RU1787271C

RU1787271C - Device for measuring characteristics of thermoelectric materials

Info

Publication number: RU1787271C
Application number: SU904776725A
Authority: RU
Inventors: Тагир Абдурашидович Исмаилов; Надир Рагимханович Салманов; Юрий Николаевич Цветков; Исмаил Рамазанович Керимов
Original assignee: Тагир Абдурашидович Исмаилов
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1993-01-07

Abstract

Устройство дл сн ти характеристик термоэлектрических материалов предназначено дл измерени коэффициента термоЭДС , удельного сопротивлени и получени статической характеристики. Сущность изобретени : устройство состоит из П-образного металлического основани , по направл ющим которого с помощью регулировочного стержн может перемещатьс стенка. К стенкам основани с внутренней стороны припа ны полупроводниковые термоэлектрические модули, электрически подсоединенные к выходам двухканального регул тора -температуры. Вторые стороны термоэлектрических модулей соединены с измерительными пластинами, к которым прикреплены датчики температуры, подключенные к соответствующим входам двухканального регул тора температуры. Регулирующий резистор последовательно соединен с измерительной пластиной и с калибрующим резистором, измерительна пластина соединена с измерительным резистором и с вертикальным входом отциллог- рафа, горизонтальный вход которого соединен с движком калибрующего резистора , а общий вывод соединен с точкой соединени калибрующего и измерительного резисторов.1 ил. ел сA device for measuring the characteristics of thermoelectric materials is intended for measuring the coefficient of thermoEMF, resistivity and obtaining a static characteristic. SUMMARY OF THE INVENTION: the device consists of a U-shaped metal base, along the guides of which a wall can be moved with the help of an adjustment rod. Semiconductor thermoelectric modules are soldered to the base walls from the inside, electrically connected to the outputs of the two-channel temperature controller. The second sides of the thermoelectric modules are connected to the measuring plates, to which temperature sensors are attached, connected to the corresponding inputs of the two-channel temperature controller. The control resistor is connected in series with the measuring plate and with the calibrating resistor, the measuring plate is connected with the measuring resistor and with the vertical input of the oscilloscope, the horizontal input of which is connected to the motor of the calibrating resistor, and the common output is connected to the connection point of the calibrating and measuring resistors. 1 il. ate with

Description

Изобретение относитс к области исследовани свойств термоэлектрических материалов и предназначено, в частности, дл измерени коэффициента термоЭДС. удельного сопротивлени и получени статической характеристики.The invention relates to the field of investigation of the properties of thermoelectric materials and is intended, in particular, for measuring the coefficient of thermoEMF. resistivity and static characteristics.

Известно устройство дл определени коэффициента термоЭДС минералов, содержащее эталонный образец, характеризующийс одинаковыми значени ми коэффициента термоЭДС и переменными тепловыми свойствами в различных зонах, и два датчика дл бпределени величины, характеризующей тепловые свойства соответственно эталонного образца и исследуемогоA device is known for determining the coefficient of thermoelectric power of minerals, containing a reference sample characterized by the same values of the coefficient of thermoelectric power and variable thermal properties in different zones, and two sensors for determining a value characterizing the thermal properties of the reference sample and the test

минерала. Данное устройство характеризуетс большой погрешностью и невозможностью одновременного определени нескольких параметров.mineral. This device is characterized by a large error and the inability to simultaneously determine several parameters.

Наиболее близким к за вл емому по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл определени термоэлектрической добротности, содержащее источник переменного тока, к выходу которого; последовательно подклю-. чбны переключатель пол рности, источник посто иного тока, калибрующий и регулиро- бочный резисторы, причем точка соединени калибрующего и измерительного резисторов подключена к первому входуThe closest to the claimed technical essence and the achieved result is a device for determining thermoelectric figure of merit, containing an AC source to the output of which; sequentially connect. the polarity switch, a constant current source, calibrating and adjusting resistors, the connection point of the calibrating and measuring resistors connected to the first input

VIVI

00 v| Ю VI00 v | U VI

О) ABOUT)

двухлучевОго осциллографа, второй вход которого подключен с точкой соединени исследуемого образца и переключател пол рности.a two-beam oscilloscope, the second input of which is connected to the connection point of the test sample and the polarity switch.

Недостатками известного устройства вл ютс невозможность получени нагл дных статических характеристик образца , сложность процесса измерений, больша погрешность в измерени х, обусловленна саморазогрево м образца за счет прохождени посто нной составл ющей измерительного тока.The disadvantages of the known device are the impossibility of obtaining reliable static characteristics of the sample, the complexity of the measurement process, the large measurement error due to self-heating of the sample due to the passage of a constant component of the measuring current.

