薄膜熱電材料熱導率測試系統及方法

2023-05-25 22:32:26 5

專利名稱：薄膜熱電材料熱導率測試系統及方法
技術領域：
本發明涉及材料科學領域中熱電材料性能測試技術，特別涉及一種薄膜熱電材料熱導率測試系統及方法。
背景技術：
隨著微納米技術、微機電系統(MEMS)、超大規模集成電路技術的快速發展，對微納米尺寸材料的研究及其應用日益受到重視。熱電材料是一種能實現熱能與電能之間相互轉換的功能材料，在溫差發電、溫差電製冷以及傳感器等方面有著廣泛應用。熱電材料的熱電轉換效應(亦稱賽貝克效應)可用下式表示E = a (T1-T2)式中T1和T2是熱電材料兩端的溫度，且T1 > T2, α為賽貝克係數，E為熱電材料在溫差為(T1-T2)條件下產生的賽貝克電動勢。熱電材料兩端的溫差(T1-T2)越大，產生的賽貝克電動勢也越大。為了獲得高的賽貝克電動勢，要求熱電材料具有低的熱導率。因此， 熱導率是熱電材料的一項重要性能指標。熱導率的定義如下當溫度垂直梯度為l°c /m時， 單位時間內通過單位水平截面積所傳遞的熱量。在一般情況下，則有dE/dt = -K · A · dT/dl (I)(I)式中E是在時間t內所傳遞的熱量，A為材料的截面積，I為長度，T為溫度， K為熱導率。傳統的熱電材料通常採用冶金的方法或者粉末燒結的方法製造。這類方法製造的塊體熱電材料，採用雷射熱導率測試儀可以方便地測出熱電材料的熱導率。但對於厚度在微米甚至納米尺度的熱電材料，雷射熱導率測試儀已經不能用於測試其熱導率。目前， 國內外尚無商品化的用於薄膜熱電材料熱導率測試的儀器。本發明的薄膜熱電材料熱導率測試系統及方法，可以快速準確地測量薄膜熱電材料的熱導率，解決了目前薄膜熱電材料熱導率無法測量的問題。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統及方法，能夠實現對薄膜熱電材料熱導率(厚度在微米甚至納米尺度的熱電材料)的精確測定。本發明的目的通過下述技術方案予以實現一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，由真空體系、測試卡具和控制及測試電路體系三部分構成。待測薄膜熱電材料試樣放置在測試卡具內，測試過程中測試卡具內部處於密閉的真空環境中。控制及測試電路體系用於調控流經加熱塊上的電流，實現薄膜熱電材料測試過程熱流量的控制以及測試數據的採集，並將測試數據傳輸至微型計算機，通過微型計算機實現對整個測試系統測試過程的控制、測試數據的處理以及測試數據和計算結果在計算機顯示器上的實時顯示。該系統可以實現對薄膜熱電材料熱導率的精確測定。具體結構描述如下
真空體系(如附圖5、附圖6所示)由壓力表20、接壓力表三通21、熱偶真空計22、 接熱偶真空計三通23、真空泵三通24、放氣閥25、接放氣閥三通26、手動真空閥27、真空泵接口 28、真空泵29、三通密封蓋30、密封卡箍8和密封膠圈9組成。其特徵是，啟動真空泵 29，打開手動真空閥27後，測試系統的測試卡具內逐漸形成真空環境，測試卡具內的真空環境可以最大限度地減少因待測試樣4的測試表面以及加熱塊7表面的熱輻射造成的熱量損失。測試卡具(如附圖I、附圖2所示)由試樣支撐架外罩I、試樣支撐架2、試樣支撐架連接埠 3、第一測溫熱電偶5、第二測溫熱電偶6、加熱塊7、密封卡箍8、密封膠圈9、連接管10、接外引線三通11、外引線接口 12組成。其特徵是，試樣支撐架I的內部形成放置待測試樣的樣品室；待測試樣4放置在位於試樣支撐架2上的試樣底座32之上，試樣底座32 通過試樣底座固定螺釘34固定在試樣支撐架2之上。加熱塊7放置於加熱塊底座31上， 可通過加熱塊底座固定螺釘33固定加熱塊底座31的位置，以保證加熱塊7與待測試樣4 的傳熱端面緊密接觸。