一种热电器件性能测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种热电器件性能测试系统及测试方法，其中，测试系统包括加压支架以及安装于支架中的加热块和冷却块，用于给热电器件的热端加热以及给热电器件的冷端冷却，测试系统还包括测试电路；测试电路包括与热电器件输出电极电连接的可瞬时调节电阻值的电子负载；测试电路通过瞬时调节电子负载的电阻值，且测量不同电阻值下热电器件输出的电流值和电压值，从而获得热电器件的发电性能参数。该系统在测试热电器件发电功率的过程中采用电子负载瞬态调节负载电阻值，可消除由于帕尔贴效应所引起的热电器件两端温差减小，从而提升测试准确度，缩短测试时间。

【技术实现步骤摘要】
一种热电器件性能测试系统及测试方法
本专利技术涉及热电转换技术测试领域，尤其是一种热电器件性能测试系统及测试方法。
技术介绍
热电器件通常由焊接在两块陶瓷片之间的多对p型和n型半导体材料单元组成，利用塞贝克效应，当器件两端存在温度差时，可以将热能转换为电能，进行发电。反之，利用帕尔贴效应，当热电器件通过电流时，器件一端吸收热量，一端放出热量，可实现热量的搬运，用于固态制冷。热电器件结构紧凑，体积小，没有运动部件，无噪音，无二氧化碳和污染物排放，能够有效利用低品质热能，在温差发电领域具有广阔的应用前景。为了评估热电器件发电性能的好坏，通常是对热电器件一端加热，一端冷却，在器件两端建立稳定的温度差，然后测量在该温差下器件的开路电压Voc，以及连接不同负载电阻时的输出功率P和热电转换效率η，最后分析得出该温差下的最大输出功率Pmax和最大转换效率ηmax。现有的测试系统及测量方法存在以下不足：（1）热电器件的转换效率η由流入热电器件高温端的热通量Qh和热电器件的输出功率P决定，计算公式为η=P/Qh。现有方法通过测量热源不同位置处的温度差来计算热通量Qh。该方法中热源材料的热导率需要额外标定测量，且热源与环境之间的对流换热和辐射换热所引起的热损失难以准确评估，将引入误差，使计算所得的热电转换效率η偏低。（2）为了得到热电器件的在给定温差下的最大输出功率Pmax和最大转换效率ηmax，需在不同的负载电阻下，测量流经负载的电流和电压，通过拟合求解，得到器件的最大输出功率Pmax及对应的最大转换效率ηmax。然而由于帕尔贴效应，当热电器件输出电流时，器件热端吸收热量，冷端放出热量，且随着输出电流的增加，该效应将更为显著，该效应将导致热电器件热端温度降低，冷端温度升高，使器件两端温差减小，若直接测量，得到的最大输出功率Pmax和最大转换效率ηmax将偏低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种热电器件性能测试系统及测试方法，解决现有热电器件性能测试系统及测试方法不准确、测量误差大等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种热电器件性能测试系统，包括加压支架以及安装于支架中的加热块和冷却块，用于给热电器件的热端加热以及给热电器件的冷端冷却，所述测试系统还包括测试电路；所述测试电路包括与热电器件输出电极电连接的可瞬时调节电阻值的电子负载；所述测试电路通过瞬时调节电子负载的电阻值，且测量不同电阻值下热电器件输出的电流值和电压值，从而获得热电器件的发电性能参数。进一步地，所述测试系统还包括保温块；加热块内嵌于保温块之中，且保留加热块的一个表面用于与热电器件的热端接触将加热块内部的热通量流入热电器件；测试时，保温块的温度设置与加热块的温度相适配，从而消除加热块表面的热量损失；所述测试电路与计算机设备连接。进一步地，测试时，热电器件安装于加热块和冷却块之间，通过加压支架施加压力使热电器件的热端和冷端分别与加热块和冷却块紧密接触；所述加压支架包括上压板、底座及螺栓，上压板与底座之间通过螺栓连接；保温块、加热块、冷却块均安装于加压支架的上压板和底座之间，上压块位于顶部，螺栓顶端装有螺母且位于上压块顶面；通过拧紧螺母使上压板向下施加压力；调节螺母的拧紧程度相应调节施加压力的大小；所述保温块、加热块和冷却块由高热导率的材料加工制成，其内部加工有盲孔，用于安装加热器和测温探头；所述保温块内部安装有第一加热器和第一测温探头，第一加热器、第一测温探头连接至控温仪，通过控温仪调节保温块的温度至设定值，使保温块的温度与加热块的温度保持一致；所述加热块内部安装有第二加热器和第二测温探头，第二加热器与直流电压源或电流源相连，第二测温探头与测温仪相连，通过测温仪监测加热块的温度，通过直流电压源或电流源调节第二加热器的加热功率Qh；所述冷却块内部装有第三测温探头，第三测温探头与测温仪相连，通过测温仪监测冷却块的温度。