ICS27.010CCSF04團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CSMT?NY002—2024溫差發(fā)電器件性能測(cè)試方法Testingmethodforperformanceofthermoelectricgeneratordevice2024?12?10發(fā)布 2025?01?10實(shí)施中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì) 發(fā)布中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 出版T/CSMT?NY002—2024目 次前Ⅲ引Ⅳ范1規(guī)范性引用文1術(shù)語和定1測(cè)試原3測(cè)試設(shè)備和儀4測(cè)試設(shè)4測(cè)試儀4測(cè)試條5測(cè)試試5試樣規(guī)5試樣冷熱5測(cè)試程5測(cè)試前準(zhǔn)5測(cè)試步5測(cè)試數(shù)據(jù)處6輸出功6熱側(cè)吸熱6發(fā)電效7線性回歸曲7最大輸出功7測(cè)試報(bào)7附錄資料）溫差發(fā)電器件發(fā)電性能測(cè)試報(bào)8ⅠT/CSMT?NY002—2024前 言本文件按照GB/T1.1—202標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所、上海第二工業(yè)大學(xué)、杭州大和熱磁電子有限公司。本文件主要起草人：廖錦城、柏勝?gòu)?qiáng)、陳立東、侯旭峰、任保國(guó)、吳子華、謝華清、阮煒、吳永慶。ⅢT/CSMT?NY002—2024引 言基于澤貝克效應(yīng)的溫差發(fā)電（Thermoelectric是一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的環(huán)境友好型能量轉(zhuǎn)換技術(shù)廢熱回收、鋼鐵等工業(yè)低品位余熱發(fā)電、太陽能光電?熱電復(fù)合發(fā)電等領(lǐng)域獲得示范和應(yīng)用。隨著我國(guó)航天、國(guó)防、工業(yè)等領(lǐng)域的深入發(fā)展和對(duì)新型電源技術(shù)的迫切需求，溫差發(fā)電器件正處于加速發(fā)展期。包括學(xué)術(shù)界和工業(yè)界報(bào)道的材料和器件的性能已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重分歧。由于缺乏相關(guān)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，這些分歧無法進(jìn)行檢驗(yàn)或驗(yàn)證，這嚴(yán)重阻礙了溫差發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。無論在科研領(lǐng)域，還是在應(yīng)用領(lǐng)域，溫差發(fā)電器件的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化都是一項(xiàng)非常有意義并亟需完善的工作。中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)組織本文件的起草，為溫差發(fā)電器件性能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。ⅣT/CSMT?NY002—2024溫差發(fā)電器件性能測(cè)試方法范圍本文件界定了溫差發(fā)電器件性能測(cè)試的術(shù)語和定義，規(guī)定了測(cè)試原理、測(cè)試設(shè)備和儀器、測(cè)試條件、測(cè)試試樣、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)處理和測(cè)試報(bào)告等。本文件適用于溫差發(fā)電器件熱側(cè)溫度為20℃~1000℃、冷側(cè)溫度為0℃~300℃工況下的性能測(cè)試，其他工況測(cè)試可參照?qǐng)?zhí)行。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。溫差發(fā)電器件 thermoelectricgeneratordevice利用澤貝克（Seebeck）效應(yīng)工作的溫差電器件（thermoelectricdevice）。熱側(cè)溫度 hotsidetemperatureTh溫差發(fā)電器件熱側(cè)表面的平均溫度。注：?jiǎn)挝粸殚_爾文（K）。冷側(cè)溫度 coldsidetemperatureTc溫差發(fā)電器件冷側(cè)表面的平均溫度。注：?jiǎn)挝粸殚_爾文（K）。開路電壓 opencircuitvoltageVoc溫差發(fā)電器件沒有負(fù)載，無電流輸出時(shí)輸出端的電位差。注：?jiǎn)挝粸榉兀╒）。輸出電壓 outputvoltageVout溫差發(fā)電器件連接負(fù)載時(shí)輸出端的電位差。注：?jiǎn)挝粸榉兀╒）。1T/CSMT?NY002—2024輸出電流 outputcurrentIout溫差發(fā)電器件連接負(fù)載時(shí)回路中產(chǎn)生的電流。注：?jiǎn)挝粸榘才啵ˋ）。短路電流 shortcircuitcurrentIsc溫差發(fā)電器件的輸出端短接時(shí)產(chǎn)生的最大的電流。注：?jiǎn)挝粸榘才啵ˋ）。負(fù)載 loadRL連接在溫差發(fā)電器件電輸出端的外部載荷。注：?jiǎn)挝粸闅W姆（Ω）。輸出功率 outputpowerPout溫差發(fā)電器件工作時(shí)產(chǎn)生的電功率。注：?jiǎn)挝粸橥咛兀╓）。溫差發(fā)電器件內(nèi)阻 internalresistanceRin溫差發(fā)電器件輸出端之間的內(nèi)部電阻。注：?jiǎn)挝粸闅W姆（Ω）。最大輸出功率 maximumoutputpowerPmax溫差發(fā)電器件工作時(shí)可產(chǎn)生的最大電功率。注：?jiǎn)挝粸橥咛兀╓）。熱側(cè)吸熱量 hotsidethermalinputQh溫差發(fā)電器件工作時(shí)熱側(cè)吸入的熱流量。注：?jiǎn)挝粸橥咛兀╓）。冷側(cè)排熱量 coldsidethermaloutputQc溫差發(fā)電器件工作時(shí)冷側(cè)排出的熱流量。注：?jiǎn)挝粸橥咛兀╓）。發(fā)電效率 generatorefficiencyη溫差發(fā)電器件工作時(shí)，其輸出功率與熱側(cè)吸熱量的比值。2T/CSMT?NY002—2024最大發(fā)電效率 maximumgeneratorefficiencyηmax溫差發(fā)電器件工作時(shí)，發(fā)電效率可能達(dá)到的最大值。測(cè)試原理溫差發(fā)電器件性能測(cè)試裝置的示意圖見圖1?；跐韶惪耍⊿eebeck）效應(yīng)，在給定的溫差下，溫差發(fā)電器件的輸出功率等于輸出電壓與輸出電流的乘積，發(fā)電效率等于輸出功率與熱側(cè)吸熱量的比值。標(biāo)引序號(hào)說明：1——溫差發(fā)電器件試樣；2——熱源；3——熱沉；——熱流計(jì)；——電流采樣電阻；——直流電子負(fù)載；——數(shù)據(jù)采集器；