調整熱電偶底座35的位置，旋緊熱電偶底座固定螺釘36以保證第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6與待測試樣4的測試面緊密接觸。第一測溫熱電偶5 測得待測試樣4測試面上該熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度，第二測溫熱電偶6測得得待測試樣4測試面上該熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度。當通過控制及測試電路體系調節流經加熱塊7上的電流使其釋放熱量，在高真空環境中，短時間內電流流經加熱塊7 產生的熱量幾乎全部通過待測試樣4的傳熱端面沿薄膜熱電材料的長度方向傳導並在長度方向上建立起溫度梯度，通過位於熱電偶底座35兩端的第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6，分別測得待測試樣4測試面上這二個熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度。本發明的薄膜熱電材料熱導率測試系統在真空條件下進行測試，按照附圖5和6 所示，將測試卡具與真空體系相連接。即接外接引線三通11通過密封卡箍8與接壓力表三通21相連接，接壓力表三通上的壓力表20用於顯示測試體系內部的壓力。接熱偶真空計三通23通過密封卡箍8與接壓力表三通21相連接，其上安裝的熱偶真空計22用於顯示帶真空體系測試卡具內部的真空度。接真空泵三通24通過密封卡箍8與接熱偶真空計三通 23相連接，其上安裝的手動真空閥27用於調節測試體系內部的真空度，通過密封卡箍8將手動真空閥27與真空泵接口 28相連，真空泵接口 28通過外接管線與真空泵29連接。接放氣閥三通26通過密封卡箍8與接真空泵三通24相連接，其上安裝的放氣閥25用於調節測試系統內部的壓力。控制及測試電路體系(如附圖3所示)由加熱塊導線13、第一測溫熱電偶導線14、 第二測溫熱電偶導線15、控制及數據採集裝置16、數據傳輸線17、微型計算機18、冰水混合浴19組成。其特徵是，樣品室內的加熱塊7、第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6均通過安裝在接外引線三通11上的外引線接口 12延伸出測試卡具。控制及數據採集裝置16通過加熱塊導線13實現對流經測試卡具內的加熱塊7上的加熱電流大小的控制，從而控制流入待測薄膜溫差電材料的熱量；控制及數據採集裝置16通過第一測溫熱電偶導線14與第一測溫熱電偶5相連、第二測溫熱電偶導線15與第二測溫熱電偶6相連，實現對待測試樣4 測試面上二個熱電偶所處位置處(測溫點)溫度的採集；控制及數據採集裝置16由A/D轉換器、單片機、串口轉換器、電源、進行電流控制和信號傳輸及信號處理的電子電路等組成； 控制及數據採集裝置16通過數據傳輸線17連接到微型計算機18上，由微型計算機18對控制及數據採集裝置16採集到並上傳的數據進行處理，並在微型計算機18的顯示器上實時顯示採集到的數據以及數據處理結果。本發明提出的測試系統的測試原理是基於一維傅立葉傳熱方程(Fourier thermal conductivity equation)求解熱導率的穩態方法，即
