高溫壁面加熱裝置與溫度量測裝置

由於渠道往復運動需由馬達傳動軸來提供一個轉速，因此選用 SANYO DENKI 公司型號 103H8223-5111 的 1.8 度 2 相步進馬達，最大驅動力為 70kg-cm，解析 度與相關的馬達運動參數如表 1 所示，同時利用個人電腦，透過 RS-232 通訊埠與 Parker 公司型號 OEM750X 的馬達控制器連接來啟動馬達和設定馬達運轉參數，

以控制步進馬達的作動行為。

a.加熱片原理：

將鎳鉻絲纏繞於孔洞分布均勻的電路板，並且連接電源供應器通以電流使其均 勻發熱，外面包覆高熱傳導係數的銅箔藉此形成一個表面均溫且對於熱反應快速的 發熱體。在其側邊利用相同製作過程的銅箔夾層緊靠來達成熱保護的效果，當這些 銅箔夾層都加熱到相同溫度時，彼此間就不會有熱傳，藉此降低無法估計的熱損。

銅箔的上表面置於流場中，熱量由流場的流體經熱對流方式帶走，下表面則緊貼巴 沙木用以計算下方熱傳導帶走的熱損失，其餘的部份則貼覆絕熱泡棉使其熱損失降 到最低。

b.加熱片的製作方法：

（1） 材料準備：

銅箔（厚度 0.05mm）、電路板（厚度 1.6mm）、直徑 0.17mm 之鎳鉻絲，鐵 氟龍絕緣膠帶、巴沙木（厚度 1.5mm 和 6mm）、直徑 0.001mm 之 J-TYPE 熱電 偶線、OMEGA 公司的 OB-200 導熱膠、AB 膠等。

（2） 製作銅箔夾層（74）：

將厚度 1.6mm 之電路板裁成長度 31mm，寬度 11mm 之長條型，其內部有 48 個孔洞（12×4），表面有金屬的部份用砂紙磨去，並取中間且均勻分佈鑽三個通 孔以便於放置熱偶線；於裁好的電路板上繞以細密且均勻間隔之鎳鉻絲，其纏法 如圖 8（a）中（71）所示，注意鎳鉻絲需保持平整避免在電路板表面發生高突 而與銅箔間隙太大，接著再將鐵氟龍絕緣膠帶包覆於纏好鎳鉻絲的電路板外用以 與銅箔絕緣；切取尺寸為 31mm×24mm 厚度 0.05mm 之銅箔，將銅箔折成寬度 為 11mm 之 U 字型，包覆於巴沙木外且銅箔表面需盡量保持平坦。並將穿過電 路板夾層之三條熱電偶線黏貼於銅箔內側通孔對應的位置。

（3） 製作巴沙木夾層（75）、（76）：

為了減少同組的三個加熱片間因為組合時產生的接觸熱阻，因此把一組加熱 區塊所需的三個巴沙木夾層一起製作，將巴沙木（厚度 1.5mm 和 6mm）裁成一 塊長度 31mm，寬度 35mm 之長方體，也就是三個銅箔夾層組合起來的大小，

對照銅箔夾層適當的位置鑽九個通孔用來穿過所有的熱偶線。為求估算經由巴沙 木的熱損失，在巴沙木（厚度為 1.5mm）上下放置熱偶線以量測溫度，用以求 得藉由熱傳導耗散的熱量。

（4） 加熱片成形：

組裝時，如圖 8（a）中所示，最上層為銅箔夾層，中間為厚度 1.5mm 之巴 沙木夾層，下層則為 6mm 之巴沙木夾層，熱偶線分別由各通孔拉出，熱偶線的 位置如（77）所示，銅箔夾層三條，中間巴沙木上下各三條，接著再將各層之間 均勻塗上導熱膠，組合夾緊放置 24 小時待其乾燥固定，即可完成組裝工作。製 作過程中需注意加熱面銅箔保持平整，以達到均溫效果。另外需注意加熱片有無 縫隙，須以導熱膠或 AB 膠於適當的地方填補。

c.加熱片測試：

將完成後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，待其加熱片溫度穩定後擷取黏貼於銅箔背面 三條熱電偶線之溫度，若彼此溫度差均能維持在 0.1℃內則通過測試，圖 9 即為一 測試結果，加熱的溫度設定為高於室溫 5℃，圖中標示的溫度為加熱面銅片表面各 點的溫度。

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 MOTECH 公司型號 LPS 的直流電源供應器，並且利用 UNI-T 公司型號 UT60E 的三用電表量 測電壓與電流值，溫度量測部分則利用 OMEGA 公司 J-TYPE 熱偶線，配合 Yokogawa 公司型號 DA-2500E 的資料擷取器，讀取各熱電偶線溫度值。並以 National Instruments 公司 GPIB-USB 資料擷取卡，將熱偶線所量得的溫度值讀入 個人電腦進行分析。

d. 量測溫度裝置

溫度在工業界上扮演著重要的角色，而準確溫度的量測對工業界更是重要，目 前工業界常用的溫度量測裝置為電子式溫度感測器，電子式溫度感測器大致尚可分 為接觸式（非輻射型）與非接觸式（輻射型），常見的接觸式感測器有熱電偶，電

阻式、與熱敏電阻式，其中熱電偶式的溫度量測廣泛的被應用在工業中，如航空機 具、核能急火力電廠、石化工業等，因其具有可以提供精確、可靠、及連續的溫度 記錄之優點，且適用溫度範圍相當的廣。

熱電偶量測溫度原理為利用兩種不同的金屬或合金線，在兩不同線端點處焊接 在一起，當此焊接點與待測高溫面接觸時，會產生電壓差而造成熱電流運動現象，

而其大小則依據焊接點與另一端參考點之溫差，此參考點溫度必須為一定值，藉由 熱電流運動力，可推算出焊接點之溫度，依據電壓大小來判斷被測物之溫度，而其 準確度與範圍就和材質有非常大的關係，目前業界常見的有 E、J、T、K 等 TYPE 的熱電偶。

本實驗溫度量測部份採用 OMEGA 公司出產 J-TYPE 熱電偶，利用 Yokogawa DA2500E 資料擷取器將熱電偶的電壓類比訊號取出並轉換成溫度值，並利用 National Instruments GPIB 介面卡將資料傳輸置個人電腦，最後經過個人電腦將資 料處理並加以儲存。