TWI417537B - 高溫熱電材料性質量測台 - Google Patents

Description

高溫熱電材料性質量測台

本發明係關於一種熱電材料性質量測台，特別地係關於一種運用連桿機構以能順利在高溫下量測熱電材料性質之量測台。

熱電材料是一種可將熱能直接轉化為電能的材料。應用熱電材料製成之熱電發電機(thermoelectric generator)可將溫差導致的熱流轉化為電動勢，在節能意識高漲的今天受到重視。材料之熱電性質由其Seebeck係數、電導率與熱導率決定。無單位熱電優值的定義為

其中T為環境溫度，s為Seebeck係數，又稱熱電力(thermoelectric power)，定義為一度K溫差可產生之電位差。σ為電導率，κ為熱導率。良好之熱電優值需高於0.5。

在日常環境中，內燃機因燃燒汽柴油所造成的引擎高熱是最有潛力應用的溫差條件。然而，由於引擎最高溫可達600℃以上，材料在此溫度的熱電表現必須被準確量測出。然而，目前習知的量測台之操作量測溫度皆為室溫或250℃以下，一到高溫就無法量測，量測不準確，此係因量測台的材料無法耐高溫。

因此，有需要研發出能量測材料在高溫時之熱電性質，以解決上述無法量測材料高溫時之熱電性質問題。同時，量測時亦須兼顧操作之便利性。

本發明之一範疇在於提供一種高溫熱電材料性質量測台，其運用連桿機構以能順利在高溫下量測熱電材料性質。

根據本發明之高溫熱電材料性質量測台包含一固定架、一活動夾持部、一第一固定座、一第二固定座及一連動桿。該活動夾持部與該固定架樞接。該第一固定座固定於該活動夾持部上。該第二固定座對應該第一固定座，固定於該固定架上。該連動桿與該活動夾持部樞接。

其中，該連動桿可被操作以使該第一固定座相對該第二固定座移動，一樣品可脫離地被夾持於該第一固定座與該第二固定座之間。

本發明之高溫熱電材料性質量測台可進一步包含一彈性構件，該固定架包含一架體及一第一支架，該第一支架固定於該架體上，該彈性構件連接該第一支架及該連動桿，進而使該樣品可穩固地被夾持於該第一固定座與該第二固定座之間。

因此，該彈性構件產生之回復力施加於該連動桿上以連動該活動夾持部，使得固定於該活動夾持部上的該第一固定座有朝向固定於該固定架上的該第二固定座移動的傾向；換句話說，置於該第一固定座與該第二固定座之間的該樣品可穩固地被夾持、固定。

此外，由於該活動夾持部雖受該活動桿連動而使該第一固定座與該第二固定座機持該樣品，但(該活動夾持部之)第一固定座相對該第二固定座仍是能活動的，故縱使該高溫熱電材料性質量測台於高溫下操作而使得該量測台之結構尺寸變化，前述可活動的、自動夾持的活動夾持部(之第一固定座)仍能適應此結構尺寸變化而仍能與該第二固定座一同穩固地夾持、固定該樣品。

本發明之高溫熱電材料性質量測台為能增加在高溫時操作之穩定性，該固定架、該第一固定座、第二固定座或該活動夾持部係以不鏽鋼、陶瓷材料或其他耐高溫材料製作。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一，圖一係繪示根據本發明之具體實施例之高溫熱電材料性質量測台之示意圖。根據該具體實施例之高溫熱電材料性質量測台可用以量測樣品3於高溫(例如600℃以上)時之材料性質(包含熱電性質、電導率等等)，該高溫熱電材料性質量測台主要包含固定架12、活動夾持部14、第一固定座16、第二固定座18、連動桿20、彈性構件22及複數條電線24。

其中，活動夾持部14與固定架12樞接，第一固定座16固定於活動夾持部14上，第二固定座18則對應第一固定座16而固定於固定架12上。連動桿20與活動夾持部14樞接。藉此，連動桿20可被使用者操作以使第一固定座16相對第二固定座18移動(遠離或靠近)，樣品3則可脫離地被夾持於第一固定座16與第二固定座18之間，進而實施後續對樣品3之量測操作。

