TWI706124B

TWI706124B - 物性測量裝置及測量物性的方法

Info

Publication number: TWI706124B
Application number: TW108131929A
Authority: TW
Inventors: 鍾志昂; 李亞寰; 莊宗翰; 江宗軒; 顏芷珊; 何正榮; 鄭憲清
Original assignee: 國立中央大學
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US20210060637A1; TW202111289A; US11458533B2

Abstract

物性測量裝置包含加熱爐、排液容器、盛裝載具與物性計算系統。排液容器在加熱爐內，金屬熔融流體設置於排液容器。盛裝載具累積自排液容器流出的金屬熔融流體。物性計算系統包含記錄單元、轉換單元、計算單元與處理器。記錄單元記錄排液容器的容器資訊。轉換單元藉假設之物性參數與容器資訊轉換金屬熔融流體累積於盛裝載具上的重量為第一長度指標。計算單元藉物性參數與容器資訊模擬金屬熔融流體的流動以獲得第二長度指標。處理器調變物性參數最小化第一長度指標與第二長度指標的差異。當差異最小，當前的物性參數作為金屬熔融流體物性。

Description

物性測量裝置及測量物性的方法

本揭露有關於一種測量裝置及測量方法，特別是用於測量流體的物性，物性例如是密度、黏度與表面張力。

流體基本物理性質的量測，在工程上一直是一個不斷改進的技術。在一些早期的發展中，能夠藉由白努利定律(Bernoulli's principle)以及相應的流道設計，通過實驗獲得流體的物性，例如流體的密度。

金屬材料在高溫會熔化為熔融流體，熔融流體的基本物性亦是人們所感興趣的。然而，熔融流體容易毀損測量器材，且熔融流體具相當的黏度，不適用白努利定律。因此，建立相對簡便而容易維護的物性測量裝置，以及能夠相應量測高黏度熔融金屬流體物性的方法，是人們所感興趣的課題。

本揭露之一技術態樣相關於一種物性測量裝置，用以測量金屬熔融流體的物性。

根據本揭露之一實施方式，一種物性測量裝置係包含加熱爐、排液容器、盛裝載具以及物性計算系統。加熱爐具有腔室。排液容器位於腔室內，並具有開孔。金屬熔融流體設置於排液容器內。盛裝載具配置被排液容器的開孔對準，以於一時間內累積自開孔流出的金屬熔融流體。物性計算系統提供物性參數。物性計算系統包含記錄單元、轉換單元、計算單元以及處理器。記錄單元記錄排液容器的容器資訊。轉換單元藉由物性參數與容器資訊，轉換金屬熔融流體累積於盛裝載具上的重量累積資訊為金屬熔融流體於排液容器內所佔之第一長度指標。計算單元藉由物性參數與容器資訊計算模擬金屬熔融流體的流動，以獲得金屬熔融流體於排液容器內所佔之第二長度指標。處理器用於調變物性參數，以最小化第一長度指標與第二長度指標的差異。當第一長度指標與第二長度指標差異最小時，輸出此時的物性參數作為金屬熔融流體的參數。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量裝置的物性測量系統所提供的物性參數包含金屬熔融流體的密度、黏度與表面張力。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量裝置之物性測量系統的記錄單元記錄之容器資訊包含排液容器的截面積與排液容器開孔的截面積與長度。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量裝置之物性測量系統的計算單元是一計算流體力學單元。計算流體力學單元通過計算流體力學算法模擬以獲得第二長度指標。

在本揭露一或多個實施方式中，上述之第一長度指標與第二長度指標分別是第一高度頭與第二高度頭。第一高度頭與第二高度頭是時間的函數。第一高度頭是通過轉換單元轉換重量累積資訊為金屬熔融流體在排液容器內的液面高度。第二高度頭通過計算單元模擬金屬熔融流體在排液容器內的液面高度。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量裝置更包含重量量測裝置。盛裝載具設置於重量量測裝置上。盛裝載具與重量量測裝置位於加熱爐外。加熱爐的腔室具有通道。排液容器的開孔通過腔室的通道對準盛裝載具。