Целью изобретени вл етс повышение , точности и упрощение измерений.The aim of the invention is to increase, accuracy and simplify measurements.

На чертеже представлена схема устройства дл сн ти характеристик термоэлектрических материалов.The drawing shows a diagram of a device for characterizing thermoelectric materials.

Устройство дл сн ти характеристик термоэлектрических материалов состоит из П-образного металлического основани 1, по направл ющим которого с помощью регулировочного стержн 2 может перемещатьс стенка 0. К стенкам 4 и 3 с внутренней стороны припа ны полупроводниковые термоэлектрические модули 5 и 6, электрически подсоединенные к выходам двухканального регул тора 7 температуры. Вторые стороны термоэлектрических модулей 5 и б соединены с измерительными пластинами 8 и 9, к которым прикреплены датчики 10 и 11 температуры, подключенные к соответствующим входам двухканального регул тора 7 температуры. Регулировочный резистор 12 последовательно соединен с измерительной пластиной 9 и с калибрующим резистором 13, измерительна пластина 8 соединена с из-, мерительным резистором 14 и с вертикальным входом осциллографа 15, горизонтальный вход которого соединен с движком калибрующего резистора 13, а общий вывод соединен с точкой соединени калибрующего 13 и измерительного 14 резисторов . ..The device for characterizing thermoelectric materials consists of a U-shaped metal base 1, along the guides of which the wall 0 can be moved using the adjusting rod 2. Semiconductor thermoelectric modules 5 and 6 are electrically connected to the walls 4 and 3 from the inside outputs of the two-channel temperature controller 7. The second sides of thermoelectric modules 5 and b are connected to measuring plates 8 and 9, to which temperature sensors 10 and 11 are attached, connected to the corresponding inputs of the two-channel temperature controller 7. The adjustment resistor 12 is connected in series with the measuring plate 9 and with the calibrating resistor 13, the measuring plate 8 is connected with the measuring resistor 14 and with the vertical input of the oscilloscope 15, the horizontal input of which is connected to the motor of the calibrating resistor 13, and the common output is connected to the connection point calibrating 13 and measuring 14 resistors. ..

Устройство работает следующим образом: The device operates as follows:

Исследуемый образец 16 помещают между измерительными пластинами 8 и 9 и закрепл ют регулировочным стержнем 2. С помощью регул тора 7температуры;подсое- диненным к нему термоэлектрическим мо- дул м б и 5 задаютс требуемые температуры спаев исследуемого образца, которые через 4-5 мин устанавливаютс и в дальнейшем поддерживаютс автоматически ...The test sample 16 is placed between the measuring plates 8 and 9 and secured with the adjustment rod 2. Using the temperature controller 7, thermoelectric modules b and 5 connected to it set the required temperatures of the junctions of the test sample, which are set in 4-5 minutes and subsequently supported automatically ...

Переменный электрический ток проходит через регулировочный резистор 12, измерительную пластину 9, исследуемыйAlternating electric current passes through the adjustment resistor 12, the measuring plate 9, studied

образец 16, правую измерительную пластину 8, измерительный резистор 14 и второй выход источника питани . Часть напр жени источника, определ ема делителем,sample 16, right measuring plate 8, measuring resistor 14, and a second output of the power source. The part of the voltage of the source, determined by the divider,

включающим регулировочный резистор 12 и калибрующий резистор 13, снимаетс с движка последнего и подаетс на вход горизонтальной развертки осциллографа 15, на вертикальный вход которого подаетс паде .ние напр жени на измерительном резисторе 14.including an adjustment resistor 12 and a calibration resistor 13, is removed from the engine of the latter and is fed to the horizontal input of the oscilloscope 15, to the vertical input of which a voltage drop is applied to the measuring resistor 14.

