一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法
【专利摘要】一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，通过采用四线法测量电阻温度计的电阻，有效消除了引线电阻，确保了电阻温度计读数的准确性和精度，通过PID控温算法，提高了温度控制的精度，使的热电材料两端的温度能够精确调节到所要求的数值，采用温度倒向法，消除了寄生电势对测量结果的影响，保证了Seebeck系数测量的精度。本发明方法从测量热电材料的温度到改变热电材料两端的温度数值，再到消除寄生电势等一系列测量步骤中，都保证了测量的准确性和精度，该方法有效易行，对Seebeck系数精度要求高的应用场合具有重要意义。
【专利说明】-种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，属于电学测试测量

【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 热电效应，也叫塞贝克效应（Seebeck effect)，是一类电和热之间相互转换的效 应，与材料费米面的性质密切相关，在物理性质的研究中具有重要意义；热电效应可应用于 温差发电和半导体制冷，因此受到科研工作者的广泛关注。但是目前高温Seebeck系数的 测量精度不高，不能满足对材料物性进行定量分析的要求，也给热电转换效率的评估带来 一定误差。通过系统地研究影响Seebeck系数测量精度的因素，研究寄生电势、温度稳定 性、测量温差等因素对Seebeck系数测量的影响机制，获得高精度测量Seebeck系数的方 法。


【发明内容】

[0003] 针对现有技术的不足，本发明提供一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方 法。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] -种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，包括测温阶段、控温阶段和测 量计算阶段，步骤如下，
[0006] -测温阶段：将三个电阻温度计分别使用导热胶固定在放置热电材料的真空室外 屏和两个平台上，三个电阻温度计分别连接一台数字万用表，通过四线法测电阻，电流源为 热电材料提供一个可控恒定电流，通过直接读取热电材料两端电阻温度计的显示数值来精 确获知热电材料两端的温度，通过调节使热电材料两端的温度均为T ;
[0007] 在此测温阶段，采用四线法测电阻的好处在于，由于电压表内阻极大，流过电压表 的电流忽略，所以电压表的读数除以电流值即为热电材料的电阻，在保证精确测得电阻温 度计电阻的情况下，通过直接读取热电材料两端电阻温度计的显示数值来精确获知热电材 料两端的温度。
[0008] -控温阶段：真空室外屏以及两个平台的加热电阻使用康铜细线均匀螺旋缠绕， 通过外部程控加热设备输出电流进行加热，在程控加热设备输出电流进行加热的电路上串 联一个恒流扩流电路；
[0009] 此设计引入恒流扩流电路的目的在于，确保流入电路的电压不变，也确保了电流 不会随着负载的变化而变化，另一方面增大了板卡输出的最大电流，增大了的电流峰值大 于了板卡理论输出最大电压除以负载电阻的值，提高了带负载能力，这样PID算法的反馈 值都能在板卡的新输出值上有相应的反应，因此该电路的引入完全发挥出PID算法的功 能，提高了控温精度，而且输出电流的增大也提高了加热效率。
[0010] 一测量计算阶段：Seebeck系数的公式如下：

【权利要求】
1. 一种提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，其特征在于，包括测温阶段、控温 阶段和测量计算阶段，步骤如下， 一测温阶段：将三个电阻温度计分别使用导热胶固定在放置热电材料的真空室外屏和 两个平台上，三个电阻温度计分别连接一台数字万用表，通过四线法测电阻，电流源为热电 材料提供一个可控恒定电流，通过直接读取热电材料两端电阻温度计的显示数值来精确获 知热电材料两端的温度，通过调节使热电材料两端的温度均为T ; 一控温阶段：真空室外屏以及两个平台的加热电阻使用康铜细线均匀螺旋缠绕，通过 外部程控加热设备输出电流进行加热，在程控加热设备输出电流进行加热的电路上串联一 个恒流扩流电路； 一测量计算阶段：Seebeck系数的公式如下：
但实际测量过程中，有如下关系式存在： Δ U = S* Δ T+U 其中，AU为热电材料两端的热电势差，ΔΤ为热电材料两端的温差，S为样品Seebeck 系数，U为线路中的寄生电势，采用倒向法，测量方法如下： 通过增加或减小外部程控加热设备的输出电流改变热电材料两端的温度，先将 平台A的温度控制在
平台B的温度控制在
待平台A的温度和平台B的温度稳定后，通过数字万用表读取热电材料两端的电压，即 得两端的电势差，记为ΛU1 然后，将平台Α和平台Β的温度倒向，将 平台A的温度控制在
平台B的温度控制在
待平台A的温度和平台B的温度稳定后，通过数字外用表读取热电材料两端的电压，即 得两端的电势差，记为ΛU2 由于温度倒向，有如下关系存在 公式 1 : AUl = S*AT+U 公式 2 : Λ U2 = S* (- Λ T) +U 将公式1和公式2相减得：
即测得样品的Seebeck系数。
2. 如权利要求1所述的提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，其特征在于，所述 电阻温度计为Cernox温度计。
3. 如权利要求1所述的提高测量热电材料Seebeck系数精度的方法，其特征在于，所述 数字万用表为ARRAY M3500A六位半数字万用表。
【文档编号】G01N25/00GK104122469SQ201410360501
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月26日 优先权日:2014年7月26日
【发明者】刘剑, 赵明磊, 李茂奎, 王震, 李宜 申请人:山东大学