La mesure de la température de surface dans les laboratoires n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Les surfaces chauffantes sont fréquemment utilisées pour chauffer des échantillons (y compris des embryons), mais peut-on réellement se fier à la température affichée par une surface chauffante ? Si les échantillons sont placés sur des surfaces mal réglées, cela peut avoir un effet très néfaste sur eux et peut même causer des dommages à la viabilité des embryons en raison de températures extrêmes.
1. Étalonnage de l'affichage de la température
L'erreur la plus facile à commettre lors de la mesure de la température de surface dans un environnement de laboratoire concerne l'étalonnage de la combinaison contrôleur de température et capteur. Les gens ont généralement confiance en un affichage numérique pour indiquer la température correcte, même s'il n'y a aucune raison de le faire. Sans un étalonnage approprié, l'affichage numérique n'est tout simplement pas fiable et peut même être trompeur.
Assurez-vous d'étalonner fréquemment (généralement une fois par an) la combinaison contrôleur et affichage. Si vous ne disposez pas d'un capteur traçable approprié à utiliser comme étalon, faites appel à une société d'étalonnage pour effectuer cette tâche. Avoir la tranquillité d'esprit de savoir que quelque chose est réellement correct améliorera la qualité du travail et la précision des résultats des expériences.
2. Précision du contrôleur PID
Un problème moins connu est le réglage du contrôleur PID. La précision d'un capteur n'est pas le seul élément important pour fournir une température de surface précise ; le contrôleur PID qui la régule est tout aussi important. Le contrôleur PID prend les mesures du capteur et calcule la quantité de chaleur et la durée pendant laquelle cette chaleur doit être fournie pour atteindre la température souhaitée. S'il est réglé de manière trop souple, la surface chauffante n'atteindra jamais la température souhaitée. S'il est réglé de manière trop agressive, le système ne deviendra jamais stable et dépassera continuellement la consigne à la baisse et à la hausse.
Premièrement, notez qu'il n'existe pas de « réglage unique » correct pour chaque unité. Si seulement c'était aussi simple. Le réglage du contrôleur PID dépend du capteur, de l'élément chauffant, de l'emplacement et des conditions ambiantes. Deuxièmement, si les conditions ambiantes fluctuent fortement, trouver le réglage correct pour faire face à toutes les conditions peut être un véritable défi.
3. Type de capteur de température d'étalonnage
Lorsque les utilisateurs étalonnent eux-mêmes un capteur de température, il est important de connaître les caractéristiques d'un type de capteur. L'utilisation d'une minuscule sonde NTC peut être bénéfique pour mesurer à l'intérieur d'une petite gouttelette, mais le capteur est très sensible à tout changement. Le fait de le déplacer de quelques millimètres ou simplement de respirer dans sa direction modifiera immédiatement la lecture. Cela n'en fait pas un mauvais capteur ; il n'est tout simplement pas « adapté à l'usage ».
Figure 2 : Exemple d'un très petit capteur NTC utilisé pour mesurer la température à l'intérieur des gouttelettes.
Si l'on veut étalonner, la stabilité est très importante. S'il n'y a pas de stabilité, il faut soit l'obtenir en utilisant un capteur avec une plus grande masse thermique, soit ajouter de la stabilité en utilisant un environnement avec une plus grande masse thermique et une plus grande stabilité thermique. L'utilisation de blocs tampons en aluminium peut être un outil utile pour ajouter de la stabilité dans un processus d'étalonnage.
4. Emplacement du capteur
Lorsque la température d'une surface chauffante est utilisée pour maintenir au chaud des cellules vivantes (comme par exemple des embryons), la plage de température souhaitée se situe généralement entre 35,5 et 38 °C. Des températures plus basses ou plus élevées causent des dommages à la viabilité et doivent être évitées. L'étalonnage de ces surfaces chauffantes est parfois effectué en mesurant à l'intérieur d'une boîte avec une minuscule sonde NTC portable, ce qui peut donner lieu à des erreurs de mesure. De plus, la mesure n'est qu'une vérification ponctuelle et ne vous dit rien sur les conditions sur une plus longue période.
