5 valkuilen bij het meten van oppervlaktetemperaturen (en hoe ze op te lossen)

Het meten van oppervlaktetemperatuur in laboratoria is niet zo eenvoudig als het klinkt. Verwarmde oppervlakken worden vaak gebruikt om monsters (zelfs embryo's) te verwarmen, maar is de displaytemperatuur van een verwarmd oppervlak wel te vertrouwen? Als monsters op verkeerd ingestelde oppervlakken worden geplaatst, kan dit een zeer schadelijk effect hebben op de monsters en kan dit zelfs leiden tot levensvatbaarheidsschade bij embryo's als gevolg van extreme temperaturen.

1. Kalibratie van de temperatuurweergave

De eenvoudigste fout die gemaakt wordt bij het meten van oppervlaktetemperatuur in een laboratoriumomgeving is de kalibratie van de combinatie temperatuurregelaar - sensor. Mensen vertrouwen er vaak op dat een digitaal display de juiste temperatuur weergeeft, zelfs als daar geen reden toe is. Zonder de juiste kalibratie is de digitale display gewoon niet betrouwbaar en kan zelfs misleidend zijn.

Zorg ervoor dat je de combinatie regelaar-display regelmatig (meestal jaarlijks) kalibreert. Als je geen goede herleidbare sensor hebt om als standaard te gebruiken, laat dan een kalibratiebedrijf de klus voor je klaren. De gemoedsrust om te weten dat iets echt klopt, zal de kwaliteit van het werk en de nauwkeurigheid van de resultaten van experimenten verbeteren.

2. Nauwkeurigheid van de PID-regelaar

Een minder bekend probleem is de instelling van de PID-regelaar. De nauwkeurigheid van een sensor is niet het enige belangrijke onderdeel bij het leveren van een nauwkeurige oppervlaktetemperatuur, de PID-regelaar die de temperatuur regelt is net zo belangrijk. De PID-regelaar neemt de metingen van de sensor en berekent hoeveel warmte en hoe lang die warmte moet worden afgegeven om de gewenste temperatuur te bereiken. Als deze te rustig is ingesteld, zal het verwarmde oppervlak nooit de gewenste temperatuur bereiken. Als de regelaar te agressief is ingesteld, zal het systeem nooit stabiel worden en voortdurend onder- en overschrijden.

Ten eerste is er niet "één instelling" die voor elke eenheid juist is. Was het maar zo eenvoudig. De instelling van de PID-regelaar is afhankelijk van de sensor, het verwarmingselement, de plaatsing en de omgevingsomstandigheden. Ten tweede, als de omgevingsomstandigheden sterk fluctueren, kan het een hele uitdaging zijn om de juiste instelling te vinden die aan alle omstandigheden voldoet.

3. Type ijktemperatuursensor

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 te meten in een kleine druppel, maar de sensor is erg gevoelig voor elke verandering. Als je de sensor een paar mm verplaatst of alleen maar in de richting ademt, verandert de uitlezing onmiddellijk. Dit maakt het geen slechte sensor; hij is alleen niet "geschikt voor het doel".

Als men wil ijken, is stabiliteit erg belangrijk. Als er geen stabiliteit is, dan moet die worden verkregen door een sensor met meer thermische massa te gebruiken, of er moet stabiliteit worden toegevoegd door een omgeving te gebruiken met meer thermische massa en thermische stabiliteit. Het gebruik van aluminium bufferblokken kan een nuttig hulpmiddel zijn bij het toevoegen van stabiliteit in een kalibratieproces.

4. Locatie van de sensor

Wanneer de temperatuur van een verwarmd oppervlak gebruikt wordt om levende cellen (zoals bijvoorbeeld embryo's) warm te houden, ligt het gewenste temperatuurbereik meestal tussen 35,5 - 38°C. Lager of hoger gaan veroorzaakt schade aan de levensvatbaarheid en moet worden vermeden. Kalibratie van deze verwarmde oppervlakken wordt soms gedaan door te meten in een schaal met een kleine NTC-handsensor, wat meetfouten kan opleveren. Bovendien is de meting slechts een steekproefsgewijze controle en zegt deze niets over de omstandigheden over een langere periode.

