一种热电材料的塞贝克系数测试装置

1.本发明涉及热电材料塞贝克系数测试技术领域，特别是涉及一种热电材料塞贝克系数测试装置。


背景技术：

2.热电器件是一种基于塞贝克和索雷特效应将热能转换为电能的能量转换装置。安装有柔性可穿戴热电器件的电子设备和生物医学设备能够减少或消除对人们日常生活对于电池的依赖，因此，热电器件具有很大的市场前景。
3.将热电材料制成的热电器件作为输出电源时，除了高的输出电压和输出功率密度对于满足各类柔性传感器的需求至关重要，热电材料在特定环境下的稳定性是评判热电器件能否商业化的关键。热电器件的核心为热电材料，在热能转化为电能的过程中，热电材料对于环境的湿度以及温度具备高度的敏感性。
4.塞贝克系数是衡量热电材料的热电转换性能的重要参数。快速、准确、便捷地测量热电材料的塞贝克系数，在热电材料的研究、开发过程中具有重要的应用价值。然而，现有的热电材料的塞贝克系数测试装置无法调节湿度，难以评价湿度对热电材料的塞贝克系数的影响。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：现有的热电材料的塞贝克系数测试装置无法调节湿度。
6.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种热电材料的塞贝克系数测试装置，包括控制器、设有密封腔的测试箱、用于向所述密封腔中输送干燥气体的供气系统和用于向所述密封腔中输送湿气的供汽系统；
7.所述密封腔中设有湿度传感器、塞贝克系数测试模块和由热电材料支撑的测试样件；所述供气系统、所述供汽系统和所述湿度传感器均与所述控制器电连接，所述湿度传感器向所述控制器发送所述密封腔内的空气湿度信息，所述控制器根据所述空气湿度信息控制所述供气系统或所述供汽系统开启。
8.作为优选方案，所述供气系统包括供气管，所述供气管的一端与所述密封腔连通，所述供气管的另一端连接气源，所述供气管上设有第一流量调节阀；
9.所述供汽系统包括供汽管，所述供汽管的一端与所述密封腔连通，所述供汽管的另一端连接汽源，所述供汽管设有第二流量调节阀；
10.所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀均与所述控制器电连接。
11.作为优选方案，所述密封腔中设有喷雾头，所述供气管的端部密封穿过所述密封腔的腔壁并与所述喷雾头连接。
12.作为优选方案，所述测试箱的底部设有排气管，所述排气管上设有与所述控制器电连接的控制阀。
13.作为优选方案，所述干燥气体为惰性气体。
14.作为优选方案，所述塞贝克系数测试模块包括第一温度检测件、第二温度检测件、第一半导体制冷片和第二半导体制冷片，所述测试样件的形状为板状；
15.所述第一半导体制冷片和所述第二半导体制冷片左右间隔布置，所述测试样件的左端贴设在所述第一半导体制冷片上，所述测试样件的右端贴设在所述第二半导体制冷片上，所述第一温度检测件的测试端与所述测试样件的左端抵接，所述第二温度检测件的测试端与所述测试样件的右端抵接。
16.作为优选方案，所述第一半导体制冷片的上端贴设有第一热敏电阻，所述第二半导体制冷片的上端贴设有第二热敏电阻，所述第一热敏电阻、所述第二热敏电阻、所述第一温度检测件、所述第二温度检测件、所述第一半导体制冷片和所述第二半导体制冷片均与所述控制器电连接。
17.作为优选方案，所述第一半导体制冷片的下端设有第一导热装置，所述第一导热装置用于将所述第一半导体制冷片的下端所产生的冷量或热量导出至所述密封腔外；
18.所述第二半导体制冷片的下端设有第二导热装置，所述第二导热装置用于将所述第二半导体制冷片的下端所产生的冷量或热量导出至所述密封腔外。
19.作为优选方案，所述塞贝克系数测试模块包括第一导电探针和第二导电探针，所述第一导电探针的测试端与所述测试样件的左端抵接，所述第二导电探针的测试端与所述测试样件的右端抵接；
20.所述测试箱外设有电化学工作站，所述第一导电探针和所述第二导电探针均与所述电化学工作站电连接。
21.作为优选方案，所述密封腔内设有支撑柱，所述支撑柱的下端与所述密封腔的底壁固定连接，所述支撑柱的上部上下滑动连接有安装座，所述第一温度检测件、所述第二温度检测件、所述第一导电探针和所述第二导电探针均设置在所述安装座远离所述支撑柱的一端的下部；
22.所述安装座与所述支撑柱之间设有锁定机构，所述锁定机构用于将所安装座固定在所述支撑柱上。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
