專利名稱：溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，涉及應(yīng)用電子技術(shù)及熱工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
溫差發(fā)電器是一種利用材料的溫差電效應(yīng)制成的熱電轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)器件的冷熱面存在溫度差時(shí)，溫差發(fā)電器就能夠產(chǎn)生一定的電力。溫差發(fā)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(fā)電器。高溫發(fā)電器所用的材料主要有鍺硅合金、硅鐵合金等；中溫發(fā)電器所用的材料主要是碲化鉛及其合金；低溫發(fā)電器所用的材料主要是碲化鉍合金。溫差發(fā)電器質(zhì)量輕，壽命長(zhǎng)、可靠性高、工作時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)須維護(hù)。因此，在野外電源，余熱利用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
溫差發(fā)電器的熱電性能是溫差發(fā)電器的應(yīng)用基礎(chǔ)和必要參數(shù)。目前，商品化的溫差發(fā)電器多做成平板狀的器件，由數(shù)十到數(shù)百個(gè)溫差發(fā)電單體串聯(lián)而成。但當(dāng)前，溫差發(fā)電器件的熱電性能多數(shù)是基于對(duì)單個(gè)溫差發(fā)電器單體進(jìn)行測(cè)試得到的數(shù)據(jù)推算而成的。這樣的得到的數(shù)據(jù)往往和實(shí)際溫差發(fā)電器熱電性能有較大的出入，并直接影響到溫差發(fā)電器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出了一套用于測(cè)定溫差發(fā)電器整體熱電性能的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)夭畎l(fā)電器整體進(jìn)行電輸出特性和熱疲勞特性的測(cè)試。
本發(fā)明的特征在于它含有電加熱熱源單元緊貼在溫差發(fā)電器的熱面，為溫差發(fā)電器的熱面加熱；循環(huán)冷卻水回路熱阱單元緊貼在溫差發(fā)電器的冷面、為溫差發(fā)電器的冷面降溫；數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元采集溫差發(fā)電器熱面和冷面溫度，溫差發(fā)電器輸出的電流和電壓，循環(huán)冷卻水回路熱阱單元的流量、液溫，將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并輸出控制信號(hào)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(fā)電器熱面的導(dǎo)熱塊，植入在所述導(dǎo)熱塊內(nèi)部的電加熱管，和一個(gè)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(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元的控制信號(hào)為所述加熱管加熱至預(yù)定溫度。
所述循環(huán)冷卻水回路熱阱單元含有緊貼在溫差發(fā)電器冷面的吸熱盒，以及與所述吸熱盒連通的冷卻水循環(huán)回路。
所述數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元含有數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡分別采集所述溫差發(fā)電器熱面和冷面的溫度值、溫差發(fā)電器輸出的電流和電壓值、循環(huán)冷卻水回路熱阱單元的流量、液溫值；所述計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，并輸出控制信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)剿鲭娂訜釤嵩磫卧?br> 所述導(dǎo)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(huán)回路含有儲(chǔ)水箱、散熱器和循環(huán)水泵。所述數(shù)據(jù)采集卡是XSL多通道數(shù)字巡回檢測(cè)儀實(shí)驗(yàn)證明該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量的是整個(gè)溫差發(fā)電器的熱電性能，測(cè)得的數(shù)據(jù)直接反映了溫差發(fā)電器整體性能，達(dá)到了預(yù)期的目的。


附圖為溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)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(wú)線電儀器廠生產(chǎn)的DH1716-50～60V/0～10A單路直流電源；1.2 植入式電加熱管；1.3 導(dǎo)熱塊。
2、循環(huán)冷卻水回路熱阱單元，包括2.1 吸熱盒；2.2 散熱器；2.3 儲(chǔ)水箱；2.4 循環(huán)水泵；2.5 循環(huán)管路。
3、溫差發(fā)電器及負(fù)載單元，包括3.1 溫差發(fā)電器件；3.2 可變負(fù)載電阻。