本揭露之另一技術態樣相關於一種物性測量方法。物性測量方法包含提供排液容器，並記錄排液容器的容器資訊。設置待測金屬於排液容器內。加熱待測金屬至指定溫度，使待測金屬熔融為金屬流體。使金屬流體自排液容器的開孔流出。盛裝載具累積流出之金屬流體，以提供重量累積資訊。重量累積資訊是盛裝載具於一時間內累積金屬流體的重量。提供物性參數。轉換單元藉由物性參數與容器資訊將重量累積資訊轉換為金屬熔融流體於排液容器內所佔之第一長度指標。計算單元藉由物性參數與容器資訊模擬金屬流體的流動以獲得金屬熔融流體於排液容器內所佔之第二長度指標。處理器通過第一長度指標與第二長度指標的差異計算差異函數。處理器調整物性參數，以最小化差異函數。當差異函數為最小時，選定此時的物性作為金屬流體的物性。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量方法所述之第一長度指標與第二長度指標分別是第一高度頭與第二高度頭。第一高度頭與第二高度頭是時間的函數。第一高度頭是通過轉換單元轉換重量累積資訊為金屬熔融流體在排液容器內的液面高度。第二高度頭通過計算單元模擬金屬熔融流體在排液容器內的液面高度。

在本揭露一或多個實施方式中，上述物性測量方法所述之物性參數包含金屬流體的密度、黏度與表面張力。而在處理器通過第一高度頭與第二高度頭差異計算差異函數的步驟中，更包含將時間依序劃分為第一時段、第二時段與第三時段，並通過第一高度頭與第二高度頭分別計算對應的第一差異函數、第二差異函數與第三差異函數。第一時段先於第二時段，第二時段先於第三時段。而處理器調整物性參數以最小化差異函數的步驟中，更包含分別最小化第一差異函數以選定金屬流體的密度、最小化第二差異函數以選定金屬流體的黏度以及最小化第三差異函數以選定金屬流體的表面張力。

綜上所述，本揭露在考慮高溫熔融流體並考慮具有黏度的情況下，提供結構簡便之物性測量裝置與相應之物性測量方法。本揭露之物性測量裝置僅需獲得隨時間流出之金屬熔融流體的重量，不必使重量量測裝置設置於加熱爐內，有效的減少耐熱需求以減少成本。而本揭露之物性測量方法更通過最佳化算法，一次同時獲得金屬熔融流體的物性包括密度、黏度與表面張力。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

100‧‧‧物性測量裝置

210‧‧‧加熱爐

215‧‧‧溫度控制裝置

220‧‧‧腔室

221‧‧‧上通道

222‧‧‧下通道

225‧‧‧艙門

230‧‧‧排液容器

230A‧‧‧截面積

235‧‧‧開孔

235A‧‧‧截面積

235B‧‧‧長度

240‧‧‧塞棒

250‧‧‧盛裝載具

270‧‧‧重量量測裝置

275‧‧‧支撐架

280‧‧‧荷重元

285‧‧‧隔熱材板

290‧‧‧連接線

300‧‧‧物性計算系統

310‧‧‧記錄單元

320‧‧‧轉換單元

330‧‧‧計算單元

340‧‧‧處理器

400‧‧‧物性測量方法

405~460‧‧‧流程

500‧‧‧金屬熔融流體

h_A、h_B‧‧‧高度

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。

第1圖繪示本揭露之一物性測量裝置的立體圖；第2A圖繪示本揭露之一物性測量裝置的示意圖；第2B圖繪示本揭露之一物性測量裝置用於測量物性的示意圖；第3圖繪示本揭露之排液容器與對應塞棒的立體圖；以及第4圖繪示本揭露之一物性測量方法的流程圖。

下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞，將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

第1圖繪示本揭露一實施方式之一物性測量裝置 100之立體圖。第2A圖繪示物性測量裝置100之示意圖。同時參考第1圖與第2A圖，說明物性測量裝置100的組成。而在第1圖中，為了說明的目的，物性測量裝置100的物性計算系統300被省略。關於物性計算系統300，具體將於第2A圖進一步說明。

如第1圖所示，在本實施方式中，物性測量裝置100包含加熱爐210、排液容器230、盛裝載具250與重量量測裝置270。加熱爐210包括溫度控制裝置215、腔室220與艙門225，當艙門225關閉時，艙門225與腔室220將形成一密閉空間，並且溫度控制裝置215將能夠控制腔室220內的溫度。排液容器230設置於腔室220內，而塞棒240設置於排液容器230上，以於後續進一步控制設置於排液容器230內流體的流動。

