶结点产生一定的热量，其强度为 q=1000W/m3，求热电偶结点的温度响应。结点材料：ρ=8000kg/m³，c=0.38kJ/(kg*K)，λ=50W/(m*K)

解：我们在这里使用改进尤拉方法进行热工数值计算。www.zhangpeng.info

Matlab源代码如下：

function [x,y]=eulerg(x,y,h,N)
x=zeros(1,N+1);
y=zeros(1,N+1);
x(1)=0;
y(1)=293;
for n=1:N
x(n+1)=x(n)+h;
ybar=y(n)+h*dyfun(x(n),y(n));
y(n+1)=y(n)+(h/2)*(dyfun(x(n),y(n))+dyfun(x(n),ybar));
end
plot(x,y,'red');
function m=dyfun(x,y)
m=1/304+75/19*(1773-y)+(6.804e-8)/304*(1773^4-y^4);

在 matlab 中新建文件写入代码保存后，输入例如：eulerg(0,293,0.001,1000) 即可以得出热电偶温度y随时间x的变化规律曲线。

检索收录及被引用情况时，常用的数据库如下：

1、SCI，全称：Science Citation Index，即《科学引文索引》由美国科学信息 所（ISI）1961年创办并编辑出版，是一部国际性的检索刊物，覆盖数、理、化、工、农、林、医及生物学等广 泛的学科领域。

2、EI，全称：Engineering Index，即《工程索引》1884年创刊，由美国工程信息公司出版，报道工程技术各学科的期刊、会议论文、科技报告等文献，出版形式有印刷版（期刊形式）、电子版（磁带）及缩微胶片。。

3、ISTP，Index to Scientific & Technical Proceedings，即《科技会议录索引》也是由ISI 出版，1978年创刊，报导世界上每年召开的科技会议的会议论文，ISTP收录论文的多少与科技人员参加的重要国际学术会议多少或提交、发表论文的多少有关。我国科技人员在国外举办的国际会议上发表的论文占被收录论文总数的64.44%。www.zhangpeng.info

在ISTP、 EI、 SCI这三大检索系统中，SCI最能反映基础学科研究水平和论文质量，该检索系统收录的科技期刊比较全面，可以说它是集中各个学科高质优秀论文的精粹，该检索系统历来成为世界科技界密切注视的中心和焦点。ISTP、EI这两个检索系统评定科技论文和科技期刊的质量标准方面相比之下较为宽松。

4、 SSCI（《社会科学引文索引》）和A&HCI（《艺术与人文引文索引》），是SCI的姊妹索引，收录学科范围分别是全球1,800多种社会科学期刊和1,100多种人文艺术科学期刊。

5、《中国科学引文索引数据库》，简称CSCI或CSCD，是中国科学院文献情报中心研制出版的，2000年版收录我国出版的千余种中、英文重要期刊，专业覆盖数、理、化、农、林、医及工程技术各领域，年度更新，数据自1989年起，包括文献的收录和被引用情况。

6、《中文社会科学引文索引》数据库，简称CSSCI，有南京大学社会科学评价中心研制，主要用于社会与人文科学的评价。

目前大量的期刊声称自己被某某数据库收录，基本上来说，这些数据库都没有什么影响力，只要是本论文期刊，收录进去都没什么问题，所以来说也是没什么实际意义的。这一类的数据库包括一下一些：

中国期刊网全文收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊、中国期刊全文数据库收录期刊、中国学术期刊（光盘版）全文收录期刊，全部来自中国知网（CNKI）

中国科技期刊数据库收录期刊（维普）

万方数据—数字化期刊群全文收录期刊、中国核心期刊（遴选）数据库收录期刊（万方）

Since my thermoelectric experiment is not a necessary for any class but just I applyed it, this two experiment are required by electrical and electronic classs.

electric motor control experiment

electric motor control experiment

This experiment, we try to control the motor to run intermittent，continuous and its self-locking circuit, and we also control the motor cycle the opposite directions. We spent one week hard time on this experiment. For we were having class that days, we just use spare time to do this experiment. One day, I remembered, we went out to class at 8:00am and got back at 10:00pm, and just have one hour have lunch and one hour have dinner.www.zhangpeng.info

