CN103364432A - 测量方法、测量装置及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

一种测量方法、测量装置及计算机程序产品。该测量方法用以测量热电模块。此测量方法包括下列步骤：提供稳定温度至热电模块。施加电流至热电模块，以使热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中热端的温度大于冷端的温度。在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块的端电压、热端的热端温度及冷端的冷端温度。根据这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度得到这些端电压相对于这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值的热电关系。根据热电关系来估计热电模块的至少一第一参数值测量。

Description

测量方法、测量装置及计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种测量方法、测量装置及计算机程序产品，且特别涉及一种用以测量热电模块的测量方法、测量装置及计算机程序产品。

背景技术

目前热电效应（thermoelectric effect）的应用的相关研究正处于一个崭新的阶段。前几年热电技术的研发重点在于高性能热电材料的开发，因此就测量技术而言，当时着重的重点偏向于材料的热电性质的测量。近几年来，热电相关的研究开始由材料端转向模块端，亦即开始着重整个热电模块组合后的整体性能表现。

然而，一个热电模块组合了多个热电P／N引脚对（thermoelectric pillarP／N pairs)、金属电极线（metal electrode traces）、焊接层（solder layers）及两片陶瓷基板（ceramic substrate）。这些元件在组合之后，整体的热电性质会不同于原本单纯的热电引脚的热电性质。举例而言，热电引脚与焊接层之间将有原子扩散问题，因此降低模块内热电引脚的热电性能。而在模块冷热端的热量传递方面，热电引脚与焊接层、焊接层与电极线、电极线与基板之间，均存在未知但明显的介面热阻。因此，在实际应用上，热电引脚实际存在的温差，将小于我们施加在模块两端的温差，这将造成实际性能与预估性能之间有所差异，而这个差异事前并无法准确预估。

发明内容

本发明的一实施例提出一种测量方法，用以测量热电模块。此测量方法包括下列步骤：提供稳定温度至热电模块。施加电流至热电模块，以使热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中热端的温度大于冷端的温度。在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块的端电压、热端的热端温度及冷端的冷端温度。根据第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系。根据热电关系来估计热电模块的至少一第一参数值。

本发明的一实施例提出一种测量装置，用以测量热电模块。测量装置包括电源供应单元、电压测量单元、温度测量单元及处理单元。电源供应单元供应电流至热电模块，以使热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中热端的温度大于冷端的温度。电压测量单元在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块的端电压。温度测量单元在第一时间内的这些时间点的每一时间点上测量热端的热端温度及冷端的冷端温度。处理单元根据第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系。处理单元根据热电关系来估计热电模块的至少一第一参数值。

本发明的一实施例提出一种计算机程序产品，存储于计算机可读记录介质中，以测量热电模块。此计算机程序产品包括第1程序指令、第2程序指令、第3程序指令、第4程序指令及第5程序指令。第1程序指令为提供稳定温度至热电模块。第2程序指令为施加电流至热电模块，以使热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中热端的温度大于冷端的温度。第3程序指令为在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块的端电压、热端的热端温度及冷端的冷端温度。第4程序指令为根据第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系。第5程序指令为根据热电关系来估计热电模块的至少一第一参数值。

