[實用新型]測量金屬塞貝克系數的裝置

有效

• 申請號: 201420197240.0
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN203858222U
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李喜;盧振遠;杜大帆;吳吉文;吳建華;李秋燕;王科峰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本實用新型涉及一種金屬材料物理性能測量裝置，特別是涉及一種金屬材料熱電性能測量裝置，為精確測量金屬材料的塞貝克系數提供了可靠的方法，應用于金屬材料物理性能測量儀器技術領域。

背景技術

自上世紀末，隨著能源和環境問題的日益嚴峻，使得新型材料的研究迅速發展起來?；跓犭娦臒犭姴牧弦云錈o污染、壽命長、能量利用率高等優點在各行各業中得到了廣泛的應用。目前熱電材料所面臨的問題是熱電轉換率較低。

????1821年德國物理學家托馬斯·約翰·賽貝克發現，將二種不同金屬各自的二端分別連接，并放在不同的溫度下，就會產生一個電位差，在線路內就會有電流產生，他將這種現象稱之為賽貝克效應。并認為不同的金屬具有反應塞貝克效應大小不同的賽貝克系數，而對于二種不同金屬，一旦連接點的溫度相差越大，那么產生的賽貝克電位差也越大。塞貝克系數是表征金屬材料熱電效應的重要參數，塞貝克系數越大材料的熱電性能越好。

????熱電材料的塞貝克系數可以表示為：

其中，S是熱電材料的塞貝克系數，為熱電材料的塞貝克電動勢，為熱電材料兩端的溫差。

同一種金屬材料的固相與液相有不同的賽貝克系數，分別為和，兩者之間的差值為該材料的絕對賽貝克系數。另外，由經典凝固理論可知，在金屬凝固的實際過程中，金屬凝固的實際溫度低于金屬的平衡凝固溫度，兩者之間的差值為金屬凝固的過冷度，金屬以不同速度凝固時，其過冷度也不同，在定向凝固時，不同凝固速度下的過冷度可以得通過計算得出。

精確測量金屬材料絕對賽貝克系數，對于材料的制備具有重大意義，但是由熱電效應產生的電壓通常每開爾文溫差只有幾微伏，且在不同條件下單獨測量材料固相和液相的賽貝克系數來計算其差值具備較大的誤差，另外，傳統的測量裝置存在結構復雜，安裝困難，測量精度較低等問題。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服了現有技術的不足，提供一種測量金屬塞貝克系數的裝置，可以精確測量金屬材料的seebeck系數，本實用新型根據定向凝固過程中界面過冷原理，提出在固定一個加熱爐的同時，使移動爐通過一定的速率進行定向移動的過程對樣品進行持續加熱，通過測量樣品兩端熱電勢的變化，結合凝固過冷度，即可計算得到熱電材料的seebeck系數，具備精度高、操作簡單、可多次重復驗證的優點。

為達到上述發明創造目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種測量金屬塞貝克系數的裝置，由溫度場控制系統和測量系統構成，測量系統由數據采集器和電腦終端構成，數據采集器的兩個接線端子分別通過對應的信號傳輸線與待測金屬試樣的兩端分別電連接，數據采集器還與電腦終端信號連接，溫度場控制系統對待測金屬試樣的內部的溫度場進行控制，使待測金屬試樣在兩端開口的剛玉管中形成通長的棒狀，并使待測金屬試樣側表面和剛玉管的內表面之間緊密接觸，去除待測金屬試樣和剛玉管之間的空隙，即以剛玉管作為待測金屬試樣的樣品支架，使待測金屬試樣和剛玉管緊密結合并一體形成測量標的系統，并將剛玉管位置固定，溫度場控制系統至少由加熱裝置、冷卻裝置和保溫裝置組成，加熱裝置由溫度控制系統控制，將測量標的系統水平放入加熱裝置中，使剛玉管從加熱裝置的通孔中穿過，并使待測金屬試樣的兩端皆位于加熱裝置外部，冷卻裝置使待測金屬試樣的兩端溫度保持一致，加熱裝置由固定加熱裝置和移動式加熱裝置組成，分別對待測金屬試樣的不同區段進行加熱，固定加熱裝置通過與其固定連接的一組固定支架安裝在一個固定不動的平臺上，移動式加熱裝置通過與其固定連接的另一組固定支架安裝在可移動的另一個平臺上，在固定加熱裝置和移動式加熱裝置之間，將測量標的系統對應區段的剛玉管設置于在保溫裝置內部形成的加熱恒溫空間區域內，固定加熱裝置和移動式加熱裝置同時對測量標的系統進行加熱，使剛玉管內的待測金屬試樣中部完全熔融形成液相區段，而待測金屬試樣的液相區段兩端則分別各形成一個液固界面，在待測金屬試樣的液相區段的兩個液固界面之外分別為待測金屬試樣兩段固相區段，其中固定加熱裝置對待測金屬試樣右側區段加熱，使固定加熱裝置未進行加熱的待測金屬試樣右側區段形成右側固相區段，待測金屬試樣的右側固相區段長度保持不變，從而使待測金屬試樣的液相區段的右側液固界面保持平衡凝固狀態，而其中移動式加熱裝置對待測金屬試樣左側區段加熱，使固定加熱裝置未進行加熱的待測金屬試樣左側區段形成左側固相區段，同時還通過調節控制移動式加熱裝置沿待測金屬試樣的軸向移動，使待測金屬試樣的左側固相區段長度發生變化，從而使待測金屬試樣的液相區段的左側液固界面的位置發生變化，從而使待測金屬試樣的液相區段進行定向凝固。