Metoda Harmana
Bezpośredni pomiar wskaźnika jakości ZT zgodnie z metodą Harmana
Współczynnik termoelektryczny ZT można obliczyć na podstawie wyników poszczególnych pomiarów przewodności elektrycznej , współczynnika współczynnika Seebecka i przewodność cieplna można obliczyć lub zmierzyć bezpośrednio. Powszechną metodą bezpośredniego określania jest metoda Harmana.
W celu przeprowadzenia pomiaru, próbka termoelektryczna w postaci cylindrycznego lub prostokątnego pręta jest elektrycznie stykana na obu końcach i z dwoma stykami na jednej z powierzchni bocznych (patrz rysunek a) poniżej).
a) Schematyczny układ do bezpośredniego pomiaru ZT materiałów termoelektrycznych metodą Harmana.
b) Krzywa pomiarowa pomiaru Harmana z omowym spadkiem napięcia UR i występującym napięciem termicznym Uth przy przyłożonym prądzie pomiarowym I.
Dla dokładności pomiaru kluczowe jest stworzenie jak najlepszych warunków adiabatycznych, tj. zminimalizowanie wymiany ciepła między próbką a otoczeniem.
Z tego powodu pomiar zwykle odbywa się w próżni, a próbka jest przechowywana wolnostojąco lub zamocowana na płycie bazowej sterowanej termostatem.
Ponadto, osłona termiczna jest zwykle stosowana w celu zmniejszenia wymiany ciepła przez promieniowanie między próbką a otoczeniem.
Pomiar rozpoczyna się od impulsu prądu I0 między stykami na powierzchniach czołowych, przy czym jedno złącze między próbką a elektrodą jest podgrzewane, a drugie chłodzone z powodu efektu Peltiera. Adiabatyczne warunki brzegowe prowadzą następnie do gradientu temperatury wzdłuż próbki, którego wielkość zależy od impulsu prądu i właściwości termoelektrycznych próbki. Sondy napięciowe na bocznej powierzchni próbki są używane do pomiaru zarówno składowej omowej spadku napięcia UR z powodu impulsu prądu, jak i napięcia termicznego Uth wynikającego z gradientu temperatury (patrz rys. 1b).
Składowa omowa jest mierzona bezpośrednio po wstrzyknięciu prądu, podczas gdy napięcie termiczne jest określane w stanie ustalonym. ZT można określić bezpośrednio na podstawie stosunku tych dwóch napięć.
Dokładność metody pomiarowej zależy w dużej mierze od zgodności z adiabatycznymi warunkami pomiaru i rezystancji styku między próbką a elektrodami prądowymi. Ogranicza to maksymalną temperaturę roboczą zestawu pomiarowego opartego na technologii Harman do maksymalnej temperatury roboczej od 200°C do 300°C
Które nieruchomości są oceniane?
Metoda Harmana może być stosowana do bezpośredniego pomiaru współczynnika termoelektrycznego ZT. Ten bezpośredni pomiar pozwala zminimalizować błąd ZT w dobrych warunkach eksperymentalnych w porównaniu z konwencjonalnym sposobem obliczania ZT na podstawie indywidualnych pomiarów wykonanych za pomocą LSR-3 i LFA ponieważ słupki błędów poszczególnych pomiarów kumulują się.
Ten sam wzór pokazuje również, że przewodność cieplną można obliczyć jako właściwość materiału na podstawie połączonego pomiaru współczynnika Harmana i współczynnika mocy. Może to być proste i opłacalne rozwiązanie do pomiaru właściwości transportu ciepła próbek termoelektrycznych za pomocą standardowego urządzenia, takiego jak Linseis LSR-3.