加熱裝置與溫度量測裝置

為得到較佳之等溫面與量測壁面紐塞數，以銅箔、天然雲母、鎳鉻 絲及巴沙木等製成加熱片，並由電源供應器提供熱量。每片加熱片上均 黏有七條熱電偶，藉以量測溫度及計算熱損失。如圖 2-1，分別將一塊 表面積為 30mm×10mm 之加熱片頂面與兩塊表面積為 30mm×8mm 之加 熱片（前壁面及後壁面）呈ㄇ字型緊密結合，在中空部分塞於一 30mm×

6mm×6mm 之巴沙木板，結合時保持加熱片表面與巴沙木板表面維持同 一平面，即成為三面加熱之凸塊。為計算總熱損失，在凸塊底部再加裝 一 30mm×6mm 厚 10mm 的巴沙木，及為了減低熱量由加熱凸塊背面散 失產生的熱損失，在加熱凸塊露於外界的部分貼附厚度為 25mm 之絕熱 泡棉。但此設計當凸塊壁面溫度下降時，因三塊加熱片彼此間距離太近 熱傳效果很大，故三塊加熱片的熱量無法估計從何加熱片所散失，只能

圖 2-1 實驗物理模式圖

(1) 個人電腦 (7) 熱線測速儀 (2) 影像擷取卡 (8) 馬達驅動器 (3) 介面卡 (9) 電視攝錄機 (4) 資料擷取卡 (10) 電源供應器 (5) 資料擷取卡 (11) 測試裝置 (6) 資料擷取器

圖 2-2 實驗裝置圖

算出總熱散失。

故將其改進，如圖 2-3，凸塊變由 30mm×10mm×6mm 巴沙木製作，

其三個面前、頂及後面加裝 30mm×10mm×4mm 加熱片可形成凸塊壁面 發熱體，總共做三個，分別將其放入管道中間附近同一位置但不同方 向，形成凸塊前面、頂壁面和後壁面，且彼此間有絕熱泡棉作為阻隔三 加熱片熱傳之所用。此設計可同時間量測所需求的熱量，比原設計估算 熱損失更為容易。圖 2-4 為 30mm×10mm×4mm 加熱片結構示意圖，其 詳細的製作過程如下：

（a）材料準備：

銅箔（厚度 0.15mm），天然雲母片，電路板（厚度 1.3mm），直 徑 0.17mm 之鎳鉻絲，AB 膠，電氣絕緣膠布，巴沙木，線徑 0.005inch 之 J-TYPE 熱電偶，快乾膠等。

（b）雲母片夾層製作：

取平整且厚度適當的天然雲母片，切出寬度 10mm，長度 30mm 之長條型。將天然雲母片剝離，取出厚度約 0.1mm 者兩片。取厚度 1.3mm 之電路板，切出寬度 10mm，長度 30mm 之長條形，於裁好的 的電路板上繞以細密且均勻間隔之鎳鉻絲，電路板上的鎳鉻絲不可相 互重疊以避免短路，並將鎳鉻絲穿過電路板最外側的適當孔位。以快 乾膠將纏繞之鎳鉻絲固定於電路板上，再將剪裁好的兩片 0.1mm 厚之 雲母片包覆在繞線電路板的正反兩面，以絕緣鎳鉻絲與銅箔避免漏 電，並用電氣絕緣膠布固定。於長度方向鑽三個孔徑 1mm 之通孔，以 利熱電偶線穿過。（圖 2-4 (2)(3)）

（c）銅箔處理：

切取尺寸為 30mm×20（3+2+10+2+3）mm 厚度 0.15mm 之銅箔，

並且在寬度 20mm 邊上的適當位置輕微切出折痕，將銅箔折成寬度 為 10mm 之 U 字型，測試面盡量保持平坦。並將穿過雲母片夾層之 三條熱電偶線黏貼於銅箔與雲母片內側通孔的對應位置。（圖 2-4 (1)）

圖 2-3 加熱片之示意圖

(1)銅箔 (5)鎳鉻絲

(2)雲母片 (6)~(8)黏貼於銅箔背面之熱電偶 (3)電路板 (9)黏貼於巴沙木上下之熱電偶 (4)巴沙木

圖 2-4 加熱片結構示意圖

（d）巴沙木處理：

切取 30mm×10mm×1.5mm 的巴沙木板，在巴沙木內面兩端，各 距離中心點約 8mm 處黏貼兩條熱電偶線，並在巴沙木上鑽五個直徑 1mm 之通孔，中間三個通孔各用來通過先前黏貼的三條熱電偶線，另 兩個通孔距離巴沙木邊緣 1mm，用來穿過與固定鎳鉻絲。並且在巴沙 木的外側中心附近黏貼兩條熱電偶線。（圖 2-4 (4)）

（e）加熱片成形：

將步驟（b）之繞線雲母片夾層以 AB 膠黏貼於步驟（c）之銅箔 內側，成為銅箔發熱體，再以 AB 膠緊貼在步驟（d）之巴沙木上。組 裝時，將各熱電偶線與鎳鉻絲分別由巴沙木上的各通孔拉出，至此完 成加熱片的組裝工作。製作過程中務必保持加熱面銅箔的平整，以達 到均溫的效果。

（f）加熱片測試：

將完成後的加熱片之兩條鎳鉻絲連接電源供應器，由電源供應器 提供一電位差，鎳鉻絲通電後發熱，使銅箔溫度上升。量測黏貼於銅 箔背面三條熱電偶之溫度，若彼此溫度差均能維持在 0.1℃內則通過 測試。

另外兩塊 30mm×10mm×4mm 之加熱片，詳細做法也如以上（a）~

（f）的步驟，再將其加熱片黏貼於 30mm×10mm×6mm 巴沙木凸塊上。

將做好的三個加熱凸塊至於測試端，於底部位置再黏貼厚 25mm 的絕熱 泡棉，減少熱散失於外界環境中。每塊加熱片上都有七條熱電偶線，其 中兩條熱電偶預埋在巴沙木內側，三條熱電偶黏貼於銅片背面，另兩條 熱電偶則黏貼在巴沙木背面。三塊加熱片與量測環境溫度的熱電偶，共 有二十二組熱電偶。

為準確的控制每個加熱片之輸入熱量，將每一加熱片分別連接至 Good Will 公司之 GPC-3030D 型電源供應器，並且利用 TES 公司之 2201 型三用電表量測電壓與電流值。

溫度量測部分則利用 OMEGA 公司 TT-J-36 熱電偶(線徑為 0.005inch 之 J-TYPE 熱電偶)，配合 Yokogawa 公司之 DA-2500E 型資料擷取器，

讀取各熱電偶溫度值。以 National Instruments 公司之 AT-GPIB 資料擷取 卡，將熱電偶所量得的溫度值讀入個人電腦進行分析。