为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的测量装置的示意图。

图2为应用于图1的测量装置的测量方法的示意图。

图3为图1的测量装置与图2的测量方法所得到的热电关系方程式所代表的直线的示意图。

图4绘示图1的测量装置在测量热电模块时，热电模块的热端温度、冷端温度及端电压随着测量时间的变化关系。

图5绘示图1的测量装置在测量热电模块时，热电模块的端电压相对于热端温度与冷端温度的差值的变化关系。

图6绘示图1的测量装置在测量热电模块时，测量到的热端温度、冷端温度及热导值随着测量时间的变化关系。

图7为本发明的另一实施例的测量装置的示意图。

图8为本发明的又一实施例的测量装置的示意图。

图9为本发明的再一实施例的测量装置的示意图。

图10为本发明的另一实施例的测量装置的示意图。

图11为适用于图10的测量装置的测量方法的流程图。

【主要元件符号说明】

100：热电模块

110：第一基板

120：第二基板

130：图案化导电层

140：图案化导电层

150：热电引脚

152：P型半导体引脚

154：N型半导体引脚

200、200a、200b、200c、200d：测量装置

210：电源供应单元

220：电压测量单元

230：温度测量单元

240：处理单元

250：计算机可读记录介质

260、310：热绝缘体

270、280、290：控温元件

272：发热单元

282：流道

320：恒温箱

A：截面积

h：高度

I：电流

S110～S170、S160’、S170’：步骤

具体实施方式

图1为本发明的一实施例的测量装置的示意图，图2为应用于图1的测量装置的测量方法的示意图，图3为图1的测量装置与图2的测量方法所得到的热电关系方程式所代表的直线的示意图。请参照图1至图3，本实施例的测量装置200用以测量热电模块100。热电模块100包括第一基板110、第二基板120及M对彼此电性连接的热电引脚150。M为正整数，且每一对热电引脚150连接第一基板110与第二基板120。在本实施例中，第一基板110与第二基板120例如为陶瓷基板。然而，在其他实施例中，第一基板110与第二基板120也可以是其他材质的基板。此外，在本实施例中，每一对热电引脚150包括P型半导体引脚152与N型半导体引脚154，P型半导体引脚152连接第一基板110与第二基板120，且N型半导体引脚154连接第一基板110与第二基板120。P型半导体引脚152的材质例如为P型铋碲合金（Bi-Tealloy）、P型铅碲合金（Pb-Te alloy）、P型铋铅碲合金（Bi-Sb-Te alloy）、P型硅锗合金（Si-Ge alloy）或其他P型半导体，而N型半导体引脚154的材质例如为N型铋碲合金、N型铅碲合金、N型铋铅碲合金、N型硅锗合金或其他N型半导体。

在本实施例中，热电模块100还包括图案化导电层130及图案化导电层140，分别配置于第一基板110与第二基板120上。图案化导电层130与图案化导电层140将这M对热电引脚150串连起来，且以这些N型半导体引脚152与这些P型半导体引脚154交替相接的方式串连起来。此外，在本实施例中，每一对热电引脚150通过图案化导电层130连接至第一基板110，且通过图案化导电层140连接至第二基板120。图案化导电层130与图案化导电层140的材质例如为金属。

测量装置200包括电源供应单元210、电压测量单元220、温度测量单元230及处理单元240。电源供应单元210供应电流I至热电模块100，以使热电模块100的两端分别成为热端（hot side）及冷端（cold side），其中热端的温度大于冷端的温度。在本实施例中，电流I实质上为固定电流，且电流I依序流经串连的M对热电引脚150。换句话说，电流I交替地流经这些N型半导体引脚152与这些P型半导体引脚154。此外，在本实施例中，当供应电流I至热电模块100时，第一基板110的温度会下降而形成冷端，而第二基板120的温度会上升而形成热端。

在本实施例中，测量装置200还包括热绝缘体260及控温（temperaturecontrol）元件270。热绝缘体260配置于冷端（即第一基板110）上。控温元件270配置于热端（即第二基板120）上，以调控热端的温度。因此，在施加电流I至热电模块100之前，控温元件270可先提供稳定的温度至热电模块100。在本实施例中，控温元件270例如为具有发热单元272的热板（hotplate），其中发热单元272例如为热电阻（thermal resistance）或其他的发热元件。

电压测量单元220在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块100的端电压V，即为串连且交替相接的这些N型半导体引脚152与这些P型半导体引脚154的整体的一端与另一端之间的电压。第一时间例如是从开始供应电流I至热电模块100的时间点至热电模块100的热端的热端温度T_h与冷端的冷端温度T_c的差值ΔT实质上达到稳定的时间点。举例而言，差值ΔT可在开始供应电流I后的20秒内达到稳定，则第一时间即为开始供应电流I后的20秒内。

温度测量单元230在第一时间内的这些时间点的每一时间点上测量热端的热端温度T_h及冷端的冷端温度T_c。在本实施例中，温度测量单元230包括与第一基板110的面向热绝缘体260的表面接触的热电耦（thermal couple），其可测量冷端温度T_c。此外，温度测量单元230还包括与第二基板120的面向控温元件270的表面接触的热电耦，其可测量热端温度T_h。再者，温度测量单元230还包括与上述二个热电耦电性连接的判读平台，其可判读热电耦所测得的温度信号。在其他实施例中，也可以采用其他温度传感器来取代上述热电耦。

处理单元240根据第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压V、这些热端温度T_h及这些冷端温度T_c，计算这些热端温度T_h与对应的这些冷端温度T_c的差值ΔT，以得到这些端电压V相对于这些差值ΔT的热电关系。在本实施例中，处理单元240例如为计算机的中央处理器（central processingunit，CPU）。然而，在其他实施例中，处理单元240也可以是其他控制及运算平台的数字信号处理器（digital signal processor，DSP）、数字逻辑电路或其他适当的处理器。在本实施例中，在第一时间内的这些时间点的每一个时间点上都可测量到一组包含V、T_c及T_h的数据，其中处理单元240可将T_h与T_c相减而得到ΔT，而根据第一时间内的这些时间点所测得的这些V、这些T_h及这些T_c得到这些V相对于这些ΔT的热电关系的方法包括根据这些V及对应的这些ΔT（即根据多组包含V与ΔT的数据）作线性回归，以得到热电关系方程式。在本实施例中，此热电关系方程式为直线方程式，而其所代表的直线如图3所绘示的斜直线。在图3中，纵轴代表端电压V，而横轴代表差值ΔT。

热电材料的电场方程式如下列(1)式：

V=SΔT’+IR                         (1)

