Het meten van de oppervlaktetemperatuur in laboratoria is niet zo eenvoudig als het klinkt. Verwarmde oppervlakken worden vaak gebruikt om monsters (zelfs embryo's) te verwarmen, maar kunt u de weergegeven temperatuur van een verwarmd oppervlak wel vertrouwen? Als monsters op onjuist ingestelde oppervlakken worden geplaatst, kan dit een zeer nadelig effect hebben op de monsters en kan het zelfs de levensvatbaarheid van embryo's schaden door extreme temperaturen.
1. Kalibratie van het temperatuurdisplay
De meest gemaakte fout bij het meten van de oppervlaktetemperatuur in een laboratoriumomgeving is de kalibratie van de combinatie van temperatuurregelaar en sensor. Mensen vertrouwen er vaak op dat een digitaal display de juiste temperatuur weergeeft, zelfs als daar geen reden voor is. Zonder de juiste kalibratie is het digitale display simpelweg niet betrouwbaar en kan het zelfs misleidend zijn.
Zorg ervoor dat u de combinatie van regelaar en display regelmatig (meestal jaarlijks) kalibreert. Als u geen geschikte, herleidbare sensor heeft om als standaard te gebruiken, laat dan een kalibratiebedrijf deze taak voor u uitvoeren. De gemoedsrust die u krijgt door te weten dat iets daadwerkelijk correct is, zal de kwaliteit van het werk en de nauwkeurigheid van de onderzoeksresultaten verbeteren.
2. Nauwkeurigheid van de PID-regelaar
Een minder bekend probleem is de instelling van de PID-regelaar. Niet alleen de nauwkeurigheid van een sensor is belangrijk voor het verkrijgen van een accurate oppervlaktetemperatuur; de PID-regelaar die deze regelt, is even belangrijk. De PID-regelaar neemt de metingen van de sensor en berekent hoeveel warmte en hoe lang die warmte moet worden toegevoerd om de gewenste temperatuur te bereiken. Als deze te soepel is ingesteld, zal het verwarmde oppervlak nooit de gewenste temperatuur bereiken. Als deze te agressief is ingesteld, zal het systeem nooit stabiel worden en zal het continu de gewenste temperatuur onder- en overschrijden.
Ten eerste, merk op dat er niet één instelling is die voor elke unit correct is. Was het maar zo eenvoudig. De instelling van de PID-regelaar is afhankelijk van de sensor, het verwarmingselement, de plaatsing en de omgevingscondities. Ten tweede, als de omgevingscondities sterk fluctueren, kan het vinden van de juiste instelling om met alle condities om te gaan een behoorlijke uitdaging zijn.
3. Type kalibratie-temperatuursensor
Wanneer gebruikers zelf een temperatuursensor kalibreren, is het belangrijk om de eigenschappen van een sensortype te kennen. Het gebruik van een kleine NTC-sonde kan nuttig zijn om in een kleine druppel te meten, maar de sensor is zeer gevoelig voor elke verandering. Een verplaatsing van een paar mm of zelfs alleen al in de richting ervan ademen, zal de meetwaarde onmiddellijk veranderen. Dit maakt het geen slechte sensor; hij is alleen niet geschikt voor het doel.
Figuur 2: Voorbeeld van een zeer kleine NTC-sensor die wordt gebruikt voor het meten van temperatuur in druppels.
Als men wil kalibreren, is stabiliteit erg belangrijk. Als er geen stabiliteit is, moet deze worden verkregen door een sensor met meer thermische massa te gebruiken, of moet stabiliteit worden toegevoegd door een omgeving met een grotere thermische massa en thermische stabiliteit te gebruiken. Het gebruik van aluminium bufferblokken kan een nuttig hulpmiddel zijn om stabiliteit toe te voegen aan een kalibratieproces.
4. Locatie van de sensor
Wanneer de temperatuur van een verwarmd oppervlak wordt gebruikt om levende cellen (zoals bijvoorbeeld embryo's) warm te houden, ligt het gewenste temperatuurbereik meestal tussen 35,5 en 38 °C. Lagere en hogere temperaturen veroorzaken schade aan de levensvatbaarheid en moeten worden vermeden. De kalibratie van deze verwarmde oppervlakken wordt soms uitgevoerd door te meten in een schaaltje met een kleine NTC-handsonde, wat kan leiden tot meetfouten. Bovendien is de meting slechts een steekproef en zegt deze niets over de condities over een langere periode.
Figuur 3: Verwarmd oppervlak in een laminaire flowkast.
