论文总字数：24116字

摘 要

热电发电对缓解能源危机有着重要价值，而塞贝克系数是表征热电材料性能的重要参数，测量塞贝克系数的装置对热电材料的研究有着重要意义。本课题主要研究了微、纳米尺度下热电材料的塞贝克系数的测量。在对热电效应和赛贝克系数有了清楚了解的前提下，收集并比较了多种赛贝克系数的测量方式及实验装置设计。在此基础上，结合已有的赛贝克系数测量实验台的原型机，提出了改良设计方案，并建立了实验台的三维模型。绘制了关键零件的零件图与装配图，在考虑测量装置接触热阻的情况下，给出了零件各面的粗糙度要求。对测量装置的肋板模型进行了理论计算，在计算机辅助设计软件的帮助下，模拟了实验台在多种参数设定下的稳态热分布，并与市面上已有的产品进行比较分析，选择出符合要求的实验台器件。在充分的理论计算和计算机模拟后，加工并组装了实验台。研究探索了丝状样品在实验台上的安装固定以及与测量仪表的连接方式，并通过测量标准K型热电偶的塞贝克系数评估了测量装置的精度，讨论了测量误差可能的来源。最后总结了几个月来的工作情况，并就温度控制系统，样品装夹装置以及电压测量方式提出了自己的改进意见。

关键词：塞贝克系数，测量装置，K型热电偶

Abstract

The thermoelectric generation has great value to mitigate the energy crisis, and the Sebek coefficient is an important parameter to characterize the properties of thermoelectric materials. The device for measuring the Seebeck coefficient is of great significance to the research of thermoelectric materials.This project builds up an experimental rig to measure the Seebeck coefficient of thermoelectric materials. We first review the history of the thermoelectric effects, including the Peltier effect and the Seebeck effect. We next survey the literature of experimental techniques to measure the Seebeck coefficient. Building upon these effects, we propose an improved design to for the thermoelectric measurements. We start with a three-dimensional model of the experimental platform. After considering the contact thermal resistance,part drawing and assembly drawing are drawn. With the help of computer aided design software,the steady state thermal analysis of the three-dimensional model is completed.Several apparatus that will be used on the experimental platform are selected from existing products on the market.Under the premise of theoretical calculation and computer simulation,the experimental platform was fabricated and assembled.By measuring the standard K type thermocouple, successfully proved that the error of the experimental platform is less than 5%.At last, possible sources of error are discussed and some improvement suggestions for temperature control system and sample clamping device are proposed.

KEY WORDS Seebeck coefficient, measurement device,K type thermocouple

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.2.1 热电发电的原理与应用

1.2.2 热电制冷的原理与应用

1.3 热电材料的意义

1.4 课题任务及目标

第二章 实验台方案分析设计

2.1 引言

2.2 几种测量方式比较分析

2.2.1 优值系数

2.2.2 塞贝克系数经典测量方式

2.2.3 改良的塞贝克系数测量方法

2.3 实验台总体方案设计

2.4 测量装置材料选择

2.5 加热系统设计

2.5.1 加热方式选择

2.5.2 加热管功率选择

2.5.3 加热管温度控制系统

2.6 装夹装置设计

2.7 热端铝块设计

2.7.1 接触热阻

2.7.2 加热端铝块建模

2.7.3 螺钉强度计算

2.8 传热铝块设计

2.9 热沉设计

第三章 温度测量系统设计分析

3.1 引言

3.2 温度测量方式比较分析

3.2.1 常用接触式测量方式比较

3.3 热电偶原理介绍

3.4 热电偶品种及型号选择

3.5 热电偶测温线的使用

第四章 稳态热分析

4.1 引言

4.2 无热沉模型稳态热分析

4.3 有热沉模型稳态热分析

第五章 组装与实验

5.1 引言

5.2 测量装置的组装

5.3 测量装置精度验证

5.3.1 标准材料选择

5.3.2 测量用热电偶材料处理

5.3.3 被测样品安装与热电偶连接

5.3.4 实验设计

5.3.5 实验数据及处理

5.4 误差分析

第六章 总结与展望

6.1 引言

6.2 工作总结

6.3 塞贝克系数测量装置设计小结

致谢

参考文献

绪论

引言

从热电效应被发现到现在已经过去了百余年，在无数优秀科学工作者的不懈努力下，诞生了热电发电与热电致冷两个主要的应用方向。近年来由于新的制造工艺与技术的出现为热电材料的研究提供了新的方法与思路使得热电材料的研究迅猛发展。热电材料的研究对于解决环境问题与资源问题这两大难题具有重要意义。

研究背景

热电发电的原理与应用

热点发电是建立在热电效应上的，热电效应又称塞贝克效应（Seebeck effect），是指当物体受热时，电子或空穴在温度梯度方向上进行移动形成电势差的现象。

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