CN112034002B - 一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法 - Google Patents

一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法，该装置包括：加热炉，所述加热炉为气密封炉体；样品台，所述样品台包括冷端样品台和热端样品台，热电样品的一端固定于所述冷端样品台，所述热电样品的另一端固定于所述热端样品台；加热器，所述加热器安装于所述热端样品台；热电偶裸丝，所述热电偶裸丝包括第一热电偶裸丝和第二热电偶裸丝，所述第一热电偶裸丝套设于第一陶瓷管中，且所述第一热电偶裸丝的探头外露于所述第一陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面；所述第二热电偶裸丝套设于第二陶瓷管中，且所述第二热电偶裸丝的探头外露于所述第二陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面。其解决了塞贝克系数测量准确性较差的技术问题。

Description

一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法
技术领域
本发明涉及热电系数测量方法技术领域，具体涉及一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
热电材料又名温差电材料，是一类可以将热能和电能直接相互转化的新型能源材料。相比传统的热电转换装置和方法，热电材料和器件具有结构简单、质量轻、体积小、无运动部件、安全、清洁环保等优点。热电材料的温差发电和制冷特性已广泛应用于通信、微电子技术、航空航天、民用产品等领域。
在温度梯度△T下，热电材料内部载流子发生定向移动，形成电动势V(或称塞贝克电动势)，此效应称为塞贝克效应。电动势V与温差△T的比值定义为热电材料的塞贝克(Seebeck)系数，如公式(1)。
式中，V表示两结点间的电动势，△T表示两结点的温差，△T＝T2-T1，T1为冷端温度，T2为热端温度，S即为塞贝克系数。
塞贝克系数是评价热电材料性能的关键参数。由于不同实验室测量仪器和测试方法的差异，热电材料塞贝克系数的测量结果相差较大，缺少统一性和规范性。国际能源署(IEA)组织多家实验室进行同种热电块体材料塞贝克系数的测试，使用同一批均匀性、稳定性较好的标准块体样品，结果显示塞贝克系数相差20％。因此，塞贝克系数的测量准确性对热电材料和器件的性能评价十分关键。
热电材料塞贝克系数的测量原理是在密闭加热炉腔内，将待测样品置于恒定的温度场下，样品一端(冷端)温度为T1，对另一端(热端)进行加热，温度为T2，在样品平均温度T0的基础上施加了一个小的温度梯度△T＝T2-T1(T0＝(T1+T2)/2，其中T1＝T0-△T/2且T2＝T0+△T/2)，其两端的塞贝克电动势V与温差△T数据可通过计算机连续获取，得到V-△T线性关系，拟合直线斜率即为样品的塞贝克系数。
目前，测量热电材料塞贝克系数的常用装置和方法为：将热电样品101固定于样品台，置于恒定温场中，两组热电偶105与样品直接接触；样品台包括冷端样品台102和热端样品台103，加热器104分别控制样品冷端和热端温度，产生温差△T，热电偶通过测量数组温差△T和塞贝克电动势V，经线性拟合斜率计算样品的塞贝克系数，如图1所示。
但是，现有技术中的装置和方法的测量影响因素较多，主要包括以下几点：
热电偶与样品的接触：目前，常用的方法是将热电偶裸丝探头通过导电银浆焊接于样品表面，焊点经真空干燥后进行测量。但是，热电偶探头与样品无接触压力易导致非稳定接触，接触点的物理化学状态，如焊接点微气孔和微裂纹、焊接点化学反应等，均会对测量结果准确性造成影响；
测量环境，如真空、充填惰性气体等：温场稳定性对测量结果准确性有影响；
热电偶与样品的“接触几何学”：热电偶的类型和尺寸、焊接点的形状大小、“冷指效应”等，均会对测量结果准确性造成影响；
数据采集：测量热电材料塞贝克系数，需要同步收集冷端温度、热端温度和塞贝克电动势三路信号，若信号收集不同步将对测量结果准确性造成影响。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法，以解决现有技术中热电材料塞贝克系数测量结果准确性较差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种热电材料塞贝克系数的测量装置，包括：
加热炉，所述加热炉为气密封炉体；
样品台，所述样品台包括冷端样品台和热端样品台，热电样品的一端固定于所述冷端样品台，所述热电样品的另一端固定于所述热端样品台；
加热器，所述加热器安装于所述热端样品台；
