مخروط قياس الحرارة

المخاريط الحرارية هي أجهزة حرارية تُستخدم لقياس الحرارة أثناء حرق المواد الخزفية في الفرن. توضع هذه المخاريط، التي تُستخدم عادةً في مجموعات من ثلاثة، في الفرن مع القطع المراد حرقها، ولأن كل مخروط في المجموعة يلين ويسقط عند درجات حرارة مختلفة، فإنها توفر مؤشرًا مرئيًا على وصول القطع إلى مرحلة النضج المطلوبة، وهي مرحلة تعتمد على الوقت ودرجة الحرارة.

تعطي المخاريط البيرومترية درجة حرارة مكافئة ؛ فهي ليست أجهزة بسيطة لقياس درجة الحرارة.

المخروط البيرومتري عبارة عن "هرم ذو قاعدة مثلثة وشكل وحجم محددين"؛ يُصنع هذا "المخروط" من مزيج متجانس ومتناسب بعناية من المواد الخام الخزفية، بحيث ينحني عند تسخينه في ظروف محددة نتيجة لتليينه. تزداد زاوية طرفه تدريجيًا من 0° (عمودي) حتى يلامس سطح الدعم (زاوية 90°)، مما يشير إلى الوصول إلى درجة حرارة محددة بناءً على معايير التسخين. تُصنع المخاريط البيرومترية على التوالي للإشارة إلى درجات حرارة أعلى أو أقل تدريجيًا. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

بالنسبة لبعض المنتجات، مثل الخزف والطلاءات الخالية من الرصاص ، قد يكون من المفيد إجراء عملية الحرق ضمن نطاق مخروطين. يمكن استخدام نظام المخاريط الثلاثة لتحديد تجانس درجة الحرارة والتحقق من أداء وحدة التحكم الإلكترونية. يتكون نظام المخاريط الثلاثة من ثلاثة مخاريط مرقمة بالتسلسل:

• مخروط التوجيه - رقم مخروط واحد أبرد من مخروط الإطلاق.
• مخروط الحرق – المخروط الذي يوصي به مصنع الطلاء الزجاجي، والطلاء الطيني، وما إلى ذلك.
• مخروط الحماية - مخروط واحد أكثر سخونة من مخروط الإطلاق.

تُظهر معظم الأفران تدرجات حرارية طبيعية بين حجرتيها العلوية والسفلية. ويتأثر مقدار هذا التباين الحراري بالتصميم الهيكلي للفرن، ومستوى استهلاك عناصر التسخين، وكثافة توزيع الحمل، ومخروط قياس الحرارة المستهدف. وعادةً ما تكون هذه الفروقات أكثر وضوحًا أثناء عمليات الحرق في درجات حرارة منخفضة. ^{[ 3 ]} ولرسم خرائط دقيقة لهذه التوزيعات الحرارية، ينبغي وضع مخاريط قياس الحرارة على الرفوف السفلية والوسطى والعلوية. ويتيح تحليل النتائج إجراء تعديلات استراتيجية على أنماط التحميل وجداول الحرق لتحقيق تجانس أكبر. علاوة على ذلك، يمكن لتركيب نظام تهوية سفلي أن يُخفف بشكل كبير من تقلبات درجة الحرارة عن طريق تدوير الهواء بكفاءة أكبر في جميع أنحاء الحجرة. ^{[ 4 ]}

يتحدد نضج المخروط البيرومتري بتكامل درجة الحرارة والزمن (الشغل الحراري) والظروف الجوية، مع بقاء درجة الحرارة المتغير الأساسي. ولأن بيئات الاحتراق غالبًا ما تختلف عن ظروف المختبر المستخدمة أثناء المعايرة الأولية، تُعبّر النتائج عن درجة حرارة مكافئة. ^{[ 5 ]}

تُتيح مراقبة تشوه هذه المخاريط تأكيدًا بصريًا على أن الفرن قد وصل إلى مرحلة النضج المطلوبة. إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام مخاريط أو قضبان صغيرة لتشغيل أنظمة إيقاف تشغيل الفرن ميكانيكيًا بمجرد الوصول إلى الطاقة الحرارية اللازمة. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام المخاريط البيرومترية في "جهاز مراقبة الفرن"، وهو جهاز يستشعر تليين المخروط وينتج خرجًا ميكانيكيًا من خلال مجموعة تشغيل، وعادةً ما يكون ذلك لإيقاف تشغيل الفرن. ^{[ 7 ]}

