CN104090193B - 一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置及其应用，包括客户端计算机、服务器和远程测量装置，所述客户端计算机和远程测量装置通过Internet网络与服务器连接，通过利用远程测量装置在实验现场进行热电材料Seebeck系数和电阻的测量，然后将测量数据基于TCP/IP技术传输给服务器，客户端计算机通过获取服务器上的测量数据对实验结果进行分析，同时本发明通过计算机软件能够及时了解到实验设备的使用情况和空闲情况，避免了现场实验者出现等待的情况，提高了实验效率，避免造成人员和设备的浪费。

Description

一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置及其应用，属于电学测试测量设备技术领域。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。塞贝克(Seebeck)效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象，塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。

Seebeck系数是衡量热电材料的重要参数，其在发电、制冷等能源应用方面有着广泛的应用，并且一直是各种新型材料和复杂的物理体系研究中的重点，热电材料Seebeck系数和电阻的测量成了常见的物理学和材料学中的研究手段。目前，对热电材料进行Seebeck系数和电阻的测试测量设备，使用的都是稳态法在实验室现场测量。此方法测试时间长，温度控制的范围小，在实验仪器有限的情况下受实验时间和各种条件的限制，不利于充分利用实验仪器。随着互联网的发展，利用计算机软件远程控制实验设备进行实验操作的场景也越来越广泛，但利用互联网远程测量热电材料Seebeck系数和电阻还不多见，目前国内外所开发的远程数据采集和仪器控制系统中，存在如下缺点：(1)上位机软件采用VB、VC等进行编程，数据处理能力较弱、实验或控制界面专业度不高；(2)大多数不含有身份认证与实验记录功能，不利于广泛的推广和使用。

发明内容

术语解释：

数字多用表，亦叫综合电量表，具有多种功能，能一次测量三相的各相电压、电流，以及有功功率、无功功率、频率和电能等参数。

热接触是指，一个处于任意平衡状态的系统，在没有宏观功的条件下，靠系统与外界直接相互作用以改变系统状态的方式。

二级CS网络，即客户机/服务器网(Client/Server)，在客户机/服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。

NVR：NVR是(Network Video Recorder即网络硬盘录像机)的缩写，NVR最主要的功能是通过网络接收IPC(网络摄像机)设备传输的数字视频码流，并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。

针对现有技术的不足，本发明提供一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置。

本发明还提供一种利用上述测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法。

本发明的技术方案如下：

一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置，包括客户端计算机、服务器和远程测量装置，所述远程测量装置包括远程测控仪、真空室、设置于真空室内的第一实验台和第二实验台、第一温度控制仪、第二温度控制仪、第三温度控制仪、第一测温仪、第二测温仪、第三测温仪、高压源表和数字多用表，所述第一实验台和第二实验台分别支撑于待测材料的两端，所述第一测温仪和第一温度控制仪分别与第一实验台热接触，所述第二测温仪和第二温度控制仪分别与第二实验台热接触，所述第三测温仪和第三温度控制仪分别与真空室热接触，所述高压源表的输入端与待测材料的两端分别连接，所述高压源表为待测材料提供输入电流，所述数字多用表的输入端与待测材料的两端分别连接，所述数字多用表的输入信号为待测材料两端的电势差信号，所述高压源表和数字多用表分别与远程测控仪相连，所述远程测控仪通过局域网与服务器相连，所述服务器通过Internet与客户端计算机相连。

根据本发明，优选的，所述远程测控仪具有仪器控制接口NI PCI-GPIB板卡和音视频采集接口。此设计的好处在于，该远程测控仪所采集的视频格式为H.264视频格式，同时该远程测控仪具有将仪器数据与H.264格式的视频融合的功能，将数据叠加于视频之上进行传输。

根据本发明，优选的，所述客户端计算机为安装有LabVIEW软件的计算机。

根据本发明，优选的，所述第一实验台和第二实验台均设置为圆柱形的铜柱。

根据本发明，优选的，所述第一温度控制仪、第二温度控制仪和第三温度控制仪分别通过与CONTEC DA12-4 PCI非隔离多通道模拟量输出接口板相连后进行温度控制。

