[发明专利]一种热电材料塞贝克系数测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种热电材料塞贝克系数测试装置及方法，属于半导体测试技术领域。为克服传统测试方法中操作复杂，测试精度低的不足，本发明将被测样品置于加热器和散热器之间，利用镍铬‑镍硅差分热电偶直接测量样品两端的温差。将被测样品的塞贝克电压与镍铬‑镍硅差分热电偶的塞贝克电压进行比较，通过调节电压平衡回路中的可变电阻的滑臂，使电位差计指示为零，利用电压平衡的原理，可求出被测样品的塞贝克系数。本发明通过巧妙的电路设计，实现了只需对一个测试参量进行统计，提高了效率，并且不干扰被测样品的塞贝克系数，提高了精确度。本发明可用于铠装热电偶、热流密度传感器等的塞贝克系数测量，在测量大量样品时更有优势。

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，具体说是一种热电材料塞贝克系数测试装置及方法。

背景技术

随着航空航天事业的发展，热电材料的应用也越来越受到重视。利用热电材料的塞贝克效应可以实现热能和电能的转化。连接两种不同类型的导体或半导体材料，当端点处存在温差时，材料两端会产生电动势，该现象称为塞贝克效应。在热电材料性能参数测试方面，塞贝克系数的精确测试和表征是最为重要的内容之一。

材料的塞贝克系数ɑ_sr可以表示为：

式中，ΔT为材料两端的温差，V_sr为在该温差产生的塞贝克电压。

在测试材料的塞贝克系数时，首先需要在样品的两端产生一个温差，由两对热电偶同时测出温度，得出温差，由测电压探针测出电压。对于绝大多数半导体热电材料，温差ΔT通常可以选择在5～10K范围，这样能够基本上满足温差ΔT尽可能小的条件，同时又能得到一个足够大、易于被测出的塞贝克电压V_sr。

然而，塞贝克系数测试原理看似简单，但是在传统的测试方法中存在操作复杂，测试精度低等问题。因为传统的测试方法不仅需要采用热电偶测试温度差，而且要同时测试该温差产生的塞贝克电压，另外接触热阻也会给测试带来较大的误差。

除了航空航天所用的热电电池之外，在热电发电装置、热电式热流密度传感器、温差制冷器等零部件或设备中，也需要对其电极材料的塞贝克系数的进行测试和标定。特别是随着工业自动化、智能化的普及，热电材料在生活中的广泛应用，催生了巨大的测试需求。传统的塞贝克系数测试装置在测试大量样品的情况下效率低下。因此，除了满足测试精确，操作方便的要求外，还需要满足能够对对大量样品进行快速测试的要求。

发明内容

针对传统塞贝克系数测试方法中操作复杂、测试精度低的不足，结合大量测试塞贝克系数的实际需求，本发明提供了一种热电材料塞贝克系数测试装置及方法，以提高测试精度和测试效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种热电材料塞贝克系数测试装置，包括：基体1、支架2、陶瓷板3、散热器4、升降机构5、加热器7、压板8、自动压紧装置9、铜导线Ⅰ10、差分热电偶11、高温端电阻12、可变电阻13、电位差计14、低温端电阻15、逆向开关16；

所述基体1的一侧与支架2的底部一侧连接，压板8的一侧与支架2的顶部一侧连接；所述压板8的下方安装若干自动压紧装置9，自动压紧装置9的下方安装加热器7；所述基体1的上方安装散热器4；

所述加热器7和散热器4之间连接有铜导线Ⅰ10，铜导线Ⅰ10从上到下依次设有高温端电阻12、可变电阻13、低温端电阻15；所述可变电阻13的滑臂与电位差计14的一端连接，所述电位差计14的另一端有铜导线Ⅱ17和铜导线Ⅲ18引出，所述低温端电阻15的下端有铜导线Ⅳ19引出；

所述差分热电偶11一侧的两个接触点分别与加热器7和散热器4有良好的热接触，同时又保持良好的电绝缘，另一侧的两个接触点与逆向开关16连接；利用所述差分热电偶11，可直接测量被测样品6两端的温差；