热电偶裸丝，所述热电偶裸丝包括第一热电偶裸丝和第二热电偶裸丝，所述第一热电偶裸丝套设于第一陶瓷管中，且所述第一热电偶裸丝的探头外露于所述第一陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面；所述第二热电偶裸丝套设于第二陶瓷管中，且所述第二热电偶裸丝的探头外露于所述第二陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面。
进一步地，还包括定位器，所述定位器与所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管相连接，所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管经所述定位器前移，以便所述第一热电偶裸丝的探头和所述第二热电偶裸丝的探头压紧于所述热电样品表面。
进一步地，所述热电偶裸丝为镍铬-镍铝热电偶裸丝，所述热电偶裸丝的直径为0.127mm。
进一步地，所述第一热电偶裸丝的探头和所述第二热电偶裸丝的探头采用导电银浆焊接于所述热电样品表面，焊点为直径为2mm的圆形。
进一步地，所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管的直径均为1mm，且所述第一热电偶裸丝的探头相对于所述第一陶瓷管的外露长度、所述第二热电偶裸丝的探头相对于所述第二陶瓷管的外露长度均为1mm。
进一步地，加热炉的炉腔内充填有纯度≥99.99％的氦气，且所述加热炉内的气压为0.05MPa。
进一步地，还包括零度参考端和同步数据采集卡，所述同步数据采集卡同步收集所述热电样品的冷端温度、热端温度和塞贝克电动势三路信号。
本发明还提供一种热电材料塞贝克系数的测量方法，包括以下步骤：
S1：采用导电银浆焊接，将第一热电偶裸丝的探头和第二热电偶裸丝的探头压紧并焊接于热电样品的表面，且焊接形成的导电银浆焊点在100℃下真空干燥不少于2h；
S2：向炉腔内充填纯度≥99.99％的氦气，且控制炉内气压为0.05MPa；
S3：将热电样品加热至预设温度，待温场稳定，启动加热器，持续加热热电样品，两热电偶分别测量样品冷热端温度，热电偶正极(镍铬材料)测量塞贝克电动势；当热电样品的热端温度升高0.5℃时，同步数据采集卡连续、同步收集热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V；
S4：通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S。
进一步地，在步骤S4中，通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S，具体包括：
S41：选定温差△T的区间为1K～3K。
S42：利用公式T＝(T2S+T2E)/2计算平均温度，其中，T为平均温度，T2S为在上述温差区间内热电样品的热端起始温度，T2E为在上述温差区间内热电样品的热端结束温度；
S43：以温差△T为X坐标轴，以对应的塞贝克电动势V为Y坐标轴作图，对数据进行线性拟合，拟合直线y＝ax+b，斜率a即为塞贝克系数；
S44：利用公式S＝Srel+SNiCr绝对塞贝克系数S，其中，Srel为热电样品相对于热电偶的相对塞贝克系数，SNiCr为Srel加和平均温度T下镍铬材料的绝对塞贝克系数。
进一步地，在步骤S3中，所述温场稳定参数为，所述热电样品的冷端和热端温度变化率小于0.05℃/min，持续不小于10min。
在一种或多种实施例中，本发明所提供的热电材料塞贝克系数的测量装置和方法具有以下技术效果：
1、针对现有技术方案中热电偶与样品接触不稳定的问题，将热电偶套装于陶瓷管中，热电偶探头露于陶瓷管外，将热电偶探头压紧于样品表面固定，解决了热电偶与样品接触不稳定的问题，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度；
2、针对现有技术方案中热电偶与样品的“接触几何学”的问题，设计方案：将直径为0.127mm的镍铬-镍铝热电偶(K型)裸丝套装于陶瓷管双孔中，热电偶探头压紧于样品表面，采用导电银浆焊接，焊点近圆形，直径约2mm。陶瓷管直径1mm，探头露出长度1mm，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
3、针对现有技术方案中测量温场环境不稳定的问题，密闭加热炉腔内充填高纯氦气，氦气具有较大的热容和热导率，可保持温场稳定，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
4、针对现有技术方案中数据信号采集不同步的问题，采用同步数据采集卡同步收集数据信号，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为现有技术中塞贝克系数测量装置的结构示意图；
图2为本发明所提供的塞贝克系数测量装置一种具体实施方式的结构示意图；
