熱電模組發(fā)電性能測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明涉及測(cè)試平臺(tái)，尤其是涉及一種熱電模組發(fā)電性能測(cè)試平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有能源體系中，存在著大量的低品位能源，在發(fā)電廠、煉鋼廠、汽車(chē)尾氣、太陽(yáng)能電池板等環(huán)境中，均存在大量的余熱的浪費(fèi)情況。溫差發(fā)電器是利用溫差發(fā)電材料直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能的一種全固態(tài)能量裝置，具有無(wú)噪音、無(wú)磨損、體積小、壽命長(zhǎng)、安全無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，因此在余熱利用方面有具有較大的潛力。
[0003]熱電模組是溫差發(fā)電器中將熱能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件，由P型熱電臂、N型熱電臂、導(dǎo)電電極和陶瓷片組成。工作時(shí)，熱電模組一端吸熱溫度升高，另一端散熱溫度降低，由于熱激發(fā)作用，P型熱電臂內(nèi)高溫端的空穴和N型熱電臂內(nèi)高溫端的電子濃度比低溫端高，載流子由高溫端向低溫端移動(dòng)，形成電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部負(fù)載的供電過(guò)程。
[0004]現(xiàn)在工業(yè)上制備熱電模組的方法有很多，包括釬焊、熱壓燒結(jié)、火花等離子燒結(jié)、固液間擴(kuò)散連接等。不同制備工藝對(duì)熱電模組的發(fā)電性能有直接影響，以焊接為例，不同熱電臂成分、焊料成分、焊接溫度、保溫時(shí)間、阻隔層類型等工藝參數(shù)會(huì)直接影響焊料和熱電臂的反應(yīng)化合物成分、擴(kuò)散深度等，從而影響熱電模組的內(nèi)阻和發(fā)電性能。熱電模組性能測(cè)試是評(píng)價(jià)熱電模組制備工藝好壞的重要方法，同時(shí)，熱電模組發(fā)電性能是溫差發(fā)電器實(shí)際工程的應(yīng)用基礎(chǔ)和必要參數(shù)。
[0005]查閱相關(guān)專利可知，清華大學(xué)于2006年申請(qǐng)了專利“溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)”(專利申請(qǐng)?zhí)?200610011549.6)，該專利介紹了該測(cè)試系統(tǒng)的功能框架，由電加熱單元、循環(huán)冷卻水回路熱阱單元、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元組成，但并未涉及測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面內(nèi)容;南京航空航天大學(xué)于2013年申請(qǐng)了專利“一種溫差材料熱電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試系統(tǒng)及方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?201310186572.9)，該專利介紹了該測(cè)試系統(tǒng)的功能框架，由電加熱單元、溫差發(fā)電器件單元、循環(huán)冷卻單元、數(shù)據(jù)采集單元組成，同時(shí)對(duì)溫差發(fā)電器件單元的冷熱兩端溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，但該專利并未涉及測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面內(nèi)容，且并未涉及到溫差發(fā)電器件安裝壓力監(jiān)測(cè)功能，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，溫差發(fā)電器件冷熱端溫度差、安裝壓力對(duì)熱電模組發(fā)電性能均有很大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種熱電模組發(fā)電性能測(cè)試平臺(tái)，在該測(cè)試平臺(tái)上，熱電模組將熱能轉(zhuǎn)化為電能。在發(fā)電過(guò)程中，該測(cè)試平臺(tái)可有效保證熱電模組和冷熱端充分接觸，控制熱端溫度，同時(shí)快速準(zhǔn)確對(duì)熱電模組冷熱端溫度，外部施加壓力，內(nèi)阻、輸出電壓、電流和輸出功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探索相同條件下不同溫度差、不同安裝壓力和不同外部負(fù)載對(duì)于熱電模組發(fā)電性能的影響。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是: 本發(fā)明包括壓桿、壓緊螺母、壓桿支撐塊、階梯支撐軸、水冷塊、貼片式熱電偶、導(dǎo)電電極、熱電塊體、陶瓷片、保護(hù)圍欄、電加熱平臺(tái)、螺釘、加熱平臺(tái)支撐板、壓力傳感器和支撐底板；
