[實用新型]一種真空高溫環境下測試賽貝克系數的裝置

無效

• 申請號: 200920210692.7
• 申請日: 2009-10-13
• 公開（公告）號: CN201555819U
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 吳子華;謝華清
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本實用新型涉及一種熱電材料熱電性能的測試裝置，具體涉及一種真空高溫環境下測試賽貝克系數的測量裝置。

背景技術

熱電材料是一種利用半導體的塞貝克(Seebeck)效應和帕爾貼(Peltier)效應將熱能和電能直接轉換的功能材料，目前主要應用于熱電發電和熱電制冷。熱電材料性能指標一般用無量綱優值系數(figure?of?merit)ZT進行描述，ZT值由熱電材料的Seebeck系數S、電導率σ、導熱系數k和絕對溫度T表示：ZT＝S²σT/k。ZT值越大，表示材料的熱電轉換效率越高。當熱電制冷器件材料的ZT值達到3時，其制冷效率將和傳統以氟里昂為工質的壓縮制冷機相比擬。遺憾的是，自然界存在的物質ZT值都較小(ZT＜1)。雖然熱電能量轉換系統理論上可以達到卡諾循環效率，但實際性能卻遠遠滯后。因此，如何改進材料的性能，尋找更為理想的材料，成為人們研究的中心。可以作為熱電材料應用的許多材料均為金屬合金化合物，研究發現：這些金屬合金化合物在高溫空氣氛圍中易氧化，直接導致熱電性能下降，可重復性降低，大大限制了材料研究進展。因此研制開發熱電材料Seebeck系數和電導率在真空環境下的測試設備是必要和緊迫的。目前，賽貝克系數和電輸運性能的測試大多采用日本ULVAC-RIKO公司生產的ZEM系列測量裝置。其ZEM-3型是目前最先進的型號，采用的是氦氣反復沖洗之后抽真空的方式防止材料的氧化，最高真空度只能達到0.1MPa，遠遠不能達到要求。并且ZEM-3采用的是利用杠桿將熱電偶緊貼在垂直放置的樣品側面的方式測量不同溫差下的賽貝克系數，樣品氧化揮發時常常沾附在熱電偶的頂端造成熱電偶的污染，導致測量精度的降低。由于熱電偶的頂端特別脆弱，清洗時稍微用力就有可能造成熱電偶頂端斷裂，給測量帶來不便。

實用新型內容

本實用新型公開了一種真空高溫環境下測試塞貝克系數的裝置，可以克服采用現有測量裝置導致的：溫度誤差大、熱電偶易污染、斷裂等缺陷。本實用新型不但可以有效防止高溫下材料的氧化問題，而且可以在高真空環境下準確、快速的測量樣品的賽貝克系數，全新的樣品支架和加熱裝置大大拓寬了測量系統的測量范圍，并且樣品桿采用熱導率大的陶瓷，有效降低了熱量的傳遞，同時樣品兩端的溫差小，因此降低了測量誤差。本發明裝置還具有易于操作等優點。

一種真空高溫環境下測試賽貝克系數的裝置，包括高溫爐爐腔和真空泵，其特征在于：高溫爐爐腔上方連接有水冷電極，高溫爐爐腔底部連接有真空抽氣閥，真空抽氣閥經管道與真空泵連接，高溫爐爐腔內設置有隔熱屏，隔熱屏內設置有加熱器，加熱器經導線依次與真空電極、爐腔溫度控制系統和工控機連接，高溫爐爐腔一側連接有放氣閥，另一側通過法蘭連接一樣品桿，樣品桿懸伸進高溫爐爐腔中央，測試樣品固定在樣品桿上，測試樣品底部設置有薄膜加熱器；測試樣品兩端各引出溫度和電勢差引線，經高溫爐爐腔上方的真空電極引出，分兩路經掃描卡和納伏儀表與工控機連接，薄膜加熱器經薄膜加熱器的溫度控制系統與工控機連接。

所述的樣品桿懸伸部位的前端部連接有上、下兩片不銹鋼薄片，上、下不銹鋼薄片上開有螺孔，測試樣品夾在上、下兩片不銹鋼薄片之間，薄膜加熱器設置在樣品桿前端的測試樣品底部，鉬螺絲將上、下兩片不銹鋼薄片和其間夾持的測試樣品、薄膜加熱器加緊。

采用本實用新型裝置測試結果與現有技術相比具有以下顯著結果：

1.測量在高真空環境下進行，有效的遏制了高溫下測試過程中的氧化問題，為探索和尋找理想熱電材料時出現的易氧化熱電材料的性能表征提供了有效的保障。

2.采用樣品通過樣品桿懸空在爐腔中央的測試方法，對樣品的強度、硬度和尺寸等無苛刻要求，大大拓寬了測量系統的測量范圍，并且樣品桿采用熱導率大的陶瓷，大大降低了熱量的傳遞，有利于減小誤差。采用一端加熱形成溫差的方法，比先前的兩端加熱法更省時、簡單和節約成本。

3.采用了掃描卡和納伏儀表采集數據，其對ΔT測量的精度提高到約0.05K，保證了整個測量過程中在0-1.5K溫差時5個不同的測量點的精度，既滿足了ΔT越小賽貝克系數越接近理想值的要求，又保證了測量的誤差小于5％。

附圖說明

圖1真空高溫測試室及真空抽氣系統；

圖2樣品桿結構示意圖；

圖3賽貝克系數測量系統示意圖；

圖4電阻-溫度曲線測試結果；

圖5賽貝克系數測試結果。