Vraag u eerst af waar u de gewenste temperatuur wilt bereiken. Als dit in een plastic schaaltje is dat op een verwarmd oppervlak staat, heeft het geen zin om direct op het verwarmde oppervlak te kalibreren zonder te compenseren voor het plastic materiaal en de luchtspleet tussen het verwarmde oppervlak en het schaaltje. Het is ook belangrijk om over een langere periode te meten, om fouten door steekproefmetingen of PID-regeling te voorkomen.
Een voorbeeld van een betrouwbaardere meetoplossing is het plaatsen van een Pt100-sensor in een plastic schaaltje. De Pt100-sensor heeft een relatief groot oppervlak dat kan worden gebruikt als een grotere thermische massa en als materiaal om de sensor aan het plastic oppervlak te bevestigen. Deze bevestiging maakt vloeistof in het schaaltje overbodig en biedt een omgeving die voor een langere periode kan worden gebruikt. Metingen verkregen met deze meetopstelling leveren een beter leesbare grafiek met trendwaarden op.
5. Effecten van omgevingscondities op de metingen
Het moeilijkste bij het genereren en meten van correcte oppervlaktetemperaturen is het effect van omgevingscondities op het verwarmde oppervlak en de gegenereerde temperatuur. Mensen denken misschien dat een laboratoriumruimte met airconditioning alle problemen oplost, maar niets is minder waar. Het niet kennen van de condities in uw laboratoriumomgevingen is een niet-gemitigeerd risico.
De temperaturen in een laboratorium kunnen gedurende het jaar en zelfs gedurende de dag verschillen. De overgang van een verwarmde ruimte (makkelijker te regelen) naar een gekoelde ruimte (met behulp van airconditioning) kan een groot effect hebben op de temperatuurstabiliteit van een verwarmd oppervlak. Ook als het verwarmde oppervlak in een laminaire flowkast wordt geplaatst, heeft de luchtstroom een koelend effect op het verwarmde oppervlak en zal dit gecompenseerd moeten worden. Dit geldt ook voor de ventilatieopeningen die lucht de ruimte in blazen. Als zo'n ventilatieopening direct op een verwarmd oppervlak is gericht, kan dit een nadelig effect hebben op de stabiliteit van het hele systeem.
Figuur 4: Voorbeeld van een instabiel verwarmd oppervlak gemeten en gevisualiseerd met een XiltriX Pt100-temperatuursensor.
Tot slot kan warmtestraling, bijvoorbeeld van de zon, periodiek bepaalde gebieden aanzienlijk opwarmen en het gedrag van een airconditioningsysteem veranderen. Wanneer kalibraties (steekproeven) 's ochtends worden uitgevoerd, kan dit effect volledig onbekend zijn voor de gebruiker, simpelweg omdat er geen herleidbare registratie is van het gedrag van het verwarmde oppervlak.
Het oplossen van deze fouten is niet eenvoudig en vereist dat meerdere partijen samenwerken. Ten eerste moet de gebruiker aangeven wat het eigenlijke probleem is en zal hij moeten samenwerken met de facilitaire afdeling om het te corrigeren. Zonder een betrouwbare meting over een langere periode is dit zeer moeilijk te realiseren. Het gebruik van een monitoringsoplossing die zowel nauwkeurig, snel als over een langere periode kan monitoren, zal een nuttig hulpmiddel zijn bij het bereiken van een grotere nauwkeurigheid bij metingen van de oppervlaktetemperatuur.
Een dergelijk systeem is het XiltriX real-time monitoringsysteem. Deze oplossing maakt het mogelijk om een veelheid aan parameters draadloos, via het netwerk en via een bekabeld systeem te monitoren en biedt 24/7 gemoedsrust in laboratoria. Naast het monitoren van temperatuur en het mogelijk maken van grafieken en rapportages over een zeer lange periode, biedt het systeem ook real-time alarmering via sms, e-mail, spraakoproepen en lokale alarmen zoals zwaailichten en signaallampen.
Figuur 5: Voorbeeld van een draadloos monitoringsstation dat wordt gebruikt voor oppervlaktetemperatuursensoren.
Als u hulp nodig heeft bij het verbeteren van de stabiliteit van uw oppervlaktetemperatuur, neem dan contact op met XiltriX via onze website of via sales@xiltrix.com. Daar vindt u vele voorbeelden van casestudies die zeer praktische oplossingen illustreren voor problemen die zich vandaag de dag in laboratoria voordoen.
