CN105301363A - 薄膜温差电材料电导率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜温差电材料电导率测试装置，包括垂直固装于底盘上的支架，支架上有上下移动的升降旋钮，其特点是：所述升降旋钮上固装带有四个探针的绝缘测试探头；所述四个探针分别经导线与电压表、电流表、标准电阻通过直流电源在被测的薄膜温差电材料上形成测试电路；通过以下公式得出电导率：<maths num="0001"></maths><maths num="0002"></maths>本发明采用四线法进行薄膜温差电材料上四个点的电流、电压数据采集，得到薄膜温差电材料不同方向、不同位置的4个电导率数值，通过欧姆定律公式计算，得到薄膜温差电材料电导率的最终数据结果，有效提高了薄膜温差电材料电阻率的测试准精度，保证了薄膜温差电池具有很好的热电转换效果。

Description

薄膜温差电材料电导率测试装置

技术领域

本发明属于温差电材料测试技术领域，特别是涉及一种薄膜温差电材料电导率测试装置。

背景技术

温差电池是利用温差电材料的塞贝克效应将热能直接转换成电能的静态能量转换装置。由于其具有结构紧凑、可靠性高、抗恶劣环境能力强，且不需维护、也不受环境影响等特点，在空间、地面、海洋及医学等领域都得到了广泛的应用，更是月球和深太空探测的首选电源。

温差电材料是温差电池实现热电转换的核心部分，其性能优劣直接决定着温差电池的各项性能指标。电导率是温差电材料的重要性能参数之一，这个参数将直接影响到温差电池电阻性能；公知技术中常用的温差电材料为三维块体状，测试三维块体温差电材料电导率的技术已经很成熟，测试的准确度也很高。

随着薄膜温差电池技术的发展，温差电池材料的选择发生了很大的变化。目前，仍然采用测试三维块体温差电材料电导率的技术测试薄膜温差电池材料的电导率，导致薄膜温差电池材料的电导率误差很大，降低了薄膜温差电池材料的电导率的准确度，最终影响到薄膜温差电池热电转换的效果。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电导率测试准确度高，保证制成的薄膜温差电池热电转换效果好的薄膜温差电材料电导率测试装置。

本发明包括如下技术方案：

薄膜温差电材料电导率测试装置，包括底盘，垂直固装于底盘上的支架，支架上置有垂直于底盘平面方向移动的升降旋钮，其特点是：所述升降旋钮上固装带有四个探针的绝缘材料测试探头；所述四个探针的上端分别连接导线一端，其中相邻两根导线另一端分别连接在电压数据采集器两端，另外两根导线中的一根导线另一端通过标准电阻、另一根导线另一端通过直流电源连接在电流数据采集器两端，四个探针下端均触到被测的薄膜温差电材料时，形成测试电路；通过以下公式：

$\mathrm{\&sigma;}=\frac{1}{\mathrm{\&rho;}}$

$\mathrm{\&rho;}=\frac{2\mathrm{\&pi;V}}{I}(\frac{1}{L_{12}}-\frac{1}{L_{42}}-\frac{1}{L_{13}}+\frac{1}{L_{43}})$

得出电导率；公式中σ为电导率；ρ为电阻率；π为圆周率常数，V为电压数据采集器得到的电压值；I为电流数据采集器得到的电流值；L₁₂和L₄₃均为相邻两探针的中心距；L₄₂和L₁₃均为相对应两探针的中心距。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述电压数据采集器为电压表，所述电流数据采集器为电流表；所述四个探针触到被测的薄膜温差电材料时为薄膜温差电材料上正方形的四个点，构成所述四个点的四个沿正方形顺时针方向分别称为1号探针、2号探针、3号探针和4号探针；所述1号探针连接的导线为1号探针电流测试导线、2号探针连接的导线为2号探针电压测试导线、3号探针连接的导线为3号探针电压测试导线、4号探针连接的导线为4号探针电流测试导线；所述相邻两探针的中心距分别为1号探针与2号探针的中心距即公式中的L₁₂和3号探针与4号探针的中心距即公式中的L₄₃，所述相对应两探针的中心距分别为1号探针与3号探针的中心距即公式中的L₁₃和2号探针与4号探针的中心距即公式中的L₄₂。