在第1圖中，設置於加熱爐210的腔室220之下的，是重量量測裝置270與設置於其上的盛裝載具250。在本實施方式中，重量量測裝置270包含支撐架275與荷重元280，其中荷重元280為一能夠將承受壓力轉換為電子信號的力感測器。在第1圖中，支撐架275設置於荷重元280之上，而盛裝載具250則設置於支撐架275之上。當後續盛裝載具250累積待測流體時，待測流體的重量，將能藉荷重元280反映為一電子訊號，通過連接荷重元280之連接線290傳輸出去，以用於後續的運算。而應理解到，上述重量量測裝置270僅是作為一實施例，本揭露並不以此限制重量量測裝置的結構。

回到第1圖，在本實施方式中，盛裝載具250與重量量測裝置270的支撐架275之間，更具有一隔熱材板285。當後續之待測流體的溫度為高溫時，將使得承載待測流體之盛裝載具250溫度升高。而藉由於盛裝載具250與支撐架275之間設置隔熱材板285，可避免支撐架275與荷重元280直接承受高溫而損害。在一些實施方式中，隔熱材板285的材料例如是成本低廉且容易取得的保麗龍。而在一些實施方式中，腔室220內也可以設置隔熱材料，以減少在放置排液容器230於腔室220時，與腔室220接觸所產生之非預期損傷。

請參照第2A圖。在本實施方式中，物性測量系統100包含物性計算系統300。而在第2A圖中，繪示物性測量裝置100設置待測之金屬熔融流體500之具體態樣，以及通過連接線290連接荷重元之物性計算系統300。

待測之金屬熔融流體500係設置於排液容器230。而在第2A圖中，排液容器230包含開孔235，而腔室220具有連通至加熱爐210之外的上通道221與下通道222，並且開孔235通過下通道222對準盛裝載具250。而在物性的測量正式開始之前，排液容器230的開孔235將為塞棒240之一端所堵塞。塞棒240相對堵塞開孔235之另一端則將通過上通道221延伸至加熱爐210外，以利後續通過塞棒240控制金屬熔融流體500的流動。在一些實施方式中，塞棒240之材料可以是陶瓷或是其他耐高溫且不易導熱之材料。

在一些實施方式中，待測之金屬熔融流體500在測量開始時，並不一定是以流體的形式設置於排液容器230內。具體而言，待側之金屬在常溫下可以是固體，因此可以先行測量其總重，且夠人工放置於排液容器230中。隨後，將排液容器230設置於腔室220並關上艙門225(請參照第1圖)，通過溫度控制裝置215調整密封之腔室220內的溫度，使待側之金屬熔融為金屬熔融流體500，並保持於一指定溫度下。而待側之金屬熔融流體500在排液容器230中的高度為h_A。

回到第2A圖。如圖所示，荷重元280連接物性計算系統300。在本實施方式中，物性計算系統300包含記錄單元310、轉換單元320、計算單元330以及處理器340。在使金屬熔融流體500自排液容器230流動至盛裝載具250後，將可獲得金屬熔融流體500相關流動資訊。而根據流體力學，物性計算系統300將可以通過這些流動資訊，並結合相關的模擬計算，以獲得在加熱爐210的腔室220中，金屬熔融流體500的物性。

第2B圖延續第2A圖，繪示物性測量裝置100測量物性的示意圖，以說明金屬熔融流體500在測量時，於物性測量裝置100流動的情形。在第2B圖中，塞棒240自開孔235中拔出，因此金屬熔融流體500通過開孔235以及腔室220之下通道222流入盛裝載具250。第3圖繪示本實施方式之排液容器230與對應塞棒240的立體圖，排液容器230例如是一圓形鐵杯，並且具有圓形的開孔235，塞棒240則能堵住此開孔235。如此，排液容器230具有截面積230A，排液容器230的開孔235具有截面積235A，以及相應之開孔235的長度235B。而本揭露之排液容器與塞棒之形狀並不以此為限。

回到第2B圖，在拔除塞棒240使金屬熔融流體500自排液容器230流出後，隨著時間t的經過，金屬熔融流體 500於排液容器230中的高度自h_A下降至h_B。盛裝載具250將累積金屬熔融流體500。荷重元280則將盛裝載具250累積之金屬熔融流體500重量轉換為電子信號，通過連接線290傳輸至物性計算系統300。具體而言，盛裝載具250累積金屬熔融流體500將提供一重量累積資訊，重量累積資訊為時間t的函數，說明在時間t時，於盛裝載具250上累積的金屬熔融流體重量w(t)。