其中，V为热电模块100的端电压，S为热电模块100的席贝克系数（Seebeck coefficient），ΔT’为热电引脚150的两端的平均温度差，例如为热电引脚150的靠近图案化导电层140的一端的平均温度减去热电引脚150的靠近图案化导电层130的一端的平均温度后所得到的平均温度差。由于热电模块100的温度差是由热电引脚150所产生，且由于热电模块100的冷端（即第一基板110）接触热绝缘体260，因此热电引脚150的热端与冷端的温度差（即第二基板120的面向控温元件270的表面的温度减去第一基板110的面向热绝缘体260的表面的温度后所得到的差值）ΔT将非常近似于热电引脚150的两端的平均温度差ΔT’，因此可将(1)式中的ΔT’以ΔT来取代，而形成下列(2)式：

V=SΔT+IR                          (2)

(2)式为理论所得的与V及ΔT有关的直线方程式，而上述的热电关系方程式则是通过实验数据的线性回归所得到的与V及ΔT有关的直线方程式，因此实验所得的热电关系方程式会近似于理论所得的(2)式。所以，可将(2)式视为热电关系方程式。

此外，处理单元240根据上述热电关系（即上述热电关系方程式）来估计热电模块100的至少一第一参数值。在本实施例中，估计出的第一参数值有两种，分别为热电模块100的席贝克系数S及热电模块100的内电阻值R。在本实施例中，由于热电关系方程式可有线性回归推得，而为已知（即如(2)式），因此在本实施例中，处理单元240以热电关系方程式所代表的直线的斜率（即(2)式中ΔT前的系数S）作为热电模块100的席贝克系数S。

此外，在本实施例中，处理单元240以热电关系方程式与一坐标轴（例如纵轴）的截距除以电流I的大小后所得到的值作为热电模块100的内电阻值R，其中此坐标轴为热电关系方程式中热端温度T_h与冷端温度T_c的差值ΔT为零的轴。具体而言，当将ΔT=0代入(2)式时，可得到V=IR，亦即IR为热电关系方程式与ΔT为零的轴（即纵轴）的截距。由于I为电源供应单元210所供应的电流，且为已知，因此将IR除以I后，即可计算出热电模块100的内电阻值R。

在本实施例中，温度测量单元230在第一时间之后的第二时间内，测量冷端的冷端温度T_c，且处理单元240根据第一参数值（例如席贝克系数S与内电阻值R）且根据第二时间内的冷端温度T_c来估计出第二参数值。在本实施例中，第二时间为热电模块100的热端的热端温度T_h与冷端的冷端温度T_c的差值ΔT实质上达到稳定以后的时间。举例而言，差值ΔT可在开始供应电流I后的20秒内达到稳定，而第二时间即为开始供应电流I后的20秒以后的时间。举例而言，可在ΔT达到稳定后的一个时间点（例如开始供应电流I以后的第30秒）测得冷端温度T_c，或是在ΔT达到稳定后的多个不同的时间点上分别测得多个T_c，然后再将这些T_c取平均值，而得到一个平均的冷端温度T_c。

在本实施例中，处理单元240根据S、I、T_c、R及ΔT来估计热电模块100的热导值K。举例而言，处理单元240可计算(SIT_c-I²R／2)／ΔT的结果，以得到热电模块100的热导值K，其中T_c是以绝对温度（即克氏温度（Kelvintemperature））的数值代入。具体而言，热电材料的能量守恒方程式如下列(3)式：

$Q_c={\mathrm{SIT}}_c^{\′}-\frac{1}{2}{I}^{2}R-{\mathrm{K\ΔT}}^{\′}---\left(3\right)$

其中，Q_c为热电引脚150的冷端所吸收的热量，而T_c’则为热电引脚150的冷端的温度（其为绝对温度），亦即为图1的热电引脚150的靠近图案化导电层130的一端的温度。K为热电模块100整体的热导值K。此外，其他S、I、R及ΔT’的物理意义则可参阅上文，在此不再重述。由于热电模块100的冷端上设有热绝缘体260，因此Q_c可视为等于0，且T_c’近似于热电模块100的冷端温度T_c（即第一基板110的面向热绝缘体260的表面温度）。将(3)式中的Q_c、T_c’及ΔT’分别以0、T_c及ΔT代入后，便可将(3)式改写成下式：

$K=\frac{1}{\mathrm{\ΔT}}({\mathrm{SIT}}_c-\frac{1}{2}{I}^{2}R)---\left(4\right)$

因此，根据(4)式，便可经由计算(SIT_c-I²R／2)／ΔT的结果，而得到热电模块100的热导值K。

本实施例的测量装置200利用对热电模块100施加电流I不久后，热电模块100的热端与冷端的温度差（即ΔT）及其产生的端电压V的暂态关系，来求得热电模块100的席贝克系数S与内电阻值R。因此，本实施例的测量装置200可在短时间内测得热电模块100整体的热电参数（如S与R）。相较于已知技术有难以从热电引脚的热电性质预估热电模块的整体热电性质，本实施例的测量装置200由于可直接测得热电模块100整体的热电参数，因此可以评估热电模块100整体的实际热电性质，进而可让使用者较为准确地评估热电模块100的热电特性与热电效率。

