测试结果优化：探究测试结果的奥秘

图13.3a为无负载情形下Ga-GaIn24.5热电偶开路电压随温差的变化关系。已知Ga和GaIn24.5的热电势率很小，从此图中亦可看出类似的结果，三组实验中热电势率SGa-GaIn24.5最大值仅为0.076 μV/K。不过总体而言，镓-镓铟合金热电偶输出电压与温差呈现出较好的线性关系［15］。只是在温差大于140℃之后，三组实验均表现出一定程度的输出电压衰减，推测这是由于高温时加热铝块上的黏结硅胶融化，导致基底材料部分脱离铝块，造成输入温度骤降。与镓康铜热电偶相比，镓镓铟合金热电偶在整个测试过程中呈现出更大的不稳定性，推测这是由于其输出电压过低，与电压扰动的量级接近，从而使得任何轻微扰动都能明显反映出来。

图13.3　镓-镓铟合金热电偶热电性能［15］(www.xing528.com)

a.无负载情形下开路电压随温差变化关系；b.有负载情形下在不同温度梯度下合金热电偶的负载电压和输出功率曲线。

应该指出的是，由于镓铟合金电阻率高于康铜，因此，与镓康铜热电偶内阻相比，镓镓铟合金热电偶的内阻应更大一些。不过，为对比分析起见，针对带负载情形，此处电路仍然选用0.1 Ω的电阻加以测试。图13.3b为不同温度梯度下镓镓铟合金热电偶的负载电压、输出功率曲线。从图中可以看出，在温度梯度为200℃时得到的最大负载电压和最大输出功率分别为4.43μV和0.225 nW，在温差大于140℃之后，三组实验呈现出输出电压衰减状况，原因同前。而且随着实验次数的递增，负载电压和功率也呈现出一定程度的衰减。实验中观察到硅胶基底在近200℃的高温下已出现分解，加热铝块上方的封装用705硅橡胶可见清晰气泡，可判断基底的分解一定程度上破坏了封装结构，可能有部分空气进入封装结构内部，与高温共同作用致使镓和镓铟合金被氧化，由于二者的热电性能同时发生变化，且热电性能绝对值很小，所以镓-镓铟合金热电偶的性能衰减明显。虽然镓康铜热电偶实验中亦出现硅胶基底分解状况，但由于镓康铜热电偶的热电势率较大，所以从趋势图中并未观察到基底的影响。

在图13.3b中可同时发现，虽然第二次实验中出现性能明显下降的情况，但第三次实验结果却与第二次实验结果类似。推测是由于硅胶材料分解结束，封装结构亦已趋于稳定，故而性能基本保持与第二次相近。可见，基底材料的选择对两种液态金属构成的热电偶的热电性能有着至关重要的影响，当然，如果工作温度在100℃以下，包括硅胶在内的大部分材料都可采用。另外，高温下虽然功率曲线呈现出预想中的抛物线特性，但由于最大输出功率甚至不足纳瓦量级，单个镓镓铟合金热电偶无法满足实际使用需求。鉴于升高温度对提升热电势和输出功率的效果有限，而且更高温度会引发更为严重的氧化效应，同时对基底材料的要求更高，所以不建议采取此方式。将热电偶串联形成热电堆是达到更大热电势和输出功率的有效方法，不过需要数千对镓镓铟合金热电偶串联才可以获得可供利用的能量。