所述四个探针下端头均为圆面的紫铜棒，镶嵌在聚乙烯材质的测试探头中，测试探头通过螺钉固定在升降旋钮的下部分，升降旋钮与支架为螺纹配合连接。

所述导线为银丝。

所述支架为“7”形不锈钢材质。

所述升降旋钮为不锈钢材质。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明采用四线法进行薄膜温差电材料上四个点的电流、电压数据采集，得到薄膜温差电材料不同方向、不同位置的4个电导率数值，通过欧姆定律公式计算，得到薄膜温差电材料电导率的最终数据结果，有效提高了薄膜温差电材料电阻率的测试准精度，保证了薄膜温差电池具有很好的热电转换效果。

2、本发明采用了镶嵌四个探针的聚乙烯作为测试探头，通过升降旋钮与支架的螺纹配合连接，不仅使四个探针与薄膜温差电材料接触时具有弹性，而且探针可根据薄膜温差电材料的高度自由升降，保证了探针与薄膜材料的良好接触，确保测试数据的准确性。

3、本发明采用下端为圆面端头的探针，有效避免了探针对薄膜材料表面造成破环而影响测试数据的准确性。

附图说明

图1是本发明薄膜温差电材料电导率测试装置主视示意图；

图2是图1的右视示意图；

图3是图1中测试用探针俯视放大的外接电路示意图。

图中：1-升降旋钮，2-支架，3.1-1号探针电流测试导线，3.4-4号探针电流测试导线，4.2-2号探针电压测试导线，4.3-3号探针电压测试导线，5.1-1号探针，5.2-2号探针，5.3-3号探针，5.4-4号探针，6-测试探头，7-底盘，8-直流电源，L₁₂-1号探针与2号探针的中心距，L₁₃-1号探针与3号探针的中心距，L₄₂-2号探针与4号探针的中心距，L₄₃-3号探针与4号探针的中心距，9-电压表，10-标准电阻，11-电流表，12-薄膜温差电材料。

具体实施方式

为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下。

实施例：

Φ140mm×8mm的铝板作为放置被测的薄膜温差电材料12用的底盘7，底盘面上具有两个螺孔；形状为“7”形的不锈钢支架2的垂直部位通过螺钉固定在底盘上，支架的水平部位有一螺纹孔；靠近上端为螺纹轴、下端为光轴的不锈钢螺钉作为升降旋钮1，升降旋钮的螺纹轴旋于支架的螺纹孔中，保证升降旋钮在支架上沿垂直于底盘平面方向自由上下移动；升降旋钮的下端部分光轴固装一个聚乙烯材质测试探头6；如3所示，俯视方向围成正方形的四根直径为0.5mm、下端为圆面端头的紫铜测试用探针垂直镶嵌在测试探头中，四个探针分别称为1号探针5.1、2号探针5.2、3号探针5.3和4号探针5.4；如2-3所示，所述1号探针的上端连接的银导线为1号探针电流测试导线3.1、2号探针的上端连接的银导线为2号探针电压测试导线4.2、3号探针的上端连接的银导线为3号探针电压测试导线4.3、4号探针的上端连接的银导线为4号探针电流测试导线3.4；相邻探针之间的距离为1cm；四个探针触到被测的薄膜温差电材料时为薄膜温差电材料上正方形的四个点，构成所述四个点的四个沿正方形顺时针方向相邻两探针的中心距分别为1号探针与2号探针的中心距L₁₂和3号探针与4号探针的中心距L₄₃，所述相对应两探针的中心距分别为1号探针与3号探针的中心距L₁₃和2号探针与4号探针的中心距L₄₂。

选用电压表11作为电压数据采集器，电流表9作为电流数据采集器；所述2号探针电压测试导线和3号探针电压测试导线分别连接在电压表两端，所述1号探针电流测试导线通过标准电阻10连接在电流表一端，所述4号探针电流测试导线通过直流电源8连接在电流表另一端。

