Как избежать разрушения лабораторной посуды: секрет кроется в инфракрасном излучении
Бывало ли у вас такое, что боросиликатная колба вдруг «переставала служить»? Вы находитесь в процессе эксперимента, возможно, температура резко повышается или колба сталкивается с какой-то поверхностью — и она трескается. Это очень раздражает. Но обычно проблема возникает не в самой лаборатории, а уже на этапе производства.
Когда стекло охлаждается слишком быстро или неравномерно, в его стенках образуются микроскопические напряжения. Мы называем их внутренними напряжениями; по сути, это своего рода «бомбы со замедленным действием». Чтобы этого избежать, мы используем устройства для постоянного отжига с инфракрасными элементами, которые позволяют стеклу правильно снизить свою температуру.
Важность точности до 0,1°C
Проблема в том, что у стекла существует очень узкий диапазон температур, при котором оно может находиться в состоянии стабильности. Если температура слишком высока, стекло теряет свою форму. Если же температура слишком низкая, в стекле сохраняются те самые напряжения, которых мы хотим избежать.
Большинство стандартных контроллеров имеют склонность к «переносу» значений температуры — они сначала поднимают её слишком высоко, а затем снова опускают слишком низко. Поэтому мы стремимся к точности до 0,1°C. Это может показаться избыточным, но результаты работают на вашу користь.
Мы используем кратковолновое инфракрасное излучение, потому что оно не тратит время на нагрев воздуха вокруг стекла. Излучение попадает прямо в стенки сосуда. Сочетая это излучение с высокоточным термопарным датчиком, мы можем поддерживать температуру стекла на нужном уровне. Никаких «холодных зон», никаких неожиданностей.
Необходимость баланса
Нельзя просто увеличить мощность оборудования и считать, что всё в порядке. Если использовать лампу с слишком высокой мощностью для данного размера колбы, поверхность колбы нагреется, а внутренняя часть останется прохладной. Это создаст тепловой градиент, который мы и пытаемся предотвратить. Необходимо найти правильный баланс между мощностью лампы и скоростью движения конвейера.
Обычно мы используем кварцево-галогенные лампы. Почему? Потому что они работают очень быстро. Они могут мгновенно изменять свою мощность, что является единственным способом достичь стабильности температуры на уровне 0,1°C.
Применение в реальных условиях
Когда вы начинаете настраивать оборудование, часто возникают проблемы с питанием. Если происходят скачки напряжения или его флуктуации, показания температуры будут меняться, и точность будет потеряна. Чтобы этого избежать, используйте специальные устройства типа SCR для стабилизации напряжения.
И ещё кое-что: не забудьте о вентиляторах. Корпуса устройств, работающих с инфракрасным излучением, нагреваются. Если отсутствует надлежащее охлаждение электроники, компоненты могут изменить свои параметры, и вы потеряете ту точность контроля, к которой так стремились.