24.本发明的热电材料的塞贝克系数测试装置，包括设有密封腔的测试箱、用于向密封腔中输送干燥气体的供气系统和用于向密封腔中输送湿气的供汽系统；密封腔中设有湿度传感器、测试样件和塞贝克系数测试模块；供气系统、供汽系统和湿度传感器均与控制器电连接，湿度传感器向控制器发送密封腔内的空气湿度信息，控制器根据空气湿度信息控制供气系统或供汽系统开启，从而调节密封腔内湿度，因此，本发明的塞贝克系数测试装置能够调节密封腔中的空气湿度，从而实现对塞贝克系数测试模块所处环境的湿度调节。
附图说明
25.图1为本发明热电材料的塞贝克系数测试装置的结构示意图；
26.图2为测试箱内的各个部件的爆炸图；
27.图中，1、测试箱；11、密封腔；2、第一温度检测件；3、第二温度检测件；4、第一导电探针；5、第二导电探针；6、第一半导体制冷片；7、第二半导体制冷片；8、测试样件；9、支撑
架；91、支撑柱；92、安装座；20、第一导热装置；30、第二导热装置；40、第一热敏电阻；50、第二热敏电阻。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
30.如图1、图2所示，本发明一种热电材料的塞贝克系数测试装置的优选实施例，包括设有密封腔11的测试箱1、用于向密封腔11中输送干燥气体的供气系统和用于向密封腔11中输送湿气的供汽系统；密封腔中设有湿度传感器、塞贝克系数测试模块和由热电材料支撑的测试样件8；供气系统、供汽系统和湿度传感器均与控制器电连接，湿度传感器向控制器发送密封腔内的空气湿度信息，控制器根据空气湿度信息控制供气系统或供汽系统开启；从而调节密封腔内湿度，因此，本发明的塞贝克系数测试装置能够调节密封腔中的空气湿度。
31.具体的，供气系统包括供气管，供气管的一端与密封腔连通，供气管的另一端连接气源，供气管上设有第一流量调节阀；供汽系统包括供汽管，供汽管的一端与密封腔连通，供汽管的另一端连接汽源，供汽管设有第二流量调节阀；第一流量调节阀和第二流量调节阀均与控制器电连接；通过第一流量调节阀和第二流量调节阀实现对密封腔11内的空气湿度的调节。
32.进一步地，密封腔11中设有喷雾头，供汽管的端部与喷雾头的进汽端连接，从而使得湿气在密封腔11内散布均匀。测试箱1的底部设有排气管，排气管上设有与控制器电连接的控制阀。通过控制器调节第一流量调节阀和第二流量调节阀的开闭及大小，能够实现对密封腔11内的空气湿度的调节。
33.本实施例中，为避免干燥气体中存在的氧气对热敏材料的影响，干燥气体为惰性气体。
34.本实施例中，塞贝克系数测试模块包括第一温度检测件2、第二温度检测件3、第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7，测试样件的形状为板状；第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7左右间隔布置，测试样件8的左端贴设在第一半导体制冷片6上，测试样件8的右端贴设在第二半导体制冷片7上，第一温度检测件2的测试端与测试样件8的左端抵接，第二温度检测件3的测试端与测试样件8的右端抵接。其中，第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7分别设置在测试样件8的左右两端，通过调节第一半导体制冷片6的电源和第二半导体制冷片7的电源的输出功率，能够控制第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7的温度，通过改变第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7的正负极接线方式并可以使第一
半导体制冷片6和第二半导体制冷片7的上端面温度控制在0－200℃之间。
35.第一半导体制冷片6的上端贴设有第一热敏电阻40，第二半导体制冷片7的上端贴设有第二热敏电阻50，第一热敏电阻40、第二热敏电阻50、第一温度检测件2、第二温度检测件3、第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7均与控制器电连接。通过第一热敏电阻40和第二热敏电阻50分别测得第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片6的上端的温度，通过控制器控制第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7的工作功率能够使得第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片6的上端的温度保持恒定。
