臺灣博碩士論文加值系統

摘要
主研究擬自行組裝一測量熔融玻璃液滴之表面張力量測系統。表面張力之量測乃使用固著液滴和懸垂液滴兩種方法。論文第五章並對兩方法之測量準確度進行分析與比較。
首先自行組裝一適用於高溫熔融玻璃液滴之量測裝置、撰寫連續取像程式和液滴邊界自動搜尋程式、建立固著液滴/懸垂液滴之張力量測方法，繼而探討熔融玻璃液滴表面張力隨溫度之變化情形。
使用懸垂液滴法可測得熔融玻璃相當準確的張力值(±10 mN/m)；固著液滴則非為熔融玻璃張力量測的好方法(±50 至 ±220 mN/m)，其測量誤差與固著液滴之大小有關。

Abstract
A system for the measurement of surface tension of melting glasses is developed in this work. The methods used are the sessile and pendant drop tensiometry. The accuracy of tension measurement is compared and discussed at the end of this thesis.
An apparatus for measuring the melting glasses at temperature ranging between 800 and 1600 oC is built first. A program for acquiring drop images continuously and for locating the edge coordinates is then developed. After that, this tensiometer using the sessile/pendant drop is used for the study of the dependency of temperature on the surface tension.
The measurement error of surface tension for using a pendant drop is around 10 mN/m. The accuracy for using a sessile drop is worse. The measurement error is around 50 – 220 mN/m, which is dependent upon the drop volume of the sessile drop.

目 錄
中 文 摘 要 I
英 文 摘 要 II
誌 謝 III
目 錄 IV
表 目 錄 VI
圖 目 錄 VII

第一章 熔融玻璃密度和表面張力量測方法之回顧 1
1.1 表面張力測量方法 2
1.1.1 滴重法 2
1.1.2 最大拉伸法 2
1.1.3 最大泡壓法 2
1.1.4 懸垂液滴或固著液滴法 2
1.1.5 纖維拉伸法 4
1.2 密度測量的方法 4
1.2.1 阿基米德法 4
1.2.2 最大泡壓法 4
1.2.3 比重法 5
1.2.4 固著液滴法 5
1.2.5 積分體積法 5
1.2.6 射線吸收法 6

第二章 實驗量測系統裝置 7
2.1 高溫爐體部分 7
2.2 溫控箱部分 8
2.3 實驗裝置介紹 8
2.4 儀器校正 10
2.4.1 像素之計算 10
2.4.2 溫控系統穩定性測試 12

第三章 實驗步驟與實驗過程 13
3.1 Pyrex玻璃利用固著液滴法之實驗步驟 13
3.2 POI及N8玻璃利用固著液滴法之實驗步驟 14
3.3 Pyrex玻璃利用懸垂液滴法之實驗步驟 15
3.4 熔融玻璃實驗過程 16
(a) Pyrex玻璃使用固著液滴法之實驗過程 16
(b) Pyrex玻璃使用懸垂液滴法之實驗過程 16
(c) POI玻璃使用固著液滴法之實驗過程 16
(d) N8玻璃使用固著液滴法之實驗過程 16

第四章 研究方法 21
4.1 懸垂液滴法理論 21
4.2 固著液滴法理論 23

第五章 實驗結果與討論 24
5.1 Pyrex玻璃使用固著/懸垂液滴法之張力準確性探討 24
5.2 N8及POI玻璃使用固著液滴法之實驗結果 27
5.3 玻璃液滴大小對張力準確性探討 32
第六章 結論與建議 39

參考文獻 40

附錄I 程式碼 41


表目錄
表1 熔融玻璃表面張力與密度量測方法 1
表2 懸垂液滴法與固著液滴法張力準確性之比較 26
表3 模擬1.5倍或2.0倍之N8玻璃在耐火磚上之實驗參數值，
T= 1250 oC，contact angle= 85.4o，V= 3.7 mm3 32
表 4 模擬N8固著玻璃液滴於T=1250 oC時，液滴大小與張力準確性
之比較 38

圖目錄
圖1 固著液滴的座標系統 3
圖2 固著液滴的理論曲線 3
圖3 固著液滴法量測熔融玻璃的動態密度與表面張力 5
圖4 積分體積法 6
圖5 熔融玻璃密度與表面張力量測系統設計圖 7
圖6 實驗裝置圖 8
圖7 利用實際鋼珠大小計算像素之影像圖 11
圖8 1350 oC恆溫穩定性測試圖 12
圖9 Pyrex玻璃（30.23 mg，在耐火磚上）潤溼狀態隨溫度之
變化情形 17
圖10 懸垂熔融Pyrex液滴實驗過程之懸垂液滴變化情形 18
圖11 POI玻璃（17.70 mg，在耐火磚上）潤溼狀態隨溫度之
變化情形 19
圖12 熔融N8玻璃（6.79 mg，在耐火磚上）潤溼狀態隨溫度之
變化情形 20
圖13 顯示一個理論的懸垂液滴的平面幾何形狀 21
圖14 顯示一個理論的固著液滴的平面幾何形狀 23
圖15為一Pyrex玻璃之固著液滴在耐火磚上，液滴邊界點與理論曲線
之最佳比對，T= 875 oC，不同曲線代表不同表面張力，熔融玻璃
液滴重= 29.08 mg 24
圖16 為一Pyrex玻璃熔融懸垂液滴之液滴邊界點與理論曲線之最佳比對，T= 975 oC，不同曲線代表不同表面張力，熔融玻璃液滴重
= 32.08 mg 25
圖17 使用懸垂液滴法和固著液滴法來測測量Pyrex玻璃表面張力時
之標準差 26
圖18 N8 (6.79 mg) 固著液滴在耐火磚上，液滴邊界點與理論曲線之最
佳比對，不同曲線代表不同表面張力。(a) T = 1230 oC，
time = 0 min，(b) T = 1240 oC，time = 0 min，(c) T = 1250 oC，
time = 0 min，(d) T = 1270 oC，time = 0 min，(e) T = 1285 oC，
time = 0 min 27
圖19 POI (4.65 mg) 固著液滴在耐火磚上，液滴邊界點與理論曲線之最
佳比對，不同曲線代表不同表面張力。(a) T = 1250 oC，
time = 0 min，(b) T = 1250 oC，time = 30 min，(c) T = 1255 oC，
time = 6 min，(d) T = 1265 oC，time = 6 min 30
圖20 模擬N8玻璃液滴在耐火磚上，T=1250 oC時，將實驗邊界點
放大1.5~ 2.0倍之模擬液滴 32
圖21 模擬1.5倍R0之N8玻璃液滴邊界點之最佳化比對 33
圖22 模擬2.0倍R0之N8玻璃液滴邊界點之最佳化比對 33
圖23 模擬N8玻璃液滴在耐火磚上(1.0 R0，1250 oC )表面張力之
最佳化比對 35
圖 24 N8玻璃液滴在耐火磚上(1.0 R0，1250 oC )表面張力之準確性 35
圖 25 模擬N8玻璃液滴在耐火磚上(1.5 R0，1250 oC )之最佳化比對 36
圖 26 N8玻璃液滴在耐火磚上(1.5 R0，1250 oC )表面張力之準確性 36
圖 27 模擬N8玻璃液滴在耐火磚上(2.0 R0，1250 oC )之最佳化比對 37
圖 28 N8玻璃液滴在耐火磚上(2.0 R0，1250 oC )表面張力之準確性 37
圖 29 為模擬N8玻璃液滴使用固著液滴法，於T=1250 oC時，表面張
力準確性之比較 38

參考文獻
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