一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器

本发明涉及热电器件测试，具体为一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器。

背景技术：

1、热电器件可以利用塞贝克效应将热能直接转换成电能，反过来也可以利用帕尔贴效应将电能转换成热能，因此，热电器件可以用于发电和制冷。

2、为了评价热电器件的发电性能，通常是在其两端建立温差，测量不同负载对应热电器件的输出电流、电压及热流之间的关系，进一步分析得到热电器件在该温差下的最大输出功率及最大转换效率。

3、为保证热流测量精度，大部分仪器测量样品尺寸有限。例如，pem系列设备最大只能测试40mm*40mm的模块，且不能直接设定热电模块两端的温度；目前一般通过热电偶探测到的温度来计算热流大小，而热电偶之间没有设置足够间距的话，由于加工精度与热电偶精度有限，容易导致热流测量精度不足，而热电偶之间设置足够间距的话，由于加热装置、制冷装置和标准导热块之间的温差大，为了使得测试温度达到要求，使得加热装置加热温度高，制冷装置制冷温度低，从而对加热装置和制冷装置要求高；此外，为了提高热电器件表面温度的测量精度，需要热电器件和标准导热块之间紧密贴合，现有技术一般采用螺丝或者加压平台将热电器件和标准导热块相互之间夹紧，然而在温度升高的过程中，热电器件和标准导热体受热膨胀的话，热电器件所受到的应力会显著增大，从而影响到热电器件性能的测试，同时容易导致热电器件和标准导热块的接触面各处受力不够均匀。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器。

2、一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，包括热端导热块、热电器件和冷端导热块，所述热端导热块和冷端导热块分别设置于热电器件的两侧，且热端导热块和冷端导热块在压紧装置的作用下与热电器件紧密贴合，所述热端导热块远离热电器件的一端设置有加热块，所述热端导热块和加热块一体化成型设置，所述冷端导热块远离热电器件的一端设置有散热块，所述冷端导热块和散热块也一体化成型设置，所述加热块和加热装置相连接，散热块和制冷装置相连接，所述热端导热块和冷端导热块上均设置有热电偶，热端导热块和冷端导热块的长度大于预设距离，热电器件通过导线电连接有电子负载。

3、进一步的方案是，所述热端导热块的外侧设置有第一外壳，所述冷端导热块的外侧设置有第二外壳，所述第一外壳和热端导热块以及第二外壳和冷端导热块之间从外到内依次设置有绝热层和保温层。

4、进一步的方案是，所述绝热层由铝箔制备而成，所述保温层由气凝胶毡制备而成。

5、进一步的方案是，所述第一外壳和第二外壳两侧均设置有凸出部，所述压紧装置包括升降板，所述升降板下表面四角处安装有螺杆，所述螺杆远离升降板的一端依次穿过第一外壳和第二外壳的凸出部，所述螺杆底端螺纹连接有螺帽，螺杆上套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧两端分别与升降板和第一外壳的凸出部相抵，所述第一外壳的凸出部上安装有导向杆，所述导向杆上设置有刻度线，且导向杆穿过升降板并与之滑动连接，第一外壳远离第二外壳一端的凸出部通过螺钉与加热块固定连接，第二外壳远离第一外壳的一端的凸出部通过螺钉与散热块固定连接。

6、进一步的方案是，所述热端导热块和冷端导热块上均至少设置有三个热电偶，所述热电偶安装于第一外壳或者第二外壳上，其中两个热电偶安装于热端导热块和冷端导热块的中部，一个热电偶安装于热端导热块靠近热电器件的一端，一个热电偶安装于冷端导热块靠近热电器件的一端，热电偶的探头插入到热端导热块或者冷端导热块的中轴线上。

7、进一步的方案是，所述热端导热块的热电偶电连接第一温控器的输入端，所述第一温控器的输出端通过第一调压模块电连接所述加热装置，通过安装于热端导热块靠近热电器件的一端的热电偶探测到的温度控制加热装置的加热功率；冷端导热块上的热电偶电连接第二温控器的输入端，所述第二温控器的输出端通过第二调压模块电连接所述制冷装置，通过安装于冷端导热块靠近热电器件的一端的热电偶探测到的温度控制制冷装置的制冷功率。

8、进一步的方案是，所述加热装置为安装于所述加热块内的加热棒，制冷装置包括开设于所述散热块内的水道，所述水道通过管道连接有制冷系统，所述管道上设置有水泵。

9、进一步的方案是，所述加热块、热端导热块、冷端导热块和散热块由铜或者铝或者石墨制备而成。

10、进一步的方案是，还包括计算机系统，所述计算机系统电连接电子负载、第一温控器和第二温控器。

11、进一步的方案是，所述水道中流动的介质为导热硅油或者乙二醇。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明将四个压缩弹簧压缩相同的长度，为热电器件施加均匀且恒定的压力，一方面可以减小热电器件与导热块之间的热阻，减小靠近热电器件的热电偶探测到的温度与热电器件的表面温度的误差。另一方面，通过压缩弹簧施加均匀且恒定的力，可以用来研究力对热电器件性能的影响；此外通过将加热块和热端导热块加工成一体化成型设置以及将散热块和冷端导热块加工成一体化成型设置，减小加热块和热端导热块之间的温差以及散热块和冷端导热块之间的温差，从而降低对最高温与最低温的需求，从而能够将热端导热块和冷端导热块加工成超长柱体，有利于热电导热块和冷端导热块截面温度均匀，减小温度不均匀导致的误差；有利于增大温差，减小测量与加工引起的误差，提高热流测试的准确性。