在四根等距布置的階梯支撐軸臺(tái)肩上，從下至上依次裝有支撐底板、保護(hù)圍欄和壓桿支撐塊，支撐底板和保護(hù)圍欄之間的階梯支撐軸之間，安裝有與支撐軸形成滑動(dòng)連接的加熱平臺(tái)支撐板，在支撐底板與加熱平臺(tái)支撐板間等距安裝有壓力傳感器，電加熱平臺(tái)安裝在保護(hù)圍欄內(nèi)，電加熱平臺(tái)與加熱平臺(tái)支撐板之間通過(guò)螺釘連接;被測(cè)試的熱電模組放在電加熱平臺(tái)上，電加熱平臺(tái)兩側(cè)分別設(shè)有一組貼片式熱電偶，熱電模組上端面與水冷塊下表面相接觸，水冷塊下表面兩側(cè)分別設(shè)有另一組貼片式熱電偶;壓桿支撐塊通過(guò)螺母固定在支撐軸上端，壓桿位于壓桿支撐塊中心處，通過(guò)螺紋與壓桿支撐塊連接，通過(guò)壓桿支撐塊使水冷模塊、熱電模組和電加熱平臺(tái)三者相接觸。
[0008]所述壓桿支撐塊為十字形支撐塊。
[0009]所述支撐底板與加熱平臺(tái)支撐板間等距安裝有壓力傳感器為四個(gè)，所述四個(gè)壓力傳感器均布在加熱平臺(tái)支撐板和支撐底板之間。
[0010]所述電加熱平臺(tái)兩側(cè)分別設(shè)有一組貼片式熱電偶，所述一組貼片式熱電偶為兩個(gè)。
[0011]所述水冷塊下表面兩側(cè)分別設(shè)有另一組貼片式熱電偶，所述另一組貼片式熱電偶為兩個(gè)。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果是:
1.該測(cè)試平臺(tái)可對(duì)熱電模組下端進(jìn)行加熱并控制熱端加熱溫度，對(duì)熱電模組上端進(jìn)行水冷冷卻，并通過(guò)壓桿壓緊有效保證電加熱平臺(tái)、熱電模組和冷卻塊充分接觸，在熱電模組上下端形成穩(wěn)定的溫度差；
2.該測(cè)試平臺(tái)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)熱電模組發(fā)電時(shí)冷熱兩端的溫度值；
3.該測(cè)試平臺(tái)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)熱電模組發(fā)電時(shí)安裝壓力；
4.該測(cè)試平臺(tái)能夠準(zhǔn)確測(cè)試不同溫度差、不同外部施加壓力、不同外部負(fù)載條件下熱電模組內(nèi)阻、輸出電壓、電流和輸出功率的數(shù)值大小。
[0013]本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便，可快速準(zhǔn)確地測(cè)試不同溫差、外部施加壓力和負(fù)載條件下熱電模組的發(fā)電性能，對(duì)熱電模組制備工藝優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中熱電模組使用環(huán)境，包括使用溫度區(qū)間、安裝壓力和外部負(fù)載設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
[0014]基于上述背景，提出并設(shè)計(jì)了一種熱電模組發(fā)電性能測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)可快速準(zhǔn)確對(duì)熱電模組冷熱端溫度，外部施加壓力，內(nèi)阻、輸出電壓、電流和輸出功率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探索相同條件下不同溫度差、不同外部施加壓力和不同外部負(fù)載對(duì)于熱電模組發(fā)電性能的影響，對(duì)熱電模組制備工藝優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中熱電模組使用環(huán)境，包括使用溫度區(qū)間、安裝壓力和外部負(fù)載的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的主視圖。
[0016]圖2是圖1的右視圖。
[0017]圖3是圖1的俯視圖。
[0018]圖4是圖1的B-B剖視圖。
[0019]圖5是外圍電路測(cè)試模塊的電路原理圖。
[0020]圖中:1、壓桿，2、壓緊螺母，3、壓桿支撐塊，4、階梯支撐軸，5、水冷塊，6、貼片式熱電偶，7、導(dǎo)電電極，8、熱電塊體，9、陶瓷片，10、保護(hù)圍欄，11、電加熱平臺(tái)；12、螺釘，13、加熱平臺(tái)支撐板，14、壓力傳感器，15、支撐底板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]圖1、圖2、圖3、圖4所示，所示，本發(fā)明包括壓桿1、壓緊螺母2、壓桿支撐塊3、階梯支撐軸4、水冷塊5、貼片式熱電偶6、導(dǎo)電電極7、熱電塊體8、陶瓷片9、保護(hù)圍欄10、電加熱平臺(tái)U、螺釘12、加熱平臺(tái)支撐板13、壓力傳感器14和支撐底板15。壓桿I和壓桿支撐塊3組成的壓緊模塊，陶瓷片9、導(dǎo)電電極7和熱電塊體8組成的熱電模組，貼片式熱電偶6組成的溫度監(jiān)測(cè)模塊，壓力傳感器14組成的壓力監(jiān)測(cè)模塊，階梯支撐軸4、保護(hù)圍欄10、螺釘12、加熱平臺(tái)支撐板13和支撐底板15組成的支撐模塊。
[0023]在四根等距布置的階梯支撐軸4臺(tái)肩上，從下至上依次裝有支撐底板15、保護(hù)圍欄10和壓桿支撐塊3，支撐底板15和保護(hù)圍欄10之間的階梯支撐軸之間，安裝有與支撐軸形成滑動(dòng)連接的加熱平臺(tái)支撐板13，在支撐底板15與加熱平臺(tái)支撐板13間等距安裝有壓力傳感器14，電加熱平臺(tái)11安裝在保護(hù)圍欄10內(nèi)，