进一步地，螺母与螺栓之间螺纹配合；螺母还配置有平垫圈和弹性垫圈；加热块的侧面和上表面内嵌于保温块之中，加热块的下表面用于与热电器件的热端接触；测试时，加热块内部的热通量仅通过下表面流入热电器件；加热块与保温块之间装有一层隔热垫片；底座上安装有压力传感器，通过压力传感器测量施加压力的大小；冷却块上表面与热电器件的冷端接触，下表面与散热器接触，散热器给冷却块冷却降温；保温块、加热块、冷却块、散热器、压力传感器均安装于加压支架的上压板和底座之间；通过拧紧螺栓一端的螺母使上压板向下给安装在上压板和底座之间的部件施加压力，使各部件之间紧密接触。进一步地，所述压力传感器、散热器、冷却块、热电器件、加热块、保温块依次层叠于加压支架的底座与上压板之间；所述保温块位于上压板下方且与加压支架上压板之间装有一层隔热垫片；所述散热器为液冷散热器，内部设置有液冷通道，向内输入冷却液进行散热；所述测温探头为铠装热电偶或热电阻。进一步地，所述测试电路还包括电流表和电压表；电压表测量热电器件的两电极之间的电压，电流表与电子负载串联于热电器件的两电极之间；电子负载、电流表和电压表均连接于计算机设备；所述计算机设备包括处理器以及计算机可读介质。本专利技术还提供一种热电器件性能测试方法，包括以下步骤：S100，对热电器件冷端进行冷却降温，对热电器件热端按照预设功率Qh进行加热，热电器件两端保持相应的预设温差值；S101，将热电器件输出电极与可瞬态调节电阻值的电子负载电连接形成测试电路，通过瞬态调节电子负载的电阻值R，测量不同电阻值R下热电器件的输出电流I以及电压V，记录电子负载在不同电阻R1，R2，R3…时的电流值I1，I2，I3…和电压值V1，V2，V3…；S102，根据公式V=Voc-I×Rin，将S101中记录的电流值I1，I2，I3…及电压值V1，V2，V3…通过线性拟合，从而获得热电器件的开路输出电压Voc和内阻Rin；S103，由S101中记录的电流值及电压值计算得到不同电阻值下的热电器件输出功率P1=I1×V1，P2=I2×V2，P3=I3×V3…，获得热电器件输出功率P与电流I之间的关系；S104，将S103中的输出功率P与电流I通过二次多项式拟合，从而获得所述温差下热电器件的最大输出功率Pmax，进一步获得所述温差下热电器件的最大转换效率ηmax=Pmax/Qh。所述测试方法是通过上述的测试系统实施的；所述测试系统包括计算机设备；所述计算机设备包括处理器以及计算机可读介质；所述计算机可读介质储存有计算机可读程序，所述程序由计算机设备上的处理器执行而实施上述S101~S104步骤。进一步地，S101中，调节直流电源的输出电压或输出电流至设定值，使加热块内部的加热器在设定功率Qh下加热；通过PID控温仪自动调节保温块内部加热器的加热功率，使保温块的温度与加热块的温度保持一致，使加热块内部的加热器所产生的热通量Qh全部流入热电器件；使用测温仪监测加热块的温度Th和冷却块的温度Tc，至温度稳定。S102具体包括：将电子负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电器件性能测试系统，包括加压支架以及安装于支架中的加热块和冷却块，用于给热电器件的热端加热以及给热电器件的冷端冷却，其特征在于：所述测试系统还包括测试电路；所述测试电路包括与热电器件输出电极电连接的可瞬时调节电阻值的电子负载；所述测试电路通过瞬时调节电子负载的电阻值，且测量不同电阻值下热电器件输出的电流值和电压值，从而获得热电器件的发电性能参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种热电器件性能测试系统，包括加压支架以及安装于支架中的加热块和冷却块，用于给热电器件的热端加热以及给热电器件的冷端冷却，其特征在于：所述测试系统还包括测试电路；所述测试电路包括与热电器件输出电极电连接的可瞬时调节电阻值的电子负载；所述测试电路通过瞬时调节电子负载的电阻值，且测量不同电阻值下热电器件输出的电流值和电压值，从而获得热电器件的发电性能参数。