36.进一步地，第一半导体制冷片6的下端设有第一导热装置20，第一导热装置20用于将第一半导体制冷片6的下端所产生的冷量或热量导出至密封腔11外；第二半导体制冷片7的下端设有第二导热装置30，第二导热装置30用于将第二半导体制冷片7的下端所产生的冷量或热量导出至密封腔外。具体的，第一导热装置20包括导热铜管、循环水泵和热交换池，循环水泵驱动换热液在导热铜管中循环流动，使得第一半导体制冷片6下端的热量或者冷量能够及时导出至热交换池中，从而保证第一半导体制冷片6稳定工作。
37.本实施例中，塞贝克系数测试模块包括第一导电探针4和第二导电探针5，第一导电探针4的测试端与测试样件8的左端抵接，第二导电探针5的测试端与测试样件8的右端抵接；测试箱1外设有电化学工作站，第一导电探针4和第二导电探针5均与电化学工作站电连接。通过eis阻抗谱可测试得到材料在特定湿度下的不同温度的离子电导率或电子电导率。结合特定湿度条件下的塞贝克系数测试，可以测试得到材料输出功率大小。
38.本实施例中，密封腔11内设有支撑柱91，支撑柱91的下端与密封腔11的底壁固定连接，支撑柱91的上部上下滑动连接有安装座92，第一温度检测件2、第二温度检测件3、第一导电探针4和第二导电探针5均设置在安装座92远离支撑柱91的一端的下部；安装座92与支撑柱91之间设有锁定机构，锁定机构用于将所安装座92固定在支撑柱91上。
39.具体的，支撑柱91的下端与密封腔11的底壁固定连接，安装座92上下滑动设置在支撑柱91上，第一温度检测件2、第二温度检测件3、第一导电探针4和第二导电探针5均设置在安装座92远离支撑柱91的一端的下部。其中，锁定机构的设置方式有多种，如在安装座92的端部设置卡箍，卡箍套设在支撑柱91上，或者在安装座92的端部设置供支撑柱91的上端穿过的安装孔，在安装孔的侧壁设置沿安装孔的径向延伸的紧固螺钉。
40.进一步地，支撑架的下端固定连接有第一弹性夹、第二弹性夹、第三弹性夹和第四弹性夹，第一温度检测件2的上端夹设在第一弹性夹中，第二温度检测件3夹设在第二弹性夹中，第一导电探针4夹设在第三弹性夹中，第二导电探针5夹设在第四弹性夹中。
41.使用时，通过湿度传感器能够检测出密封腔11内空气湿度，并将该空气湿度信息发送给控制器，控制器根据该空气湿度信息向供气系统和供汽系统发送电信号，从而调节密封腔11内的湿度；通过第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7能够使得测试样件8的左右两端存在温差，通过第一温度检测件2和第二温度检测件3能够检测出测试样件8左右两端的温差。
42.需要将密封腔11中的空气湿度控制在100％时，首先利用控制器关闭第一流量调节阀，并利用控制器将第二流量调节阀调大，向密封腔11中通入湿气，湿度传感器检测到密封腔11内的湿度达到100％时，控制器向第二流量调节阀发送电信号，使得第二流量调节阀关闭，此时，利用第一温度检测件2和第二温度检测件3检测测试样件8左右两端的温差，利
用第一导电探针4和第二导电探针5检测测试样件8左右两端的电压差，从而得出湿度为100％状态下的多组数据。本实施例中，密封腔11中还设有用于检测密封腔11内的空气温度的温度传感器，需要将密封腔11中的空气湿度控制在10％时，由于空气湿度随温度变化较大，首先将密封腔11中的空气温度控制在25℃，然后通过控制器打开控制阀和第一流量调节阀，将干燥气体通入密封腔11中，湿度传感器检测到密封腔11中的湿度达到10％时，控制器向第一流量调节阀发送电信号，将第一流量调节阀关闭，此时，利用第一温度检测件2和第二温度检测件3检测测试样件8左右两端的温差，利用第一导电探针4和第二导电探针5检测测试样件8左右两端的电压差，从而得出湿度为10％状态下的多组数据。具体的，本实施例中，在密封箱的箱壁内设有热流道，通过向热流道内通入换热液来控制密封腔内的空气温度。
43.综上，本发明的热电材料的塞贝克系数测试装置能够通过湿度传感器能够检测出密封腔11内空气湿度，并将该空气湿度信息发送给控制器，控制器根据该空气湿度信息向供气系统和供汽系统发送电信号，从而调节密封腔11内的湿度；通过第一半导体制冷片6和第二半导体制冷片7能够使得测试样件8的左右两端存在温差，通过第一温度检测件2和第二温度检测件3能够检测出测试样件8左右两端的温差，通过第一导电探针4和第二导电探针5能够检测出测试样本左右两端的电压差，从而得出热电材料在特定湿度下的塞贝克系数。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。