5 Fallstricke bei der Messung von Oberflächentemperaturen (und wie man sie behebt)

Die Messung der Oberflächentemperatur in Laboratorien ist nicht so einfach, wie es klingt. Beheizte Oberflächen werden häufig zum Erhitzen von Proben (sogar von Embryonen) verwendet, aber kann man der angezeigten Temperatur einer beheizten Oberfläche tatsächlich trauen? Wenn Proben auf falsch eingestellten Oberflächen platziert werden, kann sich dies sehr nachteilig auf die Proben auswirken und sogar dazu führen, dass Embryonen durch extreme Temperaturen in ihrer Lebensfähigkeit geschädigt werden.

1. Kalibrierung der Temperaturanzeige

Der einfachste Fehler, der bei der Messung der Oberflächentemperatur in einer Laborumgebung gemacht wird, ist die Kalibrierung der Kombination aus Temperaturregler und Sensor. Die meisten Menschen vertrauen darauf, dass eine Digitalanzeige die richtige Temperatur anzeigt, auch wenn es dafür keinen Grund gibt. Ohne ordnungsgemäße Kalibrierung ist die digitale Anzeige einfach nicht vertrauenswürdig und kann sogar irreführend sein.

Stellen Sie sicher, dass Sie die Kombination aus Controller und Display regelmäßig (meist jährlich) kalibrieren. Wenn Sie nicht über einen geeigneten rückführbaren Sensor verfügen, den Sie als Standard verwenden können, beauftragen Sie ein Kalibrierungsunternehmen mit der Durchführung dieser Aufgabe. Die Gewissheit, dass etwas tatsächlich korrekt ist, verbessert die Qualität der Arbeit und die Genauigkeit der Ergebnisse von Experimenten.

2. Genauigkeit des PID-Reglers

Ein weniger bekanntes Problem ist die Einstellung des PID-Reglers. Die Genauigkeit eines Sensors ist nicht der einzige wichtige Teil bei der Bereitstellung einer genauen Oberflächentemperatur, der PID-Regler, der ihn regelt, ist ebenso wichtig. Der PID-Regler nimmt die Messwerte des Sensors und berechnet, wie viel Wärme und wie lange diese Wärme abgegeben werden muss, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Wenn er zu entspannt eingestellt ist, wird die beheizte Fläche nie die gewünschte Temperatur erreichen. Wenn er zu aggressiv eingestellt ist, wird das System nie stabil werden und ständig unter- und überschwingen.

Erstens: Es gibt nicht "die eine Einstellung", die für jede Einheit richtig ist. Wenn es nur so einfach wäre. Die Einstellung des PID-Reglers hängt vom Sensor, der Heizung, der Platzierung und den Umgebungsbedingungen ab. Zweitens: Wenn die Umgebungsbedingungen stark schwanken, kann es eine ziemliche Herausforderung sein, die richtige Einstellung für alle Bedingungen zu finden.

3. Typ des Kalibrierungs-Temperatursensors

Wenn Benutzer einen Temperatursensor selbst kalibrieren, ist es wichtig, die Eigenschaften eines Sensortyps zu kennen. Die Verwendung einer winzigen NTC-Sonde kann für Messungen in einem kleinen Tröpfchen von Vorteil sein, aber der Sensor ist sehr anfällig für Veränderungen. Bewegt man ihn um ein paar Millimeter oder haucht ihn nur an, ändert sich die Anzeige sofort. Das macht ihn nicht zu einem schlechten Sensor, er ist nur nicht "zweckmäßig".

Wenn man kalibrieren will, ist Stabilität sehr wichtig. Wenn keine Stabilität vorhanden ist, muss sie entweder durch die Verwendung eines Sensors mit größerer thermischer Masse erreicht werden, oder die Stabilität muss durch die Verwendung einer Umgebung mit größerer thermischer Masse und thermischer Stabilität erhöht werden. Die Verwendung von Aluminium-Pufferblöcken kann ein hilfreiches Instrument sein, um die Stabilität in einem Kalibrierungsprozess zu erhöhen.

4. Standort des Sensors

Wenn die Temperatur einer beheizten Oberfläche verwendet wird, um lebende Zellen (wie z. B. Embryonen) warm zu halten, liegt der gewünschte Temperaturbereich in der Regel zwischen 35,5 und 38 °C. Eine Unter- oder Überschreitung führt zu Schäden an der Lebensfähigkeit und muss vermieden werden. Die Kalibrierung dieser beheizten Oberflächen erfolgt manchmal durch Messung in einer Schale mit einem winzigen NTC-Handfühler, was zu Messfehlern führen kann. Außerdem ist die Messung nur eine punktuelle Überprüfung und sagt nichts über die Bedingungen über einen längeren Zeitraum aus.

