溫差發電器熱電性能測試系統的製作方法
2023-05-28 16:41:31 3
專利名稱：溫差發電器熱電性能測試系統的製作方法
技術領域：
溫差發電器熱電性能測試系統，涉及應用電子技術及熱工技術領域。
背景技術：
溫差發電器是一種利用材料的溫差電效應製成的熱電轉換器件。當器件的冷熱面存在溫度差時，溫差發電器就能夠產生一定的電力。溫差發電器按照其熱面的工作溫度可分為高溫(700℃以上)、中溫(400～700℃)和低溫(400℃以下)發電器。高溫發電器所用的材料主要有鍺矽合金、矽鐵合金等；中溫發電器所用的材料主要是碲化鉛及其合金；低溫發電器所用的材料主要是碲化鉍合金。溫差發電器質量輕，壽命長、可靠性高、工作時無噪聲、無須維護。因此，在野外電源，餘熱利用等領域得到了廣泛的應用。
溫差發電器的熱電性能是溫差發電器的應用基礎和必要參數。目前，商品化的溫差發電器多做成平板狀的器件，由數十到數百個溫差發電單體串聯而成。但當前，溫差發電器件的熱電性能多數是基於對單個溫差發電器單體進行測試得到的數據推算而成的。這樣的得到的數據往往和實際溫差發電器熱電性能有較大的出入，並直接影響到溫差發電器的應用。
發明內容
本發明的目的在於，克服現有技術的缺陷，提出了一套用於測定溫差發電器整體熱電性能的測試系統。該系統能夠對溫差發電器整體進行電輸出特性和熱疲勞特性的測試。
本發明的特徵在於它含有電加熱熱源單元緊貼在溫差發電器的熱面，為溫差發電器的熱面加熱；循環冷卻水迴路熱阱單元緊貼在溫差發電器的冷麵、為溫差發電器的冷麵降溫；數據採集和數據處理單元採集溫差發電器熱面和冷麵溫度，溫差發電器輸出的電流和電壓，循環冷卻水迴路熱阱單元的流量、液溫，將上述數據進行處理和分析，並輸出控制信號到所述電加熱熱源單元。
所述電加熱熱源單元含有緊貼在溫差發電器熱面的導熱塊，植入在所述導熱塊內部的電加熱管，和一個程序控制輸出直流電源，所述程序控制輸出直流電源接收所述數據採集和數據處理單元的控制信號為所述加熱管加熱至預定溫度。
所述循環冷卻水迴路熱阱單元含有緊貼在溫差發電器冷麵的吸熱盒，以及與所述吸熱盒連通的冷卻水循環迴路。
所述數據採集和數據處理單元含有數據採集卡和計算機，所述數據採集卡分別採集所述溫差發電器熱面和冷麵的溫度值、溫差發電器輸出的電流和電壓值、循環冷卻水迴路熱阱單元的流量、液溫值；所述計算機接收數據採集卡採集的數據並進行分析處理，並輸出控制信號通過數據採集卡傳輸到所述電加熱熱源單元。
所述導熱塊的材料為紫銅或鋁。所述程序控制輸出直流電源是DH1716-50～60V/0～10A單路直流電源。所述冷卻水循環迴路含有儲水箱、散熱器和循環水泵。所述數據採集卡是XSL多通道數字巡迴檢測儀實驗證明該測試系統測量的是整個溫差發電器的熱電性能，測得的數據直接反映了溫差發電器整體性能，達到了預期的目的。
附圖為溫差發電器熱電性能測試系統的組成示意圖。圖中1、電加熱熱源單元，包括1.1 程序控制輸出直流電源，如北京大華無線電儀器廠生產的DH1716-50～60V/0～10A單路直流電源；1.2 植入式電加熱管；1.3 導熱塊。
2、循環冷卻水迴路熱阱單元，包括2.1 吸熱盒；2.2 散熱器；2.3 儲水箱；2.4 循環水泵；2.5 循環管路。
3、溫差發電器及負載單元，包括3.1 溫差發電器件；3.2 可變負載電阻。
4、數據採集和數據處理單元，包括4.1 XSL多通道數字巡迴檢測儀(數據採集卡)，其中圖中所示的字母標號a 電加熱熱源單元的低壓直流電源控制信號傳輸通道b 熱端溫度傳感器及信號傳輸通道c 溫差發電器輸出電流傳感器及信號傳輸通道d 溫差發電器輸出電壓傳感器及信號傳輸通道e 冷麵溫度傳感器及信號傳輸通道f 循環冷卻水流量傳感器及信號傳輸通道
g 冷卻水溫度傳感器及信號傳輸通道4.2計算機顯示及處理終端。
具體實施例方式本測試系統的主要結構組成為(1)一個由計算機可控的電加熱熱源單元，熱源除一個導熱面外其餘各面絕熱良好，導熱面溫度分布均勻，在導熱面有一個(根據導熱面的大小，也可以有多個)溫度測量點和溫度傳感器，該單元能夠實現溫度的計算機監測和控制；(2)一個循環冷卻水迴路熱阱單元，熱阱單元主要由吸熱盒，冷卻水循環迴路組成，主要為溫差發電器的冷麵降溫。其中冷卻塊一個端面平整並有一個(根據導熱面的大小，也可以有多個)溫度測量點和溫度傳感器；(3)一套數據採集卡及裝有採集程序和數據處理方法的控制和數據處理單元，能夠實現(1)、(2)所述的熱源和熱阱單元溫度測定和控制，並測定待測溫差發電器件的輸出電壓和輸出電流，然後對採集的數據進行處理，得到最終需要的結果。待測溫差發電器是能夠緊密裝卡在(1)(2)所述的熱源和熱阱單元之間，並串接有可調負載，實現溫差發電器變負載輸出測試。
下面結合說明書附圖對本發明的原理、結構作進一步的詳細說明。
電加熱熱源單元1由電加熱管1.2，導熱塊1.3及相應的測控系統組成。導熱塊四周和底部有絕熱保溫棉包覆，導熱塊頂部與溫差發電器件3.1的熱面緊密貼合。工作時，受電腦程式控制的電加熱管根據控制信號為導熱塊提供熱量。導熱塊為紫銅或者鋁材質，頂部端面平整。計算機輸出的控制信號經過數據採集卡到達程序控制輸出直流電源，由該電源為電加熱管加熱至控制溫度。
