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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蕭麒陣
論文名稱:紅外線量測技術應用於硬軌溫升預警潤滑研究
論文名稱(外文):Research on the Application of Infrared Temperature Measurement for the Alarm of Slide Guide's Lubrication
指導教授:沈志雄沈志雄引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:硬軌潤滑預警紅外線熱電堆
外文關鍵詞:Slide Guide'slubricationearly warninginfrared thermopile
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機械機具潤滑系統,一直無法有效針對硬軌潤滑點的潤滑可靠能力,確實保證和有效反應對策。本研究將以紅外線熱型檢知器「熱電堆元件」量測應用為目的,進行硬軌非接觸式紅外線熱輻射檢測。當硬軌(Slide Guide )潤滑正常,熱輻射為正常值,輸出值為LO,當潤滑溫升異常熱輻射,輸出值為HI。藉此檢知狀態,回授控制器告知潤滑異常,系統即時做預警告知,強制啟動潤滑、讓機器運作減速或立即停止,並顯示溫升潤滑異常訊息。
藉由硬軌溫度改變實驗研究,檢測硬軌潤滑正常性,提供機械製造業,在確保硬軌安全作業,提供另一種設計方法。
本研究實驗模組,硬軌每秒10公分作動,潤滑油從正常供油到缺油後10分鐘,系統可在硬軌溫升0.01℃做即時反映,此系統對於硬軌缺油確有良好預警,讓系統在硬軌缺油監控,提供另一優勢選項。

Mechanical equipment lubrication systems have been unable to efficiently provide guarantee and response measures for the reliability of slide guides. In this research, Infrared thermal detector (thermopile) is applied to non-contact infrared thermal radiation detection of slide guides. When the lubrication of slide guides are normal, the output value of thermal radiation is at normal value LO.If an abnormal temperature rise occurs in the lubrication, the output value of thermal radiation is HI. These output signals feedback status signal that can tell the controller that an abnormal temperature change occurs. Therefore the system can sent an alarm in time to activate the lubrication, slow down or stop the machine immediately while showing a massage of abnormal temperature rise of lubrication. In this thesis, the temperature change of slide guides is found to be capable of detecting the status of slide guide so as to fulfill the safe slide guide operation in machinery manufacturing industry.
The slide guide of the experiment in this research works at a speed of 10 cm per second. After 10 minutes lacking of lubricating oil, the system can have a real-time response for 0.01℃ temperature rise of the slide guide.
This reveals that the system is capable of early detection for slide guide lubricating oil lacking, providing a new promising option of slide guide lubricating oil lacking monitoring.

目錄
中文摘要 I
Abstract II
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2習知技術回顧 2
1-2-1壓力開關 2
1-2-2熱敏元件 5
1-2-3熱電偶 7
1-2-4熱電堆 10
1-2-5熱像儀 12
1-2-6振動分析 14
1-3硬軌溫升的有效控制法 14
1-4研究動機與目標 15
1-5論文架構 17
第二章 基礎理論 18
2-1熱輻射理論基礎 19
2-1-1熱輻射 19
2-1-2絕對黑體 19
2-1-3放射率 20
2-1-4能量守恆定律 21
2-1-5克希荷夫定律 22
2-1-6維恩位移定律 22
2-1-7史蒂芬-波茲曼定律 24
2-2熱電效應 25
2-2-1席貝克效應 26
2-2-2帕爾帖效應 28
2-2-3湯姆森效應 28
2-3溫度感測檢出方式 28
2-4紅外線檢出原理 31
2-4-1紅外線檢出元件 31
2-4-2紅外線熱型感測器特性參數 33
2-5紅外線量測模組 37
2-5-1 TP337熱電堆 37
2-5-2 AD8551 正向放大器 41
2-5-3 MCP3202類比轉數位IC 43
2-6光學機構 44
2-6-1成像公式 44
2-6-2鍺(Ge)鏡片 45
2-7紅外線溫度量測儀量測原理 45
2-8潤滑理論 46
2-9工業潤滑油製品 47
2-10硬軌(滑軌) 48
第三章 設計與製作 51
3-1紅外線感測模組設計 52
3-1-1紅外線透鏡與機構系統 54
3-1-2紅外線感測單元 55
3-1-3感測放大與濾波電路 55
3-1-4類比信號轉數位信號系統 56
3-2實驗架設 57
3-3校正實驗 57
3-3-1熱敏電阻(Thermistor)校正 58
3-3-2黑體校正(輻射溫度校正) 59
3-3-3硬軌溫升量測模擬器 60
3-3-4信號擷取 60
3-3-5 LabVIEW控制程式 61
3-3-6 OrCAD 模擬軟體 62
第四章 實驗結果與分析 63
4-1實驗流程與規劃 63
4-2感測放大與濾波電路 64
4-2-1訊號放大後電壓情形 64
4-2-2加入雜訊(Noise)情形 65
4-2-3加上第二級RC濾波的電壓訊號情形: 66
4-3模組校正與分析 67
4-3-1熱敏電阻(Thermistor)校正 67
4-3-2熱敏電阻校正(Thermopile) 67
4-4硬軌模擬器實驗 68
4-4-1以手動模式運動 68
4-4-2以硬軌模擬器自動作動 69
第五章 結論與未來展望 71
5-1結論 71
5-2未來研究方向 72
圖目錄
圖1-1機械式(可調)壓力開關 2
圖1-2隔膜式壓力開關 2
圖1-3出油前端壓力檢知迴路示意圖 3
圖1-4出油前端壓力開關裝置圖 3
圖1-5油路末端壓力檢知迴路示意圖 4
圖1-6油路末端壓力開關裝置圖 4
圖1-7熱敏元件種類 6
圖1-8各種熱敏電阻特性 6
圖1-9熱電偶(Thermocouple)結構圖示 7
圖1-10熱電偶(Thermocouple)原理 7
圖1-11熱電偶種類 8
圖1-12熱電堆電路結構 11
圖1-13熱電堆組成結構 11
圖1-14熱電堆接腳定義 11
圖1-15熱電堆電路實例 11
圖1-16熱像儀產品和操作示意圖 12
圖1-17熱像儀最佳量測距離 12
圖2-1輻射峰值隨黑體溫度變化的關係圖 23
圖2-2史蒂芬-波茲曼定律 25
圖2-3席貝克效應(Seebeck Effect) 27
圖2-4紅外線感測器分類 31
圖2-5熱型感測器的頻率響應曲線 36
圖2-6 TP337熱電堆電氣特性表 39
圖2-7 AD8551接腳圖示 41
圖2-8成像公式 44
圖2-9紅外線溫度儀 45
圖2-10磨擦的種類 47
圖2-11模擬硬軌實體圖 49
圖3-1研究方法流程 51
圖3-2感測模組電路圖 52
圖3-3電路板(PCB)實體圖 53
圖3-4紅外線感測模組 53
圖3-5可調像距的光學機構 54
圖3-6可調像距的光學機構 54
圖3-7紅外線溫度感測線路圖 55
圖3-8放大與濾波電路 56
圖3-9類比信號轉數位信號電路圖 56
圖3-10實驗架構 57
圖3-11放大濾波電路 58
圖3-12黑體校正 59
圖3-13實驗硬軌模擬器 60
圖3-14 NI-DAQ訊號擷取器 61
圖3-15 LabVIEW人機介面圖 61
圖3-16 LabVIEW控制程式 62
圖4-1實驗流程圖 63
圖4-2訊號放大後電壓情形 64
圖4-3加入雜訊(Noise)情形 65
圖4-4加上第二級RC濾波的電壓訊號情形 66
圖4-5熱敏電阻校正方程式 67
圖4-6 模組校正方程式 67
圖4-7以手動模式實驗 68
圖4-8熱影像圖 69
表目錄
表1-1壓力開關特性說明 5
表1-2熱電偶規格比較表 9
表2-1一般物質的放射率值(ε) 21
表2-2溫度感測器種類和特性 29
表2-3熱電偶、電阻式與熱敏電組間的差異 30
表2-4各種熱感測器與其感測原理 30
表 2-5 TP337熱電堆電氣特性表 40
表2-6 AD8551參數表 41
表2-7 MCP3202特性規格 43
表2-8工業用潤滑油製品 48
表2-9模擬硬軌規格表 50
表4-1電壓轉溫度記錄 67
表4-2電壓轉溫度記錄 67
表4-3硬軌作動溫升變化量測圖 70
表4-4硬軌作動溫升變化記錄表 70