此外，当ΔT达到实质上稳定时，本实施例的测量装置200还可通过测量冷端温度T_c，而藉此计算出热电模块100整体的热导值K。因此，本实施例的测量装置200可在短时间内（例如1分钟内）测得热电模块100的多项热电参数（如S、R与K等三项热电参数）。由于热电模块100的S、R及K等三项参数皆可测得，因此可以准确地评估热电模块100的性能的优劣。

此外，热电模块100的每一热电引脚150的平均席贝克系数S_avg、平均电阻率ρ及平均热传导系数k与热电模块100整体的席贝克系数S、内电阻值R与热导值K分别有以下(5)式、(6)式及(7)式的换算关系：

$S_{\mathrm{avg}}=\frac{S}{2M}---\left(5\right)$

$\mathrm{\ρ}=R\frac{A}{2M\×h}---\left(6\right)$

$k=K\frac{h}{2M\×A}---\left(7\right)$

其中，A为单一个热电引脚150在实质上垂直于通过其的电流I的方向上的截面积（即图1中的热电引脚150于图中的水平方向的截面积），且h为热电引脚150在实质上平行于通过其的电流I的方向上的高度（即为热电引脚150在图中的垂直高度，也就是图案化导电层130至图案化导电层140的距离）。

因此，在本实施例中，处理单元240可将热电模块的席贝克系数S除以2M（即计算S/2M的结果），以得到每一热电引脚150的平均席贝克系数S_avg。此外，处理单元240可将热电模块100的内电阻值R乘以A，除以h，再除以2M（即计算(RA)/(2Mh)的结果），以得到每一热电引脚的电阻率ρ。再者，处理单元240可将热电模块100的热导值K乘以h，除以A，再除以2M（即计算(Kh)/(2MA)的结果），以得到每一热电引脚150的平均热传导系数k。本实施例的测量装置200在得到S_avg、ρ及k等三个参数之后，便可将这三个参数代入热电优值（figure of merit）公式，以计算出热电模块100的性能优劣。

图2所示的测量方法可应用于图1的测量装置200，以测量热电模块100。举例而言，测量装置200可还包括计算机可读记录介质250，以存储计算机程序产品。当计算机程序产品中的程序指令载入处理单元240时，便可通过处理单元240来实现本实施例的测量方法。计算机可读记录介质250例如为硬式磁碟机、软式磁碟机、存储卡、随身碟、固件、光盘、只读存储器（readonly memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）或任何可存储程序指令（或可存储程序代码）的记录媒体。具体而言，本实施例的测量方法包括下列步骤。首先，执行步骤S110，其为提供稳定温度至热电模块100，而步骤S110可由处理单元240执行计算机程序产品的第1程序指令来完成。举例而言，处理单元240可命令控温元件270提供稳定温度至热电模块100。接着，执行步骤S120，其为施加电流I至热电模块100，以使热电模块100的两端分别成为热端及冷端，而步骤S120可由处理单元240执行计算机程序产品的第2程序指令来完成。之后，执行步骤S130，其为在第一时间内的多个时间点的每一时间点上测量热电模块100的端电压V、热端的热端温度T_h及冷端的冷端温度T_c，而步骤S130可由处理单元240执行计算机程序产品的第3程序指令来完成。举例而言，处理单元240可命令电压测量单元210来测量端电压V，且可命令温度测量单元230来测量热端温度T_h及冷端温度T_c。

然后，执行步骤S140，其为根据第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压V、这些热端温度T_h及这些冷端温度T_c，计算这些热端温度T_h与对应的这些冷端温度T_c的多个差值ΔT，以得到这些端电压V相对于这些差值ΔT的热电关系，而步骤S140可由处理单元执行计算机程序产品的第4程序指令来完成。

再来，执行步骤S150，其为根据热电关系来估计热电模块的至少一第一参数值（如席贝克系数S与内电阻值R），而步骤S150可由处理单元240执行计算机程序产品的第5程序指令来完成。

在本实施例中，在步骤S150之后，测量方法可包括将热电模块的席贝克系数S除以2M（即计算S/2M的结果），以得到每一热电引脚150的平均席贝克系数S_avg的步骤，而此步骤可由处理单元240执行计算机程序产品的第6程序指令来完成。此外，测量方法可包括将热电模块100的内电阻值R乘以A，除以h，再除以2M（即计算(RA)/(2Mh)的结果），以得到每一热电引脚的电阻率ρ的步骤，而此步骤可由处理单元240执行计算机程序产品的第7程序指令来完成。

之后，可执行步骤S160，其为在第一时间之后的第二时间内，测量冷端温度T_c，而步骤S160可由处理单元240执行计算机程序产品的第8程序指令，以命令温度测量单元230测量冷端温度T_c来达成。