Vraag jezelf eerst af waar je de temperatuur op de gewenste waarde wilt hebben. Als dit in een plastic schaal is die op een verwarmd oppervlak staat, heeft het geen zin om direct bovenop het verwarmde oppervlak te kalibreren zonder te compenseren voor het plastic materiaal en de luchtspleet tussen het verwarmde oppervlak en de schaal. Het is ook belangrijk om gedurende een langere periode te meten om meetfouten of fouten in de PID-regeling te voorkomen.

Een voorbeeld van een meer betrouwbare meetoplossing is het plaatsen van een Pt100 sensor in een plastic schaaltje. De Pt100-sensor heeft een relatief groot oppervlak dat gebruikt kan worden als grotere thermische massa en als materiaal om de sensor aan het plastic oppervlak te bevestigen. Deze bevestiging voorkomt de noodzaak van vloeistof in de schaal en zorgt voor een omgeving die voor langere tijd gebruikt kan worden. Metingen 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 laboratorium met airconditioning alle problemen oplost, maar niets is minder waar. Als u de omstandigheden in uw laboratoriumomgeving niet kent, is dat een risico dat u niet kunt beperken.

De temperaturen in een laboratorium kunnen het hele jaar door en zelfs de hele dag door verschillen. Van een verwarmde ruimte (gemakkelijker te regelen) naar een gekoelde ruimte gaan (met behulp van airconditioning) kan een groot effect hebben op de temperatuurstabiliteit van een verwarmd oppervlak. Als het verwarmde oppervlak in een laminaire stromingskap wordt geplaatst, heeft de luchtstroom een koelend effect op het verwarmde oppervlak en moet dit worden gecompenseerd. Dit geldt ook voor de ventilatieopeningen die lucht de ruimte in blazen. Als zo'n luchtrooster rechtstreeks op een verwarmd oppervlak wordt gericht, kan dit een nadelig effect hebben op de stabiliteit van het hele systeem.

Tot slot kan warmtestraling van bijvoorbeeld de zon periodiek bepaalde gebieden aanzienlijk opwarmen en het gedrag van een airconditioningsysteem veranderen. Wanneer kalibraties (steekproefsgewijze controles) 's ochtends worden uitgevoerd, kan dit effect volledig onbekend zijn voor de gebruiker, simpelweg omdat er geen traceerbare registratie is van het gedrag van het verwarmde oppervlak.

Het herstellen van deze fouten is niet eenvoudig en vereist dat meerdere partijen samenwerken. Ten eerste moet de gebruiker aangeven wat het werkelijke probleem is en zal hij moeten samenwerken met de facilitaire afdeling om dit te corrigeren. Zonder een betrouwbare meting over een langere periode zal dit erg moeilijk te realiseren zijn. Het gebruik van een bewakingsoplossing die zowel nauwkeurig, snel als gedurende een langere periode kan meten, zal een nuttig hulpmiddel zijn om een grotere nauwkeurigheid in oppervlaktetemperatuurmetingen te bereiken.

Eén zo'n systeem is het XiltriX real-time monitoringsysteem. Deze oplossing maakt het mogelijk om een groot aantal parameters draadloos, via een netwerk of via een bekabeld systeem te monitoren en biedt 24/7 gemoedsrust in laboratoria. Naast het monitoren van de temperatuur en het maken van grafieken en rapportages over een zeer lange periode, biedt het systeem ook real-time alarmen via SMS, e-mail, spraakoproepen en lokale alarmen zoals zwaailichten en bakens.

Als u hulp nodig heeft bij het verbeteren van uw oppervlaktetemperatuurstabiliteit, neem dan contact op met XiltriX via onze website of via sales@xiltrix.com. Daar zijn veel voorbeelden van casestudies te vinden die zeer praktische oplossingen illustreren voor problemen die zich vandaag de dag in laboratoria voordoen.

XiltriX Internationaal

Han Weerdesteyn

Commercieel directeur

KLIK HIER OM HET PDF-DOCUMENT MET VOLLEDIGE PAGINA TE DOWNLOADEN