تنظیم دمای مناسب: هنر حرارتدهی به لولههای آزمایشگاهی
آیا تا به حال دیدهاید که یک قطعه از وسایل شیشهای آزمایشگاهی ناگهان خرد شود؟ هیچ کس آن را پایین نینداخته، هیچ کس به آن ضربه نزده است؛ اما باز هم خرد میشود. این امر معمولاً به دلیل تنشهای داخلی رخ میدهد. اگر فرآیند حرارتدهی را عجله کنید یا اجازه دهید شیشه به طور ناهموار سرد شود، در واقع در حال ایجاد ترکهایی در ماده هستید.
برای جلوگیری از این امر، از روش حرارتدهی با امواج مادون قرمز استفاده میکنیم. اما مشکل اینجاست که میزان خطا بسیار کم است؛ صحبت از ظروف با کیفیت بالاست، به طوری که حتی یک درجه تفاوت میتواند کل محموله را خراب کند. به همین دلیل، ما از روش «تقریبی» استفاده نمیکنیم؛ بلکه به دنبال دقت ۰.۱ درجه سانتیگراد هستیم.
تعادل مناسب
فرآیند حرارتدهی، در واقع به یافتن دمای مناسب برای شیشه بستگی دارد؛ شیشه باید آنقدر نرم باشد که تنشهای داخلی کاهش یابد، اما آنقدر نرم نباشد که کل ظرف شروع به تغییر شکل کند.
اگر دمای حرارتدهی بیش از حد باشد، شیشه دچار تغییر شکل خواهد شد؛ اما اگر دمای حرارتدهی کمتر از حد باشد، تنشها در مولکولهای شیشه باقی خواهند ماند و منتظر فرصتی برای ایجاد ترک خواهند بود.
ما از لامپهای IR با امواج کوتاه استفاده میکنیم؛ زیرا این لامپها بلافاصله به سطح شیشه اثر میکنند. سپس از کنترلرهای PID با فرکانس بالا برای حفظ دمای دقیق ۰.۱ درجه سانتیگراد استفاده میکنیم. این روش از پدیده «اثر پوستهای» جلوگیری میکند؛ یعنی سطح شیشه داغ میشود، در حالی که هسته آن هنوز سرد است.
تجهیزات لازم و معایب آنها
نمیتوان از هیترهای معمولی برای این کار استفاده کرد؛ ما از لامپهای IR با دقت بالا استفاده میکنیم. همچنین، به منبع تغذیهای نیاز داریم که بتواند به سرعت روشن و خاموش شود، بدون اینکه سیگنالهای الکتریکی مزاحمی ایجاد شود.
البته، این روش ارزان یا کوچک نیست؛ تجهیزات IR با دقت بالا، فضای زیادی برای قطعات الکترونیکی نیاز دارند، و قیمت ترموکوپلها نیز بالاست.
همچنین، نمیتوان از تایمرهای ساده استفاده کرد؛ بلکه به سیستم بازخورد بسته نیاز داریم. اگر اندازهگیریهای سنسور حتی یک اینچ اشتباه باشد، دقت ۰.۱ درجه سانتیگراد بیمعنا خواهد بود؛ گرمایش یکنواخت نخواهد بود و باید از ابتدا شروع کنیم.
اجرای این فرآیند در شرایط واقعی
وقتی که نوبت به وصل کردن تمام تجهیزات میرسد، باید محافظتهای لازم را انجام دهیم. سایر تجهیزات آزمایشگاهی میتوانند اختلالات الکترومغناطیسی ایجاد کنند که باعث نوسانات در اندازهگیریهای دما میشود. در چنین شرایطی، هیترها شروع به جستجوی دمای مورد نظر میکنند و دما نوسان میکند؛ این وضعیت واقعاً آزاردهنده است.
سنسورها را باید ایزوله نگه داشت؛ در واقع، تنها راه برای اطمینان از دقت اندازهگیریها، کالیبراسیون کل سیستم با یک ترمومتر معتبر است. باید به اطلاعات اعتماد کرد، اما آنها را بررسی کرد.