Nghệ thuật không làm vỡ các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm
Bạn có bao giờ gặp trường hợp một chiếc dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm bỗng nhiên vỡ ra không? Không có dấu hiệu báo trước, cũng chẳng có lực tác động nào cả. Chỉ là một vết nứt xuất hiện đột ngột thôi.
Thông thường, điều này xảy ra do áp lực nội bên trong dụng cụ thủy tinh. Nếu nhiệt độ được điều chỉnh sai vài độ, thì đó chính là nguyên nhân gây ra sự phá vỡ dụng cụ thủy tinh. Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng các bộ phận gia nhiệt bằng tia hồng ngoại với độ chính xác lên tới 0,1°C. Đó là cách duy nhất để đưa dụng cụ thủy tinh qua điểm xử lý nhiệt một cách an toàn, mà không tạo ra áp lực bổ sung nào.
Tại sao phải quan tâm đến độ chính xác 0,1°C?
Bởi vì thủy tinh rất kén chọn về nhiệt độ. Có một khoảng nhiệt độ nhỏ mà ở đó thủy tinh chuyển từ trạng thái mềm sang trạng thái cứng. Trong các dụng cụ thủy tinh cao cấp, sự chênh lệch nhiệt độ 1°C có thể khiến dụng cụ không thể hoạt động được nữa.
Chúng ta sử dụng các bộ điều khiển PID có độ chính xác cao cùng với các bộ phận gia nhiệt bằng tia hồng ngoại để kiểm soát nhiệt độ bề mặt của dụng cụ thủy tinh. Điều này giúp ngăn chặn việc bề mặt thủy tinh nguội nhanh hơn phần lõi bên trong. Nếu bề mặt thủy tinh bị đông lại trong khi phần lõi vẫn còn nóng, thì sẽ xảy ra vấn đề.
Lợi ích của việc sử dụng tia hồng ngoại
Chúng ta sử dụng tia hồng ngoại波 độ ngắn. Khác với phương pháp gia nhiệt thông thường, tia hồng ngoại có thể xuyên qua thành thủy tinh. Mục tiêu là tạo ra dòng nhiệt đồng đều. Nếu có những điểm lạnh, thì sẽ tạo ra áp lực tại những vị trí đó. Chúng ta dành rất nhiều thời gian để tính toán công suất cần thiết cho mỗi centimet chiều dài của dụng cụ thủy tinh, để đảm bảo rằng nhiệt độ được duy trì ở mức phù hợp.
Những khó khăn trong quá trình thiết kế
Điều quan trọng là việc đạt được độ chính xác cao như vậy không hề dễ dàng. Việc sử dụng bộ phận gia nhiệt bằng tia hồng ngoại yêu cầu nguồn điện có công suất lớn. Bạn không thể chỉ bật hoặc tắt nguồn điện một cách đơn giản; điều đó sẽ gây ra sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ. Thay vào đó, chúng ta sử dụng các bộ điều khiển tần số cao để điều chỉnh công suất một cách nhẹ nhàng. Điều này khiến hệ thống dây điện trở nên phức tạp hơn, và bạn cần có hệ thống dẫn điện ổn định, nếu không sẽ xảy ra nhiễu tín hiệu trong các cảm biến nhiệt độ.
Và bạn cũng không thể bỏ qua việc làm mát. Nếu các quạt làm mát không hoạt động tốt, thì nhiệt độ sẽ tăng lên, và điều đó sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo lường. Bạn cần cân bằng giữa công suất gia nhiệt và khả năng làm mát của dụng cụ thủy tinh để đảm bảo kết quả đo lường chính xác.