温度数组；随后在步骤S5至Sll开始测量程序。而当选择恒温差热持久评价模式时，在步骤S13设置热端温度和定时测量时间，随后在步骤S14至S20开始测量程序。测量结束时，在步骤S21自动保存所有数据。
[0048]以下通过具体实施例进一步详细说明本发明的热电元器件可靠性评价系统。利用本发明提供的评价系统对一种η型CoSb3基填充方钴矿热电元件进行高低温热循环和恒温差热持久两种工况进行评价，其中P型元件形状为直径Φ 5.6mm的圆柱，N型元件形状为直径Φ4.8_的圆柱，元件长度均为16_，采用同一批的热电材料，通过热压烧结和钎焊工艺制备两玫热电器件样品。
[0049]实施例1:1#热电器件样品用于高低温热循环实验，热端在500°C和200°C之间震荡，控制热循环周期为30min左右，控制冷端温度在15°C左右，经过5000多个循环后分析其性能变化如图4所示。热电元件总开路电压从131mV降至129mV，下降1.5%，其中，P型元件开路电压从75.7mV降至74.7mV，下降1.3%，N型元件开路电压从55.4mV降至54.4mV，下降1.8% ;热电元件总内阻从13.372m0hm增加到13.589m0hm，增加1.6%，其中，P型元件内阻从7.731 mOhm增加到7.85m0hm，增加1.5%，N型元件内阻从5.59ImOhm增加到5.7ImOhm，增加2.1% ;热电元件峰值功率从321mW降至306mW，下降4.6%，其中，P型元件峰值功率从185.6mff降至178mW，下降4.1%，N型元件峰值功率从137.48mff降至129.947mW，下降5.4%。
[0050]实施例2 -.2#热电器件样品用于恒温差热持久实验，热端控制在530°C，冷端控制在20°C，定时测量周期为lhour，经过100hours后分析其性能变化如附图5所示。热电元件总开路电压从148.77mV增加到150.695mV，增加1.2%，其中，P型元件开路电压从85.538mV增加到86.33mV，增加0.9%，N型元件开路电压从63.249mV增加到64.381mV，增加1.7% ;热电元件总内阻从13.78m0hm增加到14.725m0hm，增加6.8%，其中，P型元件内阻从7.992 mOhm增加到8.567mOhm,增加7.2%，N型元件内阻从5.788mOhm增加到6.156mOhm,增加6.3% ;热电元件峰值功率从401.5mff降至385.5mW，下降4.0%，其中，P型元件峰值功率从228.8mff降至217.4mW，下降5.0%，N型元件峰值功率从172.7mff降至168.2mW，下降2.6%。
[0051]分析结果显示，当热电元器件热端温度工作于500°C，即使受到热循环冲击，经过5000多个循环后，相对开始性能变化非常小，而当热电元器件热端温度长时间在530°C服役，由于热电材料、界面老化使热电元件性能衰减速度加快，可靠性降低。
[0052]在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
【主权项】
1.一种热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，包括: 具备真空腔体的真空装置(6); 用于装夹待测的热电元器件的样品测试装置(8)，所述样品测试装置(8)位于所述真空腔体内，且包括热源和热沉，所述热电元器件位于所述热源与热沉之间； 用于控制所述样品测试装置(8)中的所述热源的温度的热端温度控制装置(2); 用于控制所述样品测试装置(8)中的所述热沉的温度的冷端温度控制装置(3); 与所述热电元器件构成串联连接电路并控制所述热电元器件的电流输出的负载装置(4)； 与所述负载装置(4)以及所述热电元器件的冷、热侧相连以采集所述热电元器件的测量信号的多通道数据采集装置(5); 与所述负载装置(4)、多通道数据采集装置(5)和热端温度控制装置(2)相连的控制单J L ο2.根据权利要求1所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述控制单元包括内置评价程序的上位机(1)，所述上位机(I)通过USB转GPIB电缆与所述负载装置(4)、多通道数据采集装置(5)连接，且所述上位机(I)通过USB转RS485接口转换器与所述热端温度控制装置(2)连接。3.根据权利要求2所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述热端温度控制装置(2 )包括温度控制器、控温热电偶、过载检测热电偶、直流电源及温度显示报警器，所述温度控制器通过所述USB转RS485接口转换器与所述上位机连接；优选地，所述温度控制器为PID温度控制器。4.根据权利要求2所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述冷端温度控制装置(3)包括恒温循环水箱、流量计及水路，所述冷端温度控制装置(3)配置为当循环水的流速未达到预定值时将发出报警信号。5.根据权利要求2所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述负载装置(4)包括电子负载仪和分流器，所述电子负载仪的输入端子与所述分流器、所述热电元器件构成串联连接电路，且所述电子负载仪通过所述USB转GPIB电缆与所述上位机连接。6.根据权利要求5所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述多通道数据采集装置(5)通过GPIB电缆与所述负载装置(4)中的所述电子负载仪相连，所述多通道数据采集装置(5)配置为每触发一次采集即切换不同通道开关完成一次测量。7.根据权利要求1所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述真空装置(6)还包括真空栗、压差阀、波纹管、主抽阀、角阀、真空计组成抽气管路连接至所述真空腔体的法兰接口，惰性气体通过进气阀连接至所述真空腔体的法兰接口，优选地，所述真空腔体包括石英钟罩和不锈钢法兰。8.根据权利要求1至7中任一项所述的热电元器件可靠性评价系统，其特征在于，所述测量信号包括所述热电元器件的输出电流和两端电压、P型元件两端电压及N型元件两端电压，以及所述热电元器件的热端温度和冷端温度。9.一种采用根据权利要求1至8中任一项所述的热电元器件可靠性评价系统执行的方法，包括: 在制备好的待测的热电元器件的热端导流电极引出测试导线，P型元件冷端导流电极引出测试导线，N型元件冷端导流电极引出测试导线； 将所述热电元器件装夹在位于真空腔体内的样品测试装置上； 连接测试电路，使所述热电元器件与负载装置构成串联回路，且通过多通道数据采集装置采集所述热电元器件的测量信号； 通过冷端温度控制装置控制所述热电元器件的冷端温度值； 控制单元启动评价程序，根据模拟工况选择评价模式； 所述控制单元开始评价，按照设置的采样间隔采集数据，当所述热电元器件处于预设的温差下且判断温度稳定，调用伏安特性测试程序，完成后通过数据处理得到所述热电元器件的基本性能，依此方法完成所述热电元器件在指定工况下的测试过程。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于， 测量过程中随时查看包括热电元器件、P型元件、N型元件老化性能随热持久时间或热循环次数变化趋势。
【专利摘要】本发明提供一种热电元器件可靠性评价系统及方法，该系统包括：具备真空腔体的真空装置；用于装夹待测的热电元器件的样品测试装置，所述样品测试装置位于所述真空腔体内，且包括热源和热沉，所述热电元器件位于所述热源与热沉之间；用于控制所述样品测试装置中的所述热源的温度的热端温度控制装置；用于控制所述样品测试装置中的所述热沉的温度的冷端温度控制装置；与所述热电元器件构成串联连接电路并控制所述热电元器件的电流输出的负载装置；与所述负载装置以及所述热电元器件的冷、热侧相连以采集所述热电元器件的测量信号的多通道数据采集装置；与所述负载装置、多通道数据采集装置和热端温度控制装置相连的控制单元。
【IPC分类】G01R31/26, G01R31/00, G01R31/265
【公开号】CN105203940
【申请号】CN201510627115
【发明人】廖锦城, 唐云山, 黄向阳, 吴汀, 柏胜强, 陈立东
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月28日