專利名稱：一種熱電勢快速測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱電勢測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以快速測量熱電勢的測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱電勢的產(chǎn)生機(jī)制是當(dāng)材料的兩端存在一個溫度梯度時，由于溫度的不均勻性導(dǎo)致體系電子的不對稱性分布，從而在材料兩端產(chǎn)生一個電勢差。通常所說的熱電勢也即塞貝克(seebeck)系數(shù)，其定義是樣品的兩端由溫度差A(yù)T引起的電勢差A(yù)V與溫度差A(yù)T之t匕，即熱電勢S= Λ V/AT，它是一個僅與材料性質(zhì)有關(guān)的物理量。熱電勢是材料的一個基本性質(zhì)，僅當(dāng)材料本身的基本性質(zhì)發(fā)生改變時才會隨之變化，理論上它與材料的幾何形狀和尺寸沒有關(guān)系(納米尺寸除外)，并且具備良好的線性疊加特性。熱電勢是衡量熱電材料的重要參數(shù)，其在發(fā)電、制冷等能源應(yīng)用方面有著廣泛的·應(yīng)用，并且一直以來熱電勢的相關(guān)特性是各種新型材料和復(fù)雜的物理體系研究中的重點(diǎn)。熱電勢作為材料的重要物理參數(shù)，直接與費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度相關(guān)，對研究物體的輸運(yùn)性質(zhì)、費(fèi)米面形態(tài)、電子結(jié)構(gòu)、電子-聲子相互作用等有著重要的意義。基于以上特點(diǎn)，熱電勢測量成為了常見的物理學(xué)和材料學(xué)中的研究手段。目前常見的熱電勢測量方法主要采用的是微分法進(jìn)行熱電勢的測量，該方法的原理是給樣品加熱并在被測樣品上焊接兩種已知熱電勢的材料，通常為Cu和CuNi合金，并將這兩種材料的一端焊接在樣品的冷端，分別測量Cu導(dǎo)線上的電勢差Uci=(Ss-Sqj) X (T1-T2)和CuNi合金導(dǎo)線上的電勢差U1=(Ss-Saffl) X (T1-Ttl)，則可以得到樣品本身的熱電勢Ss(^ftl U+1。
Ui U (、上述方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不用檢測樣品本身的實(shí)際溫度差，僅通過測得兩個不同熱電勢材料上的電勢差即可相消得到溫度差，從而樣品本身的熱電勢。但該方法的不足之處是I.樣品與兩種不同熱電勢材料之間的連接要求十分嚴(yán)格，一般需要在樣品上面先鍍上一層金膜，以確保良好的歐姆接觸；2.所需樣品的表面需要十分平整；3.為了減少測量的誤差，所接兩種材料熱電勢要求相差越大越好，同時因?yàn)檫@兩種不同熱電勢材料起到了導(dǎo)線的作用，一般均采用金屬，但金屬的熱電勢均較小，因此在實(shí)際測量中的增加了降低誤差的難度；4.雖然該方法不需要測出實(shí)際的溫度差，但溫度的穩(wěn)定是一個緩慢的過程因此仍然需要控溫的裝置來確保溫度梯度的穩(wěn)定以便測量；5.該方法接線較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容[0013]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種快速測量熱電勢的測量系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于，包括樣品臺，其包括第一支撐銅塊和第二支撐銅塊，所述第一支撐銅塊和第二支撐銅塊分別支撐于待測樣品的兩端；溫度測量和控制模塊，其包括溫度控制儀及與所述溫度控制儀連接的第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一加熱塊以及第二加熱塊，所述第一溫度傳感器、第一加熱塊與所述第一支撐銅塊熱接觸，所述所述第二溫度傳感器、第二加熱塊與所述第二支撐銅塊熱接觸，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別獲取所述第一支撐銅塊和第二支撐銅塊的溫度信號，并將所述溫度信號輸入所述溫度控制儀，所述溫度控制儀將所述溫度信號與預(yù)設(shè)溫度對比判斷，根據(jù)實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度之間的差異，確定所述第一加熱塊與第二加熱塊的加熱功率，所述第一加熱塊與第二加熱塊分別對所述第一支撐銅塊與第二支撐銅塊 進(jìn)行加熱；熱電勢測量模塊，其包括納伏表，所述納伏表的輸入端與待測樣品的兩端分別連接，所述納伏表的輸入信號為待測樣品兩端的電勢差信號；數(shù)據(jù)處理模塊，其包括A/D轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)傳輸總線及數(shù)據(jù)處理單元，所述A/D轉(zhuǎn)換裝置分別與所述溫度控制儀及所述納伏表連接，所述A/D轉(zhuǎn)換裝置將所述溫度控制儀的溫度信號和納伏表的電勢差信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述數(shù)據(jù)傳輸總線連接所述A/D轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸總線傳送給所述數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元將所接收的數(shù)字信號通過軟件計算分析得出熱電勢測量結(jié)果。優(yōu)選地，所述溫度測量和控制模塊還包括與所述溫度控制儀分別連接的第一制冷片及第二制冷片，所述第一制冷片與所述第一支撐銅塊熱接觸，所述第二制冷片與所述第二支撐銅塊熱接觸，所述第一制冷片及第二制冷片分別用于對所述第一支撐銅塊及第二支撐銅塊進(jìn)行快速降溫。所述第一制冷片與所述第二制冷片均為恒定功率。優(yōu)選地，所述溫度控制儀與所述第一加熱塊和第二加熱塊之間還設(shè)有功率放大裝置，所述功率放大裝置用于將所述溫度控制儀輸出至所述第一加熱塊和第二加熱快的輸出功率進(jìn)行放大。優(yōu)選地，所述納伏表的輸入端與所述待測樣品的兩端之間還設(shè)有噪聲濾波器，用以濾除所述待測樣品兩端輸出的電勢差信號中的噪聲及交流信號。