技术特征：

1.一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：包括热端导热块(4)、热电器件(2)和冷端导热块(5)，所述热端导热块(4)和冷端导热块(5)分别设置于热电器件(2)的两侧，且热端导热块(4)和冷端导热块(5)在压紧装置的作用下与热电器件(2)紧密贴合，所述热端导热块(4)远离热电器件(2)的一端设置有加热块(3)，所述热端导热块(4)和加热块(3)一体化成型设置，所述冷端导热块(5)远离热电器件(2)的一端设置有散热块(6)，所述冷端导热块(5)和散热块(6)也一体化成型设置，所述加热块(3)和加热装置相连接，散热块(6)和制冷装置相连接，所述热端导热块(4)和冷端导热块(5)上均设置有热电偶(19)，热端导热块(4)和冷端导热块(5)的长度大于预设距离，热电器件(2)通过导线电连接有电子负载(18)。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述热端导热块(4)的外侧设置有第一外壳(14)，所述冷端导热块(5)的外侧设置有第二外壳(15)，所述第一外壳(14)和热端导热块(4)以及第二外壳(15)和冷端导热块(5)之间从外到内依次设置有绝热层(17)和保温层(16)。

3.根据权利要求2所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述绝热层(17)由铝箔制备而成，所述保温层(16)由气凝胶毡制备而成。

4.根据权利要求2所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述第一外壳(14)和第二外壳(15)两侧均设置有凸出部，所述压紧装置包括升降板(23)，所述升降板(23)下表面四角处安装有螺杆(20)，所述螺杆(20)远离升降板(23)的一端依次穿过第一外壳(14)和第二外壳(15)的凸出部，所述螺杆(20)底端螺纹连接有螺帽(22)，螺杆(20)上套设有压缩弹簧(21)，所述压缩弹簧(21)两端分别与升降板(23)和第一外壳(14)的凸出部相抵，所述第一外壳(14)的凸出部上安装有导向杆(24)，所述导向杆(24)上设置有刻度线(25)，且导向杆(24)穿过升降板(23)并与之滑动连接，第一外壳(14)远离第二外壳(15)一端的凸出部通过螺钉与加热块(3)固定连接，第二外壳(15)远离第一外壳(14)的一端的凸出部通过螺钉与散热块(6)固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述热端导热块(4)和冷端导热块(5)上均至少设置有三个热电偶(19)，所述热电偶(19)安装于第一外壳(14)或者第二外壳(15)上，其中两个热电偶(19)安装于热端导热块(4)和冷端导热块(5)的中部，一个热电偶(19)安装于热端导热块(4)靠近热电器件(2)的一端，一个热电偶(19)安装于冷端导热块(5)靠近热电器件(2)的一端，热电偶(19)的探头插入到热端导热块(4)或者冷端导热块(5)的中轴线上。

6.根据权利要求5所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述热端导热块(4)上的热电偶(19)电连接第一温控器(11)的输入端，所述第一温控器(11)的输出端通过第一调压模块(9)电连接所述加热装置，通过安装于热端导热块(4)靠近热电器件(2)的一端的热电偶(19)探测到的温度控制加热装置的加热功率；冷端导热块(5)上的热电偶(19)电连接第二温控器(12)的输入端，所述第二温控器(12)的输出端通过第二调压模块(10)电连接所述制冷装置，通过安装于冷端导热块(5)靠近热电器件(2)的一端的热电偶(19)探测到的温度控制制冷装置的制冷功率。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述加热装置为安装于所述加热块(3)内的加热棒(13)，制冷装置包括开设于所述散热块(6)内的水道，所述水道通过管道连接有制冷系统(8)，所述管道上设置有水泵(7)。

8.根据权利要求1所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述加热块(3)、热端导热块(4)、冷端导热块(5)和散热块(6)由铜或者铝或者石墨制备而成。

9.根据权利要求6所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：还包括计算机系统(1)，所述计算机系统(1)电连接电子负载(18)、第一温控器(11)和第二温控器(12)。

10.根据权利要求7所述的一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，其特征在于：所述水道中流动的介质为导热硅油或者乙二醇。

技术总结
本发明公开了一种用于测量大尺寸热电芯片转化性能的实验仪器，包括热端导热块和冷端导热块，热端导热块和冷端导热块分别设置于热电器件的两侧，且热端导热块和冷端导热块在压紧装置的作用下与热电器件紧密贴合，热端导热块远离热电器件的一端设置有加热块，热端导热块和加热块一体化成型设置，冷端导热块远离热电器件的一端设置有散热块，冷端导热块和散热块也一体化成型设置，热端导热块和冷端导热块上均设置有热电偶，热端导热块和冷端导热块的长度大于预设距离，热电器件通过导线电连接有电子负载，本发明的导热块为超长柱体，提升热流测试精度，冷端导热块与散热块一体化设计、热端导热块与加热块一体化设计，降低对最高温与最低温的需求。

技术研发人员：廖家禧,谢和平,王俊,李存宝,龙西亭,刘志超,夏恩通,皋天一
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1