安家宴的欢声笑语随着小年夜的过去,渐渐融入了南锣鼓巷冬日的寻常烟火气中。
红钢小院的六户人家,在崭新的青砖院落里,开始了他们比邻而居、共同奋斗的新生活。
他们将新家园带来的踏实感与归属感,化为了更饱满的干劲,投入到各自的工作岗位上。
联合课题组的重心,已全面转向热处理车间正在新建的加热炉。
相较于改造旧炉时的修修补补、束手束脚,新炉的建设如同在一张白纸上绘制最新最美的图画,让赵老师、汤渺教授、方教授等技术人员充满了期待与严苛的要求。
赵老师整日泡在工地上,对每一块耐火砖的砌筑、每一段管线的铺设都要求近乎完美的精度。
他反复强调:“我们设计的±5°c控温精度,不是空中楼阁,必须建立在扎实的硬件基础上。炉体结构的对称性、保温性能的均匀性,是实现高精度温场的物理前提。”
然而,一个关键的问题很快浮现,如何精确、快速地测量炉内不同区域的真实温度,并掌握板材在回火、正火过程中动态的温度曲线?
现有的工业热电偶,如同迟钝的触须,需要插入炉内,不仅反应滞后,容易损坏,更致命的是,它只能测量单个接触点的温度,对于偌大炉膛内的温度场分布,无异于盲人摸象。
这对于研究热处理工艺对材料微观组织与性能的影响,对于基于精确数据优化加热曲线、提升产品品质和稳定性,构成了严重制约。
不仅赵老师为此头疼,方教授等人也提出了新的需求。
他们希望‘电子耳朵’能监测大型轧辊轴承在高速、重载运行下的温度变化,以预防因过热导致的润滑失效和轴承烧毁。
但轧辊的旋转和现场油污、震动的恶劣环境,使得传统的接触式测温几乎不可能实现。
一次技术讨论会上,面对温度测量的难题,吴国华推了推他那厚厚的眼镜,半开玩笑地感叹道:“唉,要是能有那么一种‘眼睛’,不用接触,隔空就能‘看到’温度,那该多好。”
说者无意,听者有心。
“隔空看到温度……红外测温!”
吕辰脑海中如同划过一道闪电,瞬间捕捉到了这个在后世工业、医疗乃至家庭都司空见惯的技术名词。
但在六十年代初的中国,这绝对是只存在于国外顶尖实验室论文和少数军事应用中的“黑科技”。
其核心原理也简单,任何高于绝对零度的物体都会持续辐射红外线,而辐射的强度与它的表面温度存在着确定的函数关系,即斯忒藩-玻尔兹曼定律。
虽已是物理学常识,但要将那极其微弱的红外信号从背景噪声中捕捉、转换为可精确测量的电信号,并最终显示为直观的温度读数,这其中涉及精密光学系统、高灵敏度半导体红外传感器、低噪声放大电路以及复杂的标定算法,每一座都是需要逾越的技术高山。
“隔空看到温度……”吕辰喃喃自语,目光不由自主地落在了实验室角落里那几块因设计迭代而被淘汰的废弃“掐丝珐琅”电路板上。
这些暗红色的陶瓷板,电路清晰,质地坚硬,是良好的绝缘体和结构基座。
一个大胆乃至有些疯狂的念头,在他心中迅速滋生、成型。
他想起了前世新冠疫情期间防疫部门配发给农家乐使用的红外测温枪,想起了当时因为好奇在网上搜索到的简易测温枪拆解图,以及这一世学到的大学物理和电子学的基础知识。
他没有犹豫,当即在讨论会上提出了一个构想:“方教授,赵老师,国华的话提醒了我。或许,我们可以尝试制作一个简易的‘非接触式测温装置’。”
他拿起粉笔,在小黑板上边画边讲:“首先,是传感器。我们可以利用‘轧胚-原位还原烧结’工艺,尝试在微型陶瓷基片上,制作一个极其精细的‘热电堆’。”
他画出一系列串联的结点:“这个热电堆由数十对甚至上百对微米级的铜-康铜,或其它合适的热电偶材料结串联而成,当红外线聚焦照射到热电堆一端,使其成为热端,与环境温度的冷端产生微小温差,热电效应就会产生一个与温差成正比的微弱电压信号。这相当于直接将目标的热辐射能转化成了电信号。”
“其次,是光学系统。我们不需要复杂的光学镜头,可以尝试从废旧设备上拆下合适的凸透镜,配合一个手工打磨、内壁抛光如镜的黄铜圆筒,构成一个最简单的聚焦系统,将目标发射的红外辐射能尽可能多地汇聚到我们制作的微型热电堆敏感面上。”
“再次,是信号处理与显示。我们可以在一块小型化的‘掐丝珐琅’电路板上,集成一颗实验型锗晶体管,配合筛选出的高精度电阻和电容,构成一个微伏级别的直流放大电路。最后,驱动一个高灵敏度的微安表头。”
他指了指旁边工作台上一个微安表:“我们可以重新绘制它的表盘刻度,将其直接校准为温度显示。”
“能源就好办了,两节普通的干电池足以。”
吕辰的构想虽然粗糙,但逻辑清晰,每一步都试图建立在课题组已有的技术能力之上,尤其是核心的“掐丝”工艺和陶瓷基板。
这已不仅仅是一个想法,而是一个具备一定可行性的技术路径图。
方教授听得眼中精光连闪。
作为电子与控制领域的专家,他立刻捕捉到了这个构想背后蕴含的巨大潜力与创新性。
他兴奋道:“好!小吕同学,你这个思路太好了!因陋就简,就地取材,却直指核心!我们现在有条件试一试!”
赵老师也从最初的惊愕中回过神来,作为热工专家,他比任何人都更清楚这样一个装置若能成功,对热处理研究乃至整个工业监测意味着什么。
他深吸一口气,沉声道:“理论上完全说得通!关键在于工艺实现和信号提取。值得一试!”
团队的激情瞬间被点燃。
任何的困难在这样一个充满诱惑力的目标面前,都显得微不足道。
说干就干。
方教授亲自挂帅,吕辰、吴国华等四名同学作为核心骨干,又抽调了两名对“掐丝”工艺最精熟的工人师傅和一名擅长电路调试的青年教师,组成了一个临时的实验小组,在实践车间一个相对安静的角落里开展了工作。
他们从仓库领取了所需的铜丝、康铜丝、微型陶瓷基片、实验锗晶体管、高阻值电阻、小容量电容、废弃的望远镜镜片,以及一些边角料黄铜棒。
接下来的两天,这个角落灯火通明,充满了锉刀打磨声、微小的焊接火花和讨论声。
制作微型热电堆是最精细的活儿。
两位老师傅戴着放大镜,屏息凝神,用特制的微型夹具,将比头发丝还细的铜丝和康铜丝,按照设计好的串联图案,一点点“掐”在指甲盖大小的陶瓷基片上,确保每一个结点都牢固、绝缘。
这简直是在进行一场微米级的“掐丝珐琅”创作。
吴国华负责光学部分,他找来一根黄铜棒,指导着青工,在车床上小心车出圆筒,然后用不同目数的砂纸和抛光膏,一点点将内壁打磨得光可鉴人。
最后,将一块从旧望远镜上拆下的凸透镜,精心固定在圆筒前端。
吕辰、方教授和另一名老师则专注于电路。
在一块比巴掌略大的陶瓷基板上,他们用最细的铜丝,“掐”出放大电路的走线,然后将那颗宝贵的锗晶体管、几个经过万用表精心筛选的电阻电容,小心翼翼地焊接上去。