4、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元，包括4.1 XSL多通道數(shù)字巡回檢測(cè)儀(數(shù)據(jù)采集卡)，其中圖中所示的字母標(biāo)號(hào)a 電加熱熱源單元的低壓直流電源控制信號(hào)傳輸通道b 熱端溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道c 溫差發(fā)電器輸出電流傳感器及信號(hào)傳輸通道d 溫差發(fā)電器輸出電壓傳感器及信號(hào)傳輸通道e 冷面溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道f 循環(huán)冷卻水流量傳感器及信號(hào)傳輸通道
g 冷卻水溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道4.2計(jì)算機(jī)顯示及處理終端。
具體實(shí)施例方式本測(cè)試系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)組成為(1)一個(gè)由計(jì)算機(jī)可控的電加熱熱源單元，熱源除一個(gè)導(dǎo)熱面外其余各面絕熱良好，導(dǎo)熱面溫度分布均勻，在導(dǎo)熱面有一個(gè)(根據(jù)導(dǎo)熱面的大小，也可以有多個(gè))溫度測(cè)量點(diǎn)和溫度傳感器，該單元能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制；(2)一個(gè)循環(huán)冷卻水回路熱阱單元，熱阱單元主要由吸熱盒，冷卻水循環(huán)回路組成，主要為溫差發(fā)電器的冷面降溫。其中冷卻塊一個(gè)端面平整并有一個(gè)(根據(jù)導(dǎo)熱面的大小，也可以有多個(gè))溫度測(cè)量點(diǎn)和溫度傳感器；(3)一套數(shù)據(jù)采集卡及裝有采集程序和數(shù)據(jù)處理方法的控制和數(shù)據(jù)處理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)(1)、(2)所述的熱源和熱阱單元溫度測(cè)定和控制，并測(cè)定待測(cè)溫差發(fā)電器件的輸出電壓和輸出電流，然后對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到最終需要的結(jié)果。待測(cè)溫差發(fā)電器是能夠緊密裝卡在(1)(2)所述的熱源和熱阱單元之間，并串接有可調(diào)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電器變負(fù)載輸出測(cè)試。
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
電加熱熱源單元1由電加熱管1.2，導(dǎo)熱塊1.3及相應(yīng)的測(cè)控系統(tǒng)組成。導(dǎo)熱塊四周和底部有絕熱保溫棉包覆，導(dǎo)熱塊頂部與溫差發(fā)電器件3.1的熱面緊密貼合。工作時(shí)，受計(jì)算機(jī)程序控制的電加熱管根據(jù)控制信號(hào)為導(dǎo)熱塊提供熱量。導(dǎo)熱塊為紫銅或者鋁材質(zhì)，頂部端面平整。計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡到達(dá)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(gè)有循環(huán)冷卻液出入口的導(dǎo)熱盒2.1，以及一個(gè)對(duì)應(yīng)的冷卻液循環(huán)回路。導(dǎo)熱盒有一個(gè)下端面光滑平整，與溫差發(fā)電器3.1的上表面緊密貼合，其余各面絕熱良好。冷卻液循環(huán)回路包括散熱器2.2、儲(chǔ)水箱2.3和循環(huán)水泵2.4，在回路中可安裝流量、液溫傳感器，可將流量、液溫測(cè)量信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，以供計(jì)算機(jī)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)這幾個(gè)參量進(jìn)行調(diào)節(jié)。工作時(shí)，循環(huán)泵把(低溫)液體輸送到吸熱盒，吸收來(lái)自導(dǎo)熱盒下端面的熱量，流量檢測(cè)器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)循環(huán)回路中冷卻液的流量，液溫檢測(cè)器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)冷卻液溫度進(jìn)而達(dá)到控制吸熱盒下端面溫度的目的。
溫差發(fā)電器3.1輸出導(dǎo)線與可變負(fù)載3.2連接。工作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)可變負(fù)載，通過(guò)圖中所示負(fù)載電路中的電壓、電流傳感器測(cè)定不同負(fù)載下溫差發(fā)電器的輸出電壓和電流。
數(shù)據(jù)采集單元4主要由電加熱熱源單元的低壓直流電源控制信號(hào)傳輸通道a、熱端溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道b、溫差發(fā)電器輸出電流傳感器及信號(hào)傳輸通道c、溫差發(fā)電器輸出電壓傳感器及信號(hào)傳輸通道d、冷面溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道e、循環(huán)冷卻水流量傳感器及信號(hào)傳輸通道f、冷卻水溫度傳感器及信號(hào)傳輸通道g以及后端的數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)處理及顯示終端組成。工作時(shí)，由各類傳感器測(cè)得的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡4.1進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由專門編制的計(jì)算機(jī)程序采集并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果(1)該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量的是整個(gè)溫差發(fā)電器的熱電性能，測(cè)得的數(shù)據(jù)直接反映了溫差發(fā)電器整體性能，測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有很大的參考價(jià)值。溫差發(fā)電器裝卡簡(jiǎn)單，貼合緊密，更換方便。
