一切都是從這句看來單純無害的話開始:「你能幫我們把一顆螺絲拆下來嗎?」

我猜想是因為那位實驗室成員沒有正確的螺絲起子,這應該會是一件只要花五分鐘就能完成的簡單任務;但我的運氣沒那麼好,還動用了碳化合金牙科鑽頭在已經凹陷的螺絲頭上切出一個新的槽,好讓螺絲能順利拆卸。

而當我拆下螺絲釘,這才發現為何那個實驗想這麼做──螺絲鎖住的那台儀器的外殼下,全是乾涸的鹽份以及腐蝕

在這裡我應該要告訴你更多關於這台儀器的資訊,它是用來量測液態樣本的四種物理特性;待測樣本透過獨立的幫浦,以高壓(700PSI)、恆定流速(每分鐘1.0 ml)供應。儀器內的一個烤箱配置了關鍵的感測器、毛細管、過濾器以及相關的管路,由比例-積分-微分控制器(PID)將溫度控制在攝氏37度。

我清理了儀器並在一團糟中找到了兩個洩漏腐蝕的閥門,然後用一顆500美元的價格訂購了替換品;在此同時,我還打磨了鏽蝕的鋼板表面並重新上漆,以避免進一步被腐蝕。

把到貨的新閥門安裝好之後,我將系統中的空氣排出,確認沒有洩漏。一開始的測試顯示其中三項量測功能運作良好,但第四項的黏性(viscosity)量測功能卻顯示不穩定的基準線:出現了奇怪的正弦波干擾(sinusoidal disturbance),且持續30分鐘。

那是什麼導致了這種干擾?打電話給儀器製造商詢問之後,得到的回答是:「如果有兩個閥門是壞的,那第三個可能也是;」我繞過所有三個閥門,但這個改變沒有什麼不同,不是閥門的問題。我又繞過了好幾個其他管路零件,一次一個,正弦波干擾仍頑固地存在。

仔細閱讀使用者手冊,裡面指出系統內未排出的空氣可能導致基準線不穩定;但拆卸與清理之後也沒有什麼差別。這個測試似乎排除了系統內部空氣這個原因的可能性,而且氣泡怎麼會導致正弦波干擾?

抽離這個難題一個星期時間,能讓我有一些時間可以思考;我再一次自己問自己:「什麼原因會導致長時間的正弦波?」會是混疊(aliasing)嗎?不太像,或許根本不是這台儀器本身的問題;又或許是向儀器供應流體的幫浦,在低流速時有30分鐘的振盪?一樣不太可能。

我認為唯一可能導致這種低速干擾的原因與溫度有關,這種想法在稍早之前也曾出現過幾次,但溫度控制器顯示的溫度一直是37°C;或許我不應該信任該讀數。用獨立的溫度計測出那個烤箱的溫度在30分鐘的時間內,呈現42°C至44°C之間的正弦變化;我終於可能找對了方向!

顯然我是遇到了一個欠阻尼(underdamped)、「臨界穩定」(marginally stable)控制迴路...

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