Figure 3 : Surface chauffante à l'intérieur d'une hotte à flux laminaire.
Demandez-vous d'abord où vous avez besoin que la température ait la valeur souhaitée. S'il s'agit de l'intérieur d'une boîte en plastique placée sur une surface chauffante, il est inutile d'étalonner directement sur la surface chauffante sans compenser le matériau plastique et l'entrefer entre la surface chauffante et la boîte. Il est également important de mesurer sur une plus longue période, afin d'éviter les erreurs de mesure ponctuelle ou de régulation PID.
Un exemple de solution de mesure plus fiable consiste à placer un capteur Pt100 à l'intérieur d'une boîte en plastique. Le capteur Pt100 a une surface relativement grande qui peut être utilisée à la fois comme une plus grande masse thermique et comme un matériau pour fixer le capteur à la surface en plastique. Cette fixation évite le besoin de liquide à l'intérieur de la boîte et fournit un environnement qui peut être utilisé sur une plus longue période. Les mesures obtenues à partir de cette configuration de mesure fourniront un graphique plus lisible avec des valeurs de tendance.
5. Effets des conditions ambiantes sur les mesures
La chose la plus difficile dans la génération et la mesure de températures de surface correctes est l'effet des conditions ambiantes sur la surface chauffante et la température générée. On pourrait penser que le fait d'avoir une zone de laboratoire climatisée résout tous les problèmes, mais rien n'est plus faux. Ne pas connaître les conditions de vos environnements de laboratoire est un risque non maîtrisé.
Les températures dans un laboratoire peuvent différer tout au long de l'année et même tout au long de la journée. Le passage d'une zone chauffée (plus facilement contrôlable) à une zone refroidie (à l'aide de la climatisation) peut avoir un grand effet sur la stabilité de la température d'une surface chauffante. De plus, si la surface chauffante est placée à l'intérieur d'une hotte à flux laminaire, le flux d'air aura un effet de refroidissement sur la surface chauffante et devra être compensé. Ceci est également valable pour les bouches d'aération qui soufflent de l'air dans la pièce. Si une telle bouche d'aération est dirigée directement sur une surface chauffante, cela peut avoir un effet néfaste sur la stabilité de l'ensemble du système.
Figure 4 : Exemple d'une surface chauffante instable mesurée et visualisée avec un capteur de température XiltriX Pt100.
Enfin, le rayonnement thermique du soleil, par exemple, peut chauffer périodiquement de manière significative certaines zones et peut modifier le comportement d'un système de climatisation. Lorsque les étalonnages (vérifications ponctuelles) sont effectués le matin, cet effet peut être complètement inconnu de l'utilisateur, simplement parce qu'il n'y a pas d'enregistrement traçable du comportement de la surface chauffante.
La correction de ces erreurs n'est pas facile et nécessite la collaboration de plusieurs parties. Premièrement, l'utilisateur doit indiquer quel est le problème réel et devra collaborer avec le service des installations pour le corriger. Sans une mesure fiable sur une plus longue période, cela sera très difficile à réaliser. L'utilisation d'une solution de surveillance capable de surveiller avec précision, rapidement et sur une plus longue période sera un outil utile pour atteindre une plus grande précision dans les mesures de température de surface.
Le système de surveillance en temps réel XiltriX est l'un de ces systèmes. Cette solution permet de surveiller une myriade de paramètres par le biais d'un système sans fil, en réseau et câblé, et offre une tranquillité d'esprit 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans les laboratoires. Outre la surveillance de la température et la possibilité de créer des graphiques et des rapports sur une très longue période, le système fournit également des alarmes en temps réel par SMS, e-mail, appels vocaux et des alarmes locales comme des gyrophares et des balises.
Figure 5 : Exemple de station de surveillance sans fil utilisée pour les capteurs de température de surface.
Si vous avez besoin d'aide pour améliorer la stabilité de la température de votre surface, veuillez contacter XiltriX via notre site web ou via sales@xiltrix.com. Vous y trouverez de nombreux exemples d'études de cas illustrant des solutions très pratiques aux problèmes qui se posent aujourd'hui dans les laboratoires.