q是熱流密度矢量，它表示在單位等溫面面積上，沿溫度降低的方向，單位時間內傳導的熱量。熱導率K反映物質的導熱能力，其單位是W/(πι·Κ)，其中，W為功率單位(瓦特)，m為長度單位(米)，K為溫度單位(開爾文)。AT為兩測溫點之間的溫差。Λχ* 兩測溫點之間的距離。在微尺度傳熱學理論中，當材料的傳熱尺度L及傳熱時間t可以和聲子的平均自由程1(10_7 10_8m數量級)及平均自由時間τ (10_12s數量級)相比擬時， 將不滿足傅立葉傳熱定律。因此用這種方法測量薄膜熱導率，要求被測薄膜的厚度大於聲子的平均自由程，即要求被測薄膜的厚度在微米數量級或納米數量級。本測試系統由第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6分別測得待測試樣4測試面上這二個熱電偶所處位置處 (測溫點)的溫度！^和！^，則(2)式中的溫差AT = T1-T2Jt測試樣4測試面上這二個熱電偶之間的距離為Λ X ;控制流經加熱塊7上的電流強度為I，加熱塊的電阻值為R，待測試樣4沿溫度降低方向的橫截面積為S，則(2)式中的熱流密度矢量q = I2R/S。將q、Λχ和 Δ T帶入公式(2)，即可得到熱導率K。在利用本發明的測試系統對薄膜熱電材料進行熱導率測試時，可按照下述步驟進行首先，將待測試樣4放置並固定在位於試樣支撐架2上的試樣底座32之上，通過試樣底座固定螺釘34固定試樣底座32的位置。調節加熱塊底座31的位置，並通過加熱塊底座固定螺釘33固定加熱塊底座31的位置，以保證加熱塊7與待測試樣4的傳熱端面緊密接觸。調整熱電偶底座35的位置，以保證第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6與待測試樣4的測試面緊密接觸，旋緊熱電偶底座固定螺釘36使其定位。將試樣支撐架外罩I用密封卡箍8及密封膠圈9固定到連接管10上，保證測試卡具內部處於封閉狀態；之後，啟動真空泵29，打開手動真空閥27，並通過壓力表20和熱偶真空計22檢測測試系統內部的壓力，至測試系統內部壓力達到測試所需真空度時，關閉手動真空閥27以及真空泵29 ；第三，加熱塊導線13、第一測溫熱電偶導線14、第二測溫熱電偶導線15分別與控制及數據採集裝置16相連，實現對流經測試卡具內的加熱塊7上的加熱電流大小的控制和對待測試樣4測試面上二個熱電偶所處位置處(測溫點)溫度的採集；第四，啟動微型計算機18和控制及數據採集裝置16，並對控制及數據採集裝置16 進行校正；第五，選擇與實際電路相應的通訊埠、冷熱端測溫通道，輸入控制電路的相應電阻值、第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6與待測試樣4測試面相接觸點(測溫點)之間的間距、待測試樣的傳熱橫截面積、加熱塊的加熱功率，利用微型計算機18和控制及數據採集裝置16進行數據採集並進行運算，以得到最終測試結果。其中，所述測試卡具內的真空度可以選擇為10_5 10_6Pa，為避免熱量的散失，可進一步提高真空度值，但需要注意整個測試系統的密封程度。在進行測試時，可採用實時測試和實時顯示方式，繪製待測試樣4測試面上兩溫度測試點的溫度-時間曲線、待測試樣4的熱導率-溫差曲線。採用本發明的本發明的薄膜熱電材料熱導率測試系統及方法，可以快速準確地測量薄膜熱電材料的熱導率，解決了目前薄膜熱電材料熱導率無法測量的問題。


圖I測試卡具結構示意2測試卡具結構局部剖視示意3薄膜熱電材料熱導率測試系統各部分之間的電路連接示意4安裝在微型計算機上的數據處理軟體程序框5帶真空體系測試卡具結構示意6帶真空體系測試卡具結構局部剖視示意圖附圖中，I、試樣支撐架外罩；2、試樣支撐架；3、試樣支撐架連接埠 ；4、待測試樣；5、第一測溫熱電偶；6、第二測溫熱電偶；7、加熱塊；8、密封卡箍；9、密封膠圈；10、連接管；11、接外引線三通；12、外引線接口 ；13、接加熱塊導線；14、第一測溫熱電偶導線；15、第二測溫熱電偶導線；16、控制及數據採集裝置；17、數據傳輸線；18、微型計算機；19、冰水混合浴；20、壓力表；21、接壓力表三通；22、熱偶真空計；23、接熱偶真空計三通；24、接真空泵三通；25、放氣閥；26、接放氣閥三通；27、手動真空閥；28、真空泵接口 ；29、真空泵；30、 三通密封蓋；31、加熱塊底座；32、試樣底座；33、加熱塊底座固定螺釘；34、試樣底座固定螺釘；35、熱電偶底座；36、熱電偶底座固定螺釘。