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利用數值與實驗方法發展100-K級極低溫史特靈致冷器

為了解決大彈簧1500轉的問題，作者黃振軒 這樣論述：

史特靈致冷器為一具高經濟與科技價值之極低溫致冷器，本論文目標為發展100 K級極低溫史特靈致冷器，根據其驅動型式史特靈致冷器可分為線性驅動與迴轉式驅動，其中線性驅動之成本較高體積較大，迴轉式致冷器容易與直流無刷馬達整合，本研究針對迴轉式史特靈致冷器進行原型機設計開發。迴轉式史特靈致冷器依據汽缸配置又可分為分置式與整體式，分置式致冷器可減少活塞振動對冷凍性能之影響，而整體式致冷器藉由馬達整合設計可以將整體尺寸微型化。 本論文建立通用於分置式與整體式史特靈致冷器之理論模型，以熱力模式計算致冷器內部工作流體受機構壓縮膨脹時之質量、壓力與溫度變化，不同於有效度方法本研究將再生熱交換器分隔為多個

次體積計算再生器中之溫度分布，致冷頭可達之低溫為史特靈致冷器之研究目標，故理論模型中由致冷頭能量方程式預測其由初始溫度下降至穩態致冷溫度之過程。另外，本研究首先考慮工作氣體在高壓低溫下動黏滯係數與熱傳導係數之變化，以及極低溫對材料比熱與熱傳導係數之影響，本研究除了探討致冷溫度之外，也計算第二定律效率(即真實COP與卡諾COP之比例)。 本研究分別完成分置式與整體式史特靈致冷器之原型機設計製作，並建立實驗量測系統以測試極低溫致冷器性能。對於分置式結構提出平面彈簧與氣體彈簧之設計，根據實測結果，使用平面彈簧與氣體彈簧之致冷器性能相近，在無負載條件下兩者分別可達100 K與103 K之致冷溫度

，而在熱負載測試下第二定律效率分別達到4.5 % 與4.2 %。本研究利用表面型永磁同步馬達完成整體式致冷器，在體積與重量上能符合光學感測器之應用，在35 bar填充壓力、3000 rpm轉速下可獲得88 K無負載致冷溫度，另外在113 K致冷溫度下可達到0.2 W致冷功率與2.8 %第二定律效率。 本論文完成三型100-K級史特靈致冷器之開發，並測試原型機致冷溫度與致冷功率，由實驗數據驗證所提出理論模型之適用性，另外於文中說明目前技術的不足與未來發展方向。

振聲耦合技術在粉末冶金成品之瑕疵檢測

為了解決大彈簧1500轉的問題，作者陳文安 這樣論述：

摘要粉末冶金法多用於製造高熔點和複雜結構之產品，或應用在不相融合之金屬與非金屬的複合材料及多孔材料上。最常見於生活中的電動工具或旋轉機械的齒輪，因其形狀複雜且用其他製程加工費用高昂；而襯套則為複合材料，以兼具耐磨性與硬度；因此多用粉末冶金法進行製造。製造過程中可能會受到人為或機器因為長時間操作而使部份成品產生裂縫或燒結溫度過低等瑕疵品。若以傳統方法進行檢測，往往需花費大量時間及資源，且這些檢測方法有諸多限制條件。而振聲耦合（Resonant Acoustic Method）技術，藉由衝擊鎚敲擊試件產生振動，並利用高靈敏度的麥克風，間接量測結構振動所衍生的訊號。此法既不受質量效應影響，也不需要

昂貴的試驗設備，可用於生產線上快速檢出良品與瑕疵品，並藉由分析瑕疵品的模態參數，修正生產製程。研究結果顯示，受到裂縫的影響，齒輪扭力由1000 N∙m降低至150 N∙m即發生破裂，齒輪之第一階自然頻率會降低22 Hz；當燒結溫度低於1130 ℃時，粉末擴散不足，於金相結構下，粉末孔隙增加，則會使襯套自然頻率降低18 Hz。再進一步分析彈簧常數和阻尼比，與良品相比，兩者也都有下降的情形。在低頻500 Hz之檢測，良品與瑕疵品之差別不易判斷。因此本研究亦針對40 kHz之振動諧波訊號（Harmonic Wave）進行比對。發現有裂縫齒輪之諧波訊號偏移可高達2500 Hz，而燒結溫度過低則使襯套諧

波訊號降低1500 Hz，此諧波訊號使瑕疵品的差異性更能被檢出。最後進行破壞性試驗，透過金相試驗和能量散射光譜（Energy Dispersive Spectrometer, EDS）分析，檢驗試件在微結構下的粉末鍵結情況與成份分析。結果為具瑕疵之試件在微結構下，其燒結性不足，粉末間無有效鍵結，導致試件機械性能下降；並由EDS得知其成份組成異常，一般情況下減速齒輪碳含量應小於0.8%，光譜分析中，其碳含量卻高達60%。本研究成果可以在粉末冶金的製程中，建立品質管制的量測方法，與研判產品瑕疵的原因，提昇粉末冶金業者於生產線上之檢查技術，達到產品全面檢查之標準。關鍵字： 粉末冶金、振聲耦合、自然頻

率、瑕疵、燒結溫度