高精度室温塞贝克系数测试设备

技术领域

本发明涉及室温塞贝克系数测试技术领域，具体为高精度室温塞贝克系数测试设备。

背景技术

随着传统化石能源的枯竭与环境的急剧恶化，半导体温差发电技术以其清洁无污染的显著优势，逐渐越受到各国科研学者的高度重视。半导体温差发电技术，是一种通过塞贝克效应进行热能与电能转换的发电方式，可以被广泛应用在工业余热回收、汽车废热发电、地热和海洋温差利用等领域，能够有效地将废热转化为可利用的电能，是实现能源回收和综合利用重要手段。

塞贝克效应是指在两种不同导电材料或者半导体材料构成的闭合回路中，当两种材料连接点温度不同时，材料内载流子存在浓度差而发生扩散运动，使回路两端产生电势差，并在其作用下形成温差电动势，进而实现热能与电能转换的一种现象。塞贝克系数作为衡量半导体热电性能的关键物理量，被定义为材料两端温差电动势与其对应的温度差之间的比值。目前，评估一种材料的塞贝克效应，通常采用商用测试装置进行变温塞贝克系数测试，尽管，变温塞贝克系数测试更能反映材料在不同温度下的温差电动势，但由于并未对材料进行初期性能评估，这种测试方式存在能耗高、测试时间长、反馈不及时等问题，并且用于变温塞贝克系数测试的商用设备较为昂贵。因此，在进行材料变温测试之前有必要对其室温塞贝克系数进行初步表征，从而筛选出具有潜在高塞贝克系数的样品进行变温测试。这样既能缩短大量样品盲目测试所用时长，也可以及时反馈样品性能情况，同时也极大的降低了能耗。然而，目前市面上进行材料室温塞贝克系数测量的装置相对来说较少，而且性价比较低，不利于样品的快速检测。

发明内容

本发明的目的在于提供高精度室温塞贝克系数测试设备，以解决上述背景技术中提出的采用商用测试装置能耗高、测试时间长、反馈不及时等问题，并且用于变温塞贝克系数测试的商用设备较为昂贵，性价比较低，不利于样品的快速检测的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高精度室温塞贝克系数测试设备，包括：温控仪、继电器、加热棒、保温石墨管、万能表、K型热电偶，所述加热棒为电加热棒；

将温控仪、继电器、加热棒串联，K型热电偶与温控仪接点相连，测试样品两端表面的温度差，并通过K型热电偶反馈测试温度，控制整个电路的电流进行加热棒温度的调控，实现接触样品两端温度差的调节。

优选的，所述温控仪为奥特XMT 7000系列智能温度调节仪。

优选的，所述继电器为固态继电器。

优选的，所述保温石墨管覆盖并包裹加热棒，实现在室温下加热棒表面温度与外界温度的隔绝，便于控制接触样品两端的温度差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在实验室规模内实现了测试装置的搭建与稳定测试、以及对材料室温塞贝克系数测量精度的评估。

附图说明

图1为本发明结构的搭建示意图；

图2为本发明设计原理图；

图3为本发明商用仪器与自组建仪器对BiCuSeO标准样品的室温Seebeck系数测量值的比较图；

图4为本发明商用仪器与自组建仪器对Bi

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

请参阅图1-4，本发明提供技术方案：高精度室温塞贝克系数测试设备，包括：温控仪、继电器、加热棒、保温石墨管、万能表、K型热电偶，所述加热棒为电加热棒；

将温控仪、继电器、加热棒串联，K型热电偶与温控仪接点相连，测试样品两端表面的温度差，并通过K型热电偶反馈测试温度，控制整个电路的电流进行加热棒温度的调控，实现接触样品两端温度差的调节。

进一步地，所述温控仪为奥特XMT 7000系列智能温度调节仪。

进一步地，所述继电器为固态继电器。

进一步地，所述保温石墨管覆盖并包裹加热棒，实现在室温下加热棒表面温度与外界温度的隔绝，便于控制接触样品两端的温度差。

(1)奥特XMT 7000系列智能温度调节仪

XMT 7000系列智能温度调节仪，是实现温度智能调控的一体化电子仪表，它采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程、定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程等特点。当实验温度到达设定温度时，通过控制继电器实现电路的通断，进而调节电路中电流来实现温度的调控。

(2)固态继电器

利用半导体器件作为切换装置的无触点开关器件，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变为通态。它具有继电器特征性，单相的固态继电器一般为四端有源器件，其中有两个输入控制端、两个输出端，输入与输出间为光隔离。

(3)加热棒(功率为80W)

在一个不锈钢管里植入电热丝，在管内空隙部分填充有良好的导热性和绝缘性的氧化镁结晶。利用电热丝两端引出导线与电源相连接，通入电流实现加热。

(4)保温石墨管

保温石墨管用于覆盖并包裹加热棒，实现在室温下加热棒表面温度与外界温度的隔绝，便于控制接触样品两端的温度差。

(5)万能表

采用标准型数字万用表UNI-T UT55，万用表用于设备测试时样品两端的电压监测。

(6)K型热电偶

镍铬-镍硅合金丝，正极为镍铬，负极为镍硅，规格：

如图2所示：根据Seebeck系数的定义，在样品两端温差相对较小的条件下，被测样品相对于热电偶的其中一个电偶臂A端(如NiCr)的Seebeck系数可表示为：

α

具体测试方法：

(1)测试前先将被测样品两端抛光并清洁表面，将测试样品放置于两个加热棒的中间，通过滑轨固定加热棒，夹紧被测样品，同时保证热电偶与样品点接触。

(2)开启电源，设置温控表的加热温度，为使测量准确设定两个温控表的温度差为10℃，即一个温控表的温度设定值为室温(25±x)℃(由于受室温变化影响，x为环境温度变量)，另一个表的温度为(35±x)℃，同时利用热电偶进行样品两端温度与电压的测试与反馈，确保试样两端温差恒定。

(3)当温度到达预定温度时，开启万用表开关，万用表对应档位为电压200mV档位，按动设备测试开关，记录此时的电压表读数为V

如图3所示，商用仪器与自组建仪器对BiCuSeO标准样品的室温Seebeck系数测量值的比较结果，(本次测试温度为25±2℃即x＝2)。

如图4所示，商用仪器与自组建仪器对Bi

表1.对图3中各仪器测试数据的比较

*Seebeck系数单位(μV/K)；环境温度为：25±2℃。

表2.对图4中各仪器测试数据的比较

*Seebeck系数单位(μV/K)；环境温度为：25±2℃。

如表1、2所示，对不同热电材料体系进行测试的结果表明，自组建设备的测量结果与商用仪器(Namicro-3LT热电参数测试系统)的测量结果相比，两者之间的相对误差值较小，说明自主搭建的测试设备在室温条件下的测量结果准确，且具较有高的精确度。同时，所有测试结果均具有可重复性，表明本专利中自主搭建的室温塞贝克系数测试设备稳定、可靠。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。