热阻是物体对热量传递有阻碍作用的物理量,其定义方式与电阻类似,为热阻两侧温度差与流过热流的比值,与传热系数互为倒数。可通过减小热阻加强传热,也可增大热阻削弱传热,可直接影响内部温度,因此对可变热阻的调控在实际应用中尤为重要,被广泛应用于温度控制、建筑、精密仪器等。半导体热电效应主要为帕尔贴效应和塞贝克效应,能够实现热能和电能之间的相互转化,通过控制热流实现变热阻控制。相较于其他形式的变热阻,半导体热电效应变热阻具有体积小、无机械结构、控制简单且精度较高等优势。本文通过理论和实验研究了基于半导体热电效应的变热阻调控规律,同时以此提出了测量热阻的平衡补偿法,并进行了应用研究测试。主要研究内容如下:首先,本文从理论上对半导体制冷元件建立热阻网络模型,分析了半导体制冷元件的两种热电效应的热量传递,基于半导体热电效应提出了自供能变热阻和供能型变热阻,使用热阻网络法建立自供能、外供能变热阻模型,对其理论分析计算,研究了变热阻的内部电阻Ri、热电优值ZT、冷热端温度及输入热流P对等效变热阻的影响规律。自供能变热阻最小等效热阻与冷、热端的平均温度有关,随着温度的升高而升高,而最大等效热阻与温度无明显变化,与半导体材料及物理尺寸相关。对于供能型变热阻,在输入相同的电流时,供能型变热阻的变热阻范围随输入热流的增大而减小;改变供能型变热阻工作的冷端温度,对其变热阻无明显影响;从理论上给出优化半导体热电效应变热阻方向。其次,在实验上对基于半导体热电效应变热阻进行验证,改变输入热流及冷端温度,模拟变热阻的工作热环境,得到电子变热阻的变热阻规律。实验结果表明:12706型半导体制冷元件,自供能变热阻受外接电阻影响在0-20Ω时较为明显,随外接电阻增大而增加,变热阻范围为2.15-2.8K/W,净变热阻范围为0.65K/W,冷端温度及输入热流对自供能变热阻无明显影响;供能型变热阻随着输入正向电流的增加而减小,随反向电流的增大而增大,供能型变热阻曲线整体为线性,且输入热流P对变热阻规律其影响较大,而环境温度的变化对供能型变热阻无明显影响。根据半导体热电效应变热阻的变热阻特性与稳态法测热阻的原理,提出了平衡补偿法测试热阻。半导体热电效应变热阻作为补偿单元,通过控制变热阻调控,使补偿侧和被测试侧达到对称热平衡状态,则补偿单元等效热阻即为被测试物体的热阻,可间接获得被测试物体的导热系数。实验通过安装温差传感器检测系统热平衡状态,通过控制变热阻的输入电流或外接电阻值,使两个温差传感器信号相等,系统达到稳定对称热平衡状态,热流相等、温差一致,且冷、热端温度对应相等,由傅里叶定律可得,温差一致、热流相等则热阻相同,可得等效热阻与被测试热阻相等。平衡补偿法测试热阻,需要通过测试实验获得等效变热阻Reff与输入电流I或输入电阻RL的拟合关系式。实验对4个不同厚度的有机玻璃试样进行平衡补偿法热阻测试,经过换算测得四种有机玻璃的平均导热系数为0.24W/m·K,参考其他文献值为0.2W/m·K;分析误差可能由于测量热耗散而导致理论温度差偏小,进而导致实验获得的导热系数略大于文献值,系统无法达到理论平衡态所产生的机械误差。实验测试95型氧化铝陶瓷导热系数为15.09W/m·K,参考其他文献值为22W/m·K,实验与文献值存在误差,分析原因为实验拟合变热阻曲线与实际测试曲线存在偏差,导致相同的外接电阻RL对应的实际测试热阻偏大,测试的导热系数偏小。考虑实验条件及误差,所得数据有效,可确定平衡补偿法测试热阻的可行性。通过对半导体热电效应变热阻研究,在此基础上提出的平衡补偿法测试热阻,通过实测验证了方法正确,并具有可行性,平衡补偿法应用于热阻测试领域有指导意义。