熱阱單元2主要部件為一個有循環冷卻液出入口的導熱盒2.1，以及一個對應的冷卻液循環迴路。導熱盒有一個下端面光滑平整，與溫差發電器3.1的上表面緊密貼合，其餘各面絕熱良好。冷卻液循環迴路包括散熱器2.2、儲水箱2.3和循環水泵2.4，在迴路中可安裝流量、液溫傳感器，可將流量、液溫測量信號實時傳輸到數據採集卡，以供計算機分析，並根據分析結果對這幾個參量進行調節。工作時，循環泵把(低溫)液體輸送到吸熱盒，吸收來自導熱盒下端面的熱量，流量檢測器負責監測循環迴路中冷卻液的流量，液溫檢測器負責監測冷卻液溫度進而達到控制吸熱盒下端面溫度的目的。
溫差發電器3.1輸出導線與可變負載3.2連接。工作時，通過調節可變負載，通過圖中所示負載電路中的電壓、電流傳感器測定不同負載下溫差發電器的輸出電壓和電流。
數據採集單元4主要由電加熱熱源單元的低壓直流電源控制信號傳輸通道a、熱端溫度傳感器及信號傳輸通道b、溫差發電器輸出電流傳感器及信號傳輸通道c、溫差發電器輸出電壓傳感器及信號傳輸通道d、冷麵溫度傳感器及信號傳輸通道e、循環冷卻水流量傳感器及信號傳輸通道f、冷卻水溫度傳感器及信號傳輸通道g以及後端的數據採集卡、計算機處理及顯示終端組成。工作時，由各類傳感器測得的信號通過數據採集卡4.1進入計算機，由專門編制的電腦程式採集並進行相應的處理。
本發明具有以下優點及突出性效果(1)該測試系統測量的是整個溫差發電器的熱電性能，測得的數據直接反映了溫差發電器整體性能，測得的數據對實際應用具有很大的參考價值。溫差發電器裝卡簡單，貼合緊密，更換方便。
(2)能夠實現全自動數據記錄。
(3)可以測試不同規格的產品，有很強的適應性。
權利要求
1.溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，它含有電加熱熱源單元緊貼在溫差發電器的熱端面，為溫差發電器的熱端面加熱；循環冷卻水迴路熱阱單元緊貼在溫差發電器的冷端面、為溫差發電器的冷端面降溫；數據採集和數據處理單元採集溫差發電器熱端面和冷端面溫度，溫差發電器輸出的電流和電壓，循環冷卻水迴路熱阱單元的流量、液溫，將上述數據進行處理和分析，並輸出控制信號到所述電加熱熱源單元。
2.如權利要求1所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述電加熱熱源單元含有緊貼在溫差發電器熱端面的導熱塊，植入在所述導熱塊內部的電加熱管，和一個程序控制輸出直流電源，所述程序控制輸出直流電源接收所述數據採集和數據處理單元的控制信號為所述加熱管加熱至預定溫度。
3.如權利要求1所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，循環冷卻水迴路熱阱單元含有緊貼在溫差發電器冷端面的吸熱盒，以及與所述吸熱盒連通的冷卻水循環迴路。
4.如權利要求1所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述數據採集和數據處理單元含有數據採集卡和計算機，所述數據採集卡分別採集所述溫差發電器熱端面和冷端面的溫度值、溫差發電器輸出的電流和電壓值、循環冷卻水迴路熱阱單元的流量、液溫值；所述計算機接收數據採集卡採集的數據並進行分析處理，並輸出控制信號通過數據採集卡傳輸到所述電加熱熱源單元。
5.如權利要求2所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述導熱塊的材料為紫銅或鋁。
6.如權利要求2所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述程序控制輸出直流電源是DH1716-50～60V/0～10A單路直流電源。
7.權利要求3所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述冷卻水循環迴路含有儲水箱、散熱器和循環水泵。
8.如權利要求4所述的溫差發電器熱電性能測試系統，其特徵在於，所述數據採集卡是XSL多通道數字巡迴檢測儀。
全文摘要
溫差發電器熱電性能測試系統，涉及應用電子技術及熱工技術領域。其特徵在於它含有緊貼在溫差發電器的熱面，為溫差發電器的熱面加熱的電加熱熱源單元；緊貼在溫差發電器的冷麵、為溫差發電器的冷麵降溫的循環冷卻水迴路熱阱單元；採集溫差發電器熱面和冷麵溫度，溫差發電器輸出的電流和電壓，循環冷卻水迴路熱阱單元的流量、液溫，將上述數據進行處理和分析，輸出控制信號到電加熱熱源單元的數據採集和數據處理單元。本系統測量的是整個溫差發電器的熱電性能，測得的數據直接反映了溫差發電器整體性能，還具有結構簡單，適應性強等特徵。
文檔編號G01M99/00GK1821799SQ200610011549
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月24日 優先權日2006年3月24日
發明者鄭文波, 王禹, 吳知非, 黃志勇, 周世新 申請人:清華大學