薄膜N型BiTe基材料作为被测的薄膜温差电材料置于测试装置的底盘上，与测试探头6垂直相对；调节升降旋钮，使测试探针与薄膜温差电材料表面紧密贴合，形成测试电路。通过以下公式对薄膜N型BiTe基材料进行非取向方向电导率的测试：

$\mathrm{\&sigma;}=\frac{1}{\mathrm{\&rho;}}$

$\mathrm{\&rho;}=\frac{2\mathrm{\&pi;V}}{I}(\frac{1}{L_{12}}-\frac{1}{L_{42}}-\frac{1}{L_{13}}+\frac{1}{L_{43}})$

公式中σ为电导率；ρ为电阻率；π为圆周率常数，V为电压数据采集器得到的电压值；I为电流数据采集器得到的电流值；L₁₂和L₄₃均为相邻两探针的中心距；L₄₂和L₁₃均为相对应两探针的中心距。

采用成熟温差电材料电导率测试的方法，测试薄膜N型BiTe基材料使用的溅射合金靶的室温电导率和采用本发明薄膜N型BiTe基材料测试的电导率数据结果基本吻合，证明了该装置的可靠性。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.薄膜温差电材料电导率测试装置，包括底盘，垂直固装于底盘上的支架，支架上置有垂直于底盘平面方向移动的升降旋钮，其特征在于：所述升降旋钮上固装带有四个探针的绝缘材料测试探头；所述四个探针的上端分别连接导线一端，其中相邻两根导线另一端分别连接在电压数据采集器两端，另外两根导线中的一根导线另一端通过标准电阻、另一根导线另一端通过直流电源连接在电流数据采集器两端，四个探针下端均触到被测的薄膜温差电材料时，形成测试电路；通过以下公式：

$\mathrm{\&sigma;}=\frac{1}{\mathrm{\&rho;}}$

$\mathrm{\&rho;}=\frac{2\mathrm{\&pi;V}}{I}(\frac{1}{L_{12}}-\frac{1}{L_{42}}-\frac{1}{L_{13}}+\frac{1}{L_{43}})$

得出电导率；公式中σ为电导率；ρ为电阻率；π为圆周率常数，V为电压数据采集器得到的电压值；I为电流数据采集器得到的电流值；L₁₂和L₄₃均为相邻两探针的中心距；L₄₂和L₁₃均为相对应两探针的中心距。

2.根据权利要求1所述薄膜温差电材料电导率测试装置，其特征在于：所述电压数据采集器为电压表，所述电流数据采集器为电流表；所述四个探针触到被测的薄膜温差电材料时为薄膜温差电材料上正方形的四个点，构成所述四个点的四个沿正方形顺时针方向分别称为1号探针、2号探针、3号探针和4号探针；所述1号探针连接的导线为1号探针电流测试导线、2号探针连接的导线为2号探针电压测试导线、3号探针连接的导线为3号探针电压测试导线、4号探针连接的导线为4号探针电流测试导线；所述相邻两探针的中心距分别为1号探针与2号探针的中心距即公式中的L₁₂和3号探针与4号探针的中心距即公式中的L₄₃，所述相对应两探针的中心距分别为1号探针与3号探针的中心距即公式中的L₁₃和2号探针与4号探针的中心距即公式中的L₄₂。

3.根据权利要求1所述薄膜温差电材料电导率测试装置，其特征在于：所述四个探针下端头均为圆面的紫铜棒，镶嵌在聚乙烯材质的测试探头中，测试探头通过螺钉固定在升降旋钮的下部分，升降旋钮与支架为螺纹配合连接。

4.根据权利要求1所述薄膜温差电材料电导率测试装置，其特征在于：所述导线为银丝。

5.根据权利要求1所述薄膜温差电材料电导率测试装置，其特征在于：所述支架为“7”形不锈钢材质。

6.根据权利要求1所述薄膜温差电材料电导率测试装置，其特征在于：所述升降旋钮为不锈钢材质。