Дл определени характеристик исследуемого материала необходимо предварительно подготовить устройство к работе,To determine the characteristics of the studied material, it is necessary to prepare the device for work,

Дл этого с помощью резистора 12 задают необходимую (в зависимости от исследуемого материала) силу тока и, враща ручки осциллографа, устанавливают одинаковые масштабы развертки по ос м X и Y. Вывод To do this, using the resistor 12, set the required current (depending on the material under study) and, by turning the oscilloscope knob, set the same sweep scales along the X and Y axes. Conclusion

резистор 13 на ноль, убирают развертку по оси X и, замкнув измерительные пластины 8 и 9, отмечают максимальное отклонение по оси Y. Затем, разорвав контакт пластин 8 и 9, с помощью резистора 13 устанавливаютresistor 13 to zero, remove the sweep along the X axis and, having closed the measuring plates 8 and 9, note the maximum deviation along the Y axis. Then, breaking the contact of the plates 8 and 9, using the resistor 13 set

такое же максимальное отклонение по оси X.. .;.....Подготовив таким образом устройство к работе, с помощью стержн 2 между изме- рительными пластинами 8 и 9 закрепл ют образец исследуемого материала, необходимую температуру спаев которого задают и автоматически поддерживают с помощью терморегул тора 7. :the same maximum deviation along the X axis ...; ..... Having thus prepared the device for operation, a sample of the material under study is fixed with the help of rod 2 between measuring plates 8 and 9, the necessary temperature of which junctions are set and automatically maintained with using the thermoregulator 7.:

- ..., Д- .. ;- ..- . .; В результате проведени этих операций на экране осциллографа получают нагл дную характеристику исследуемого материала . По этой характеристике снимаемые - ..., D- ..; - ..-. .; As a result of these operations, the oscilloscope characterizes the test material on the screen of the oscilloscope. According to this characteristic, removable

параметры исследуемого материала определ ютс следующим образом. Рассто нию от центра экрана до точки пересечени характеристики горизонтальной осью do с учетом коэффициента усилени осциллографа К соответствует термоЭДС Е Kdo. Действительно , поскольку на оси Y отмечаетс падение напр жени на измерительном резисторе 14,пропорциональное силе тока через исследуемый образец, то равенствоthe parameters of the test material are determined as follows. The distance from the center of the screen to the point of intersection of the characteristic with the horizontal axis do, taking into account the gain of the oscilloscope K, corresponds to the thermopower E Kdo. Indeed, since the voltage drop across the measuring resistor 14 is proportional to the current through the test sample on the Y axis, the equality

нулю последнего означает, что падение напр жени на исследуемом образце равно возникшему в нем и противоположно направленному термоЭДСzero of the latter means that the voltage drop across the test sample is equal to the thermoelectric power arising in it and in the opposite direction

Коэффициент термоЭДС определ етс Thermoelectric coefficient is determined

по формулеaccording to the formula

... а- Ё/ ДТ, ... a- E / DT,

где А Т - заданна терморегул тором разность температур на спа х исследуемого образца .where А Т is the temperature difference set by the temperature regulator at the spas of the test sample.

R - электрическое сопротивление исследуемого образца определ етс тангенсом угла наклона характеристики т.е. беретс точка на характеристике, наход т ее проекцию и делением dy на dx определ етс тангенс угла наклона: R tg р - dy/dx.R is the electrical resistance of the test sample is determined by the slope of the characteristic i.e. a point is taken on the characteristic, its projection is found, and dividing dy by dx determines the slope: R tg p - dy / dx.

Действительно, на оси X отмечаетс падение напр жени , подаваемого на исследуемый образец, а на оси Y - падение напр жени , пропорционального силе тока через этот образец.Indeed, a drop in the voltage applied to the test sample is noted on the X axis, and a drop in voltage proportional to the current through the sample is observed on the Y axis.

По известным размерам образца и электрическому сопротивлению определ етс удельное сопротивление материала и проводимость:From the known dimensions of the sample and electrical resistance, the specific resistance of the material and conductivity are determined:

а 1/ р I/RS, где I - длина образца (см);and 1 / p I / RS, where I is the length of the sample (cm);

S - площадь сечени образца (см)2.S is the cross-sectional area of the sample (cm) 2.

Claims

The claims

A device for measuring the characteristics of thermoelectric materials, containing an oscilloscope and measuring plates connected with adjustment calibrating and measuring resistors to an alternating current source with semiconductor thermoelectric modules connected by their second spas providing thermal contact ;: to the walls of the base, and temperature sensors different in order to increase accuracy and simplify

measurement, it additionally contains a two-channel temperature controller, the inputs of which are connected to temperature sensors attached to the measuring plates, and the outputs to semiconductor thermoelectric modules, the horizontal input of the oscilloscope connected to the motor of the calibrating resistor, the vertical input of the oscilloscope connected to the connection point of the measuring plate and a measurement resistor, and the common output is to the junction of the calibration and measurement resistors.