《溫差電器件發(fā)電性能測試方法》

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CSMT

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/XXXXXXX—XXXX

溫差電器件發(fā)電性能測試方法

Testingmethodforgeneratorperformanceofthermoelectricdevice

（征求意見稿）

（本草案完成時間：2023年4月）

-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國計量測試學(xué)會發(fā)布

T/XXXXXXX—XXXX

目次

前言.................................................................................II

引言................................................................................III

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語和定義.........................................................................1

4測試原理...........................................................................2

5測試設(shè)備和儀器.....................................................................3

測試設(shè)備.......................................................................3

測試儀器.......................................................................3

6測試條件...........................................................................3

7試樣制備...........................................................................3

試樣規(guī)格.......................................................................3

試樣冷、熱側(cè)...................................................................3

8測試程序...........................................................................4

測試前準(zhǔn)備.....................................................................4

測試步驟.......................................................................4

9數(shù)據(jù)處理...........................................................................4

輸出功率.......................................................................4

熱側(cè)吸熱量.....................................................................4

發(fā)電效率.......................................................................5

線性回歸曲線...................................................................5

最大輸出功率...................................................................5

10測試報告..........................................................................5

I

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溫差電器件發(fā)電性能測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了溫差電器件發(fā)電性能測試的術(shù)語和定義、原理、設(shè)備及儀器、條件、試樣、程序、數(shù)

據(jù)處理和報告等要求。

本文件適用于溫差電器件熱側(cè)溫度在20℃~1000℃范圍內(nèi)、冷側(cè)溫度在0℃~300℃工況下的

發(fā)電性能測試，其他工況測試可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

SJ2855溫差電致冷名詞術(shù)語

3術(shù)語和定義

SJ2855界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

溫差電器件Thermoelectricdevice

溫差電器件是對SJ2855中溫差電元件（Thermoelectricelement）、溫差電偶（Thermoelectriccouple）、

溫差電組件（Thermoelectricmodule）的統(tǒng)稱。

熱側(cè)溫度Hotsidetemperature

溫差電器件熱側(cè)表面的平均溫度（Th）,單位為開爾文（K）。

冷側(cè)溫度Coldsidetemperature

溫差電器件冷側(cè)表面的平均溫度（Tc），單位為開爾文（K）。

開路電壓Opencircuitvoltage

溫差電器件沒有負(fù)載，無電流輸出時輸出端的電位差（Voc），單位為伏特（V）。

輸出電壓Outputvoltage

溫差電器件連接負(fù)載時輸出端的電位差（Vout），單位為伏特（V）。

輸出電流Outputcurrent

溫差電器件連接負(fù)載時回路中產(chǎn)生的電流（Iout），單位為安培（A）。

輸出功率Outputpower

溫差電器件發(fā)電時產(chǎn)生的電功率（Pout），單位為瓦特（W）。

溫差電器件內(nèi)阻Thermoelectricdeviceresistance

溫差電器件輸出端之間的內(nèi)部電阻（Rin），單位為歐姆（Ω）。

最大輸出功率Maximumoutputpower

溫差電器件發(fā)電時可產(chǎn)生的最大電功率（Pout），單位為瓦特（W）。

熱側(cè)吸熱量Hotsidethermalinput

1

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溫差電器件工作時熱側(cè)吸入的熱流量（Qh），單位為瓦特（W）。

冷側(cè)排熱量Coldsidethermaloutput

溫差電器件工作時冷側(cè)排出的熱流量（Qc）,單位為瓦特（W）。

發(fā)電效率Generatorefficiency

溫差電器件發(fā)電時，其輸出功率與熱側(cè)吸熱量的比值（η）。

最大發(fā)電效率Maximumgeneratorefficiency

溫差電器件發(fā)電時，發(fā)電效率可能達(dá)到的最大值（ηmax）。

4測試原理

如圖1所示為溫差電器件發(fā)電性能測試裝置示意圖，基于澤貝克（Seebeck）效應(yīng)，在給定的溫差下，

溫差電器件的輸出功率等于輸出電壓與輸出電流的乘積，發(fā)電效率等于其輸出功率與熱側(cè)吸熱量的比

值。

10

11

29

18

-+

Ch1

4

Ch2

3

7

Iout

Ch3

12Ch45

6

序號說明：

1——溫差電器件試樣；

2——熱源；

3——熱沉；

4——熱流計；

5——標(biāo)準(zhǔn)電阻；

6——電子負(fù)載；

7——數(shù)據(jù)采集器；

8——隔熱材料；

9——樣品架

10——樣品室；

11——?dú)夥湛刂葡到y(tǒng)：

12——計算機(jī)。

圖1測試裝置示意圖

2

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5測試設(shè)備和儀器

測試設(shè)備

5.1.1樣品室

具有氣氛可控功能，極限真空度小于0.1Pa。

5.1.2樣品架

具有夾緊功能，夾緊力范圍為0.1KN~20KN，夾緊力控制精度不低于±5N。

5.1.3熱源

安裝面應(yīng)能包絡(luò)試樣，且額定使用溫度不低于最高測試溫度的20%。

5.1.4熱流計

截面尺寸應(yīng)與溫差電器件試樣一致,室溫?zé)釋?dǎo)率不低于350W/m·K。

5.1.5熱沉

安裝面應(yīng)能包絡(luò)試，可控溫度范圍為0℃~300℃。

5.1.6恒溫器

可控溫度范圍為-20℃~90℃，最高流速不低于20L/min。

5.1.7計算機(jī)

具有溫度控制模塊，電壓、溫度采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊及數(shù)據(jù)保存模塊。