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明圖I和圖2為測試卡具外觀結構示意圖和部分內部結構剖視示意圖。測試卡具由試樣支撐架外罩I、試樣支撐架2、試樣支撐架連接埠 3、第一測溫熱電偶5、第二測溫熱電偶6、加熱塊7、密封卡箍8、密封膠圈9、連接管10、接外引線三通11、外引線接口 12組成。 其特徵是，試樣支撐架I的內部形成放置待測試樣的樣品室；待測試樣4放置在位於試樣支撐架2上的試樣底座32之上，可通過試樣底座固定螺釘34固定試樣底座32的位置。加熱塊7放置於加熱塊底座31上，可通過加熱塊底座固定螺釘33固定加熱塊底座31的位置， 並保證加熱塊7與待測試樣4的傳熱端面緊密接觸。調整熱電偶底座35的位置，旋緊熱電偶底座固定螺釘36以保證第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6與待測試樣4的測試面緊密接觸。當通過控制及測試電路體系調節流經加熱塊7的電流使其釋放熱量，該熱量傳入測試樣4並建立起溫差，通過位於熱電偶底座35兩端的第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6，分別測得待測試樣4測試面上這二個熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度T1和T2圖3為薄膜熱電材料熱導率測試系統各部分之間的電路連接示意圖。樣品室內的加熱塊7、第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6均通過安裝在接外引線三通11上的外引線接口 12延伸出測試卡具。控制及數據採集裝置16通過接加熱塊導線13實現對流經測試卡具內的加熱塊7上的電流大小的控制，從而控制傳入待測試樣4內的熱量；控制及數據採集裝置16通過第一測溫熱電偶導線14與第一測溫熱電偶5相連、第二測溫熱電偶導線15與第二測溫熱電偶6相連，由此實現對待測試樣4測試面上的二個熱電偶所處位置處 (測溫點)溫度的採集；控制及數據採集裝置16由A/D轉換器、單片機、串口轉換器、電源、 進行電流控制和信號傳輸及信號處理的電子電路等組成；控制及數據採集裝置16通過數據傳輸線17連接到微型計算機18上；由微型計算機18對控制及數據採集裝置16採集到並上傳的數據進行處理，並在微型計算機18的顯示器上實時顯示採集到的數據以及數據處理結果。圖5和圖6為帶真空體系的測試卡具外觀結構示意圖和部分內部結構剖視示意圖。真空體系接外接引線三通11通過密封卡箍8與接壓力表三通21相連接，接壓力表三通上的壓力表20用於顯示測試體系內部的壓力。接熱偶真空計三通23通過密封卡箍8與接壓力表三通21相連接，其上安裝的熱偶真空計22用於顯示帶真空體系測試卡具內部的真空度。接真空泵三通24通過密封卡箍8與接熱偶真空計三通23相連接，其上安裝的手動真空閥27用於調節測試體系內部的真空度，通過密封卡箍8將手動真空閥27與真空泵接口 28相連，真空泵接口 28通過外接管線與真空泵29連接。接放氣閥三通26通過密封卡箍8與接真空泵三通24相連接，其上安裝的放氣閥25用於調節測試系統內部的氣體壓力。啟動真空泵29，打開手動真空閥27後，測試卡具內逐步形成真空環境，測試卡具內的真空環境可以最大限度地減少因待測試樣4的測試表面以及加熱塊7表面的熱輻射造成的熱量損失。