物性計算系統300在獲得金屬熔融流體重量w(t)後，將可進一步計算以獲得金屬熔融流體500的物性。具體的計算過程，將於後續計算方法的討論中進一步說明。至於物性計算系統300裡各個單元的功能，具體說明如下。

在做進一步的計算時，物性計算系統300接收金屬熔融流體重量w(t)，並提供假設之金屬熔融流體500的物性參數。在一些實施方式中，假設之金屬熔融流體500的物性參數包括密度ρ、黏度η與表面張力σ。

記錄單元310的係用於記錄物性測量裝置100中，設置於加熱爐210內之排液容器230的容器資訊。具體而言，在本實施方式中，容器資訊包括排液容器230的截面積230A，以及排液容器230之開孔235的截面積235A與長度235B。

轉換單元320係用於將累積於盛裝載具250之金屬熔融流體重量w(t)，通過假設之物性參數與容器資訊轉換為金屬熔融流體500於該排液容器230內之第一長度指標。舉例來說，物性參數包括密度ρ，且金屬熔融流體500之總重為已知，則可通過金屬熔融流體重量w(t)與密度ρ推得金屬熔融流體500於該排液容器230內的體積。而轉換單元320具有例如排液容器230之截面積230A等等資訊，因此可以進一步推得金屬熔融流體500於該排液容器230內的液面高度，作為第一長度指標。上述係作為第一長度指標的一實施例，而不以此限制第一長度指標的類型。

相對於轉換單元320，計算單元330的功能，係在不依靠測量獲得之金屬熔融流體重量w(t)的情況，單憑假設之物性參數與容器資訊，做出金屬熔融流體500之流體特性的計算模擬，以獲得金屬熔融流體500於該排液容器230內所佔之第二長度指標。第二長度指標舉例來說，計算單元330亦可計算模擬出金屬熔融流體500於該排液容器230內的液面高度。上述係作為第二長度指標的一實施例，而不以此限制第二長度指標的類型。第一長度指標與第二長度指標係為相同之物理量，以於後續的進一步比較差異。

處理器340的功能，在於整合第一長度指標與第二長度指標。處理器340調整假設之物性參數(例如密度ρ、黏度η與表面張力σ)，而使得第一長度指標與第二長度指標之間的差異為最小。當第一長度指標與第二長度指標之間的差異為最小時，則可選定此時之物性參數即為加熱爐210之腔室220中，金屬熔融流體500的物性。

為具體說明物性計算系統300實際的運作方式，第4圖繪示本揭露之一物性測量方法400的流程圖，以說明在物性計算系統300中，轉換單元320與計算單元330之第一長度指標與第二長度指標具體為何，以及處理器340具體如何整合第一長度指標與第二長度指標。

請同時參照第2A圖與第4圖。在物性測量方法400中，流程405提供排液容器230，將排液容器230設置於加熱爐210的腔室220內，排液容器230之開孔235對準腔室220的下通道222。排液容器230之開孔235為塞棒240堵住。

在流程410中，係通過物性測量系統300之記錄單元310記錄排液容器230之容器資訊。如前所述，排液容器230之容器資訊包括排液容器230的截面積230A，以及排液容器230之開孔235的截面積235A與長度235B。

在流程415中，將待測之金屬設置於排液容器230內，隨後密封腔室220，並於流程420加熱待測金屬為金屬熔融流體500，如第2A圖所示。

經歷流程405至流程420，排液容器230內已設置金屬熔融流體500。隨後，在流程425中，將塞棒240自開孔235移除，使金屬熔融流體500自開孔235流出，而累積於盛裝載具250之中，如第2B圖所示。

如前所述，在流程430中，通過重量量測裝置270的荷重元280，將可獲得重量累積資訊，於時間t時，於盛裝載具250上累積的金屬熔融流體重量w(t)。金屬熔融流體重量w(t)通過連接線290傳輸至物性計算系統300。

由於金屬熔融流體500為待測物，因此金屬熔融流體500之物性係為未知。而在本實施方式，於流程435中，物性計算系統300將先假設一組猜測的物性參數，以用於後續之計算與比對。具體而言，在本實施方式中，假設之金屬熔融流體500的物性參數包括密度ρ、黏度η與表面張力σ。