图3为塞贝克系数的线性拟合图；
图4为现有技术方案的验证结果线形图；
图5为本发明技术方案的验证结果线形图。
附图标记说明：
在图1中：
101-热电样品 102-冷端样品台 103-热端样品台 104-加热器 105-热电偶
在图2中：
1-热电样品 2-冷端样品台 3-热端样品台 4-加热器 5-加热炉 6-第一热电偶裸丝 7-第二热电偶裸丝 8-第一陶瓷管 9-第二陶瓷管 10-零度参考端 11-同步数据采集卡
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种热电材料塞贝克系数的测量装置和方法，通过在热电偶裸丝外套设陶瓷管，并将热电偶裸丝露出陶瓷管的一端压合在样品表面的形式，解决了热电偶与样品接触不稳定的问题；通过设置气密封炉体，并在炉体内充满高纯氦气，以便为测量提供稳定的温场环境；同时，利用同步数据采集卡同步收集所述热电样品的冷端温度、热端温度和塞贝克电动势三路信号，以保证数据信号采集的同步性，从而提高了塞贝克系数的测量准确性。
在一种具体实施方式中，如图2所示，本发明所提供的热电材料塞贝克系数的测量装置包括加热炉5、样品台、加热器4和热电偶裸丝；其中，所述加热炉5为气密封炉体，加热炉5是系数测量的主要场所，在系数测量过程中，需尽量保证加热炉5内的温场环境稳定。
上述样品台包括冷端样品台2和热端样品台3，热电样品1安装在冷端样品台2和热端样品台3之间，即热电样品1的一端固定于所述冷端样品台2，所述热电样品1的另一端固定于所述热端样品台3；在测量过程中，热电样品1利用样品台固定，以便在测量时保证热点样品固定不。所述加热器4安装于所述热端样品台3，在测量过程中，根据预定策略为样品放置在热端样品台3上的热端加热，加热的预定策略至少包括加热终点温度和加热速率等。
上述热电偶裸丝包括第一热电偶裸丝6和第二热电偶裸丝7，所述第一热电偶裸丝6套设于第一陶瓷管8中，且所述第一热电偶裸丝6的探头外露于所述第一陶瓷管8并压紧于所述热电样品1的表面；所述第二热电偶裸丝7套设于第二陶瓷管9中，且所述第二热电偶裸丝7的探头外露于所述第二陶瓷管9并压紧于所述热电样品1的表面。这样，针对现有技术方案中热电偶与样品接触不稳定的问题，将热电偶裸丝正负极分别套装于陶瓷管双孔中，热电偶探头露于陶瓷管外，陶瓷管与定位器连接，陶瓷管经定位器前移，将热电偶探头压紧于样品表面固定，从而保证了热电偶的探头与热电样品1的稳定连接，为系统准确测量提供了保障。
为了提高热电偶的探头与样品表面的定位性能，该测量装置还包括定位器，所述定位器与所述第一陶瓷管8和所述第二陶瓷管9相连接，所述第一陶瓷管8和所述第二陶瓷管9经所述定位器前移，以便所述第一热电偶裸丝6的探头和所述第二热电偶裸丝7的探头压紧于所述热电样品1表面。
具体地，所述热电偶裸丝为镍铬-镍铝热电偶裸丝，所述热电偶裸丝的直径为0.127mm，所述第一热电偶裸丝6的探头和所述第二热电偶裸丝7的探头采用导电银浆焊接于所述热电样品1表面，焊点为直径为2mm的圆形。这样，针对现有技术方案中热电偶与样品的“接触几何学”的问题，将直径为0.127mm的镍铬-镍铝热电偶(K型)裸丝套装于陶瓷管双孔中，热电偶探头压紧于样品表面，采用导电银浆焊接，焊点近圆形，直径约2mm，并且，所述第一陶瓷管8和所述第二陶瓷管9的直径均为1mm，且所述第一热电偶裸丝6的探头相对于所述第一陶瓷管8的外露长度、所述第二热电偶裸丝7的探头相对于所述第二陶瓷管9的外露长度均为1mm。从而使得热电偶与样品较好接触，提高测量准确性。
为了解决测量温场环境不稳定的问题，加热炉5的炉腔内充填有纯度≥99.99％的氦气，且所述加热炉5内的气压为0.05MPa，以便为系数测量提供稳定的温场环境，从而进一步保证测量准确性。
进一步地，该测量装置还包括零度参考端10和同步数据采集卡11，所述同步数据采集卡11同步收集所述热电样品1的冷端温度、热端温度和塞贝克电动势三路信号。如图2所示，零度参考端10和同步数据采集卡11设置在加热炉5之外，并通过导线分别与第一热电偶裸丝6和第二热电偶裸丝7相连接，且分别与正第二热电偶裸丝7连接的导线并联设置。
在工作过程中，热电样品1固定于冷端样品台2和热端样品台3之间，微型的加热器4置于热端样品台3，样品台和热电样品1均水平放置，并固定于密闭的加热炉5之内。将两对直径为0.127mm的镍铬-镍铝热电偶(K型)裸丝套设于陶瓷管的双孔内，为便于描述，设定热电偶裸丝包括第一热电偶裸丝6和第二热电偶裸丝7，且设定陶瓷管的双管分别为第一陶瓷管8和第二陶瓷管9，以便区分，这样，第一热电偶裸丝6套装于第一陶瓷管8内，第二热电偶裸丝7套装于第二陶瓷管9中。热电偶探头压紧于样品表面，采用导电银浆焊接，焊点近圆形，直径约2mm，陶瓷管直径1mm，探头露出长度1mm。之后，在加热炉5内，导电银浆焊点于100℃下真空干燥不少于2h；随后，炉腔内充填高纯氦气(纯度≥99.99％)，气压0.05MPa。两对热电偶分别测量样品冷端温度和热端温度，同时，热电偶的正极(镍铬)作电压探针测量塞贝克电动势，热电偶外接零度参考端10和同步数据采集卡11(如图2所示)。