然后，可执行步骤S170，其为根据第一参数值（如S与R）且根据第二时间内的冷端温度T_c来估计出第二参数值（如热导值K），而步骤S170可由处理单元240执行计算机程序产品的第9程序指令来达成。

再来，本实施例的测量方法可包括将热电模块100的热导值K乘以h，除以A，再除以2M（即计算(Kh)/(2MA)的结果），以得到每一热电引脚150的热传导系数k的步骤，而此步骤可由处理单元240执行计算机程序产品的第10程序指令来达成。

在另一实施例中，上述第6程序指令与第7程序指令及其所对应的步骤的执行顺序也可以是在步骤S160之后，或在步骤S170之后，且第6程序指令、第7程序指令及第10程序指令及其步骤的执行顺序可任意对调。

其他测量方法所执行的步骤的细节及计算机程序产品的程序指令的细节可参照上述对测量装置200所执行的动作的描述，在此不再重述。此外，本实施例的测量方法与计算机程序产品也可达到上述测量装置200的功能，在此不再重述。

本实施例的测量装置200、测量方法及计算机程序产品是以计算机自动化测量为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，测量装置200与测量方法也可采用半自动化的测量或采用手动测量。

图4绘示图1的测量装置在测量热电模块时，热电模块的热端温度、冷端温度及端电压随着测量时间的变化关系，图5绘示图1的测量装置在测量热电模块时，热电模块的端电压相对于热端温度与冷端温度的差值的变化关系，而图6绘示图1的测量装置在测量热电模块时，测量到的热端温度、冷端温度及热导值随着测量时间的变化关系。由图4可知，热端温度T_h与冷端温度T_c的差值ΔT在一段时间（例如20秒）后会达到稳定，因此可在此段时间内计算出热电模块100的席贝克系数S与内电阻值R，且在此段时间之后计算出热电模块100的热导值。由图5可知，在实测时提供各种不同的电流I的大小（例如150毫安培、300毫安培、500毫安培及750毫安培）至热电模块100时，所得到端电压V相对于热端温度与冷端温度的差值ΔT确实都呈现线性相关。此外，在各种不同的电流的条件下，根据线性关系所推得的热电模块100的席贝克系数S大致上相同，且所推得的热电模块100的内电阻值R亦大致上相同，由此可验证本实施例的测量装置200与测量方法所得到的数据的稳定性高。由图6可知，热电模块100的热导值K在开始测量（即开始提供电流I）后的一段时间后（例如30秒后）达到稳定。因此，测量冷端温度T_c以计算出热电模块100的热导值K的时间点可在开始提供电流I后的30秒以后。此外，由于在30秒以后热导值K的变化不大，因此可将测量冷端温度T_c以计算出热电模块100的热导值K的时间点设在开始提供电流I后的一分钟内完成。换句话说，本实施例的测量装置200与测量方法可在一分钟内测量完上述所测得的所有热电参数，因此本实施例的测量装置200与测量方法可实现快速的测量。

图7为本发明的另一实施例的测量装置的示意图。请参照图7，本实施例的测量装置200a与图1的测量装置200类似，而两者的差异在于本实施例的控温元件280为冷板（cold plate），且此冷板具有流道282，而流道282内含有流体。此流体例如为水、丙酮、冷媒、液态氮或其他任何可携带热量及传递热量的流体。此外，在本实施例中，处理单元240可载入计算机程序产品的程序指令，以控制控温元件280。

图8为本发明的又一实施例的测量装置的示意图。请参照图8，本实施例的测量装置200b与图1的测量装置200类似，而两者的差异在于本实施例的控温元件290同时包含了图1的控温元件270（即热板）与图8的控温元件280（即冷板），亦即控温元件290为热板与冷板的组合。如此一来，控温元件290可对热电模块100有更稳定的温度调控，且控温元件290可将热电模块100的温度控制在更多不同的温度范围内。

图9为本发明的再一实施例的测量装置的示意图。请参照图9，本实施例的测量装置200c与图1的测量装置200类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的测量装置200c中，热电模块100的热端（即第二基板120）上配置有热绝缘体310。此外，测量装置200c还包括恒温箱320，而热电模块100及这些热绝缘体260及310配置于恒温箱320中。恒温箱320可对热电模块100提供稳定的环境温度。换句话说，本实施例的测量方法将热电模块100及这些热绝缘体260及310置于稳定的环境温度中，而处理单元240可载入计算机程序产品的程序指令，以控制恒温箱320。

在另一实施例中，也可将热电模块100及这些热绝缘体260及310置于室温中，而不要置于恒温箱320中。由于在室内的空间中的气温在短时间内不会有太大的变化，例如在测量装置200进行测量的那1分钟内不会有太大的变化，因此室温可视为稳定的环境温度。所以，即使将热电模块100及这些热绝缘体260及310置于室内来测量，也可达成足够准确的测量。

