薄膜温差电材料赛贝克系数测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及薄膜温差电材料塞贝克系数测试系统及方法。包括测试装置和控制及测试电路系统；待测试样放置在位于试样支撑架上的绝缘片上，并通过试样固定卡分别与二个试样测温热电偶紧密接触；通过位于待测试样一侧的电加热块在待测试样的内部建立起温差，且沿温差方向间隔分布的二个试样测温热电偶测得所在位置处薄膜温差电材料的温度，分别借助于由这两个试样测温热电偶中的各一根导线引出的Ｓｅｅｂｅｃｋ电动势测量线，测得试样在这两个测温热电偶所在位置处薄膜温差电材料内部产生的Ｓｅｅｂｅｃｋ电动势；采用本发明专利技术薄膜温差电材料塞贝克系数测试系统的结构及方法，可以快速准确地测量薄膜温差电材料的塞贝克系数，解决了目前薄膜温差电材料塞贝克系数无法测量的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料科学领域中温差电材料性能测试技术，特别涉及一种薄膜温差电材料 赛贝克(Seebeck)系数测试系统及方法。
技术介绍
温差电材料是一种能实现热能与电能之间相互转换的功能材料，在温差发电、制冷和 传感器等方面具有广泛应用。Seebeck系数是评价温差电材料性能的重要指标。Seebeck系 数定义如下当温差电材料两端存在温差^7^7;-72，且7>72时，则在温差电材料的两 端会有一个电位差Eab出现，其数值为(1)(1)式中ctab为常数，该常数被称为温差电材料的Seebeck系数。目前商业化的温差电材料Seebeck系数测试仪都是针对块体温差电材料设计并制造 的，尚没有适用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的仪器。本专利提出了一种专门用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的测试系统及其结构。
技术实现思路
本专利技术提出了一种专门用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的测试系统，该系统由 测试装置和控制及测试电路系统二部分构成。待测薄膜温差电材料试样放置在测试装置 内，测试装置可以在大气环境中运行，也可以在密闭的真空环境中或者保护性气氛中运行。 控制及测试电路系统用于调控测试装置内部待测试样及其周围环境的温度并保持温度恒 定，实现对测试装置内部测试过程的控制和测试数据的采集，并将测试数据传输至微型计 算机，通过微型计算机实现对整个测试系统测试过程的控制、测试数据的处理以及测试数 据的实时显示。该系统可实现对薄膜温差电材料Seebeck系数的精确测量。本专利技术的一种薄膜温差电材料塞贝克系数测试的测试系统，包括测试装置和控制及测 试电路系统；测试装置由试样支撑架外罩l、试样支撑架2、加热块3、待测试样4、绝缘 片5、试样固定卡6、试样固定卡固定螺钉34、试样测温热电偶7、样品室测温热电偶8、 密封卡箍9、外引线接口 10、接外引线三通11、试样支撑架连接端口 22、样品室加热器 23、密封圈24、三通密封盖35组成；其特征是试样支撑架外罩1的内部形成放置待测试 样的样品室；待测试样4放置在位于试样支撑架2上的绝缘片5之上，并通过试样固定卡 6分别与二个试样测温热电偶7紧密接触；通过位于待测试样一侧的电加热块3在待测试 样4的内部建立起温差，并通过与待测试样4紧密接触的、且沿温差方向间隔分布着的二 个试样测温热电偶7测得二个试样测温热电偶7所在位置处薄膜温差电材料的温度，同时分别借助于由这两个试样测温热电偶7中的各一根导线引出的Seebeck电动势测量线28， 测得试样在这两个测温热电偶7所在位置处薄膜温差电材料内部产生的Seebeck电动势； 控制及测试电路系统是样品室测温热电偶导线25、加热块电源线26、试片测温热电偶 导线27以及Seebeck电动势测量线28均通过安装在接外引线三通11上的外引线接口 10 延伸出测试装置。由测试装置内的试样测温热电偶7、样品室测温热电偶8、电加热块3 以及样品室加热器23连出的样品室测温热电偶导线25、加热块电源线26、试片测温热电 偶导线27、 Seebeck电动势测量线28以及样品室加热器电源线29分别连接到或者先经过 冰水浴31之后再连接到控制及数据采集装置30;控制及数据采集装置30由A/D转换器、 单片机、串口转换、电源、进行信号传输及信号处理的电子电路、按钮开关等组成；控制 及数据采集装置30通过数据传输线32连接到微型计算机33上；由微型计算机33对控制 及数据采集装置30采集到的数据进行处理，并在微型计算机33的显示器上实时显示数据 处理结果。