ガラス器具を壊さないための技術
実験室で使うガラス器具が突然割れてしまったことはありませんか？何の前兆もなく、急にひびが入ってしまうのです。
通常、これは内部応力が原因です。加熱の温度が数度だけずれているだけで、まるでガラスに時限爆弾を仕掛けているようなものです。だからこそ、私たちは0.1℃の精度を持つ赤外線ヒーターを使用します。これによって、新たな応力を生じさせることなく、ガラスを適切な温度まで加熱することができるのです。
なぜ0.1℃という高精度が必要なのか？
ガラスは繊細です。柔軟性から硬さへと変化する境界点が存在します。高品質な実験用容器では、1℃の違いが、真空を保てる容器か、捨てられてしまう容器かの違いになります。
そのため、私たちは高分解能のPIDコントローラーを赤外線ヒーターと組み合わせて、表面温度を一定に保ちます。そうすれば、ガラスの表面が中心部よりも早く冷えるのを防げます。外側が冷えてしまい、内側がまだ温かい状態では問題が発生します。
赤外線加熱のコツ
私たちは短波長の赤外線を使用します。対流式の加熱法とは異なり、赤外線はガラスの壁を透過していきます。
目指すのは均一な熱伝達です。もし温度差があれば、局所的な応力が生じます。それだけです。私たちは、ガラスの厚さに合わせて、1センチメートルあたりの正確なワット数を計算するのに多くの時間を費やしています。
工学の難しさ
このような高精度の加熱にはコストがかかります。高精度の赤外線ヒーターは、電源装置に大きな負荷をかけます。単純にスイッチをオン・オフするだけでは、温度の急激な変動が起こってしまいます。そのため、私たちは高周波SCRやPWMドライブを使用して、電力を滑らかに調整します。これにより配線が少し複雑になりますが、しっかりとした接地が必要です。そうしないと、熱電対にノイズが発生してしまいます。
また、冷却も忘れてはいけません。もし筐体のファンの性能が低ければ、熱が蓄積されてセンサーの読み取り値に影響が出ます。赤外線の出力と筐体の冷却をバランス良く調整することが重要です。