(2)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄。
(3)可以測(cè)試不同規(guī)格的產(chǎn)品，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
權(quán)利要求
1.溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，它含有電加熱熱源單元緊貼在溫差發(fā)電器的熱端面，為溫差發(fā)電器的熱端面加熱；循環(huán)冷卻水回路熱阱單元緊貼在溫差發(fā)電器的冷端面、為溫差發(fā)電器的冷端面降溫；數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元采集溫差發(fā)電器熱端面和冷端面溫度，溫差發(fā)電器輸出的電流和電壓，循環(huán)冷卻水回路熱阱單元的流量、液溫，將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并輸出控制信號(hào)到所述電加熱熱源單元。
2.如權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述電加熱熱源單元含有緊貼在溫差發(fā)電器熱端面的導(dǎo)熱塊，植入在所述導(dǎo)熱塊內(nèi)部的電加熱管，和一個(gè)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(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元的控制信號(hào)為所述加熱管加熱至預(yù)定溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，循環(huán)冷卻水回路熱阱單元含有緊貼在溫差發(fā)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(huán)回路。
4.如權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元含有數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡分別采集所述溫差發(fā)電器熱端面和冷端面的溫度值、溫差發(fā)電器輸出的電流和電壓值、循環(huán)冷卻水回路熱阱單元的流量、液溫值；所述計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，并輸出控制信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)剿鲭娂訜釤嵩磫卧?br> 5.如權(quán)利要求2所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)熱塊的材料為紫銅或鋁。
6.如權(quán)利要求2所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，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(quán)利要求3所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻水循環(huán)回路含有儲(chǔ)水箱、散熱器和循環(huán)水泵。
8.如權(quán)利要求4所述的溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡是XSL多通道數(shù)字巡回檢測(cè)儀。
全文摘要
溫差發(fā)電器熱電性能測(cè)試系統(tǒng)，涉及應(yīng)用電子技術(shù)及熱工技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于它含有緊貼在溫差發(fā)電器的熱面，為溫差發(fā)電器的熱面加熱的電加熱熱源單元；緊貼在溫差發(fā)電器的冷面、為溫差發(fā)電器的冷面降溫的循環(huán)冷卻水回路熱阱單元；采集溫差發(fā)電器熱面和冷面溫度，溫差發(fā)電器輸出的電流和電壓，循環(huán)冷卻水回路熱阱單元的流量、液溫，將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，輸出控制信號(hào)到電加熱熱源單元的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理單元。本系統(tǒng)測(cè)量的是整個(gè)溫差發(fā)電器的熱電性能，測(cè)得的數(shù)據(jù)直接反映了溫差發(fā)電器整體性能，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)等特征。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1821799SQ200610011549
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者鄭文波, 王禹, 吳知非, 黃志勇, 周世新 申請(qǐng)人:清華大學(xué)