[1] 陳正達"滑動面表面紋理之摩擦特性探討"國立中興大學機械工程學
系碩士論文 2011年6月。
[2] 引自於"宜霖交通器材股份有限公司"
http://www.autoparts007.com/tw/showroom/YiLin壓力開關。
[3] 引自於"達因國際實業有限公司"http://www.umarket.com.tw熱電偶之種類
[4] 引自於" 宇宏企業股份有限公司"。
http://www.fluke-tektronix.tw/category_fun.php?f=6"熱像儀
[5] 羅佐良,張恩生,鴻瑞斌"聲紋時頻轉換法於工具機械磨耗檢測"機
械工業雜, 2010年3月。
[6] 翁文凱, 周宗仁, 黃國良, 吳勝閔,"紅外線測溫儀應用於溫排水擴散
量測之可行性研究"國立中興大學第 27 屆海洋工程研討會論文集,
2005年12月。
[7]蔡進生,"非接觸式紅外線檢測於刀具加工破斷檢測研究"國立彰化師
範大學機電工程學系,2007年6月。
[8]葉宏耀"摩擦面溫度量測與研究"國立高雄應用科技大學碩士論文,
2004年6月。
[9] 江俊旺"矽微熱電堆之結構設計研研製"國立雲林科技大學2001年6月
[10] WIKIPEDIA"Stefan - Boltzmann'"”紅外線溫度感測器"感測器種類[11] 曾仁廸" 紅外線熱型檢知器感測技術之研究"逢甲大學資訊電機工
程碩士在職專班,2009年1月
[12] WIKIPEDIA "Stefan - Boltzmann‘s" 鍺鏡片“
[13] 凌國夏"金屬加工表面形貌之摩擦特性研究"國立中央大學機械工程
學系,2009年6月
[14] 大意空油壓公司型錄" http://www.da-e.com.tw/big5/about.htm"工業潤
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[15] 引自於瀚坤五金公司"http://www.hardy.com.tw/indexc.html"5031#"
鳩片型滑台,鑄鐵
[16] 王以萱,"新穎熱輻射量測之快速平衡技術研究"國立彰化師範大學機
電工程學系,2012年6月
[17] 引自於"恆鈦精機股份有限公司"WWW.ARTAIO.COM"潤滑機控制系統
[18] 參考"益華電腦公司網站"
"http://www.cadence.com/products/orcad/pages/default.aspx"OrCAD
[19] 參考"久太貿易(股)公司產品網站資料"
http://wientech.com.tw/front/bin/home.phtml 熱像儀
[20] 引自於" National Instruments Corporation "
http://www.ni.com/data-acquisition/zht/ DAQ 數位擷取盒
[21] 引自於" National Instruments Corporation "
http://www.ni.com/labview/zht/ LabVIEW 系統設計軟體
[22] 引自於"www.datasheet4u.com"

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