根据本发明，优选的，所述第一测温仪、第二测温仪和第三测温仪均设置为CERNOX电阻温度计。

根据本发明，优选的，所述高压源表为型号是KEITHLEY 2410的高压源表。

根据本发明，优选的，所述数字多用表为型号是KEITHLEY 2002型高性能八位半数字多用表。

一种利用上述测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，步骤如下，

(1)将客户端计算机和服务器通过Internet网络连接，服务器与远程测控仪及测量仪器通过局域网连接，组成一个二级CS网络；

(2)将待测材料的两端分别放置在真空室内第一实验台和第二实验台上，待测材料的两端分别连接高压源表和数字多用表，第一实验台分别连接第一温度控制仪和第一测温仪，第二实验台分别连接第二温度控制仪和第二测温仪，真空室分别连接第三温度控制仪和第三测温仪，高压源表、数字多用表、第一温度控制仪、第二温度控制仪、第三温度控制仪、第一测温仪、第二测温仪、第三测温仪和音视频接口接入远程测控仪；

(3)使用真空泵对真空室进行抽真空，使真空室里的真空度维持在10^-2Pa以下；

(4)启动热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置，用户通过客户端计算机的客户端程序登录服务器，服务器验证用户名和密码，验证通过后显示当前各个仪器的使用状态并对登录的客户端计算机排序，同时分配仪器资源操作权限；

(5)用户通过客户端计算机选择仪器进行实验，客户端计算机通过Internet向服务器发送对热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置的控制指令，服务器接收指令并转发给远程测控仪，远程测控仪根据指令驱动仪器工作，远程测控仪采集实验现场音视频信息并传给客户端计算机；

(6)远程测控仪将实验数据与视频融合，并保存在本地NVR中；

(7)远程测量装置接收用户命令之后按照用户设定的曲线，通过CONTEC DA12-4控制实验台的温度，同时插在远程测控仪PCI插槽中的NI PCI-GPIB板卡采集高压源表和数字多用表的数据信息，远程测控仪将获取的数据信息通过局域网发送给服务器，服务器再将数据信息通过Internet传输给客户端计算机，客户端计算机利用LabVIEW软件分析处理采集的数据，得出待测材料的电阻以及Seebeck系数；

(8)用户实验完成后，通过客户端计算机的客户端程序退出服务器，下一用户登录服务器进行实验。

本发明的有益效果在于：

1.本发明热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置利用TCP/IP技术，可以使实验者在任何一个能够连接到因特网的地方登录相关的实验设备，获取实验现场的视频、音频，操作实验设备，获取数据，避免了现场实验的弊端，提供了热电材料Seebeck系数和电阻测量的多种途径。

2.本发明热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置利用服务器和计算机软件能够实现对实验资源的合理利用，能够及时合理安排实验者进行使用实验设备，通过计算机软件能够及时了解到实验设备的使用情况和空闲情况，避免了现场实验者出现等待的情况，提高了实验效率，避免造成人员和设备的浪费。

3.本发明热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置安装使用方便，易于实现，可操作形强，具有身份认证和实验数据记录等多种功能，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明中远程测量装置的连接关系示意图；

图2为本发明热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置的连接关系示意图。

其中：1为真空室；2为低温腔；3为第一实验台；4为第二实验台；5为高压源表；6为数字多用表；7为第一测温仪；8为第二测温仪；9为第三测温仪；10为第一温度控制仪；11为第二温度控制仪；12为第三温度控制仪；13为待测材料；14为外屏。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，一种热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置，包括安装有LabVIEW软件的客户端计算机、服务器和远程测量装置，所述远程测量装置包括远程测控仪、真空室1、设置于真空室内的第一实验台3和第二实验台4、第一温度控制仪10、第二温度控制仪11、第三温度控制仪12、第一测温仪7、第二测温仪8、第三测温仪9、型号为KEITHLEY 2410的高压源表5和型号为KEITHLEY 2002型高性能八位半数字多用表6，其中，所述第一测温仪7、第二测温仪8和第三测温仪9均选用CERNOX电阻温度计，真空室1外设置有一低温腔2；

