熱電材料性能導(dǎo)熱系數(shù)的測定
測量導(dǎo)熱系數(shù)時,應(yīng)盡量減少被測元件以輻射、對流和導(dǎo)熱等方式傳遞給周圍空氣的熱量。
測量元件導(dǎo)熱系數(shù)的方法有絕對法和相對法。確定導(dǎo)熱系數(shù)時應(yīng)測量加熱器的功率。通常用電加熱器加熱元件,其功率由電流及電壓求得。測量時采用的元件幾何尺寸視材料的導(dǎo)熱性能而定。高導(dǎo)熱系數(shù)的半導(dǎo)體材料,其元件的長度對截面積之比值應(yīng)大一些,否則不易建立足夠大的溫差。當(dāng)元件的導(dǎo)熱系數(shù)較小時,應(yīng)采用小的元件,以避免產(chǎn)生太大的溫差,減少漏入周圍環(huán)境的熱量。短的元件使實驗過程中工況穩(wěn)定所需的時間縮短。對于短的半導(dǎo)體元件,不言而喻,元件和熱源、冷源之間的接觸熱阻應(yīng)很小,為此表面必須在機械加工后再拋光,使元件和冷、熱源均有平而光的接觸表面。裝配時在表面上還要抹一層油脂,或在元件表面掛錫后,與熱源或冷源焊接在一起。
漏熱量用實驗測定。測定時將元件換成另一件導(dǎo)熱系數(shù)很低、且其導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值已知的材料,通過試驗求出加入的熱量以及通過該替換物的熱量,即得到漏熱量。元件兩端的熱阻也用實驗測定,測定時取材料相同但長度不同的元件,放到測量系統(tǒng)內(nèi),比較測量結(jié)果后求出熱阻。
上述方法曾用于測量半導(dǎo)體材料的導(dǎo)熱系數(shù),溫度范圍為室溫至液氨溫度。當(dāng)實驗溫度升得很高時,向周圍環(huán)境的漏熱也達到很大的數(shù)值,測量精度下降。在這種情況下,宜用相對法測量元件的導(dǎo)熱系數(shù)。
相對法測量系統(tǒng)待測元件夾在兩塊標(biāo)準(zhǔn)材料塊之問,標(biāo)準(zhǔn)材料塊的導(dǎo)熱系數(shù)是已知的。試件、冷庫壓縮機組以及熱源外面用絕熱材料包裹以減少漏熱。盛放試件元件的容器,其容器壁被加熱,以保持壁面溫度與半導(dǎo)體元件的溫度相近。取流經(jīng)半導(dǎo)體元件的熱量,等于流經(jīng)元件上、下側(cè)標(biāo)準(zhǔn)材料塊的熱量平均值。元件、標(biāo)準(zhǔn)塊以及冷、熱源的表面均經(jīng)研磨加工,使其既光滑又平整,以改善熱接觸條件。因為熱電偶固定在標(biāo)準(zhǔn)塊上以及元件上,而不是埋在冷源和熱源上,故接觸電阻產(chǎn)生的溫差可以不考慮。
標(biāo)準(zhǔn)塊用優(yōu)質(zhì)的材料制成。原則上標(biāo)準(zhǔn)塊的導(dǎo)熱系數(shù)與元件材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)有相同的數(shù)量級,以保證標(biāo)準(zhǔn)塊上的溫差與元件的溫差相近。
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