進一步來說，根據該具體實施例，固定架12包含架體122、第一支架124及第二支架126。活動夾持部14包含樞接桿142及夾持桿144，樞接桿142與固定架12之架體122之一端以樞軸A1樞接，夾持桿144自樞接桿142彎曲延伸，其彎曲角度約90度而呈L形，使得夾持桿144於量測狀態下與架體122呈平行狀態，亦即第一固定座16與第二固定座18呈相對、平行狀態，有利於樣品3之夾持。

連動桿20之一端與活動夾持部14之樞接桿142之一端以樞軸A2樞接，使得連動桿20、活動夾持部14及固定架12成一槓桿機構；亦即使用者可操作連動桿20以控制夾持桿144之夾持或鬆脫操作。為使樣品3於量測時能始終保持被夾持狀態，因此於連動桿20之另一端與固定架12之第一支架124間設置彈性構件22，例如彈簧。

於此具體實施例中，彈性構件22係被壓縮以抵持連動桿20及第一支架124，其產生之回復力即可經由連動桿20、樞接桿142與夾持桿144傳遞至第一固定座16，進而提供第一固定座16與第二固定座18夾持樣品3之夾持力。此外，由於彈性構件22係直接設置於活動桿20與第一支架124之間，因此第一固定座16可不假外力即能與第二固定座18始終保持夾持樣品3之狀態。

補充說明的是，由於本發明之高溫熱電材料性質量測台利用可變形之彈性構件22作為夾持樣品3之夾持力來源，因此當樣品3自相對低溫被加熱至相對高溫(例如600℃以上)時，活動夾持部14可相對固定架12產生些微的轉動以適應樣品3因高溫而產生尺寸上的變異(例如膨脹)；若活動夾持部14之夾持桿144亦受高溫而產生尺寸上的變異，活動夾持部14亦即產生些微的轉動以適應之。簡之，無論是樣品3或該高溫熱電材料性質量測台之各部件因高溫而產生尺寸上的變異時，彈性構件22均能適因應活動夾持部14之轉動所引起連動桿20的位移，而仍能保持提供量測時夾持樣口3所需的夾持力。

由上述說明可知，連動桿20於操作樣品3夾持或脫離時，抑或於樣品3加熱過程中，都會有移動的需要，因此為增加連動桿20移動時的穩定性，固定架12之第二支架126形成通孔(即圖中連動桿20交會第二支架126處，故未直接標示出)，連動桿20則可滑動地穿過該通孔，而彈性構件22位於第一支架124與第二支架126間。

另外，用以測試樣品3之電線24亦可同時利用第一支架124及第二支架126來輔助固定，有助於電線24與樣品3間電性連接之穩定性，例如熱電偶接點接觸樣品3之穩定時。此設計有助於量測台結構尺寸變異時，仍保持電線24與樣品3間電性連接之穩定。於實際結構設計中，該等電線24亦得匯集成單一纜線，以利固定及簡化其他保護電線之措施(例如絕緣、絕熱之披覆層)。

補充說明的是，因測試樣品3不同的電性性質，電線24之連接亦將有所不同，故圖中電線24之兩端並未明確繪示出連接關係，此係習知技術領域之人所習知者，不再贅述。於該具體實施例中，該等電線24包含一組加熱電線，用以導入電流以加熱樣品3，使之到達所需量測溫度；該等電線24亦包含一組熱電偶電線，用以量測樣品3之溫度，進而控制該組加熱電線之加熱控制；該等電線24亦包含一組電壓感測電線，用以量測樣品3之電壓差。當然，該等電線24亦可包含一組負載電線，用以導入電流或施加電壓於樣品3，以提供樣品3所需之量測電流或電壓。因此，本發明之高溫熱電材料性質量測台可有效量測樣品3於高溫(例如600℃以上，但本發明不以此為限)時之材料性質(包含熱電性質、電導率等等)；當然，該高溫熱電材料性質量測台亦能在室溫時提供有效量測。

關於量測操作之說明如下。請參閱圖二。圖二係繪示圖一之該高溫熱電材料性質量測台之操作示意圖，其中虛線表示活動夾持部14、第一固定座16及連動桿20於夾持狀態下之位置。