In this experiment, we deal with three-phase AC which voltage reach 380V. The major equipment are two relay ( the two big box in figure two) and an over-current protection device (to prevent burn motor when current is too large)

make radio

the radio，the left side show radio circuit，speakers and power supply located right

Radio welding, installation and test experiment was performed at the time close to final examination. When we had finished all of our class, we have more time to do our best. But it seems easy to Zhangpeng, for he welded all electronic component in one day and got a perfect evaluating from his teacher.

这两个实验都是电工电子课程安排的必修实验，而温差发电实验研究实验项目则是自己申请到的，并不是每个人都有机会参与

电动机控制试验：

电动机正反转控制实验效果图,右侧控制按钮可以控制电机正转反转及停止

电动机控制实验共进行了电动机点动长动及自锁电路、电动机正反转实验，历时一个星期，可谓艰辛备至啊，因为那时还有课，有时候竟然一天包括实验的时间正好12节课差20分钟，也就是早上8点出门一直到晚上9：30才下课，中午一个小时午餐时间，还真是累人。www.zhangpeng.info

在控制电机正反转的电路中用到380V三相交流电，主要设置有两个继电器（就是第二张图中的两个大块头），一个过流保护器（防止电流过大烧坏电机）。

收音机的制作实验：

收音机成品图，左侧是收音机电路，右侧扬声器和电源

收音机的焊接、安装、调试实验是在接近考试的时候制作的，也就是在热工热工仪表考试之前的一个星期内制作的，由于接近考试，没有什么课了，况且这学期课程考试相对比较会简单轻松一点，所以整体实验都比较轻松。本人是第一天就把收音机的所有元件焊接到位，而且最后所有焊接工艺、元件排部等设计到制作的部分拿到了优秀，所以还是小小的窃喜一番。

Thermoelectric generation based on theory of seececk effect.

First, have a full view about our test system:

This system include referigeration system, heating module, temperature test and print-out instruments and some electrocircuits.

The small cycle in this picture show a multimeter, cost about RMB 3000. The big one show you a Agilent displaying meter, it’s used to gather electric current, voltage, temperature, etc. Also this Agilent instrument ’s price is as high as RMB 60000. Also there is 8 thermalcouples cost about RMB 1000, referigeration system cost about RMB 4000. So you see, this experiment is expensive. However, all this cost are pay by our college.www.zhangpeng.info

The second picture will show you the thermoelectric generator.

This figure show three thermoelectric generators. TEPI represent thermoelectric generator. TECI represent thermoelectric refrigerating unit. Difference between these two equipment is just their usage. While TEPI is aimed at generate power, and TECI is used to cool small rooms. But when you change them use, such as like us, the two can output electic circuit.

温差发电基于塞贝克效应，至于塞贝克效应原理可以参考之前的文章：塞贝克效应，利用塞贝克效应制成半导体温差发电片或者说热电片，然后在两面给予一定的温差即可以产生电能。

来张全家福:

整个实验装置用到了制冷设备、加热装置、测温和显示仪表、测试电路。

看到左上那个小红圈?万用表,RMB3000. 大红圈表示的是安捷伦(Agilent)的一个多通道数显仪表，用来采集温差发电的相关数据，如冷热端的温度、输出电压,6万.还好都是学院买的。整体实验平台的造价还包括大概有8支热电偶价格1000左右，制冷机4000，所以说做个实验价格还是不菲的。www.zhangpeng.info

再看小小温差发电器：

不同的温差发电片，TEP为热电片、TEC为制冷片。两者其实没有本质区别，都是半导体制品，利用的是塞贝克效应的正反作用，由于制作的目的用途不同，其外在特性会有一定的区别，热电片用于温差发电的时候在高温下输出比较稳定，制冷片主要用于手提冰箱和其他小型的精密制冷。