Sztuka unikania uszkodzenia szkła laboratoryjnego
Czy kiedykolwiek miałeś do czynienia z sytuacją, gdy kawałek szkła laboratoryjnego nagle się roztrzaskał? Bez żadnego ostrzeżenia, bez żadnego uderzenia. Po prostu nagła pęknięcia.
Zwykle tak się dzieje z powodu wewnętrznego napięcia. Jeśli temperatura podawana do szkła jest o kilka stopni niepoprawna, to w praktyce tworzymy „bombę czasową” wewnątrz szkła. Dlatego używamy elementów grzewczych typu IR o dokładności 0,1°C. To jedyny sposób na to, aby szkło mogło przejść przez ten krytyczny punkt bez dodatkowego napięcia.
Dlaczego tak ważna jest dokładność 0,1°C?
Szkło jest wymagające – istnieje określony przedział temperatur, w którym zmienia swoją elastyczność na twardość. W wysokiej jakości pojemnikach laboratoryjnych różnica temperatury wynosząca 1°C może decydować o tym, czy pojemnik będzie nadawał się do przechowywania próbek w próżni, czy też trafi do kosza.
Używamy kontrolerów PID o wysokiej rozdzielczości w połączeniu z elementami grzewczymi typu IR, aby utrzymać temperaturę powierzchni szkła na stałym poziomie. Dzięki temu „skorupa” szkła nie chłodzi się szybciej niż jego wnętrze. Jeśli zewnętrzna część szkła zostanie ostudzona, a wnętrze nadal jest gorące, to powstaje problem.
Sekret efektywnego grzania za pomocą IR
Używamy krótkofalowego światła IR. W odróżnieniu od grzania konwekcyjnego, które polega na rozpraszaniu gorącego powietrza, światło IR przenika przez ściankę szkła. Celem jest równomierny przepływ ciepła. Jeśli występują zimne miejsca, to powstaje lokalne napięcie. Prosto jak strzała. Wydajemy dużo czasu na obliczenie dokładnej mocy potrzebnej na każdy centymetr długości szkła, aby ciepło idealnie odpowiadało jego grubości.
Trudności związane z projektowaniem
Taka precyzja nie jest darmowa. Wysokotonowate grzanie IR stanowi duże obciążenie dla źródła zasilania. Nie można po prostu włączyć lub wyłączyć urządzenia – to powoduje gwałtowne zmiany temperatury. Zamiast tego używamy układów SCR lub PWM do regulacji mocy. To sprawia, że instalacja elektryczna staje się nieco bardziej skomplikowana, a także konieczny jest solidny grunt elektryczny, inaczej w termoparach pojawią się zakłócenia.
Nie można też zapomnieć o chłodzeniu. Jeśli wentylatory w obudowie nie są wystarczająco silne, to ciepło może wpłynąć na dokładność pomiarów. Trzeba więc zrównoważyć moc grzewczą z aktywnym chłodzeniem obudowy, aby cały system funkcjonował prawidłowo.