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Mesurer avec précision Seebeck

L’importance de l’effet Seebeck en science et technologie

L’effet Seebeck permet la conversion directe de la chaleur en énergie électrique. Pour une utilisation économique de cet effet, il est nécessaire d’utiliser des matériaux dans lesquels une différence de température donnée dans le matériau génère la tension électrique la plus élevée possible. La recherche travaille intensément au développement de tels matériaux depuis plusieurs années. Une fiabilité et une reproductibilité élevées des résultats de mesure sur ces matériaux sont indispensables. Des lectures fiables sont également à la base de la compréhension des processus thermodynamiques.

L’évaluation de l’efficacité de la conversion d’énergie est basée sur le facteur de mérite dit thermoélectrique ZT. Ce calcul est basé sur le coefficient de Seebeck (S dans [V / K]), la conductivité électrique (Sigma dans [S / m], la température absolue moyenne (T dans [K]) et la conductivité thermique (Lambda dans [W / (m * K)]).

Les valeurs produites par une méthode de mesure sont toujours sujettes à un certain degré d’incertitude. Le calcul de ZT nécessite la mesure des trois paramètres thermoélectriques mentionnés. Les incertitudes de mesure des méthodes individuelles se multiplient et conduisent à un résultat qui peut être très différent de la valeur réelle.

Linseis propose avec le LZT-Meter ou le LSR-3/4 une plate-forme de dispositif, qui enregistre simultanément les quantités individuelles. Le logiciel intégré corrige les influences de distorsion et, en plus des valeurs de matériau individuelles, fournit directement la valeur ZT. Le coefficient de Seebeck étant inclus dans le calcul de cette valeur avec le carré, Linseis attache une importance particulière à la précision de cette mesure.

Sources d’erreur dans la mesure du coefficient de Seebeck

Pour la mesure du coefficient Seebeck, deux thermocouples sont utilisés pour déterminer la différence de température entre deux points de contact d’un échantillon chauffé unilatéralement. La différence de tension est mesurée entre deux fils homopolaires des thermocouples. Les valeurs mesurées donnent une courbe tension-température. Le coefficient de Seebeck est la pente de cette courbe.

Comme interférence pour la mesure doit être prise en compte que les fils dans les thermocouples ont leur propre coefficient de Seebeck. De plus, à une différence de température de 0 K, il se produit souvent une différence de tension non nulle, qui doit être prise en compte en tant que tension de décalage spécifique à l’appareil. Ces influences physiques compliquent le processus de mesure. Comme la plate-forme LSR de lensis a été développée avec soin pour tenir compte de ces facteurs, les compteurs offrent une répétabilité et une précision élevées.

Autres imprécisions dans la mesure du résultat du coefficient de Seebeck

  • écarts de linéarité élevés de la courbe température-tension,
  • manque d’entretien des thermocouples utilisés
    et
  • mauvais contact (électrique) entre les thermocouples et l’échantillon.

Des écarts de linéarité élevés de la courbe température-tension peuvent être évités en choisissant la différence de température optimale.

Les thermocouples doivent être étalonnés régulièrement. En cas de contamination, de dommages dus aux réactions chimiques avec l’échantillon et d’usure importante, les thermocouples doivent être remplacés.

Le thermocouple à pression de contact – échantillon doit être suffisamment élevé, mais ne doit pas entraîner de déformations de l’échantillon.