图10为本发明的另一实施例的测量装置的示意图，而图11为适用于图10的测量装置的测量方法的流程图。请参照图10与图11，本实施例的测量装置200d与图1的测量装置200类似，而两者的差异如下所述。在图1中，控温元件270是配置于热端（即第二基板120）上，而热绝缘体260是配置于冷端（即第一基板110）上。然而，在本实施例的测量装置200d中，控温元件270是配置于冷端（即第一基板110）上，而热绝缘体260则是配置于热端（即第二基板120）上。本实施例作了如此的元件位置的置换后，在测量S、S_avg、R及ρ等参数时，仍可维持原方法，但在量在K与k时，则可作以下的调整。

在本实施例中，温度测量单元230在第一时间之后的第二时间内，测量热端的热端温度T_h，且处理单元240根据第一参数值（例如席贝克系数S与内电阻值R）且根据热冷端温度T_h来估计出第二参数值。此外，在本实施例中，处理单元240根据S、I、T_c、R及ΔT来估计热电模块100的热导值K。举例而言，处理单元240可计算(SIT_h+I²R/2)／ΔT的结果，以得到热电模块100的热导值K，其中T_h是以绝对温度（即克氏温度（Kelvin temperature））的数值代入。至于每一热电引脚150的平均热传导系数k，则可通过处理单元240计算(Kh)/(2MA)的结果而得知。

在本实施例的测量方法中，步骤S110至步骤S150与图2的测量方法相同，而步骤S160’则为在第一时间之后的第二时间内，测量热端温度T_h，而步骤S160’可由处理单元240执行计算机程序产品的第8程序指令，以命令温度测量单元230测量热端温度T_h来达成。然后，执行步骤S170’，其为根据第一参数值（如S与R）且根据热端温度T_h来估计出第二参数值（如热导值K），而步骤S170’可由处理单元240执行计算机程序产品的第9程序指令来达成。

本实施例的测量方法所执行的步骤的其他细节及计算机程序产品的程序指令的其他细节可参照上述对测量装置200d所执行的动作的描述，在此不再重述。

在其他实施例中，配置于冷端（即第一基板110）上的控温元件270（即热板）也可以用图7的控温元件280（即冷板）或图8的控温元件290（即冷板与热板的组合）来取代。

综上所述，本发明的实施例的测量装置、测量方法及计算机程序产品利用对热电模块施加电流不久后，热电模块的热端与冷端的温度差及其产生的端电压的暂态关系，来求得热电模块的席贝克系数与内电阻值。因此，本发明的实施例的测量装置、测量方法及计算机程序产品可在短时间内测得热电模块整体的热电参数（如席贝克系数与内电阻值）。相较于已知技术有难以从热电引脚的热电性质预估热电模块的整体热电性质，本发明的实施例的测量装置、测量方法与计算机程序产品由于可直接测得热电模块整体的热电参数，因此可以评估热电模块整体的实际热电性质，进而可让使用者较为准确地评估热电模块的热电特性与热电效率。

此外，当热端温度与冷端温度的差值达到实质上稳定时，本发明的实施例的测量装置、测量方法与计算机程序产品还可通过测量冷端温度或热端温度，而藉此计算出热电模块整体的热导值。因此，本发明的实施例的测量装置、测量方法与计算机程序产品可在短时间内（例如1分钟内）测得热电模块的多项热电参数（如席贝克系数、内电阻值与热导值等三项热电参数）。由于热电模块的席贝克系数、内电阻值与热导值等三项热电参数皆可测得，因此可以准确地评估热电模块的性能的优劣。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (52)

1.一种测量方法，其特征在于，用以测量热电模块，该测量方法包括：

提供稳定温度至该热电模块；

施加电流至该热电模块，以使该热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中该热端的温度大于该冷端的温度；

在第一时间内的多个时间点的每一该时间点上测量该热电模块的端电压、该热端的热端温度及该冷端的冷端温度；

根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系；以及

根据该热电关系估计该热电模块的至少一第一参数值。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于得到该热电关系的方法包括：根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到热电关系方程式。

3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于根据该热电关系估计该热电模块的该至少一第一参数值的方法包括：

以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数。

4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该测量方法还包括：

将该热电模块的席贝克系数除以2M，以得到每一该热电引脚的平均席贝克系数。

5.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于根据该热电关系估计该热电模块的该至少一第一参数值的方法包括：

以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴。

6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该测量方法还包括：

将该热电模块的该内电阻值乘以A，除以h，再除以2M，以得到每一该热电引脚的电阻率，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，还包括在该第一时间之后的第二时间内，测量该冷端的该冷端温度或该热端的该热端温度，并根据该至少一第一参数值且根据该第二时间内的该冷端温度或该热端温度来估计出第二参数值。

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于该第二时间内所测量的该热端温度与对应的该冷端温度的该差值、该冷端温度及该热端温度分别为ΔT、T_c及T_h，且该电流为I，得到该热电关系的方法包括：根据这些第一时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到该热电关系方程式，且根据该热电关系方程式来估计该热电模块的该至少一第一参数值的方法包括：