以上前期准备工作完毕，可开始塞贝克系数的测量过程。将热电样品1加热至指定温度，待温场稳定(样品冷端和热端温度变化率小于0.05℃/min，持续不小于10min)，热端加热台内的加热器4启动，持续加热热电样品1，两热电偶分别测量样品冷热端温度，热电偶正极(镍铬材料)测量塞贝克电动势。当热电样品1的热端温度升高0.5℃时，同步数据采集卡11开始连续同步收集一系列样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V。
数据采集完毕后，通过数据处理和计算即可得到较为准确的塞贝克系数。具体地，对收集的一系列热电样品1冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，包括温差△T大小的选择，样品平均温度T的计算和绝对塞贝克系数S的计算。
(1)温差△T大小的选择：选定温差△T范围1K～3K；
(2)样品平均温度T的计算：
选定温差△T范围1K～3K，在该温差区间内样品热端起始温度记为T2S，结束温度记为T2E，平均温度T为以上2个温度的平均值，如公式(2)：
T＝(T2S+T2E)/2 (2)
(3)样品绝对塞贝克系数S的计算：以温差△T为X坐标轴，以对应的塞贝克电动势V为Y坐标轴作图(如图3所示)，对数据进行线性拟合，拟合直线y＝ax+b，斜率a即为塞贝克系数。
由于采用K型热电偶的正极(镍铬材料)收集塞贝克电动势，需考虑镍铬材料自身塞贝克系数，线性拟合的塞贝克系数实际为样品相对于热电偶的相对塞贝克系数Srel，Srel加和平均温度T下镍铬材料的绝对塞贝克系数SNiCr即为样品的绝对塞贝克系数S，如公式(3)：
S＝Srel+SNiCr (3)
有上述可知，在上述具体实施方式中，本发明所提供的热电材料塞贝克系数的测量装置具有以下技术效果：
针对现有技术方案中热电偶与样品接触不稳定的问题，将热电偶套装于陶瓷管中，热电偶探头露于陶瓷管外，将热电偶探头压紧于样品表面固定，解决了热电偶与样品接触不稳定的问题，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度；
针对现有技术方案中热电偶与样品的“接触几何学”的问题，设计方案：将直径为0.127mm的镍铬-镍铝热电偶(K型)裸丝套装于陶瓷管双孔中，热电偶探头压紧于样品表面，采用导电银浆焊接，焊点近圆形，直径约2mm。陶瓷管直径1mm，探头露出长度1mm，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
针对现有技术方案中测量温场环境不稳定的问题，密闭加热炉腔内充填高纯氦气，氦气具有较大的热容和热导率，可保持温场稳定，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
针对现有技术方案中数据信号采集不同步的问题，采用同步数据采集卡同步收集数据信号，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
除了上述测量装置，本发明还提供一种热电材料塞贝克系数的测量方法，在一种具体实施方式中，该方法包括以下步骤：
S1：采用导电银浆焊接，将第一热电偶裸丝的探头和第二热电偶裸丝的探头压紧并焊接于热电样品1的表面，且焊接形成的导电银浆焊点在100℃下干燥不少于2h；
S2：向炉腔内充填纯度≥99.99％的氦气，且控制炉内气压为0.05MPa；
S3：将热电样品1加热至预设温度，待温场稳定，启动加热器4，持续加热热电样品1，两热电偶分别测量样品冷热端温度，热电偶正极(镍铬材料)测量塞贝克电动势。当热电样品1的热端温度升高0.5℃时，同步数据采集卡连续、同步收集热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V；
S4：通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S。
进一步地，在步骤S4中，通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S，具体包括：
S41：选定温差△T的区间为1K～3K。
S42：利用公式T＝(T2S+T2E)/2计算平均温度，其中，T为平均温度，T2S为在上述温差区间内热电样品的热端起始温度，T2E为在上述温差区间内热电样品的热端结束温度；
S43：以温差△T为X坐标轴，以对应的塞贝克电动势V为Y坐标轴作图，对数据进行线性拟合，拟合直线y＝ax+b，斜率a即为塞贝克系数；
S44：利用公式S＝Srel+SNiCr绝对塞贝克系数S，其中，Srel为热电样品相对于热电偶的相对塞贝克系数，SNiCr为Srel加和平均温度T下镍铬材料的绝对塞贝克系数。