本专利技术根据温差电材料两端存在的温差Ar二r,-r2，且r,〉r2时，则在温差电材料的两端会有一个电位差Eab出现，其数值为(1)式中"ab为常数，该常数被称为温差电材料的Seebeck系数。依据(1)式的Seebeck 系数计算原理，按照图4的程序框图编制出控制及数据处理软件打开测试软件开始测试， 点击鼠标右键，跳出一个对话框，选择"打开串口"，则丌始采集代表试样冷端和热端温 度的电压信号和试样在这个温差下产生的Seebeck电动势，通过程序将采集到的代表温度 的电压信号转化为其相对应的温度值，并计算出温差。利用采集到的温差和电动势，计算 出相对应的Seebeck系数，并在微型计算机33的显示器上实时显示出Seebeck系数以及 Seebeck电动势一温差拟合直线方程。当测试完成后，则点击鼠标右键，弹出一个对话框， 点击"暂停"以停止数据采集，保存测试结果后若结束测试，则退出测试界面；如果需要 继续测试，则点击"暂停"停止数据采集并保存测试结果后，点击"清空"以清除上一次 的测试结果，然后点击"开始"以进行下一个试样的测试。本专利技术的薄膜温差电材料塞贝克系数测试的测试系统，可以根据不同的要求，通过在 系统中连接相关外部设备进行相应条件下的测试。如在真空条件下对薄膜温差电材料的Seebeck系数进行测试，可将图1测试系统中的 三通密封盖35去掉，通过密封卡箍9与接压力表三通13相连接(图5、图6)。接压力表 三通上安装的压力表12用于显示带真空系统测试装置内部的压力。接热偶真空计三通15 通过密封卡箍9与接压力表三通13相连接，其上安装的热偶真空计14用于显示带真空系 统测试装置内部的真空度。接真空泵三通18通过密封卡箍9与接热偶真空计三通15相连 接，其上安装的手动真空阀16用于调节带真空系统测试装置内部的真空度，通过密封卡 箍9连接到手动真空阀16上的真空泵接口 17用于通过外接管线与真空泵连接。接放气阀 三通20通过密封卡箍9与接真空泵三通18相连接，其上安装的放气阀19用于调节带真空系统测试装置内部的气体压力。如在保护气体条件下对薄膜温差电材料的Seebeck系数进行测试，可将带真空测试系 统(图5、图6)中的三通密封盖35去掉，通过密封卡箍9与手动真空阀16相连接(图7、 图8)。通过密封卡箍9连接到手动真空阀16上的保护气体接口 21用于通过外接管线连接 到外部保护气体，保护气体可通过保护气体接口 21进入带保护气体测试装置内部，通过 手动真空阀16调节进入带保护气体测试装置内部的保护气体的量及其压力，通过压力表 12和热偶真空计14监控带保护气体测试装置内部的压力。采用本专利技术的薄膜温差电材料Seebeck系数测试系统的结构及方法，可以快速准确地 测量薄膜温差电材料的Seebeck系数，解决了目前薄膜温差电材料Seebeck系数无法测量 的问题。附图说明附图l测试装置结构示意图； 附图2测试装置结构局部剖视附图3 薄膜温差电材料Seebeck系数测试系统各部分之间的电路连接示意附图4安装在微型计算机33上的数据处理软件程序框附图5带真空系统测试装置结构示意附图6带真空系统测试装置结构局部剖视附图7带保护气体测试装置结构示意附图8带保护气体测试装置结构局部剖视图； 附图中1、试样支撑架外罩；2、试样支撑架；3、加热块；4、待测试样；5、绝缘块； 6、试样固定卡；7、试样测温热电偶；8、样品室测温热电偶；9、密封卡箍；10、外引 线接口； 11、接外引线三通；12、压力表；13、接压力表三通；14、热偶真空计；15、接 热偶真空计三通；16、手动真空阀；17、真空泵接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜温差电材料塞贝克系数测试系统，其特征是由测试装置和控制及测试电路系统两部分构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王为，李菲晖，李晋楼，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]