[发明专利]一种温差材料热电转换性能测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及温差材料的性能测试技术，特别涉及一种温差材料热电转换性能测试系统及方法, 属于热电转换领域。

背景技术

温差发电是一种绿色环保的发电方式，温差发电技术因其结构简单、坚固耐用、无运动部件、无噪音、使用寿命长并且可以合理利用太阳能、地热能、工业余热废热等优点而受到广泛的研究和应用。然而，随着温差发电技术的发展，如何对温差材料的性能进行精确测定成为备受关注的问题。

2006年，厦门大学陈允成在论文半导体温差发电器的应用的研究中（陈允成.半导体温差发电器应用的研究[D].厦门:厦门大学,2006），提出了一种半导体温差发电模块性能测试平台的搭建方法。该测试平台采用风冷进行散热，无法进行充分散热，没有水冷的散热效果优良。另外，温差发电模块的冷热端温度无法测量，很难获得材料的最佳工作温度及温差等信息。

温差材料是利用温差电材料的热电转换效应（主要为塞贝克效应和帕尔贴效应），由n型和p型半导体组装而成的一种利用温差进行发电的材料。温差材料的热电转换性能是评价温差材料好坏的重要指标。温差材料的热电效率可以由热电优值ZT来评估：

                                                       （1）

（1）式中T为绝对温度，S为热电势，σ为电导率，κ为热传导系数。

因此，选择性能优良的温差材料，对于进行高效率的热电转换具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种用于测试温差材料热电转换性能的测试系统及方法，能够实现对温差材料热电转换性能的精确测定。

本发明采用如下技术方案：一种温差材料热电转换性能测试系统，其包括有：

电加热单元，所述电加热单元包括导热块；

温差发电器件单元，所述温差发电器件单元包括温差材料；

循环冷却单元，所述循环冷却单元包括吸热盒；

数据采集单元，将待测的温差材料放置在温差发电器件单元内，由电加热单元通过导热块对所述温差材料热端进行加热，由循环冷却单元通过吸热盒对所述温差材料冷端进行降温，并由数据采集单元记录输出电压、输出电流及冷热面温度，通过数据采集单元的实时数据显示，对温差材料热电转换性能进行精确测定。

所述测试系统的电加热单元还包括电源及由所述电源控制的电加热管。

所述电加热管由独立开关控制，所述导热块除热端面外均由复合反射绝热材料包裹，并在最外层填充脱脂玻璃纤维。

所述测试系统的温差发电器件单元还包括紫铜片、铠装K型热电偶和加强板，所述温差材料放置于导热块与吸热盒之间，所述紫铜片包括有两片且分别放置于导热块与温差材料热端之间和吸热盒与温差材料冷端之间。

在所述紫铜片的侧面钻孔并植入用于测得所述温差材料冷热面温度的铠装K型热电偶。

所述循环冷却单元还包括散热器、储液结构和循环泵，所述吸热盒底端和与温差材料冷端接触的紫铜片相接触。

所述温差材料热电转换性能测试系统还包括有橡胶管，所述吸热盒的进水口和出水口通过所述橡胶管分别连接循环泵和散热器；所述循环泵与散热器之间通过所述橡胶管连接储液结构，通过水循环进行冷却降温。

所述数据采集单元包括多通道数字巡回检测仪、连接温差材料正负极的导线、连接铠装K型热电偶的导线及负载，所述导线接至多通道数字巡回检测仪的相应通道，测试并记录实时数据。

本发明还采用如下技术方案：一种温差材料热电转换性能测试方法，包括如下步骤：

步骤1、将待测的温差材料放置在导热块与吸热盒间的两片紫铜片之间，通过加强板使导热块、紫铜片、温差材料及吸热盒紧密接触，在储液结构及循环泵中注入水使其能够正常运转，将连接温差材料正负极的导线和连接铠装K型热电偶的导线连接到多通道数字巡回检测仪上；

步骤2、将电源接通，通过电加热管对导热块进行加热，同时通过循环泵对吸热盒进行散热；

步骤3、通过多通道数字巡回检测仪采集温差材料的热端温度、冷端温度、输出电压值及输出电流值，采用实时测试和实时显示的方式，绘制温差材料输出电压-时间关系曲线及输出电压-温差关系曲线，确定不同温度梯度对性能影响。

本发明具有如下有益效果：