Stellen Sie sich zunächst die Frage, wo die Temperatur den gewünschten Wert erreichen soll. Wenn es sich um eine Kunststoffschale handelt, die auf eine beheizte Fläche gestellt wird, macht es keinen Sinn, direkt auf der beheizten Fläche zu kalibrieren, ohne das Kunststoffmaterial und den Luftspalt zwischen der beheizten Fläche und der Schale zu kompensieren. Außerdem ist es wichtig, über einen längeren Zeitraum zu messen, um punktuelle Mess- oder PID-Regelungsfehler zu vermeiden.

Ein Beispiel für eine vertrauenswürdigere Messlösung ist das Einsetzen eines Pt100-Sensors in eine Kunststoffschale. Der Pt100-Sensor hat eine relativ große Oberfläche, die sowohl als größere thermische Masse als auch als Material zur Befestigung des Sensors an der Kunststoffoberfläche genutzt werden kann. Diese Befestigung macht eine Flüssigkeit in der Schale überflüssig und bietet eine Umgebung, die über einen längeren Zeitraum genutzt werden kann. Die mit diesem Messaufbau erhaltenen Messungen liefern eine besser lesbare Grafik mit Trendwerten.

5. Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf die Messungen

Das Schwierigste bei der Erzeugung und Messung korrekter Oberflächentemperaturen sind die Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf die beheizte Oberfläche und die erzeugte Temperatur. Man könnte meinen, dass mit einem klimatisierten Laborbereich alle Probleme gelöst sind, aber nichts ist weiter von der Wahrheit entfernt. Die Unkenntnis der Umgebungsbedingungen in Ihrem Labor ist ein nicht gemindertes Risiko.

Die Temperaturen in einem Labor können im Laufe des Jahres und sogar im Laufe des Tages schwanken. Der Wechsel von einem beheizten Bereich (der leichter zu kontrollieren ist) zu einem gekühlten Bereich (mit Hilfe einer Klimaanlage) kann große Auswirkungen auf die Temperaturstabilität einer beheizten Oberfläche haben. Befindet sich die beheizte Fläche in einer Abzugshaube mit laminarer Strömung, so hat der Luftstrom eine kühlende Wirkung auf die beheizte Fläche und muss kompensiert werden. Dies gilt auch für die Luftauslässe, die Luft in den Raum blasen. Wenn ein solcher Luftauslass direkt auf eine beheizte Fläche gerichtet ist, kann sich dies nachteilig auf die Stabilität des gesamten Systems auswirken.

Schließlich kann die Wärmestrahlung, z. B. durch die Sonne, bestimmte Bereiche periodisch stark aufheizen und das Verhalten einer Klimaanlage verändern. Bei morgendlichen Kalibrierungen (Stichproben) kann dieser Effekt dem Nutzer völlig unbekannt sein, weil es keine nachvollziehbaren Aufzeichnungen über das Verhalten der beheizten Fläche gibt.

Die Behebung dieser Fehler ist nicht einfach und erfordert die Zusammenarbeit mehrerer Parteien. Zunächst muss der Nutzer angeben, was das eigentliche Problem ist, und er muss mit der Abteilung für Einrichtungen zusammenarbeiten, um es zu beheben. Ohne eine vertrauenswürdige Messung über einen längeren Zeitraum ist dies nur sehr schwer möglich. Der Einsatz einer Überwachungslösung, die sowohl genau und schnell als auch über einen längeren Zeitraum überwachen kann, ist ein nützliches Instrument, um eine größere Genauigkeit bei der Messung der Oberflächentemperatur zu erreichen.

Ein solches System ist das Echtzeit-Überwachungssystem XiltriX. Mit dieser Lösung kann eine Vielzahl von Parametern drahtlos, über ein Netzwerk oder über ein festverdrahtetes System überwacht werden, so dass Labore rund um die Uhr überwacht werden können. Das System überwacht nicht nur die Temperatur und ermöglicht die Erstellung von Grafiken und Berichten über einen sehr langen Zeitraum, sondern bietet auch Echtzeitalarme per SMS, E-Mail, Sprachanrufe und lokale Alarme wie Blinklichter und Leuchtfeuer.

Wenn Sie Hilfe bei der Verbesserung Ihrer Oberflächentemperaturstabilität benötigen, wenden Sie sich bitte an XiltriX über unsere Website oder über sales@xiltrix.com. Dort finden Sie viele Beispiele für Fallstudien, die sehr praktische Lösungen für Probleme zeigen, die in heutigen Labors auftreten.

XiltriX International

Han Weerdesteyn

Kaufmännischer Leiter

KLICKEN SIE HIER, UM DAS GANZSEITIGE PDF-DOKUMENT HERUNTERZULADEN