[發明專利]一種熱電材料塞貝克系數測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201910960793.4
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110530927A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 王雪強;王雪剛
• 申請（專利權）人: 王雪強
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 33310 杭州知杭知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 夏艷<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明涉及一種熱電材料塞貝克系數測試裝置及方法，屬于半導體測試技術領域。為克服傳統測試方法中操作復雜，測試精度低的不足，本發明將被測樣品置于加熱器和散熱器之間，利用鎳鉻?鎳硅差分熱電偶直接測量樣品兩端的溫差。將被測樣品的塞貝克電壓與鎳鉻?鎳硅差分熱電偶的塞貝克電壓進行比較，通過調節電壓平衡回路中的可變電阻的滑臂，使電位差計指示為零，利用電壓平衡的原理，可求出被測樣品的塞貝克系數。本發明通過巧妙的電路設計，實現了只需對一個測試參量進行統計，提高了效率，并且不干擾被測樣品的塞貝克系數，提高了精確度。本發明可用于鎧裝熱電偶、熱流密度傳感器等的塞貝克系數測量，在測量大量樣品時更有優勢。

技術領域

本發明涉及半導體測試技術領域，具體說是一種熱電材料塞貝克系數測試裝置及方法。

背景技術

隨著航空航天事業的發展，熱電材料的應用也越來越受到重視。利用熱電材料的塞貝克效應可以實現熱能和電能的轉化。連接兩種不同類型的導體或半導體材料，當端點處存在溫差時，材料兩端會產生電動勢，該現象稱為塞貝克效應。在熱電材料性能參數測試方面，塞貝克系數的精確測試和表征是最為重要的內容之一。

材料的塞貝克系數ɑ_sr可以表示為：

式中，ΔT為材料兩端的溫差，V_sr為在該溫差產生的塞貝克電壓。

在測試材料的塞貝克系數時，首先需要在樣品的兩端產生一個溫差，由兩對熱電偶同時測出溫度，得出溫差，由測電壓探針測出電壓。對于絕大多數半導體熱電材料，溫差ΔT通常可以選擇在5～10K范圍，這樣能夠基本上滿足溫差ΔT盡可能小的條件，同時又能得到一個足夠大、易于被測出的塞貝克電壓V_sr。

然而，塞貝克系數測試原理看似簡單，但是在傳統的測試方法中存在操作復雜，測試精度低等問題。因為傳統的測試方法不僅需要采用熱電偶測試溫度差，而且要同時測試該溫差產生的塞貝克電壓，另外接觸熱阻也會給測試帶來較大的誤差。

除了航空航天所用的熱電電池之外，在熱電發電裝置、熱電式熱流密度傳感器、溫差制冷器等零部件或設備中，也需要對其電極材料的塞貝克系數的進行測試和標定。特別是隨著工業自動化、智能化的普及，熱電材料在生活中的廣泛應用，催生了巨大的測試需求。傳統的塞貝克系數測試裝置在測試大量樣品的情況下效率低下。因此，除了滿足測試精確，操作方便的要求外，還需要滿足能夠對對大量樣品進行快速測試的要求。

發明內容

針對傳統塞貝克系數測試方法中操作復雜、測試精度低的不足，結合大量測試塞貝克系數的實際需求，本發明提供了一種熱電材料塞貝克系數測試裝置及方法，以提高測試精度和測試效率。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種熱電材料塞貝克系數測試裝置，包括：基體1、支架2、陶瓷板3、散熱器4、升降機構5、加熱器7、壓板8、自動壓緊裝置9、銅導線Ⅰ10、差分熱電偶11、高溫端電阻12、可變電阻13、電位差計14、低溫端電阻15、逆向開關16；

所述基體1的一側與支架2的底部一側連接，壓板8的一側與支架2的頂部一側連接；所述壓板8的下方安裝若干自動壓緊裝置9，自動壓緊裝置9的下方安裝加熱器7；所述基體1的上方安裝散熱器4；

所述加熱器7和散熱器4之間連接有銅導線Ⅰ10，銅導線Ⅰ10從上到下依次設有高溫端電阻12、可變電阻13、低溫端電阻15；所述可變電阻13的滑臂與電位差計14的一端連接，所述電位差計14的另一端有銅導線Ⅱ17和銅導線Ⅲ18引出，所述低溫端電阻15的下端有銅導線Ⅳ19引出；

所述差分熱電偶11一側的兩個接觸點分別與加熱器7和散熱器4有良好的熱接觸，同時又保持良好的電絕緣，另一側的兩個接觸點與逆向開關16連接；利用所述差分熱電偶11，可直接測量被測樣品6兩端的溫差；