热电转换装置及其热电转换等效回路模拟与实验研究

发布时间：2017-09-17 01:27

  本文关键词：热电转换装置及其热电转换等效回路模拟与实验研究

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【摘要】：热释电效应是极化随温度改变的现象,铁电体的热释电效应能够实现热电直接转换。根据条件不同,热释电效应分为初级、次级及第三热释电效应。基于热释电效应设计制作了非均匀受热即第三热释电效应条件下的热电转换装置,探究PZT陶瓷片在不同形态非均匀受热情况下的特性。热电转换装置核心部件为PZT陶瓷片即锆钛酸铅陶瓷片。PAR灯发出的光经过菲涅尔透镜聚焦再通过调频装置调频后照射到PZT陶瓷片上,使陶瓷片产生周期性变化的温度场,进而产生周期性变化的电流与电压。建立了光热转换和热电转换的关系式和等效电路图,分析不同情况下的温度场分布对热释电输出的影响。实验结果表明：外环涂黑比未涂黑电压输出提高120.6%,中间涂黑比未涂黑电压输出提高167.6%。实验中外环涂黑比中间涂黑温度整体高一点,但外环涂黑的电压输出比中间涂黑的电压输出要小,中间涂黑比外环涂黑电压输出高21.3%。外环涂黑1点与6点处温差比中间涂黑1点与6点处温差要小,即外环涂黑时整个陶瓷片上的温度均匀度较中间涂黑时高,这种情况对PZT陶瓷片的热释电电压输出不利。实验在最后研究了六种不同结构输出特性,给出了在相同条件下的电压输出。通过对比发现,这六种涂黑结构都比未涂黑时的电压输出要高,其中对称扇形结构的电压输出最小,两边条形涂黑结构次之,其余结构形式电压输出相对较大,但之间差别较小。中间条形涂黑比两边条形涂黑电压输出提高15.6%,半圆涂黑结构比对称扇形涂黑结构电压输出提高23.8%。本论文主要研究在涂黑面积相同的情况下涂黑图案不同时的电压输出结果的差异；实验表明,PZT陶瓷片在非均匀受热即第三热释电条件下时其热释电电压输出存在差异,第三热释电效应对极化的改变有一定的影响,不可忽略；实际应用中要考虑非均匀受热的影响,找出最有利的受热形式来提高热释电的转换效率。
【关键词】：温度 频率 热电转换 热释电效应 非均匀热场
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 铁电体的发展慨况11
• 1.2.2 热释电能量转换的研究现状11-15
• 1.3 研究目的与意义15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第二章 热电转换装置的机理分析17-33
• 2.1 铁电材料介绍17-18
• 2.2 热释电特性介绍18-21
• 2.2.1 热释电效应18
• 2.2.2 热释电系数18-21
• 2.3 PZT陶瓷片介绍21-22
• 2.4 光热转换22-23
• 2.5 菲涅尔透镜的聚光性分析23-27
• 2.5.1 菲涅尔透镜的发展23-24
• 2.5.2 菲涅尔透镜的分类及设计24-26
• 2.5.3 菲涅尔透镜的聚光性能参数26-27
• 2.6 温度场的建立27-30
• 2.6.1 焦点处空气温度场27-28
• 2.6.2 原始模型陶瓷片温度场28-29
• 2.6.3 涂黑陶瓷片温度场29-30
• 2.7 热电转换30-31
• 2.8 本章小结31-33
• 第三章 热电转换装置的结构及实验装置33-40
• 3.1 热电转换装置的结构33-36
• 3.1.1 PAR灯光热源33-35
• 3.1.2 菲涅尔透镜35
• 3.1.3 调频装置35-36
• 3.1.4 涂黑装置36
• 3.2 测试系统36-39
• 3.2.1 数字存储示波器37
• 3.2.2 万用表37-38
• 3.2.3 温度传感器38
• 3.2.4 动态数据采集系统38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 非均匀受热及温度场相互作用的热电特性分析40-50
• 4.1 调频后焦点处空气的温度变化特性41-42
• 4.2 未涂黑PZT陶瓷热电转换特性42-43
• 4.3 中间涂黑PZT陶瓷热电转换特性43-45
• 4.4 外环涂黑PZT陶瓷热电转换特性45-46
• 4.5 实验结果分析比较46-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第五章 几种特殊结构形式下电压输出比较50-56
• 5.1 几种涂黑形式下的电压输出50-53
• 5.1.1 两边条形涂黑电压输出50
• 5.1.2 中间条形涂黑电压输出50-51
• 5.1.3 半圆涂黑电压输出51
• 5.1.4 对称扇形涂黑电压输出51-52
• 5.1.5 多环状涂黑电压输出52
• 5.1.6 蜂窝状涂黑电压输出52-53
• 5.2 结果比较53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第六章 全文总结及展望56-58
• 6.1 全文总结56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 作者在硕士期间取得的学术成果62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈志明;菲涅尔透镜聚光性能研究[D];中国计量学院;2013年

2 吴贺利;菲涅尔太阳能聚光器研究[D];武汉理工大学;2010年

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本文编号：866477