在利用上述裝置進行測試時，首先啟動微型計算機18，啟動控制及數據採集裝置 16，將測試轉換開關撥到「校正」檔，校正控制及數據採集裝置16後，將測試轉換開關撥到 「測試」檔；打開微型計算機18上薄膜熱電材料熱導率測試軟體，點擊「通訊設置」，選擇與實際電路相應的通訊埠、冷熱端測溫通道，點擊「基本設置」，鍵入控制電路的相應電阻值，鍵入待測試樣4測試面上兩溫度測試點之間的間距，鍵入待測試樣的傳熱橫截面積，輸入加熱塊的加熱功率值。打開控制電路，點擊「開始測試」，此時計算機顯示器開始實時繪製待測試樣4測試面上兩溫度測試點的溫度-時間曲線、待測試樣4的熱導率-溫差曲線。 測試完成後，點擊「停止測試」以停止數據採集，點擊「保存數據」以保存數據。如果需要繼續測試，則點擊「清空實時數據」以清除上一次的測試結果，在測試卡具中放入新的待測試樣，重複上述步驟，以進行下一組測試。若測試結束，則退出測試界面。測試電化學沉積η型薄膜熱電材料Bi2Te2.7Sea3的熱導率。熱導率的測試按照以下步驟進行第一步將試樣支撐架外罩I取下，將待測試樣4放置在位於試樣支撐架2上的試樣底座32之上，通過試樣底座固定螺釘34固定試樣底座32的位置。調節加熱塊底座31 的位置，並通過加熱塊底座固定螺釘33固定加熱塊底座31的位置，以保證加熱塊7與待測試樣4的傳熱端面緊密接觸。調整熱電偶底座35的位置，以保證試樣第一測溫熱電偶5和試樣第二測溫熱電偶6與待測試樣4的測試面緊密接觸，旋緊熱電偶底座固定螺釘36使其定位。將試樣支撐架外罩I用密封卡箍8及密封膠圈9固定到連接管10上，保證測試卡具內部處於封閉狀態；第二步啟動真空泵29，打開手動真空閥27，並通過壓力表20和熱偶真空計22檢測測試系統內部的壓力，至測試系統內部真空度達到10_6pa時，關閉手動真空閥27以及真
8空泵29 ；第三步啟動微型計算機18，啟動控制及數據採集裝置16，將測試轉換開關撥到 「校正」檔，校正控制及數據採集裝置16後，將測試轉換開關撥到「測試」檔；第四步打開微型計算機18上薄膜熱電材料熱導率測試軟體，點擊「通訊設置」， 選擇與實際電路相應的通訊埠、冷熱端測溫通道；點擊「基本設置」，鍵入控制電路的相應電阻值，鍵入第一測溫熱電偶5和第二測溫熱電偶6與待測試樣4測試面相接觸點(測溫點)之間的間距15mm，鍵入待測試樣的傳熱橫截面積2X10_7m2，輸入加熱塊的加熱功率值 92. Smff0打開控制電路，點擊「開始測試」，此時計算機顯示器上開始實時繪製待測試樣4測試面上兩溫度測試點的溫度-時間曲線、待測試樣4的熱導率-溫差曲線。第五步測試完成後，點擊「停止測試」以停止數據採集，之後點擊「保存數據」以保存測試結果，退出測試界面。計算機顯示器顯示的測試結果如下室溫條件下，試樣的熱導率為I. 59ff/(m*K)。以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，其特徵在於，由真空體系、測試卡具和控制及測試電路體系三部分構成，待測薄膜熱電材料試樣放置在測試卡具內，測試過程中測試卡具內部處於密閉的真空環境中；控制及測試電路體系用於調控流經加熱塊上的電流，實現薄膜熱電材料測試過程熱流量的控制以及測試數據的採集，並將測試數據傳輸至微型計算機，通過微型計算機實現對整個測試系統測試過程的控制、測試數據的處理以及測試數據和計算結果在計算機顯示器上的實時顯示，實現對薄膜熱電材料熱導率的精確測定。
