أوقفوا تحطم الأواني الزجاجية في المختبر: السر يكمن في الأشعة تحت الحمراء
هل حدث لكم من قبل أن تنكسر أوعية الزجاج المصنوعة من البوروسيليكات؟ ربما كان ذلك بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو بسبب اصطدام الأوعية بالطاولة، ونتيجة لذلك تنكسر.
إنه أمر مزعج للغاية. لكن عادةً، لا يبدأ المشكلة في المختبر، بل في مرحلة التصنيع.
عندما يبرد الزجاج بسرعة كبيرة أو بشكل غير متساوٍ، فإن ذلك يخلق ضغوطًا داخل جدران الزجاج. نسمي هذه الضغوط “الضغوط الداخلية”， وهي في الحقيقة كالقنابل الموقوتة. لمنع ذلك، نستخدم أجهزة تسخين تعمل بالأشعة تحت الحمراء، حتى يتمكن الزجاج من الاسترخاء بشكل صحيح.
التركيز على دقة 0.1 درجة مئوية
المشكلة هي أن لدى الزجاج نطاقًا ضيقًا جدًا للتبريد. إذا تم تسخين الزجاج بشكل مفرط، فإنه سيفقد شكله. وإذا تم تبريده بشكل مفرط، فإن الضغوط الداخلية ستظل موجودة.
معظم أجهزة التحكم القياسية تؤدي إلى نتائج خاطئة، لأنها ترفع درجة الحرارة أو تخفضها بشكل مفرط. لذلك نسعى للحصول على دقة 0.1 درجة مئوية. قد يبدو ذلك مبالغًا فيه، لكن النتائج تُظهر أنه أمر ضروري.
نستخدم أشعة تحت حمراء قصيرة الموجة، لأنها لا تضيع الوقت في تسخين الهواء المحيط بالزجاج، بل تصل مباشرة إلى جدران الزجاج. وباستخدام مقاييس حرارة عالية الدقة، يمكننا الحفاظ على درجة حرارة الزجاج في المستوى المناسب. لا توجد نقاط باردة، ولا مفاجآت.
إنه توازن دقيق
لا يمكنك ببساطة زيادة قوة التسخين والاكتفاء بذلك. إذا استخدمت مصباحًا ذا قوة عالية جدًا، فإن سطح الزجاج سيسخن، بينما يظل الجزء الداخلي باردًا. هذا يخلق تدرجًا حراريًا، وهو بالضبط ما نحاول تجنبه. يجب أن تجد التوازن المناسب بين قوة المصباح وسرعة حركة الزجاج.
عادةً، نستخدم أنابيب الكوارتز-الهالوجين، لأنها سريعة جدًا في التسخين والتبريد، وهذا هو الحل الوحيد لتحقيق دقة 0.1 درجة مئوية.
العمل في الواقع
عند توصيل الأجهزة مع بعضها، فإن مصدر الطاقة غالبًا ما يكون المشكلة الرئيسية. إذا كان هناك انخفاض في الجهد أو تذبذب فيه، فإن قراءات درجة الحرارة ستتغير باستمرار، وستفقد الدقة. لحل هذه المشكلة، يجب استخدام جهاز SCR للحفاظ على استقرار الطاقة.
وأخيرًا، لا تنسوا الفوانيس. أجهزة الأشعة تحت الحمراء تصبح ساخنة جدًا. إذا لم يكن هناك تبريد كافٍ للمكونات الإلكترونية، فإن درجة الحرارة ستتغير، وستفقدون السيطرة التي بذلتم جهدًا كبيرًا للحصول عليها.