——溫控器；——隔熱材料；10——樣品架；11——樣品室；12氣氛控制系統(tǒng)：13計(jì)算機(jī)。圖1 測(cè)試裝置示意圖3T/CSMT?NY002—2024測(cè)試設(shè)備和儀器測(cè)試設(shè)備樣品室樣品室應(yīng)具有氣氛可控功能，極限真空度小于10Pa。樣品架樣品架應(yīng)具有夾緊功能，夾緊力范圍宜為0.1kN~20kN，室溫條件下安裝時(shí)，最大允許誤差宜為5N。熱源安裝面應(yīng)包絡(luò)溫差發(fā)電器件試樣，控溫精度不低于±1℃，額定使用溫度高于最高測(cè)試溫度100℃。熱流計(jì)截面尺寸應(yīng)與溫差發(fā)電器件試樣一致，室溫?zé)釋?dǎo)率不低于350W溫點(diǎn)之間的溫度差宜大于2℃。熱沉安裝面應(yīng)包絡(luò)熱流計(jì)，控制溫度宜為0℃~300℃。隔熱材料包裹在試樣周圍，熱導(dǎo)率不高于0.5W。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)應(yīng)具有溫度控制模塊，電壓、溫度同步采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊及數(shù)據(jù)保存模塊。測(cè)溫傳感器ThTc測(cè)溫傳感器應(yīng)緊貼試樣居中布置T1T2測(cè)溫傳感器應(yīng)居中布置。測(cè)試儀器溫控器控制溫度宜為0℃~1000℃精度不低于0.2 。電流采樣電阻額定電流不低于20A精度不低于0.25 。直流電子負(fù)載恒定電流模式下，電流量程不低于20A10V。4T/CSMT?NY002—2024數(shù)據(jù)采集器電壓量程不低于10V精度不低于0.01 。6 測(cè)試條件測(cè)試環(huán)境應(yīng)整潔，無腐蝕性介質(zhì)，無強(qiáng)磁場(chǎng)和電磁波干擾，環(huán)境溫度不高于35℃，濕度不高于75 。測(cè)試試樣試樣規(guī)格外形宜為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度宜為10mm~50mm，寬度宜為10mm~50mm，高度宜為2mm~30mm，長(zhǎng)度和寬度比例不應(yīng)大于1.5。試樣冷熱側(cè)試樣冷、熱側(cè)應(yīng)平整，試樣尺寸范圍內(nèi)平面度不大于0.05mmRa不大于1.6m側(cè)的平行度不大于0.1mm。測(cè)試程序測(cè)試前準(zhǔn)備測(cè)試前準(zhǔn)備應(yīng)按下列規(guī)定執(zhí)行：開啟電源，檢查設(shè)備及儀器連接是否正常；測(cè)量溫差發(fā)電器件試樣的外形尺寸。測(cè)試步驟測(cè)試步驟應(yīng)按下列規(guī)定執(zhí)行：將溫差發(fā)電器件試樣安裝到樣品架上0.3MPa的壓力，關(guān)閉樣品室；抽真空到真空度小于10Pa，充入惰性氣體至真空度為102Pa~103Pa，并重復(fù)不少于兩次；啟動(dòng)溫差發(fā)電器件性能測(cè)試軟件，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(dòng)值℃3mi］測(cè)試電流步長(zhǎng)/A≤1.0≤1.0電流?電壓掃描時(shí)熱側(cè)溫度波動(dòng)值℃10］≤0.5電流?電壓掃描結(jié)束條件輸出功率低于最大值的305T/CSMT?NY002—2024設(shè)置試樣熱側(cè)溫度；電流?第一溫度和第二溫度，計(jì)算試樣輸出功率、發(fā)電效率；采用最小二乘法對(duì)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)取發(fā)電效率的最大值作為試樣的最大發(fā)電效率；A所示。測(cè)試數(shù)據(jù)處理輸出功率試樣的輸出功率根據(jù)公式（1）計(jì)算：