进一步地，在步骤S3中，所述温场稳定参数为，所述热电样品的冷端和热端温度变化率小于0.05℃/min，持续不小于10min。
在上述具体实施方式中，本发明所提供的热电材料塞贝克系数的测量方法具有以下技术效果：
针对现有技术方案中热电偶与样品接触不稳定的问题，将热电偶套装于陶瓷管中，热电偶探头露于陶瓷管外，将热电偶探头压紧于样品表面固定，解决了热电偶与样品接触不稳定的问题，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度；
针对现有技术方案中热电偶与样品的“接触几何学”的问题，设计方案：将直径为0.127mm的镍铬-镍铝热电偶(K型)裸丝套装于陶瓷管双孔中，热电偶探头压紧于样品表面，采用导电银浆焊接，焊点近圆形，直径约2mm。陶瓷管直径1mm，探头露出长度1mm，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
针对现有技术方案中测量温场环境不稳定的问题，密闭加热炉腔内充填高纯氦气，氦气具有较大的热容和热导率，可保持温场稳定，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
针对现有技术方案中数据信号采集不同步的问题，采用同步数据采集卡同步收集数据信号，从而提高了热电材料塞贝克系数的测量精度。
下面以上述具体实施方式为例，通过采用热电材料塞贝克系数标准物质验证，对比现有技术方案和本发明技术方案的塞贝克系数测量方法的准确性，两者的实验条件对比如表1，验证结果如图4和图5所示。
表1现有技术方案和本发明技术方案的塞贝克系数测量方法的实验条件
如图4和图5所示，三条圆点线中，中间线为标准物质标称值，上下线为不确定度范围，方点线为6次重复测量结果平均值和标准偏差。结果可见，现有技术方案(A)在300K～360K温度区间内，塞贝克系数测量值标准偏差较大，370K以后测量值偏离不确定度范围，说明测量方法的重复性和准确性较差。本发明技术方案(B)塞贝克系数测量值与标称值较接近，且标准偏差较小，说明测量方法的重复性和准确性较好。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热电材料塞贝克系数的测量装置，其特征在于，包括：
加热炉，所述加热炉为气密封炉体；
样品台，所述样品台包括冷端样品台和热端样品台，热电样品的一端固定于所述冷端样品台，所述热电样品的另一端固定于所述热端样品台；
加热器，所述加热器安装于所述热端样品台；
热电偶裸丝，所述热电偶裸丝包括第一热电偶裸丝和第二热电偶裸丝，所述第一热电偶裸丝套设于第一陶瓷管中，且所述第一热电偶裸丝的探头外露于所述第一陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面；所述第二热电偶裸丝套设于第二陶瓷管中，且所述第二热电偶裸丝的探头外露于所述第二陶瓷管并压紧于所述热电样品的表面；
其中，所述热电偶裸丝为镍铬-镍铝热电偶裸丝，所述热电偶裸丝的直径为0.127mm；所述第一热电偶裸丝的探头和所述第二热电偶裸丝的探头采用导电银浆焊接于所述热电样品表面，焊点为直径为2mm的圆形；所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管的直径均为1mm，且所述第一热电偶裸丝的探头相对于所述第一陶瓷管的外露长度、所述第二热电偶裸丝的探头相对于所述第二陶瓷管的外露长度均为1mm。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括定位器，所述定位器与所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管相连接，所述第一陶瓷管和所述第二陶瓷管经所述定位器前移，以便所述第一热电偶裸丝的探头和所述第二热电偶裸丝的探头压紧于所述热电样品表面。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，加热炉的炉腔内充填有纯度≥99.99％的氦气，且所述加热炉内的气压为0.05MPa。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括零度参考端和同步数据采集卡，所述同步数据采集卡同步收集所述热电样品的冷端温度、热端温度和塞贝克电动势三路信号。
5.一种热电材料塞贝克系数的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：采用导电银浆焊接，将第一热电偶裸丝的探头和第二热电偶裸丝的探头压紧并焊接于热电样品的表面，且焊接形成的导电银浆焊点在100℃下真空干燥不少于2h；
S2：向炉腔内充填纯度≥99.99％的氦气，且控制炉内气压为0.05MPa；