2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括保温块；加热块内嵌于保温块之中，且保留加热块的一个表面用于与热电器件的热端接触将加热块内部的热通量流入热电器件；测试时，保温块的温度设置与加热块的温度相适配，从而消除加热块表面的热量损失；所述测试电路与计算机设备连接。


3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于：
测试时，热电器件安装于加热块和冷却块之间，通过加压支架施加压力使热电器件的热端和冷端分别与加热块和冷却块紧密接触；
所述加压支架包括上压板、底座及螺栓，上压板与底座之间通过螺栓连接；保温块、加热块、冷却块均安装于加压支架的上压板和底座之间，上压块位于顶部，螺栓顶端装有螺母且位于上压块顶面；通过拧紧螺母使上压板向下施加压力；
调节螺母的拧紧程度相应调节施加压力的大小；
所述保温块、加热块和冷却块由高热导率的材料加工制成，其内部加工有盲孔，用于安装加热器和测温探头；
所述保温块内部安装有第一加热器和第一测温探头，第一加热器、第一测温探头连接至控温仪，通过控温仪调节保温块的温度至设定值，使保温块的温度与加热块的温度保持一致；
所述加热块内部安装有第二加热器和第二测温探头，第二加热器与直流电压源或电流源相连，第二测温探头与测温仪相连，通过测温仪监测加热块的温度，通过直流电压源或电流源调节第二加热器的加热功率Qh；
所述冷却块内部装有第三测温探头，第三测温探头与测温仪相连，通过测温仪监测冷却块的温度。


4.如权利要求3所述的测试系统，其特征在于：
螺母与螺栓之间螺纹配合；螺母还配置有平垫圈和弹性垫圈；
加热块的侧面和上表面内嵌于保温块之中，加热块的下表面用于与热电器件的热端接触；测试时，加热块内部的热通量仅通过下表面流入热电器件；
加热块与保温块之间装有一层隔热垫片；
底座上安装有压力传感器，通过压力传感器测量施加压力的大小；
冷却块上表面与热电器件的冷端接触，下表面与散热器接触，散热器给冷却块冷却降温；
保温块、加热块、冷却块、散热器、压力传感器均安装于加压支架的上压板和底座之间；通过拧紧螺栓一端的螺母使上压板向下给安装在上压板和底座之间的部件施加压力，使各部件之间紧密接触。


5.如权利要求4所述的测试系统，其特征在于：
所述压力传感器、散热器、冷却块、热电器件、加热块、保温块依次层叠于加压支架的底座与上压板之间；
所述保温块位于上压板下方且与加压支架上压板之间装有一层隔热垫片；
所述散热器为液冷散热器，内部设置有液冷通道，向内输入冷却液进行散热；
所述测温探头为铠装热电偶或热电阻。


6.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述测试电路还包括电流表和电压表；电压表测量热电器件的两电极之间的电压，电流表与电子负载串联于热电器件的两电极之间；电子负载、电流表和电压表均连接于计算机设备；通过计算机设备对电子负载瞬态调节电阻值；通过计算机设备记录电流表和/或电压表测量结果；所述计算机设备包括处理器以及计算机可读介质。


7.一种热电器件性能测试方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：付强，吴志敏，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44