以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数S；以及

以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值R，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴；且

根据该至少一第一参数值，且根据该第二时间内的该冷端温度或该热端温度来估计出该第二参数值的方法包括：

根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的热导值。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于提供该稳定温度至该热电模块的方法包括：

在该冷端上设置热绝缘体；以及

在该热端上设置控温元件，以调控该热端的温度，且

根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的该热导值的方法包括：

计算(SIT_c-I²R／2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值。

10.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于提供该稳定温度至该热电模块的方法包括：

在该冷端上设置控温元件，以调控该冷端的温度；以及

在该热端上设置热绝缘体，且

根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的该热导值的方法包括：

计算(SIT_h+I²R/2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值。

11.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该测量方法还包括：

将该热电模块的该热导值乘以h，除以A，再除以2M，以得到每一该热电引脚的热传导系数，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

12.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于提供该稳定温度至该热电模块的方法包括：

在该冷端上设置热绝缘体；以及

在该热端上设置控温元件，以调控该热端的温度。

13.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于该控温元件包括具有内含流体的流道的冷板、具有发热单元的热板或其组合。

14.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于提供该稳定温度至该热电模块的方法包括：

在该冷端上设置控温元件，以调控该冷端的温度；以及

在该热端上设置热绝缘体。

15.如权利要求14所述的测量方法，其特征在于该控温元件包括具有内含流体的流道的冷板、具有发热单元的热板或其组合。

16.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于提供该稳定温度至该热电模块的方法包括：

在该热端与该冷端上各设置热绝缘体；以及

将该热电模块及这些热绝缘体置于稳定的环境温度中。

17.如权利要求16所述的测量方法，其特征在于将该热电模块及这些热绝缘体置于该稳定的环境温度中的方法包括：

将该热电模块及这些热绝缘体置于恒温箱中。

18.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于该电流为固定电流。

19.一种测量装置，其特征在于，用以测量热电模块，该测量装置包括：

电源供应单元，供应电流至该热电模块，以使该热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中该热端的温度大于该冷端的温度；

电压测量单元，在第一时间内的多个时间点的每一该时间点上测量该热电模块的端电压；

温度测量单元，在该第一时间内的这些时间点的每一该时间点上测量该热端的热端温度及该冷端的冷端温度；以及

处理单元，根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系，且根据该热电关系来估计该热电模块的至少一第一参数值。

20.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于该处理单元根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到热电关系方程式。

21.如权利要求20所述的测量装置，其特征在于该处理单元以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数。

22.如权利要求21所述的测量装置，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，且该处理单元将该热电模块的席贝克系数除以2M，以得到每一该热电引脚的平均席贝克系数。

23.如权利要求20所述的测量装置，其特征在于该处理单元以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴。

24.如权利要求23所述的测量装置，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，且该处理单元将该热电模块的该内电阻值乘以A，除以h，再除以2M，以得到每一该热电引脚的电阻率，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

25.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于该温度测量单元在该第一时间之后的第二时间内，测量该冷端的该冷端温度或该热端的该热端温度，且该处理单元根据该至少一第一参数值且根据该第二时间内的该冷端温度或该热端温度来估计出第二参数值。

26.如权利要求25所述的测量装置，其特征在于该第二时间内所测量的该热端温度与对应的该冷端温度的该差值、该冷端温度及该热端温度分别为ΔT、T_c及T_h，且该电流为I，该处理单元根据这些第一时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到热电关系方程式，该处理单元以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数S，且以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值R，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴，且该处理单元根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的热导值。

27.如权利要求26所述的测量装置，其特征在于，还包括：

热绝缘体，配置于该冷端上；以及

控温元件，配置于该热端上，以调控该热端的温度，其中该处理单元计算(SIT_c-I²R/2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值。

28.如权利要求26所述的测量装置，其特征在于，还包括：

控温元件，配置于该冷端上，以调控该冷端的温度；以及

热绝缘体，配置于该热端上，其中该处理单元计算(SIT_h+I²R／2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值。

29.如权利要求26所述的测量装置，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，且该处理单元将该热电模块的该热导值乘以h，除以A，再除以2M，以得到每一该热电引脚的热传导系数，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

