【经验】以马洛TEC XLT2483为例，解析PCR仪升温和降温速率的计算

时间： 2022-07-09 来源：世强

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随着新冠疫情持续爆发，全球对于PCR仪的需求也在不断加大，特别是某些地方突然爆发疫情则需要短时间内检测好几千万人，则这就对PCR仪的升降温速率提出了需求，所以目前越来越多的做PCR仪的厂家非常关注升降速率这个指标，那如何计算PCR仪的升降温速率呢，下面以XLT2483这款TEC为例来计算PCR仪的升降温速率。

如下图是XLT2483的性能参数：

根据帕尔贴效应建立在冷端的热平衡方程，可获得该处单位时间内外界进入的热量（制冷量）Qc为：

Qc=αNP T1 I – 0.5I²R – k（T2 – T1）

其中R为N、P电偶的电阻，αNP为N、P电偶臂的温差电动势总和，与制冷器的电偶臂对数有关；

I为通过回路的电流；

K为电偶臂的热阻总和；

αNP T1 I为冷端的帕尔帖吸收功率，0.5I²R为电路产生功耗，K（T2-T1）是冷端热传导到热端的功率。

当热负载为182W时，则Qc=αNP T1 I – 0.5I²R – k（T2 – T1）=182；

此时T1=27℃=300K，ΔT=T2-T1=0，I=13.5A，R=1.27Ω；

则Qc=300*13.5*αNP-0.5*13.5²*1.27=182；

以上则得出αNP=0.0735

当热负载为0时，则Qc=αNP T1 I – 0.5I²R – k（T2 – T1）=0

此时T2=27℃=300K，T1=300-58=242K，ΔT=T2-T1=58K，I=13.5A，R=1.27Ω

则Qc=242*13.5*0.0735-0.5*13.5²*1.27-58K=0,

以上可以得出K=2.145。

通过上面得到的K及αNP值，下面来计算PCR仪的升降温速率：

1、降温速率：

在PCR仪降温的状态下，若冷面温度为72℃(T1=345K，PCR仪降温的中间温度点)，热面温度散热理想值27℃。

则其派尔帖吸热功率Q_吸=αNP T1 I=0.0735*345*13.5W=342.326W；

电发热功率Q_电=0.5I²R=0.5*13.5*13.5*1.27W=115.729W；

热传导功率Q传=K（T2-T1）=2.145*（345-300）W=96.525W；

则PCR仪降温状态下在72℃的吸热功率为342.326-115.729+96.525=323.122W；

若此时XLT2483冷面热负载为40W左右时，

则其理想的降温速率V_降=323.122/40=8.08℃/s；

2、升温速率：

在PCR仪升温的状态下，若热面温度为72℃(T2=345K，PCR仪升温的中间温度点)，冷面温度接近环境温度约27℃，

则其派尔帖吸热功率Q_吸=αNP T1 I=0.0735*345*13.5W=342.326W；

电发热功率Q_电=0.5I²R=0.5*13.5*13.5*1.27W=115.729W；

热传导功率Q传=K（T2-T1）=2.145*（345-300）W=96.525W；

则PCR仪降温状态下在72℃的吸热功率为342.326+115.729+96.525=554.58W

若此时XLT2483热面热负载为40W左右时，

则其理想的降温速率V_降=554.58/40=13.86℃/s；

以上计算是比较理想情况下的一个参考值，PCR的实际升降温速率需要考虑的因素较多，需要具体来分析。

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