如圖二所示，當連動桿20向右移動時，樞接桿142即被拉動使得活動夾持部14整體呈逆時針旋轉，進而使夾持桿144移動離開原來夾持的位置，亦即第一固定座16離開原來夾持的位置；此時，樣品3即可輕易取出，或是置入新的樣品3。於連動桿20向右移動的同時，彈性構件22亦更進一步地被壓縮，因此當無系統之外的外力再施加於連動桿20時，彈性構件22因壓縮產生的回復力即促使連動桿20向左移動，進而使夾持桿144(第一固定座16)回到夾持位置，樣品3(若有的話)即可被穩定地夾持於第一固定座16與第二固定座18之間。

另外，當於室溫下固定樣品3後，經過昇溫，樣品3(或包含第一固定座16及夾持桿144)將產生些微的尺寸變異，使得活動夾持部14產生些微的轉動，進而使得連動桿20向右移動，更進一步壓縮彈性構件22；相對地，彈性構件22則提供更大的夾持力來源，更能穩固地夾持樣品3於第一固定座16與第二固定座18之間。

補充說明的是，為增加本發明之高溫熱電材料性質量測台在高溫時操作之穩定性，固定架12、第一固定座16、第二固定座18或活動夾持部14係以不鏽鋼、陶瓷材料或其他耐高溫材料製作。

綜上所述，本發明之高溫熱電材料性質量測台利用運用連桿機構以能順利在高溫下量測熱電材料性質，並使用彈性構件作為樣品夾持力的來源，因而解決了前先技術中樣品在室溫固定但在高溫中因尺寸變異而造成樣品損壞或量測台變形而不堪使用的問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

3．．．樣品

12．．．固定架

14．．．活動夾持部

16．．．第一固定座

18．．．第二固定座

20．．．連動桿

22．．．彈性構件

24．．．電線

122．．．架體

124．．．第一支架

126．．．第二支架

142．．．樞接桿

144．．．夾持桿

A1、A2．．．樞軸

圖一係繪示根據本發明之具體實施例之高溫熱電材料性質量測台之示意圖。

圖二係繪示圖一之該高溫熱電材料性質量測台之操作示意圖。

3．．．樣品

12．．．固定架

14．．．活動夾持部

16．．．第一固定座

18．．．第二固定座

20．．．連動桿

22．．．彈性構件

24．．．電線

122．．．架體

124．．．第一支架

126．．．第二支架

142．．．樞接桿

144．．．夾持桿

A1、A2．．．樞軸

Claims (10)

1. 一種高溫熱電材料性質量測台，包含：一固定架；一活動夾持部，與該固定架樞接，該活動夾持部可相對該固定架產生些微地轉動，以適應樣品因高溫而產生尺寸上的變異；一第一固定座，固定於該活動夾持部上；一第二固定座，對應該第一固定座，固定於該固定架上；以及一連動桿，與該活動夾持部樞接；其中，該連動桿可被操作以使該第一固定座相對該第二固定座移動，一樣品可脫離地被夾持於該第一固定座與該第二固定座之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高溫熱電材料性質量測台，進一步包含一彈性構件，其中該固定架包含一架體及一第一支架，該第一支架固定於該架體上，該彈性構件連接該第一支架及該連動桿，進而使該樣品可穩固地被夾持於該第一固定座與該第二固定座之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之高溫熱電材料性質量測台，進一步包含複數條電線，用以測試該樣品，其中該第一支架固定該複數條電線。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該複數條電線包含一組加熱電線，用以導入電流以加熱該樣品。
5. 如申請專利範圍第3項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該複數條電線包含一組熱電偶電線，用以量測該樣品之溫度。
6. 如申請專利範圍第3項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該複數條電線包含一組電壓感測電線，用以量測該樣品之電壓差。
7. 如申請專利範圍第2項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該固定架包含一第二支架，該第二支架固定於該架體上並包含一通孔，該連動桿可滑動地穿過該通孔，該彈性構件位於該第一支架與該第二支架之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之高溫熱電材料性質量測台，進一步包含複數條電線，用以測試該樣品，其中該第二支架固定該複數條電線。
9. 如申請專利範圍第1項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該活動夾持部包含一樞接桿及一夾持桿，該夾持桿自該樞接桿彎曲延伸，該樞接桿與該固定架樞接，該第一固定座固定於該夾持桿上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之高溫熱電材料性質量測台，其中該固定架、該第一固定座、第二固定座或該活動夾持部係以不銹鋼或陶瓷材料製作。