วิธีป้องกันไม่ให้เครื่องมือแก้วแตก: เสน่ห์ของการควบคุมด้วยคลื่นอินฟราเรด
ใครก็ตามที่เคยทำงานในห้องปฏิบัติการมาก่อน ย่อมรู้ดีถึงความรู้สึกเจ็บปวดเมื่อเครื่องมือแก้วแตก โดยปกติแล้ว สาเหตุมักเกิดจากความเครียดภายในของแก้วเอง หากเราทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วเกินไป หรือมีความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ก็เหมือนกับการมี “ระเบิดเวลา” อยู่ในมือนั่นเอง
นั่นคือเหตุผลที่เราใช้คลื่นอินฟราเรดในการอบแก้ว เพราะมันช่วยให้เราสามารถควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ โดยไม่จำเป็นต้องเดาอะไรเลย
ทำไมการควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ที่ 0.1°C ถึงสำคัญ
แก้วมีความละเอียดอ่อนมาก มีช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ความเครียดภายในแก้วจะหายไป หากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ก็จะกลับมาสู่สภาพเดิม และเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิขึ้นอีกครั้ง
เราจึงควบคุมอุณหภูมิด้วยอินฟราเรดให้อยู่ที่ 0.1°C เท่านั้น เพราะเราต้องการให้แก้วผ่อนคลายลง แต่ก็ไม่อยากให้แก้วละลายหรือบวมขึ้นมา มันเป็นการควบคุมที่ละเอียดอ่อนมาก เราเพียงแค่ให้โครงสร้างของแก้วมีเวลาในการปรับตัวเท่านั้น
นอกจากนี้ คลื่นอินฟราเรดยังมีข้อดีอีกอย่างคือ มันจะซึมเข้าไปในเนื้อแก้วได้อย่างลึกซึ้ง ทำให้ส่วนกลางและส่วนผิวของแก้วมีอุณหภูมิเท่ากัน ไม่มีปัญหาเรื่อง “ผลกระทบที่เกิดขึ้นกับเพียงส่วนผิวเท่านั้น” อีกต่อไป
อุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมอุณหภูมิ
คุณไม่สามารถเพียงแค่นำหลอดไฟมาใส่ในกล่องแล้วก็เรียกว่าเสร็จได้ คุณต้องมีระบบควบคุมที่ดี โดยเราจะใช้อุปกรณ์อินฟราเรดร่วมกับเครื่องวัดอุณหภูมิความละเอียดสูง และตัวควบคุม PID ที่สามารถปรับอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็ว
แต่ปัญหาก็คือ ความหนาแน่นของพลังงาน หากต้องการให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว ก็จำเป็นต้องมีกำลังไฟฟ้ามาก แต่ปัญหาก็คือ พลังงานมากเกินไปอาจทำให้เตาอบกลายเป็น “ห้องอบไอน้ำ” ซึ่งจะทำให้การควบคุมอุณหภูมิยากขึ้น ดังนั้นเราจึงต้องควบคุมระบบการกันความร้อนและพัดลมระบายความร้อนให้ดี มิฉะนั้นความร้อนจากสภาพแวดล้อมก็จะขัดขวางการควบคุมอุณหภูมิของเราได้
ไม่มีการแตกอีกต่อไป
ข้อดีของการใช้อินฟราเรดก็คือ ไม่มีความล่าช้าในการควบคุมอุณหภูมิ การใช้ความร้อนแบบต้านทานนั้นต้องใช้เวลานานกว่าจะมีผล แต่อินฟราเรดนั้นสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ทันที
นี่ทำให้เราสามารถควบคุมอุณหภูมิให้ลดลงอย่างราบรื่นได้ และเมื่ออุณหภูมิกลับสู่ระดับห้อง ความเครียดภายในแก้วก็จะหายไปหมด
สุดท้ายแล้ว เราก็จะได้เครื่องมือแก้วที่สามารถทนต่อแรงดันสุญญากาศและความเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ โดยไม่แตกออกมา