تُعدّ المخاريط الحرارية أجهزة قياس حساسة، ومن المهم للمستخدمين أن تحافظ على ثبات استجابتها للحرارة. يتبع مصنّعو هذه المخاريط إجراءات للتحكم في التباين (داخل الدفعة الواحدة وبين الدفعات) لضمان ثبات خصائص المخاريط من نفس النوع على مدى فترات طويلة. وقد نُشر عدد من المعايير الوطنية [ 8 ^{] [ 9 ] [ 10 ] ومعيار ISO} [ 11 ^{] فيما يتعلق بالمخاريط الحرارية.}

على الرغم من أن المخاريط من مختلف الشركات المصنعة قد تحمل أنظمة ترقيم متشابهة نسبيًا، إلا أنها ليست متطابقة في خصائصها. عند إجراء تغيير من شركة مصنعة إلى أخرى، قد يكون من الضروري مراعاة هذه الاختلافات.

في عام ١٧٨٢، ابتكر جوزيا ويدجوود جهاز قياس حرارة دقيقًا، ونُشرت تفاصيله في المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن عام ١٧٨٢ (المجلد ٧٢، الجزء ٢). وقد أدى ذلك إلى انتخابه زميلًا في الجمعية الملكية . ^{[ ١٢ ] [ ١٣ ] [ ١٤ ] [ ١٥ ] [ ١٦ ]}

طُوِّر الشكل الحديث للمخروط البيرومتري على يد هيرمان سيجر، واستُخدم لأول مرة للتحكم في حرق الخزف في مصنع الخزف الملكي في برلين ( Königliche Porzellanmanufaktur ) عام 1886، حيث كان سيجر مديرًا. ^{[ 17 ]} تُصنَّع مخاريط سيجر من قِبَل عدد قليل من الشركات، وغالبًا ما يُستخدم المصطلح كمرادف للمخاريط البيرومترية . ^{[ 18 ] [ 19 ]} تأسست شركة Standard Pyrometric Cone في كولومبوس ، أوهايو ، على يد إدوارد ج. أورتون الابن عام 1896 لتصنيع المخاريط البيرومترية، وبعد وفاته، أُنشئ صندوق استئماني خيري لإدارة الشركة، وهو ما يُعرف باسم مؤسسة إدوارد أورتون الابن للخزف، أو مؤسسة أورتون للخزف . ^{[ 20 ]}

غالباً ما يُشار إلى المخاريط البيرومترية باسم مخاريط أورتون داخل الولايات المتحدة ، لكن أورتون كان يفضل تسميتها مخاريط سيجر خلال حياته . ^{[ 21 ]}

آمل ألا يُنسب نظام المخاريط إلى أحد بأي شكل من الأشكال، لأن الدكتور سيجر يستحق كل المجد الذي ناله لابتكاره هذا النظام العملي للغاية. تحمل مخاريطي علامة " مخاريط قياس الحرارة القياسية ". ترددتُ في استخدام مصطلح " مخاريط سيجر" على منتجاتي لأن صانعي المخاريط الألمان قد يظنون أنني أحاول التحايل عليهم أو الاحتيال عليهم. سيصبح اسم " مخاريط سيجر" حينها بمثابة نصب تذكاري لهذا الرجل البارز، الذي يجب أن يُذكر دائمًا كأول خزّاف علمي في التاريخ.

معرض أورتون كون بوكس ، وهو معرض فني خزفي يقام كل سنتين للأعمال الصغيرة، [ ^{22 ] اتخذ} صندوق أورتون كون المخروطي الحراري كقيد على حجم المشاركات.

تم استخراج مكافئات درجة الحرارة التالية للمخاريط البيرومترية من المراجع الموجودة في قسم الروابط الخارجية .

• هامر، فرانك وهامر، جانيت (1991). قاموس الخزاف للمواد والتقنيات. الطبعة الثالثة. دار نشر A & C Black المحدودة، لندن، إنجلترا. ISBN 0-8122-3112-0.

• جدول مكافئات درجات الحرارة من نمرة ووصف مخاريط نمرة الحرارية المصنوعة من زجاج سيرغلاس
• جدول مكافئات درجات الحرارة أورتون سيليزيوس
• مكافئات درجات الحرارة ووصف مخاريط أورتون حتى المخروط 14
• جدول مكافئات درجات الحرارة لمخاريط سيجر البيرومترية