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理單元為計算機(jī)或嵌入式處理單元。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括繪圖單元，所述繪圖單元與所述數(shù)據(jù)處理單元連接，所述數(shù)據(jù)處理單元將所述熱電勢測量結(jié)果傳送給繪圖單元進(jìn)行繪圖。本實(shí)用新型提供的一種熱電勢快速測量系統(tǒng)，其用于快速測量待測樣品的熱電勢，主要包括以下步驟(I)通過所述第一溫度傳感器獲得待測樣品第一端的溫度信號T1，通過所述第二溫度傳感器獲得待測樣品第二端的溫度信號T2,并將所述溫度信號！\、T2輸入溫度控制儀；(2)通過所述納伏表獲得待測樣品兩端的正溫度梯度方向的電勢差信號AU1 ；(3)通過所述溫度控制儀控制所述第一加熱塊及第二加熱塊的加熱功率，使所述待測樣品第一端與第二端的溫度梯度方向與所述步驟(I)中待測樣品的溫度梯度相反，直至所述第一溫度傳感器獲得待測樣品第一端的溫度信號T2，通過所述第二溫度傳感器獲得待測樣品第二端的溫度信號T1 ；(5)通過納伏表獲得待測樣品兩端的反溫度梯度方向的電勢差信號AU2 ；(6)通過所述A/D轉(zhuǎn)換裝置將所述溫度信號 \、Τ2及電勢差信號AU1' AU2分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號以ΙΕΕΕ488標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的格式通過總線傳送給數(shù)據(jù)處理單
元，所述數(shù)據(jù)處理單元通過計算得出正溫度梯度方向熱電勢
權(quán)利要求1.一種熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 樣品臺，其包括第一支撐銅塊和第二支撐銅塊，所述第一支撐銅塊和第二支撐銅塊分別支撐于待測樣品的兩端； 溫度測量和控制模塊，其包括溫度控制儀及與所述溫度控制儀連接的第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一加熱塊以及第二加熱塊，所述第一溫度傳感器、第一加熱塊分別與所述第一支撐銅塊熱接觸，所述第二溫度傳感器、第二加熱塊分別與所述第二支撐銅塊熱接觸，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別獲取所述第一支撐銅塊和第二支撐銅塊的溫度信號，并將所述溫度信號輸入所述溫度控制儀，所述溫度控制儀將所述溫度信號與預(yù)設(shè)溫度對比判斷，根據(jù)實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度之間的差異，確定所述第一加熱塊與第二加熱塊的加熱功率，所述第一加熱塊與第二加熱塊分別對所述第一支撐銅塊與第二支撐銅塊進(jìn)行加熱； 熱電勢測量模塊，其包括納伏表，所述納伏表的輸入端與待測樣品的分別兩端連接，所述納伏表的輸入信號為待測樣品兩端的電勢差信號； 數(shù)據(jù)處理模塊，其包括A/D轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)傳輸總線及數(shù)據(jù)處理單元，所述A/D轉(zhuǎn)換裝置分別與所述溫度控制儀及所述納伏表連接，所述A/D轉(zhuǎn)換裝置將所述溫度控制儀的溫度信號和納伏表的電勢差信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述數(shù)據(jù)傳輸總線連接所述A/D轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸總線傳送給所述數(shù)據(jù)處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于所述溫度測量和控制模塊還包括與所述溫度控制儀分別連接的第一制冷片及第二制冷片，所述第一制冷片與所述第一支撐銅塊熱接觸，所述第二制冷片與所述第二支撐銅塊熱接觸，所述第一制冷片及第二制冷片分別對所述第一支撐銅塊及第二支撐銅塊進(jìn)行快速降溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于所述溫度控制儀與所述第一加熱塊和第二加熱塊之間還設(shè)有功率放大裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于所述納伏表的輸入端與所述待測樣品的兩端之間還設(shè)有噪聲濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電勢快速測量系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元為計算機(jī)或嵌入式處理單元。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種熱電勢快速測量系統(tǒng)，其主要包括具有第一支撐銅塊及第二支撐銅塊的樣品臺；具有溫度控制儀、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一加熱塊及第二加熱塊的溫度測量和控制模塊；具有納伏表的熱電勢測量模塊；具有A/D轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)傳輸總線和數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)處理模塊。相較于現(xiàn)有技術(shù)，采用本實(shí)用新型熱電勢快速測量系統(tǒng)可快速簡便地測量待測樣品的熱電勢，無需對待測樣品的表面鍍金膜處理及焊接等操作，對待測樣品表面的粗糙度、平整性也沒有嚴(yán)格要求，而且測量熱電勢較小的待測樣品時誤差較小。
文檔編號G01R19/00GK202735393SQ201220303998
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者王榮山, 任愛, 黃平, 范念青, 錢王潔 申請人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國廣東核電集團(tuán)有限公司