所述第一实验台3和第二实验台4均选用圆柱形的铜柱，第一实验台3和第二实验台4分别支撑于待测材料13的两端，所述第一测温仪7和第一温度控制仪10分别与第一实验台3热接触，所述第二测温仪8和第二温度控制仪11分别与第二实验台4热接触，所述第三测温仪9和第三温度控制仪12分别与真空室的外屏14热接触，所述高压源表5的输入端与待测材料13的两端分别连接，所述高压源表5为待测材料13提供输入电流，所述数字多用表6的输入端与待测材料13的两端分别连接，所述数字多用表6的输入信号为待测材料13两端的电势差信号，所述远程测控仪的PCI插槽内设置有NI PCI-GPIB板卡，高压源表5和数字多用表6通过与远程测控仪上的NI PCI-GPIB板卡相连，实现与远程测控仪的数据传输，将客户端计算机和服务器通过Internet网络连接，服务器与远程测控仪及测量仪器通过局域网连接，组成一个二级CS网络。

其中，所述第一温度控制仪、第二温度控制仪和第三温度控制仪分别通过与CONTECDA12-4 PCI非隔离多通道模拟量输出接口板相连后进行对第一实验台、第二实验台和真空室的温度控制。

使用过程中，高压源表和数字多用表以及第一温度控制仪、第二温度控制仪和第三温度控制仪通过相应的接口板卡与远程测控仪相连，远程测控仪通过局域网连接到互联网中的服务器，客户端的计算机通过TCP/IP协议连接到同一服务器，通过客户端计算机里相应的软件实现对远程测量装置的操控。

实施例2：

如图1和图2所示，一种利用实施例1所述的测量装置远程测量碲化铋及其合金热电材料Seebeck系数和电阻的方法，步骤如下，

(1)将客户端计算机和服务器通过Internet网络连接，服务器与远程测控仪及测量仪器通过局域网连接，组成一个二级CS网络；

(2)将待测材料13的两端分别放置在真空室内第一实验台3和第二实验台4上，待测材料13的两端分别连接高压源表5和数字多用表6，第一实验台3分别连接第一温度控制仪10和第一测温仪7，第二实验台4分别连接第二温度控制仪11和第二测温仪8，真空室1分别连接第三温度控制仪12和第三测温仪9，高压源表5、数字多用表6、第一温度控制仪10、第二温度控制仪11、第三温度控制仪12、第一测温仪7、第二测温仪8、第三测温仪9和音视频接口接入远程测控仪；

(3)使用真空泵对真空室1进行抽真空，使真空室1里的真空度维持在10^-2Pa以下；

(4)启动热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置，用户通过客户端计算机的客户端程序登录服务器，服务器验证用户名和密码，验证通过后会显示当前各个仪器的使用状态并对登录的客户端计算机排序，同时分配仪器资源操作权限；

(5)用户通过客户端计算机选择仪器进行实验，客户端计算机通过Internet向服务器发送对热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置的控制指令，服务器接收指令并转发给远程测控仪，远程测控仪根据指令驱动仪器工作，远程测控仪采集实验现场音视频信息并传给客户端计算机；

(6)远程测控仪将实验数据与视频融合，并保存在本地NVR中；

(7)远程测量装置接收用户命令之后按照用户设定的曲线，通过CONTEC DA12-4控制实验台的温度，同时插在远程测控仪PCI插槽中的NI PCI-GPIB板卡采集高压源表和数字多用表的数据信息，远程测控仪将获取的数据信息通过局域网发送给服务器，服务器再将数据信息通过Internet传输给客户端计算机，客户端计算机利用LabVIEW软件分析处理采集的数据，得出待测材料的电阻以及Seebeck系数；

(8)用户实验完成后，通过客户端计算机的客户端程序退出服务器，下一用户登录服务器进行实验。

Claims (8)

