一種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法
【專利摘要】一種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，通過采用四線法測量電阻溫度計(jì)的電阻，有效消除了引線電阻，確保了電阻溫度計(jì)讀數(shù)的準(zhǔn)確性和精度，通過PID控溫算法，提高了溫度控制的精度，使的熱電材料兩端的溫度能夠精確調(diào)節(jié)到所要求的數(shù)值，采用溫度倒向法，消除了寄生電勢對測量結(jié)果的影響，保證了Seebeck系數(shù)測量的精度。本發(fā)明方法從測量熱電材料的溫度到改變熱電材料兩端的溫度數(shù)值，再到消除寄生電勢等一系列測量步驟中，都保證了測量的準(zhǔn)確性和精度，該方法有效易行，對Seebeck系數(shù)精度要求高的應(yīng)用場合具有重要意義。
【專利說明】-種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，屬于電學(xué)測試測量
【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect)，是一類電和熱之間相互轉(zhuǎn)換的效 應(yīng)，與材料費(fèi)米面的性質(zhì)密切相關(guān)，在物理性質(zhì)的研究中具有重要意義；熱電效應(yīng)可應(yīng)用于 溫差發(fā)電和半導(dǎo)體制冷，因此受到科研工作者的廣泛關(guān)注。但是目前高溫Seebeck系數(shù)的 測量精度不高，不能滿足對材料物性進(jìn)行定量分析的要求，也給熱電轉(zhuǎn)換效率的評估帶來 一定誤差。通過系統(tǒng)地研究影響Seebeck系數(shù)測量精度的因素，研究寄生電勢、溫度穩(wěn)定 性、測量溫差等因素對Seebeck系數(shù)測量的影響機(jī)制，獲得高精度測量Seebeck系數(shù)的方 法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方 法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，包括測溫階段、控溫階段和測 量計(jì)算階段，步驟如下，
[0006] -測溫階段：將三個(gè)電阻溫度計(jì)分別使用導(dǎo)熱膠固定在放置熱電材料的真空室外 屏和兩個(gè)平臺上，三個(gè)電阻溫度計(jì)分別連接一臺數(shù)字萬用表，通過四線法測電阻，電流源為 熱電材料提供一個(gè)可控恒定電流，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計(jì)的顯示數(shù)值來精 確獲知熱電材料兩端的溫度，通過調(diào)節(jié)使熱電材料兩端的溫度均為T ;
[0007] 在此測溫階段，采用四線法測電阻的好處在于，由于電壓表內(nèi)阻極大，流過電壓表 的電流忽略，所以電壓表的讀數(shù)除以電流值即為熱電材料的電阻，在保證精確測得電阻溫 度計(jì)電阻的情況下，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計(jì)的顯示數(shù)值來精確獲知熱電材 料兩端的溫度。
[0008] -控溫階段：真空室外屏以及兩個(gè)平臺的加熱電阻使用康銅細(xì)線均勻螺旋纏繞， 通過外部程控加熱設(shè)備輸出電流進(jìn)行加熱，在程控加熱設(shè)備輸出電流進(jìn)行加熱的電路上串 聯(lián)一個(gè)恒流擴(kuò)流電路；
[0009] 此設(shè)計(jì)引入恒流擴(kuò)流電路的目的在于，確保流入電路的電壓不變，也確保了電流 不會隨著負(fù)載的變化而變化，另一方面增大了板卡輸出的最大電流，增大了的電流峰值大 于了板卡理論輸出最大電壓除以負(fù)載電阻的值，提高了帶負(fù)載能力，這樣PID算法的反饋 值都能在板卡的新輸出值上有相應(yīng)的反應(yīng)，因此該電路的引入完全發(fā)揮出PID算法的功 能，提高了控溫精度，而且輸出電流的增大也提高了加熱效率。
[0010] 一測量計(jì)算階段：Seebeck系數(shù)的公式如下：
【權(quán)利要求】
1. 一種提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，其特征在于，包括測溫階段、控溫 階段和測量計(jì)算階段，步驟如下， 一測溫階段：將三個(gè)電阻溫度計(jì)分別使用導(dǎo)熱膠固定在放置熱電材料的真空室外屏和 兩個(gè)平臺上，三個(gè)電阻溫度計(jì)分別連接一臺數(shù)字萬用表，通過四線法測電阻，電流源為熱電 材料提供一個(gè)可控恒定電流，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計(jì)的顯示數(shù)值來精確獲 知熱電材料兩端的溫度，通過調(diào)節(jié)使熱電材料兩端的溫度均為T ; 一控溫階段：真空室外屏以及兩個(gè)平臺的加熱電阻使用康銅細(xì)線均勻螺旋纏繞，通過 外部程控加熱設(shè)備輸出電流進(jìn)行加熱，在程控加熱設(shè)備輸出電流進(jìn)行加熱的電路上串聯(lián)一 個(gè)恒流擴(kuò)流電路； 一測量計(jì)算階段：Seebeck系數(shù)的公式如下：
但實(shí)際測量過程中，有如下關(guān)系式存在： Δ U = S* Δ T+U 其中，AU為熱電材料兩端的熱電勢差，ΔΤ為熱電材料兩端的溫差，S為樣品Seebeck 系數(shù)，U為線路中的寄生電勢，采用倒向法，測量方法如下： 通過增加或減小外部程控加熱設(shè)備的輸出電流改變熱電材料兩端的溫度，先將 平臺A的溫度控制在
平臺B的溫度控制在
待平臺A的溫度和平臺B的溫度穩(wěn)定后，通過數(shù)字萬用表讀取熱電材料兩端的電壓，即 得兩端的電勢差，記為ΛU1 然后，將平臺Α和平臺Β的溫度倒向，將 平臺A的溫度控制在
平臺B的溫度控制在
待平臺A的溫度和平臺B的溫度穩(wěn)定后，通過數(shù)字外用表讀取熱電材料兩端的電壓，即 得兩端的電勢差，記為ΛU2 由于溫度倒向，有如下關(guān)系存在 公式 1 : AUl = S*AT+U 公式 2 : Λ U2 = S* (- Λ T) +U 將公式1和公式2相減得：
即測得樣品的Seebeck系數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，其特征在于，所述 電阻溫度計(jì)為Cernox溫度計(jì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的提高測量熱電材料Seebeck系數(shù)精度的方法，其特征在于，所述 數(shù)字萬用表為ARRAY M3500A六位半數(shù)字萬用表。
【文檔編號】G01N25/00GK104122469SQ201410360501
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月26日
【發(fā)明者】劉劍, 趙明磊, 李茂奎, 王震, 李宜 申請人:山東大學(xué)
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