假設之密度ρ、黏度η與表面張力σ與欲獲得之精確物性並不必相同，而是類似於在標準的最佳化流程中，給定的起始猜測值，藉由後續的迭代流程一步步逼進最佳結果。在一些實施方式中，假設之密度ρ、黏度η與表面張力σ可參照現有文獻做假設，將可進一步減少物性計算系統300的計算時間。

物性計算系統300之記錄單元310已於流程410記錄排液容器230之容器資訊，包括排液容器230的截面積230A，以及排液容器230之開孔235的截面積235A與長度235B。於流程430中，物性計算系統300通過荷重元280獲得盛裝載具250上累積的金屬熔融流體重量w(t)。而於流程435，物性計算系統300提供假設之金屬熔融流體500的物性參數包括密度ρ、黏度η與表面張力σ。接下來，將具體說明轉換單元320所轉換之第一長度指標，以及計算單元330所計算獲得之第二長度指標具體為何。

在本實施方式中，所指之第一長度指標與第二長度指標分別是第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)，其中第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)是時間t的函數，同時也是假設之金屬熔融流體500的物性參數包括密度ρ、黏度η與表面張力σ的函數。對於物性測量裝置100，高度頭係指金屬熔融流體500於排液容器230之液面高度，如第2A圖之高度h_A與第2B圖之高度h_B。在本實施方式中，由於待測之金屬熔融流體500在常溫下可以是固體，金屬熔融流體500之總重在設置前即可獲得。隨後，再於加熱爐210的腔室220內加熱為金屬熔融流體500。在腔室220為艙門225(請見第1圖)密封後，當金屬熔融流體500自開孔235流出時，並不會直接獲得關於排液容器230內金屬熔融流體500液面高度的資訊。而在本實施方式中，將可藉由累積於盛裝載具250之金屬熔融流體重量w(t)，間接獲得金屬熔融流體500在排液容器230內之液面高度，即通過轉換單元320轉換第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)。由於金屬熔融流體重量w(t)是時間t的函數，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)亦是時間t的函數。

具體而言，在流程440中，轉換單元320藉由物性計算系統300所提供之假設物性參數，例如金屬熔融流體500假設之密度ρ、黏度η與表面張力σ，則可以將金屬熔融流體重量w(t)轉換為累積於盛裝載具250之金屬熔融流體500的體積。而在金屬熔融流體500之總重為已知的情況下，有了累積於盛裝載具250之金屬熔融流體500的體積隨時間t的關係，則可反推金屬熔融流體500於排液容器230的體積隨時間t的關係。

進一步地，轉換單元320連接記錄單元310，獲得排液容器230之容器資訊，包括排液容器230的截面積230A，以及排液容器230之開孔235的截面積235A與長度235B。通過開孔235的截面積235A與長度235B，將可獲得開孔235所佔之體積。在具有金屬熔融流體500於排液容器230的體積隨時間t的關係，並考量開孔235所佔之體積，通過排液容器230 之截面積230A將可以轉換出金屬熔融流體500於排液容器230的液面高度。金屬熔融流體500於排液容器230的液面高度即是所謂第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)。而應留意到，由於密度ρ、黏度η與表面張力σ為假設之物性參數，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)並非精確解，而隨密度ρ、黏度η與表面張力σ之假設的調整有所變化。

而在流程445中，計算單元330則可通過計算模擬的方式，獲得理論上的第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)。具體而言，在本實施方式中，計算單元330是一計算流體力學單元，係通過計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的算法做金屬熔融流體500之數值模擬。如前所述，在給定假設之物性參數，即密度ρ、黏度η與表面張力σ，並且連接記錄單元310，獲得排液容器230之容器資訊，即排液容器230的截面積230A，以及排液容器230之開孔235的截面積235A與長度235B，將可通過計算流體力學算法，獲得在不同時間t時，金屬熔融流體500於排液容器230之高度，即第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)。

計算流體力學係利用數值方法對流體力學方程求解。具體而言，在一些計算流體力學的算法中，能夠將考慮之流體系統，在空間中切分為多個相連的小體積(或稱之為網格)，針對每一塊相鄰的小體積，計算流體在相應體積中的納維爾-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)，以及流體本身的連續性方程。計算流體力學是成熟的技術，在已知流體物性的情況下，能夠精確計算流體各種流動的情況，並已廣泛地應用於例如航太領域上。由於現在的計算流體力學技術已經成熟，在世面上已經有許多現成的軟件，可以用於建構計算單元330。而在本實施方式中，由於待測金屬熔融流體500的物性為假設，因此針對不同的時間t，計算單元330計算出的第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)為密度ρ、黏度η與表面張力σ的函數。