30.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于，还包括：

热绝缘体，配置于该冷端上；以及

控温元件，配置于该热端上，以调控该热端的温度。

31.如权利要求30所述的测量装置，其特征在于该控温元件包括具有内含流体的流道的冷板、具有发热单元的热板或其组合。

32.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于，还包括：

控温元件，配置于该冷端上，以调控该冷端的温度；以及

热绝缘体，配置于该热端上。

33.如权利要求32所述的测量装置，其特征在于该控温元件包括具有内含流体的流道的冷板、具有发热单元的热板或其组合。

34.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于，还包括：

二个热绝缘体，分别配置于该热端与该冷端上。

35.如权利要求34所述的测量装置，其特征在于，还包括：

恒温箱，其中该热电模块及这些热绝缘体配置于该恒温箱中。

36.如权利要求19所述的测量装置，其特征在于该电流为固定电流。

37.一种计算机程序产品，其特征在于，存储于计算机可读记录介质中，以测量热电模块，该计算机程序产品包括：

第1程序指令，提供稳定温度至该热电模块；

第2程序指令，施加电流至该热电模块，以使该热电模块的两端分别成为热端及冷端，其中该热端的温度大于该冷端的温度；

第3程序指令，在第一时间内的多个时间点的每一该时间点上测量该热电模块的端电压、该热端的热端温度及该冷端的冷端温度；

第4程序指令，根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压、这些热端温度及这些冷端温度，计算这些热端温度与对应的这些冷端温度的多个差值，以得到这些端电压相对于这些差值的热电关系；以及

第5程序指令，根据该热电关系来估计该热电模块的至少一第一参数值。

38.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于该第4程序指令包括根据该第一时间内的这些时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到热电关系方程式的程序指令。

39.如权利要求38所述的计算机程序产品，其特征在于该第5程序指令包括：

以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数的程序指令。

40.如权利要求39所述的计算机程序产品，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该计算机程序产品还包括：

第6程序指令，将该热电模块的席贝克系数除以2M，以得到每一该热电引脚的平均席贝克系数。

41.如权利要求38所述的计算机程序产品，其特征在于该第5程序指令包括：

以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值的程序指令，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴。

42.如权利要求41所述的计算机程序产品，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，其中M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该计算机程序产品还包括：

第7程序指令，将该热电模块的该内电阻值乘以A，除以h，再除以2M，以得到每一该热电引脚的电阻率，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

43.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于，还包括：

第8程序指令，在该第一时间之后的第二时间内，测量该冷端的该冷端温度或该热端的该热端温度；以及

第9程序指令，根据该至少一第一参数值且根据该第二时间内的该冷端温度或该热端温度来估计出第二参数值。

44.如权利要求43所述的计算机程序产品，其特征在于该第二时间内所测量的该热端温度与对应的该冷端温度的该差值、该冷端温度及该热端温度分别为ΔT、T_c及T_h，且该电流为I，该第4程序指令包括根据这些第一时间点所测得的这些端电压与这些端电压对应的这些差值作线性回归，以得到热电关系方程式的程序指令，且该第5程序指令包括：

以该热电关系方程式所代表的直线的斜率作为该热电模块的席贝克系数S的程序指令；以及

以该热电关系方程式与坐标轴的截距除以该电流的大小后所得到的值作为该热电模块的内电阻值R的程序指令，其中该坐标轴为该热电关系方程式中该热端温度与该冷端温度的该差值为零的轴；且

该第9程序指令包括根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的热导值的程序指令。

45.如权利要求44所述的计算机程序产品，其特征在于该冷端上设置有热绝缘体，且该热端上设置有控温元件，该第1程序指令包括命令该控温元件调控该热端的温度的指令，且根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的热导值的程序指令包括计算(SIT_c-I²R/2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值的程序指令。

46.如权利要求44所述的计算机程序产品，其特征在于该冷端上设置有控温元件，且该热端上设置有热绝缘体，该第1程序指令包括命令该控温元件调控该冷端的温度的指令，且根据S、I、T_c、R及ΔT或根据S、I、T_h、R及ΔT来估计该热电模块的热导值的程序指令包括计算(SIT_h+I²R/2)／ΔT的结果，以得到该热电模块的该热导值的程序指令。

47.如权利要求44所述的计算机程序产品，其特征在于该热电模块包括第一基板、第二基板及M对彼此电性连接的热电引脚，M为正整数，每一对该热电引脚连接该第一基板与该第二基板，该计算机程序产品还包括：

第10程序指令，将该热电模块的该热导值乘以h，除以A，再除以2M，以得到每一该热电引脚的热传导系数的程序指令，其中A为单一个该热电引脚在垂直于该电流方向上的截面积，且h为该热电引脚在平行于该电流方向上的高度。

48.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于该冷端上设置有热绝缘体，且该热端上设置有控温元件，且该第1程序指令包括命令该控温元件调控该热端的温度的指令。

49.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于该冷端上设置有控温元件，且该热端上设置有热绝缘体，且该第1程序指令包括命令该控温元件调控该冷端的温度的指令。

50.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于该热端与该冷端上各设置有热绝缘体，且该第1程序指令包括提供稳定的环境温度至该热电模块的指令。

51.如权利要求50所述的计算机程序产品，其特征在于该热电模块及这些热绝缘体置于恒温箱中，且提供该稳定的环境温度至该热电模块的指令包括控制该恒温箱，以使该恒温箱提供该稳定的环境温度至该热电模块的指令。

52.如权利要求37所述的计算机程序产品，其特征在于该电流为固定电流。

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