S3：将热电样品加热至预设温度，待温场稳定，启动加热器，持续加热热电样品，两热电偶分别测量样品冷热端温度，热电偶正极测量塞贝克电动势；当热电样品的热端温度升高0.5℃时，同步数据采集卡连续、同步收集热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V；
S4：通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，在步骤S4中，通过对采集到的热电样品冷端温度T1、热端温度T2和塞贝克电动势V进行数据处理，得到绝对塞贝克系数S，具体包括：
S41：选定温差△T的区间为1K～3K；
S42：利用公式T＝(T2S+T2E)/2计算平均温度，其中，T为平均温度，T2S为在上述温差△T的区间内热电样品的热端起始温度，T2E为在上述温差区间内热电样品的热端结束温度；
S43：以温差△T为X坐标轴，以对应的塞贝克电动势V为Y坐标轴作图，对数据进行线性拟合，拟合直线y＝ax+b，斜率a即为塞贝克系数；
S44：利用公式S＝Srel+SNiCr绝对塞贝克系数S，其中，Srel为热电样品相对于热电偶的相对塞贝克系数，SNiCr为Srel加和平均温度T下镍铬材料的绝对塞贝克系数。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，在步骤S3中，所述温场稳定参数为，所述热电样品的冷端和热端温度变化率小于0.05℃/min，持续不小于10min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777404B (zh) * 2021-09-10 2022-06-07 吉林大学 一种高温高压原位精确测量电热输运性质的装置及方法
CN114199934A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 佛山市川东磁电股份有限公司 适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法
CN114623946A (zh) * 2022-03-11 2022-06-14 苏州热工研究院有限公司 一种热电势探头
CN114849816A (zh) * 2022-04-19 2022-08-05 中国重型机械研究院股份公司 一种超大规格超高压喷嘴对流换热测试实验台

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131260A (ja) * 2000-10-27 2002-05-09 Nissan Motor Co Ltd 半導体材料の熱電特性評価方法および評価装置
CN100334442C (zh) * 2005-05-30 2007-08-29 华中科技大学 一种测量半导体材料塞贝克系数和电阻率的装置
CN201229316Y (zh) * 2007-11-16 2009-04-29 长春理工大学 热电材料性能测试炉
CN102053100B (zh) * 2010-12-06 2013-01-09 中山大学 热电材料参数自动测定仪
US9316545B2 (en) * 2011-07-11 2016-04-19 California Institute Of Technology Scanning measurement of Seebeck coefficient of a heated sample
CN104111267A (zh) * 2013-04-17 2014-10-22 北京市太阳能研究所集团有限公司 一种薄膜材料塞贝克系数测量仪
CN206132673U (zh) * 2016-10-10 2017-04-26 武汉嘉仪通科技有限公司 一种用于进行高温热电参数测量的样品台
CN106950484B (zh) * 2017-03-14 2019-04-12 华中科技大学 一种同时测量霍尔系数和塞贝克系数的装置及方法
CN107403851B (zh) * 2017-05-09 2023-07-18 五好科技(浙江)有限公司 一种光伏温差发电一体化芯片及其制造方法
CN108459046B (zh) * 2018-05-09 2020-10-09 哈尔滨工业大学 薄膜型热电材料塞贝克系数及电导率的测试装置
CN109725183B (zh) * 2018-11-21 2021-12-17 苏州热工研究院有限公司 一种便携式热电势检测仪器用探头
CN110530927A (zh) * 2019-10-10 2019-12-03 王雪强 一种热电材料塞贝克系数测试装置及方法
CN110596185A (zh) * 2019-10-22 2019-12-20 安徽大学 一种热电纤维材料塞贝克值测试装置

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