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原文传递一种可同时测量材料多个热电参数的装置及方法

专利名称：	一种可同时测量材料多个热电参数的装置及方法
摘要：	本发明涉及一种可同时测量材料多个热电参数的装置及方法，所述装置包括电极、加热电源和数据采集装置，电极包括上端电极、中间电极和下端电极，上端电极、中间电极和下端电极中都设置有测量对应电极温度的热电偶，中间电极中还设置有加热棒，加热电源和加热棒电连接，上端电极、中间电极和下端电极中的热电偶均与所述数据采集装置电连接，所述上端电极和中间电极用于夹持上端待测样品，所述下端电极和中间电极用于夹持下端待测样品。本发明可同时测量材料的Seebeck系数、电阻率和热导率，保证了待测样品各性能参数的性能一致，便于数据的对比分析，系统的集成度高，测试时间短、效率高，同时降低了投资成本。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉嘉仪通科技有限公司
发明人：	缪向水;张军;童浩;陈子琪;王愿兵;蔡颖锐;林冲;张维;陈维涛
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201811422009.6
公开号：	CN109781776A
代理机构：	北京汇泽知识产权代理有限公司
代理人：	张涛
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区高新大道999号
主权项：	1.一种可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，所述装置包括电极、加热电源和数据采集装置，所述电极包括上端电极、中间电极和下端电极，所述上端电极、中间电极和下端电极中都设置有测量对应电极温度的热电偶，所述中间电极中还设置有加热棒，所述加热电源和所述加热棒电连接，所述上端电极、中间电极和下端电极中的热电偶均与所述数据采集装置电连接；所述上端电极和中间电极用于夹持上端待测样品；所述下端电极和中间电极用于夹持下端待测样品；所述加热棒用于同时给上端待测样品和下端待测样品的一端加热；所述数据采集装置用于通过热电偶采集上端待测样品和下端待测样品的电压参数。 2.根据权利要求1所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，所述上端电极、中间电极和下端电极均具有与待测样品接触的接触面，且于各所述接触面处均涂抹有石墨。 3.根据权利要求1所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，所述数据采集装置包括电压表、电流源和继电器阵列，三个电极中的热电偶均与所述继电器阵列的输入端电连接，所述电压表和电流源均与所述继电器阵列的输出端电连接；所述电压表用于测量待测样品的电压参数；所述电流源用于给待测样品提供测试电流；所述继电器阵列用于将三个电极中的热电偶选择性的接入电压表或者电流源。 4.根据权利要求1所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，还包括温控装置、红外加热炉，所述红外加热炉具有密闭的腔室，电极及待测样品均放置于所述红外加热炉的腔室中，所述温控装置与所述红外加热炉电连接，用于对红外加热炉的温度进行控制。 5.根据权利要求4所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，所述温控装置包括PID控制器和功率调整器，所述红外加热炉中设置有用于检测所述腔室内温度的温度传感器，所述PID控制器和所述红外加热炉均与所述功率调整器电连接，所述温度传感器与所述PID控制器电连接。 6.根据权利要求5所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，所述红外加热炉上还设置有用于与真空泵连接的真空抽口，所述真空抽口通过管道连通到所述腔室中，用于给所述腔室提供真空环境。 7.根据权利要求4所述的可同时测量材料多个热电参数的装置，其特征在于，还包括上位机，所述数据采集装置、温控装置均与所述上位机电连接。 8.一种可同时测量材料多个热电参数的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，测试并计算待测样品的电阻率，具体如下：利用电流源给上端待测样品及下端待测样品通以交变电流I15，通过电压表获取上端电极到中间电极的电压差V24和中间电极到下端电极下的电压差V46，利用电阻率公式计算出上端待测样品和下端待测样品的电阻率，表示为以下第一公式和第二公式：公式(一)：公式(二)：其中，ρ1为上端待测样品的电阻率，ρ2为下端待测样品的电阻率，S1、S2分别为上端待测样品和下端待测样品的横截面积，L1、L2分别为上端待测样品和下端待测样品的高度，由于上端待测样品和下端待测样品是一样的，故ρ＝ρ1＝ρ2，S＝S1＝S2，L＝L1＝L2；步骤2，测试并计算待测样品的热导率，具体如下：利用加热棒给中间电极加热，待上端待测样品和下端待测样品两端的温差均稳定后，记录下此时的加热棒功率P、上端电极的热电偶温度T12、中间电极的热电偶温度T34和下端电极的热电偶温度T56；通过电压表获取中间电极到上端电极的电压差V13和中间电极到下端电极的电压差V35；利用热导率公式计算出待测样品的热导率，表示为如下第三公式：公式(三)：其中ΔT＝2T34-T12-T56；步骤3，测试并计算待测样品的Seekbeck系数值，具体如下：利用Seekbeck公式计算出待测样品的Seekbeck参数值，表示为如下第四公式：公式(四)：其中，V＝V13+V35，ΔT＝2T34-T12-T56；将计算得出Seekbeck参数值减去电极在该温度下的Seebeck系数，即为待测样品的Seekbeck系数。 9.根据权利要求8所述的可同时测量材料多个热电参数的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤2中，将热导率公式进行变换得到如下第五公式：公式(五)：其中ΔT＝2T34-T12-T56，在相同的环境温度下，改变加热棒功率，从而改变中间电极的温度T34，即改变待测样品加热端的温度；计算出在不同加热棒功率下的ΔT，以ΔT为横坐标、P为纵坐标做出功率随温差变化的曲线，利用最小二乘法进行拟合，从而得出功率随温差变化的拟合曲线，根据所述拟合曲线以及待测样品的横截面积S和长度L，从而计算出在不同加热温度下的拟合热导率值。 10.根据权利要求8所述的可同时测量材料多个热电参数的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤3中，将热导率公式进行变换得到如下第六公式：公式(六)：V＝-αΔT，在相同的环境温度下，改变加热棒功率，从而改变中间电极的温度T34，即改变待测样品加热端的温度；计算出在不同加热棒功率下的ΔT和V，以ΔT为横坐标、V为纵坐标做出电压差随温差变化的曲线，利用最小二乘法进行拟合，从而得出电压差随温差变化的拟合曲线，根据所述拟合曲线计算出在不同加热温度下的待测样品的拟合Seekbeck参数值，将每个加热温度下的拟合Seekbeck参数值减去电极在对应温度下的Seebeck系数，从而计算出在不同加热温度下的待测样品的拟合Seekbeck系数值。
所属类别：	发明专利