流程450延續流程440與445，在獲得第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)的前提下，物性計算系統300之處理器340將通過第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)建立差異函數△(ρ,η,σ)。

具體而言，舉例來說，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)皆為時間t的函數，因此在不同的時間t中，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)差異能夠以平方差表示為(h₁(t；ρ,η,σ)-h₂(t；ρ,η,σ))² (1)

而在本實施方式中，通過將式(1)所述於不同時間t的差異累加起來，作為在一完整測量時間T中，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)的差異函數△(ρ,η,σ)為

流程455延續流程450，在如式(2)中處理器340計算出差異函數△(ρ,η,σ)後，處理器340將進一步檢驗差異函數△(ρ,η,σ)是否最小化。當差異函數△(ρ,η,σ)為最小時，說明在一完整測量時間T中，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)的差異為最小，因此計算流體力學所模擬出之第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)將與測量所推得之第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)相符。由於計算流體力學之模擬具相當可信度，在計算流體力學結果足夠精確的情況下，則反映在第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)也足夠精確。

由於第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)來自於盛裝載具250上累積的金屬熔融流體重量w(t)，為實際測量獲得的數值，因此第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)的精確將反映所假設之物性參數，即密度ρ、黏度η與表面張力σ是精確的。因此，藉由調整假設之密度ρ、黏度η與表面張力σ以最小化差異函數△(ρ,η,σ)，將可獲得精確的金屬熔融流體500的物性。

如此一來，在流程455中，處理器340所處理的是一個標準的最佳化問題：在給定假設的物性參數密度ρ、黏度η與表面張力σ，差異函數△(ρ,η,σ)是否為最小值。如否，則回到流程435重新設置物性參數。而判定是否為最小值的條件可以預先設置，以獲得欲達成之精度。舉例來說，若差異函數△(ρ,η,σ)最近二次的差異小於一定的條件，則可認定差異函數△(ρ,η,σ)已達最小化。

若差異函數△(ρ,η,σ)已達最小值，則可認定當前之物性參數密度ρ、黏度η與表面張力σ為金屬熔融流體500之精確物性。在流程460中，在差異函數△(ρ,η,σ)已最小化的情形下，則選定當前之物性參數密度ρ、黏度η與表面張力σ作為金屬熔融流體500之物性，測量結束。

本揭露係用於測量於加熱爐210內，金屬熔融流體500加熱至一指定溫度下的物性。而應理解到，在上述的物性測量方法400中，主要需量測一於盛裝載具250上累積的金屬熔融流體重量w(t)。而在本揭露之一實施方式中，為了測量上的方便與整體成本的考量，將盛裝載具250與重量量測裝置270皆設置於加熱爐210之外。如此一來，重量量測裝置270可以不具有高的耐熱性，而僅間隔一隔熱材板285，如第2A圖所示。即使加熱爐210內外之金屬熔融流體500因此具有溫度差異，但由於物性測量裝置100僅需量測金屬熔融流體重量w(t)與時間t的關係，即使金屬熔融流體500在流出加熱爐210外後體積有所變化，自加熱爐210流出之重量也不會有所改變，因此不會影響測量的結果。因此，將盛裝載具250與重量量測裝置270設置於加熱爐210之外，這樣的設計仍可正確的量測加熱爐210內金屬熔融流體500的物性，並進一步節省成本。

而在一些實施方式中，考量在一完整測量時間T下，可針對不同的高度頭高度，做分段的最佳化。舉例來說，在一些實施方式中，預期在金屬熔融流體500還未流出太多時，評估密度ρ較為精確；隨金屬熔融流體500逐漸流出，則評估黏度η較為精確；直到接近最後金屬熔融流體500自開孔235流完的時間，則表面張力σ的測量會較為精確。