測試儀器

5.2.1溫控器

控溫范圍為0~1000℃，精度不低于0.2級。

5.2.2標(biāo)準(zhǔn)電阻

額定電流不低于1A，精度不低于0.01級。

5.2.3電子負(fù)載

電流量程不低于1A，電壓量程不低于0.1V。

5.2.4數(shù)據(jù)采集器

電壓量程不低于0.1V，精度不低于0.01級。

6測試條件

測試環(huán)境應(yīng)整潔，無腐蝕性氣體，無強(qiáng)磁場和電磁波干擾，環(huán)境溫度不高于35℃，濕度不高于75%。

7試樣制備

試樣規(guī)格

外形為長方體，長度范圍10mm~50mm，寬度范圍10mm~50mm，高度范圍2mm~30mm，長

度高度比例不大于1.5。

試樣冷、熱側(cè)

試樣熱側(cè)、冷側(cè)應(yīng)平整，平面度≤0.05mm，表面粗糙度Ra≤1.6m，兩側(cè)的平行度≤0.1mm。

3

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8測試程序

測試前準(zhǔn)備

8.1.1開啟電源，檢查設(shè)備及儀器連接是否正常；

8.1.2檢查熱源、熱沉安裝面是否清潔、無污染，必要時使用分析純酒精進(jìn)行擦拭；

8.1.3測量溫差電器件試樣的外形尺寸。

測試步驟

8.2.1將溫差電器件試樣安裝到樣品架上，并施加不低于0.3MPa的壓力，關(guān)閉樣品室；

8.2.2抽真空到真空度小于5.0Pa，充入高純氬氣至真空度為2.5×102Pa，并重復(fù)不少于兩次；

8.2.3啟動溫差電器件發(fā)電性能評價軟件，按照表1進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

表1參數(shù)設(shè)置

參數(shù)數(shù)值

數(shù)據(jù)采集間隔，s≤10

熱側(cè)溫度波動值，℃/3min≤1.0

測試電流步長，A≤1.0

電流-電壓掃描時熱側(cè)溫度波動值，℃/10s≤0.2

電流-電壓掃描結(jié)束條件輸出功率低于最大值的30%

8.2.4設(shè)置試樣測試溫度和恒溫器溫度；

8.2.5開始測試，溫控器工作，開始升溫，數(shù)據(jù)采集器采集信號；

8.2.6電流-電壓掃描測試：控制電子負(fù)載改變試樣輸出電流，同步采集輸出電流、輸出電壓、熱流計

第一溫度和第二溫度，計算試樣輸出功率、發(fā)電效率；

8.2.7采用最小二乘法對電流-電壓曲線進(jìn)行線性擬合、分析，得到試樣的開路電壓、短路電流、內(nèi)阻、

最大輸出功率及最大輸出功率對應(yīng)的輸出電流、輸出電壓；

8.2.8取發(fā)電效率的最大值作為試樣的最大發(fā)電效率；

8.2.9結(jié)束測試，記錄測試結(jié)果。

9數(shù)據(jù)處理

輸出功率

試樣的輸出功率根據(jù)公式（1）計算：

??

??????

????=????×·····································································(1.)

??

式中：

i——測量步序號，數(shù)值為1，2，3，……，n；

??

????——試樣輸出功率，單位為瓦（W）；

??

????——試樣輸出電壓，單位為伏特（V）；

??

??——標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓，單位為伏特（V）；

??——標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值，單位為歐姆（Ω）。

熱側(cè)吸熱量

試樣熱側(cè)吸熱量等于輸出功率和冷側(cè)排熱量之和，根據(jù)公式（3）計算，

??????

??=????+??······································································(2.)

4

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式中：

i——測量步序號，數(shù)值為1，2，3，……，n；

??

??——試樣熱側(cè)吸熱量，單位為瓦（W）；

??

????——試樣輸出功率，單位為瓦（W）；

??

??——試樣冷側(cè)排熱量，單位為瓦（W）。

試樣冷側(cè)排熱量根據(jù)公式（3）計算：

（???????）×?

???=?×12··································································(3.)

??

式中：

i——測量步序號，數(shù)值為1，2，3，……，n；

??

??——試樣冷側(cè)排熱量，單位為瓦（W）；

??

?1——熱流計第一溫度，單位為開爾文（K）；

??

?2——熱流計第二溫度，單位為開爾文（K）；

?——熱流計的熱導(dǎo)率，單位為瓦每米開爾文（W/m·K）；

?——熱流計的截面積，單位為平方米（m2）；

?——熱流計第一溫度點(diǎn)與第二溫度點(diǎn)之間的距離，單位為米（m）。

發(fā)電效率

將公式（1）和（2）代入公式（4）計算得到試樣的發(fā)電效率：

??

????

???=??×100%····································································(4.)

??

式中：

i——測量步序號，數(shù)值為1，2，3，……，n；

???——試樣發(fā)電效率，單位為百分?jǐn)?shù)（%）；

??

????——試樣輸出功率，單位為瓦（W）；

??

??——試樣熱側(cè)吸熱量，單位為瓦（W）。

線性回歸曲線

采用最小二乘法對試樣輸出電流-電壓曲線進(jìn)行線性擬合得到的線性回歸曲線，如公式（5）所示：

????=????????×????·······························································(5.)

式中：

????——溫差電器件的輸出電壓，單位為伏特（V）；

???——溫差電器件的開路電壓，單位為伏特（V）；

????——溫差電器件的內(nèi)阻，單位為歐姆（Ω）；

????——溫差電器件的輸出電流，單位為安培（A）。

最大輸出功率

?