六 玻璃溫度量測
6.3 熱電偶裝置與樣品準備
德國的物理學家 Thomas Johann Seebeck 在視察鉍–銅與鉍–銻電路的 電磁效應時發現了熱電流，Seebeck 效應所描述的現象就是熱能轉換成以電 流型式出現的電能。Seebeck 電壓則為沒有電流的情況下，熱電偶產生的淨
熱電動勢。
Seebeck電壓Es的方向與大小取決於接合點的溫度與熱電偶的材料。對 某兩極材料A、B的組合及在微小的溫差dT時，Seebeck電壓可表為︰
dt
dES =αA,B (41)
其中αA,B為一比例常數，稱作Seebeck係數(通常稱熱電功率)，它的物理 意義是單位溫差所造成熱電動勢的淨變化。
1834 年，法國物理學家 Jean Charles Peltier 發現了一個奇異的熱效應，
他的實驗指出︰當一微小的電流以某一方向通過兩不同類金屬的接合點 時，這個接合點就涼了下來，也就是它從外界的取熱量。如果把電流方向倒 轉，接合點就發熱，也就是把熱量釋放出來。
Peltier 效應就是當電流通過兩不同類金屬的接合點時所發生可逆的熱 量釋放或吸收的現象(特定金屬的組合及特定溫度下有可能出現所謂的熱電 中性點，此刻不發生 Peltier 效應)。不論電流是從外界輸入還是熱電偶本身 產生的，這種 Peltier 效應都會發生。
Willian Thomson(Load Kelvin)，這位英國物理學家於 1851 年發表了他 著名的結論，他認為同一金屬內的電流方向是從熱到冷或從冷到熱所產生的 熱效應不同。他應用新的熱力學原理於熱電偶上，並且(毫無誠意地)忽略了 不可逆的I2R加熱作用及熱傳導的影響。由此，Thomson推論得︰若電流僅 僅造成可逆的Peltier加熱效應，那麼淨Peltier電壓將等於Seebeck電壓，且正 測之電動勢被稱為Seebeck emf。符合上述三種效應並且以兩種金屬與兩端 接合點所形成之測定溫度感應裝置稱為熱電偶。
Fig 31︰Thermocouple Model
實驗使用到的器材包含熱電偶[Unsheathed Fine Gage Thermocouples：
K-type(CHAL-005、CHAL-0005, Omega)]，熱電偶的選擇使用的是
Unsheathed Fine Gage Thermocouple K-type 因為在量測溫度的過程當中，
Unsheathed Fine Gage Thermocouple 的體積最小，可以埋入玻璃中。而且 K-type Thermal Couple 可量測的溫度範圍從室溫至 1250℃，因為實驗溫度會 超過玻璃軟化點以上，所以有必要如此、延長線(Thermocouple Wire Fine Diameter)，由於 Unsheathed Fine Gage Thermocouples 都不會很長(ex：K-type 為 12”)，用來確保 Unsheathed Fine Gage Thermocouples 的訊號可以正確傳達 至訊號處理收集器裡，避免受到外界物質雜訊的干擾、訊號處理收集器 (Diqi-Sense 12-channel Scanning Thermometer)，熱電偶量測出來的溫度會經 由延長線傳輸接到訊號處理收集器中經由電腦顯示出來，另外，此儀器還可 以將收集的溫度圖表化、表格化，協助處理溫度數據、火焰拋光機，由線性 滑軌、馬達、噴嘴、支撐架所組成。量測實驗狀態的流量計與壓力計、火焰 以丙烷與氧氣混合產生，平板玻璃試片，切割成 5mm×30mm×110mm 由台 灣玻璃股份有限公司提供。
玻璃試片於切割前先在軌跡上加潤滑油，避免切割過程中的空氣跑到玻 璃切痕裡頭，才能產生光滑、平整的兩個切面。使用硬度大於石英（玻璃）
的鑽石刀，來刻畫出斷面軌跡。將玻璃片軌跡置於支撐點正上方，兩邊同時 用力，剛好成為兩半，並能夠避免產生多餘的粉末與碎屑。可避免當熱在玻 璃傳導過程中，多經過粉末中夾雜空氣這層，實驗所量測到的玻璃溫度就不 是單純的玻璃傳遞溫度。於其中一片玻璃的斷裂面處，利用鑽石刀刻畫出可 以放入 Unsheathed Fine Gage Thermocouple 的 v 型凹槽，如 Fig 32、Fig 33 所示。須注意放置熱電偶接頭位置的地方。要比其他地方深。將 Unsheathed Fine Gage Thermocouple 埋入凹槽內，同時量測 Thermocouple 接頭與玻璃加 熱表面的距離。Thermocouple 的接頭需頂到玻璃，減少實驗誤差因素。如
Fig 32、Fig 33 所示。
Fig 32︰Illustration of Installation of Thermocouple inside the Glass
Fig 33︰The Photo of Thermocouple installed inside the Glass from the Top View
埋好 Thermocouple 的玻璃與它的另一半疊在一起，利用重力來支撐，不使 用任何接合劑。璃試片就定位進行實驗。實驗架構示意圖如 Fig 4-4 所示。控制 火焰拋光機加熱玻璃試片，由訊號量測器讀取實驗結果。
Fig 34︰Illustration of Experiment Set Up