在上述的假設下，則可選定第一時間點t₁與第二時間點t₂。第一時間點t₁與第二時間點t₂皆含蓋在測量的時間內，並且第一時間點t₁先於第二時間點t₂。如此一來，處理器340能夠通過第一時間點t₁先於第二時間點t₂，將時間T依序劃分為第一時段(0<t<t₁)、第二時段(t₁<t<t₂)與第三時段 (t₂<t<T)，並分別對並上述三個時段建構第一差異函數△₁(ρ,η,σ)、第二差異函數△₂(ρ,η,σ)與第三差異函數△₃(ρ,η,σ)。

具體而言，在上述的時段劃分方式下，在第一時段(0<t<t₁)，第一差異函數△₁(ρ,η,σ)表示如下：

在第二時段(t₁<t<t₂)，第二差異函數△₂(ρ,η,σ)表示如下：

而在第三時段(t₂<t<T)，與第三差異函數△₃(ρ,η,σ)表示如下：

而根據式(2)中差異函數△(ρ,η,σ)的定義，差異函數△(ρ,η,σ)應為第一差異函數△₁(ρ,η,σ)、第二差異函數△₂(ρ,η,σ)與第三差異函數△₃(ρ,η,σ)之總合：△(ρ,η,σ)=△₁(ρ,η,σ)+△₂(ρ,η,σ)+△₃(ρ,η,σ) (6)

如此一來，則可使處理器340各別最小化上述三個差異函數並選定物性。在最小化第一差異函數△₁(ρ,η,σ)後，選定密度ρ；最小化第二差異函數△₂(ρ,η,σ)後，選定黏度η；最小化第三差異函數△₃(ρ,η,σ)後，選定表面張力σ。通過上述三階段的最小化，能夠以另一種方式最小化整體差異函數△(ρ,η,σ)，獲得精確的物性。

關於第一時間點t₁與第二時間點t₂的選擇，舉例來說，可以第一時間點t₁與第二時間點t₂將總時間平分為三等分。而上述僅是作為其中一個實施例，而非以此限制本揭露第一時間點t₁與第二時間點t₂的選擇。

而在一些實施方式中，所劃分出之第一時段、第二時段與第三時段，未限定於要將完整測量時間T給平均劃分。舉例來說，在一些實施方式中，第一時段、第二時段與第三時段三個時段合起來並未涵蓋完整測量時間T。在一些實施方式中，第一時段、第二時段與第三時段所涵蓋之時間範圍可以部分重疊，甚至完全重疊。舉例來說，第二時段所取的時間範圍與第一時段相同，或是第二時段所取的時間範圍與第三時段相同。也就是說，這代表在同一個時間區段下，能夠精確地獲得兩個不同的物性參數。而在上述非均分完整測量時間T的情況下，得按照所選之時間範圍，分階段建構相應的第一差異函數△₁(ρ,η,σ)、第二差異函數△₂(ρ,η,σ)與第三差異函數△₃(ρ,η,σ)，並針對不同時段做最小化，以選定獲得精確的物性。

而應理解到，上述之差異函數△(ρ,η,σ)中，第一高度頭h₁(t；ρ,η,σ)與第二高度頭h₂(t；ρ,η,σ)的差異以平方差的方式表示，但這僅是作為一實施例，而並不以此為限。舉例來說，差異函數△(ρ,η,σ)亦可以使用絕對值的數學形式加以建構。

綜上所述，本揭露在考慮高溫熔融流體並考慮具有黏度的情況下，提供結構簡便之物性測量裝置與相應之物性測量方法。欲量測之金屬可以以固體狀態設置於排液容器。當待測之金屬熔融流體加熱至指定溫度，則可使金屬熔融流體自加熱爐流出。盛裝載具於加熱爐外累積流出之金屬熔融流體，以獲得對應的重量累積資訊。此時加熱爐內外之溫度雖有差異，但本揭露之物性測量裝置僅需獲得隨時間流出之金屬熔融流體的重量，不必使重量量測裝置設置於加熱爐內，有效的減少重量量測裝置之耐熱需求以減少成本。此外，物性測量裝置結合物性計算系統，實驗上僅獲得重量累積資訊，即可通過最佳化算法獲得金屬熔融流體的物性。而本揭露之物性測量方法通過最佳化算法，能夠一次同時獲得金屬熔融流體的物性包括密度、黏度與表面張力。本揭露更提供一種多階段的最佳化方法，能夠於不同最佳化階段分別獲得密度、黏度與表面張力。上述多階段的最佳化方法結合物理分析，將能更有效率的獲得更精確的測量結果。