Pout,i

=Vout,i

Vs,iR

…………（1）×s×式中：i —123n；Pout,iVout,iVs,i—電流采樣電阻兩端電壓；Rs 。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（2）計(jì)算：Qh,i=Pout,i+Qc,i （2）式中：i —123n；Qh,iPout,iQc,i—。公式（2）中，試樣冷側(cè)排熱量根據(jù)公式（3）計(jì)算：Q=λ

（T1,i-T2,i×

…………（3）式中：

c,i × Li —123n；Qc,i—；T1,iT2,iλ —熱流計(jì)的熱導(dǎo)率，單位為瓦特每米開爾文[W]；A —m；L ——熱流計(jì)第一溫度點(diǎn)與第二溫度點(diǎn)之間的距離，單位為米。6T/CSMT?NY002—2024發(fā)電效率將公式（1）和公式（2）代入公式（4）計(jì)算得到試樣的發(fā)電效率：η=Pout,i×100 （4）ii式中：

Qh,ii —123n；ηi ——試樣發(fā)電效率；Pout,i——試樣輸出功率，單位為瓦特（W）；Qh,i。線性回歸曲線采用最小二乘法對(duì)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：Vout=Voc-Rin×Iout （5）式中：VoutVocRinIout——溫差電器件的輸出電流，單位為安培（A）。最大輸出功率表示的曲線的斜率即為試樣的內(nèi)阻，當(dāng)輸出電流I溫差電器件的最大輸出功率：

out

=Voc計(jì)算得到2×2×式中：

V2= = omax4×Rin

…………（6）Pmax——溫差發(fā)電器件的最大輸出功率，單位為瓦特（W）；Voc——溫差發(fā)電器件的開路電壓，單位為伏特（V）；Rin——溫差發(fā)電器件的內(nèi)阻，單位為歐姆（Ω）。測(cè)試報(bào)告測(cè)試報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容（可參考附錄A）：路電壓，以及各溫度狀