1.一种测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，所述测量装置包括客户端计算机、服务器和远程测量装置，所述远程测量装置包括远程测控仪、真空室、设置于真空室内的第一实验台和第二实验台、第一温度控制仪、第二温度控制仪、第三温度控制仪、第一测温仪、第二测温仪、第三测温仪、高压源表和数字多用表，所述第一实验台和第二实验台分别支撑于待测材料的两端，所述第一测温仪和第一温度控制仪分别与第一实验台热接触，所述第二测温仪和第二温度控制仪分别与第二实验台热接触，所述第三测温仪和第三温度控制仪分别与真空室热接触，所述高压源表的输出端与待测材料的两端分别连接，所述高压源表为待测材料提供输入电流，所述数字多用表的输入端与待测材料的两端分别连接，所述数字多用表的输入信号为待测材料两端的电势差信号，所述高压源表和数字多用表分别与远程测控仪相连，所述远程测控仪通过局域网与服务器相连，所述服务器通过Internet与客户端计算机相连，其特征在于，步骤如下，

（1）将客户端计算机和服务器通过Internet网络连接，服务器与远程测控仪及测量仪器通过局域网连接，组成一个二级CS网络；

（2）将待测材料的两端分别放置在真空室内第一实验台和第二实验台上，待测材料的两端分别连接高压源表和数字多用表，第一实验台分别连接第一温度控制仪和第一测温仪，第二实验台分别连接第二温度控制仪和第二测温仪，真空室分别连接第三温度控制仪和第三测温仪，高压源表、数字多用表、第一温度控制仪、第二温度控制仪、第三温度控制仪、第一测温仪、第二测温仪、第三测温仪和音视频接口接入远程测控仪；

（3）使用真空泵对真空室进行抽真空，使真空室里的真空度维持在10-2Pa以下；

（4）启动热电材料Seebeck系数和电阻的远程测量装置，用户通过客户端计算机的客户端程序登录服务器，服务器验证用户名和密码，验证通过后显示当前各个仪器的使用状态并对登录的客户端计算机排序，同时分配仪器资源操作权限；

（5）用户通过客户端计算机选择仪器进行实验，客户端计算机通过Internet向服务器发送对热电材料Seebeck系数和电阻远程测量装置的控制指令，服务器接收指令并转发给远程测控仪，远程测控仪根据指令驱动仪器工作，远程测控仪采集实验现场音视频信息并传给客户端计算机；

（6）远程测控仪将实验数据与视频融合，并保存在本地NVR中；

（7）远程测量装置接收用户命令之后按照用户设定的曲线，通过CONTEC DA12-4控制实验台的温度，同时插在远程测控仪PCI插槽中的NI PCI-GPIB板卡采集高压源表和数字多用表的数据信息，远程测控仪将获取的数据信息通过局域网发送给服务器，服务器再将数据信息通过Internet传输给客户端计算机，客户端计算机利用LabVIEW软件分析处理采集的数据，得出待测材料的电阻以及Seebeck系数；

（8）用户实验完成后，通过客户端计算机的客户端程序退出服务器，下一用户登录服务器进行实验。

2.如权利要求1所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述远程测控仪具有仪器控制接口NI PCI-GPIB板卡和音视频采集接口。

3.如权利要求1或2所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述客户端计算机为安装有LabVIEW软件的计算机。

4.如权利要求1或2所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述第一实验台和第二实验台均设置为圆柱形的铜柱。

5.如权利要求1所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述第一温度控制仪、第二温度控制仪和第三温度控制仪分别通过与CONTEC DA12-4PCI非隔离多通道模拟量输出接口板相连后进行温度控制。

6.如权利要求1所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述第一测温仪、第二测温仪和第三测温仪均设置为CERNOX电阻温度计。

7.如权利要求1所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述高压源表为型号是KEITHLEY 2410的高压源表。

8.如权利要求1所述的测量装置远程测量热电材料Seebeck系数和电阻的方法，其特征在于，所述数字多用表为型号是KEITHLEY 2002型高性能八位半数字多用表。