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一種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法
【專利摘要】一種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，通過采用四線法測量電阻溫度計的電阻，有效消除了引線電阻，確保了電阻溫度計讀數的準確性和精度，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節到所要求的數值，采用溫度倒向法，消除了寄生電勢對測量結果的影響，保證了Seebeck系數測量的精度。本發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，都保證了測量的準確性和精度，該方法有效易行，對Seebeck系數精度要求高的應用場合具有重要意義。
【專利說明】-種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，屬于電學測試測量

【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 熱電效應，也叫塞貝克效應（Seebeck effect)，是一類電和熱之間相互轉換的效 應，與材料費米面的性質密切相關，在物理性質的研究中具有重要意義；熱電效應可應用于 溫差發電和半導體制冷，因此受到科研工作者的廣泛關注。但是目前高溫Seebeck系數的 測量精度不高，不能滿足對材料物性進行定量分析的要求，也給熱電轉換效率的評估帶來 一定誤差。通過系統地研究影響Seebeck系數測量精度的因素，研究寄生電勢、溫度穩定 性、測量溫差等因素對Seebeck系數測量的影響機制，獲得高精度測量Seebeck系數的方 法。


【發明內容】

[0003] 針對現有技術的不足，本發明提供一種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方 法。
[0004] 本發明的技術方案如下：
[0005] -種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，包括測溫階段、控溫階段和測 量計算階段，步驟如下，
[0006] -測溫階段：將三個電阻溫度計分別使用導熱膠固定在放置熱電材料的真空室外 屏和兩個平臺上，三個電阻溫度計分別連接一臺數字萬用表，通過四線法測電阻，電流源為 熱電材料提供一個可控恒定電流，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計的顯示數值來精 確獲知熱電材料兩端的溫度，通過調節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，由于電壓表內阻極大，流過電壓表 的電流忽略，所以電壓表的讀數除以電流值即為熱電材料的電阻，在保證精確測得電阻溫 度計電阻的情況下，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計的顯示數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平臺的加熱電阻使用康銅細線均勻螺旋纏繞， 通過外部程控加熱設備輸出電流進行加熱，在程控加熱設備輸出電流進行加熱的電路上串 聯一個恒流擴流電路；
[0009] 此設計引入恒流擴流電路的目的在于，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載電阻的值，提高了帶負載能力，這樣PID算法的反饋 值都能在板卡的新輸出值上有相應的反應，因此該電路的引入完全發揮出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] 一測量計算階段：Seebeck系數的公式如下：

【權利要求】
1. 一種提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，其特征在于，包括測溫階段、控溫 階段和測量計算階段，步驟如下， 一測溫階段：將三個電阻溫度計分別使用導熱膠固定在放置熱電材料的真空室外屏和 兩個平臺上，三個電阻溫度計分別連接一臺數字萬用表，通過四線法測電阻，電流源為熱電 材料提供一個可控恒定電流，通過直接讀取熱電材料兩端電阻溫度計的顯示數值來精確獲 知熱電材料兩端的溫度，通過調節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平臺的加熱電阻使用康銅細線均勻螺旋纏繞，通過 外部程控加熱設備輸出電流進行加熱，在程控加熱設備輸出電流進行加熱的電路上串聯一 個恒流擴流電路； 一測量計算階段：Seebeck系數的公式如下：
但實際測量過程中，有如下關系式存在： 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，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的溫度穩定后，通過數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的溫度穩定后，通過數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。
2. 如權利要求1所述的提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，其特征在于，所述 電阻溫度計為Cernox溫度計。
3. 如權利要求1所述的提高測量熱電材料Seebeck系數精度的方法，其特征在于，所述 數字萬用表為ARRAY M3500A六位半數字萬用表。
【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 優先權日:2014年7月26日
【發明者】劉劍, 趙明磊, 李茂奎, 王震, 李宜 申請人:山東大學