2.根據權利要求I所述的一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，其特徵在於，所述真空體系由壓力表(20)、接壓力表三通(21)、熱偶真空計(22)、接熱偶真空計三通(23)、真空泵三通(24)、放氣閥(25)、接放氣閥三通(26)、手動真空閥(27)、真空泵接口 (28)、真空泵(29)、三通密封蓋(30)、密封卡箍(8)和密封膠圈(9)組成，啟動真空泵(29)， 打開手動真空閥(27)後，測試系統的測試卡具內逐漸形成真空環境，測試卡具內的真空環境可以最大限度地減少因待測試樣的測試表面以及加熱塊表面的熱輻射造成的熱量損失。
3.根據權利要求I所述的一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，其特徵在於，所述測試卡具由試樣支撐架外罩(I)、試樣支撐架(2)、試樣支撐架連接埠(3)、第一測溫熱電偶(5)、第二測溫熱電偶￠)、加熱塊(7)、密封卡箍(8)、密封膠圈(9)、連接管 (10)、接外引線三通(11)、外引線接口(12)組成，試樣支撐架(I)的內部形成放置待測試樣的樣品室；待測試樣(4)放置在位於試樣支撐架(2)上的試樣底座(32)之上，試樣底座 (32)通過試樣底座固定螺釘(34)固定在試樣支撐架(2)之上；加熱塊(7)放置於加熱塊底座(31)上，可通過加熱塊底座固定螺釘(33)固定加熱塊底座(31)的位置，以保證加熱塊(7)與待測試樣(4)的傳熱端面緊密接觸；調整熱電偶底座(35)的位置，旋緊熱電偶底座固定螺釘(36)以保證第一測溫熱電偶(5)和第二測溫熱電偶(6)與待測試樣(4)的測試面緊密接觸；第一測溫熱電偶(5)測得待測試樣(4)測試面上該熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度，第二測溫熱電偶(6)測得得待測試樣(4)測試面上該熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度；當通過控制及測試電路體系調節流經加熱塊(7)上的電流使其釋放熱量，在高真空環境中，短時間內電流流經加熱塊(X)產生的熱量幾乎全部通過待測試樣(4)的傳熱端面沿薄膜熱電材料的長度方向傳導並在長度方向上建立起溫度梯度，通過位於熱電偶底座(35)兩端的第一測溫熱電偶(5)和第二測溫熱電偶￠)，分別測得待測試樣(4)測試面上這二個熱電偶所處位置處(測溫點)的溫度。
4.根據權利要求2或者3所述的一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，其特徵在於，接外接引線三通(11)通過密封卡箍(8)與接壓力表三通(21)相連接；接壓力表三通上的壓力表(20)用於顯示測試體系內部的壓力。接熱偶真空計三通(23)通過密封卡箍(8)與接壓力表三通(21)相連接，其上安裝的熱偶真空計(22)用於顯示帶真空體系測試卡具內部的真空度。接真空泵三通(24)通過密封卡箍(8)與接熱偶真空計三通(23)相連接，其上安裝的手動真空閥(27)用於調節測試體系內部的真空度，通過密封卡箍(8)將手動真空閥(27)與真空泵接口(28)相連，真空泵接口(28)通過外接管線與真空泵(29)連接；接放氣閥三通(26)通過密封卡箍(8)與接真空泵三通(24)相連接，其上安裝的放氣閥 (25)用於調節測試系統內部的壓力。
5.根據權利要求I所述的一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，其特徵在於，所述控制及測試電路體系由加熱塊導線(13)、第一測溫熱電偶導線(14)、第二測溫熱電偶導線(15)、控制及數據採集裝置(16)、數據傳輸線(17)、微型計算機(18)、冰水混合浴 (19)組成，樣品室內的加熱塊(7)、第一測溫熱電偶(5)和第二測溫熱電偶(6)均通過安裝在接外引線三通(11)上的外引線接口(12)延伸出測試卡具；控制及數據採集裝置(16)通過加熱塊導線(13)實現對流經測試卡具內的加熱塊(7)上的加熱電流大小的控制，從而控制流入待測薄膜溫差電材料的熱量；控制及數據採集裝置(16)通過第一測溫熱電偶導線 (14)與第一測溫熱電偶(5)相連、第二測溫熱電偶導線(15)與第二測溫熱電偶(6)相連， 實現對待測試樣(4)測試面上二個熱電偶所處位置處(測溫點)溫度的採集；控制及數據採集裝置(16)由A/D轉換器、單片機、串口轉換器、電源、進行電流控制和信號傳輸及信號處理的電子電路等組成；控制及數據採集裝置(16)通過數據傳輸線(17)連接到微型計算機(18)上，由微型計算機(18)對控制及數據採集裝置(16)採集到並上傳的數據進行處理，並在微型計算機(18)的顯示器上實時顯示採集到的數據以及數據處理結果。
6.利用權利要求I所述的測試系統進行薄膜熱電材料熱導率測試的方法，其特徵在於，按照下述步驟進行首先，將待測試樣4放置並固定在位於試樣支撐架(2)上的試樣底座(32)之上，通過試樣底座固定螺釘(34)固定試樣底座(32)的位置。調節加熱塊底座(31)的位置，並通過加熱塊底座固定螺釘(33)固定加熱塊底座(31)的位置，以保證加熱塊(7)與待測試樣(4)的傳熱端面緊密接觸。調整熱電偶底座(35)的位置，以保證第一測溫熱電偶(5)和第二測溫熱電偶(6)與待測試樣(4)的測試面緊密接觸，旋緊熱電偶底座固定螺釘(36)使其定位。將試樣支撐架外罩⑴用密封卡箍⑶及密封膠圈(9)固定到連接管(10)上，保證測試卡具內部處於封閉狀態；然後，啟動真空泵(29)，打開手動真空閥(27)，並通過壓力表(20)和熱偶真空計(22) 檢測測試系統內部的壓力，至測試系統內部壓力達到測試所需真空度時，關閉手動真空閥 (27)以及真空泵(29)；第三，加熱塊導線(13)、第一測溫熱電偶導線(14)、第二測溫熱電偶導線(15)分別與控制及數據採集裝置(16)相連，實現對流經測試卡具內的加熱塊(7)上的加熱電流大小的控制和對待測試樣(4)測試面上二個熱電偶所處位置處(測溫點)溫度的採集第四，啟動微型計算機(18)和控制及數據採集裝置(16)，並對控制及數據採集裝置16 進行校正第五，選擇與實際電路相應的通訊埠、冷熱端測溫通道，輸入控制電路的相應電阻值、第一測溫熱電偶(5)和第二測溫熱電偶(6)與待測試樣(4)測試面相接觸點(測溫點) 之間的間距、待測試樣的傳熱橫截面積、加熱塊的加熱功率，利用微型計算機(18)和控制及數據採集裝置(16)對上述數據進行校正和計算，以得到最終測試結果。
7.根據權利要求6所述的測試方法，其特徵在於，所述測試需要的真空度可以選擇為 10_5 10_6Pa，為避免熱量的散失，可進一步提高真空度值，但需要注意整個測試系統的密封程度。
8.根據權利要求6所述的測試方法，其特徵在於，在進行測試時，可採用實時測試和實時顯示方式,繪製待測試樣(4)測試面上兩溫度測試點的溫度-時間曲線、待測試樣(4)的熱導率-溫差曲線。
全文摘要
本發明提出了一種用於測試薄膜熱電材料熱導率的測試系統，該系統由真空體系、測試卡具和控制及測試電路體系三部分構成。待測薄膜熱電材料試樣放置在測試卡具內，測試過程中測試卡具內部處於密閉的真空環境中。控制及測試電路體系用於調控流經加熱塊上的電流，實現薄膜熱電材料測試過程熱流量的控制以及測試數據的採集，並將測試數據傳輸至微型計算機，通過微型計算機實現對整個測試系統測試過程的控制、測試數據的處理以及測試數據和計算結果在計算機顯示器上的實時顯示，可以實現對薄膜熱電材料熱導率的精確測定。
文檔編號G01N25/20GK102590274SQ20121003980
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者冀宇, 王為 申請人:天津大學