Temperatuur is een van de meest gemeten grootheden in het laboratorium. Of het nu gaat om een reactie in een rondbodemkolf, de bewaring van celkweken in een koelkast, de droging van een monster in een droogstoof of de kalibratie van een meetinstrument: temperatuurverschillen van slechts enkele tienden van een graad kunnen bepalend zijn voor de uitkomst van een experiment of de geldigheid van een meting. Inzicht in de beschikbare meettechnieken en hun beperkingen is daarom onmisbaar voor iedereen die in een analytisch, biologisch of industrieel laboratorium werkt.
Dit artikel bespreekt de meest gebruikte typen temperatuursensoren, hun werkingsprincipes, typische toepassingen en de aspecten die van belang zijn bij kalibratie en onderhoud.
In de laboratoriumwereld wordt temperatuur vrijwel altijd uitgedrukt in graden Celsius (°C) of, voor wetenschappelijke berekeningen, in Kelvin (K). Het verschil is een constante: T(K) = T(°C) + 273,15. De Kelvin-schaal heeft als nulpunt het absolute nulpunt (−273,15 °C), waarbij alle thermische beweging tot stilstand komt. Voor omzettingen en formules — zoals de wet van Lambert-Beer of de ideale gaswet — wordt doorgaans Kelvin gebruikt; voor dagelijkse laboratoriumpraktijk volstaat Celsius.
De Fahrenheit-schaal (°F), gangbaar in de Verenigde Staten, wordt in Europese laboratoria zelden gehanteerd. De omrekeningsformule luidt: °C = (°F − 32) × 5/9.
Welke sensor het meest geschikt is, hangt af van het vereiste meetbereik, de gewenste nauwkeurigheid, de omgeving en het budget. Onderstaand schema geeft een eerste oriëntatie.
De klassieke glazen thermometer maakt gebruik van de uitzetting van een vloeistof bij temperatuurstijging. Vroeger werd kwik gebruikt; vanwege de toxiciteit is dit in Europa grotendeels vervangen door gekleurde alcohol of galinstan (een legering van gallium, indium en tin). Glazen thermometers zijn robuust, hoeven geen stroom en zijn geschikt voor dagelijks gebruik in het laboratorium.
Typisch meetbereik ligt tussen −100 °C en +360 °C, afhankelijk van de vulvloeistof. De nauwkeurigheid bedraagt doorgaans ±0,1 tot ±1 °C. Een belangrijk aandachtspunt is de onderdompelingsdiepte: volledig-onderdompeling thermometers zijn alleen nauwkeurig als de gehele vloeistofkolom op de meettemperatuur is gebracht. Gedeeltelijk-onderdompeling types hebben een aanwijzing voor de juiste onderdompelingsdiepte ingebrand in het glas.
Glazen thermometers vereisen regelmatige ijking aan referentiepunten (ijspunt 0,00 °C, kookpunt water 100,00 °C bij 1013,25 hPa). Bij GLP- en ISO-gecertificeerde werkzaamheden is een gekalibreerd referentie-instrument met bijbehorend kalibratiecertificaat vereist.
Bekijk het assortiment temperatuurmeet- en tijdapparatuur voor glazen en digitale thermometers.
Digitale thermometers combineren een elektrische sensor (doorgaans een NTC-thermistor of PT100-element; zie hieronder) met een display. Ze bieden snellere aflezing, betere leesbaarheid en zijn in veel gevallen eenvoudig aan te sluiten op een datalogger of LIMS. Moderne handheld-types halen nauwkeurigheden van ±0,1 °C of beter.
Voor laboratoria die temperatuurverloop over tijd willen registreren — bij stabiliteitsonderzoek, validaties of procesmonitoring — is een digitale thermometer met data-uitvoer (RS-232, USB of draadloos) een praktische keuze.
Weerstandsthermometers — ook wel RTD's (Resistance Temperature Detectors) — maken gebruik van het feit dat de elektrische weerstand van metalen toeneemt met de temperatuur. Platina is hiervoor het meest gebruikte materiaal, vanwege de stabiele, goed voorspelbare weerstand-temperatuurkarakteristiek.
De PT100 heeft bij 0 °C een weerstand van exact 100 Ω; de PT1000 van 1000 Ω. De hogere basisweerstand van de PT1000 maakt hem minder gevoelig voor leidingweerstand, wat voordelig is bij lange meetkabels. Beide typen voldoen aan de norm IEC 60751 (klasse A: ±0,15 °C bij 0 °C; klasse B: ±0,3 °C bij 0 °C).
Het meetbereik loopt van −200 °C tot +600 °C. PT100/PT1000-sensoren worden breed ingezet in:
Voor nauwkeurige metingen wordt doorgaans een vierdraads-aansluiting gebruikt, waarbij de leidingweerstand wordt gecompenseerd. Tweedraads-aansluitingen volstaan voor toepassingen waarbij absolute nauwkeurigheid minder kritisch is.
Een NTC-thermistor (Negative Temperature Coefficient) is een halfgeleider waarvan de weerstand daalt naarmate de temperatuur stijgt — het omgekeerde van een platina RTD. Dit resulteert in een sterk niet-lineair karakter, maar levert een hoge gevoeligheid op: kleine temperatuurverschillen geven relatief grote weerstandsveranderingen.
Typisch bereik: −50 °C tot +150 °C. NTC's zijn klein, goedkoop en reageren snel op temperatuurveranderingen, wat ze uitermate geschikt maakt voor:
Vanwege de niet-lineariteit vereisen NTC's linearisatie via firmware of hardware; moderne meet-IC's doen dit automatisch. Bij langdurig gebruik op hoge temperaturen kan thermische veroudering de karakteristiek doen verschuiven — regelmatige verificatie is aan te raden.
Een thermokoppel bestaat uit twee draden van verschillende metaalsoorten die aan één uiteinde zijn samengevoegd. Op het meetpunt ontstaat door het Seebeck-effect een kleine spanning die evenredig is met het temperatuurverschil tussen het meetpunt en een referentiepunt (de "koude las" of CJC, Cold Junction Compensation). De meetelektronica converteert dit spanningsverschil naar een temperatuurwaarde.
Thermokoppels zijn verkrijgbaar in verschillende typen, gekenmerkt door een lettercombinatie:
De nauwkeurigheid van thermokoppels (klasse 1: ±1,5 °C of ±0,4% (de grootste van beide); klasse 2: ±2,5 °C of ±0,75% (de grootste van beide), conform IEC 60584) is minder dan die van PT100-sensoren, maar het enorme meetbereik maakt ze onmisbaar bij hoge-temperatuurtoepassingen als smelten, sinteren en verbrandingsonderzoek. Verlengsnoeren voor thermokoppels moeten van hetzelfde thermocouple-type zijn om meetfouten te voorkomen.
Contactloze temperatuurmeting is noodzakelijk wanneer het meetobject in beweging is, te heet is voor directe aanraking, of wanneer fysiek contact de meting zou verstoren. Pyrometers meten de infraroodstraling die een object uitzendt en berekenen daaruit de oppervlaktetemperatuur.
Een cruciale parameter is de emissiecoëfficiënt (ε): een getal tussen 0 en 1 dat aangeeft hoe efficiënt een materiaal IR-straling uitzendt ten opzichte van een ideaal zwart lichaam. Metalen hebben doorgaans een lage emissiecoëfficiënt (0,1–0,4); matte, donkere oppervlakken een hoge (0,9–0,98). Een verkeerd ingestelde emissiecoëfficiënt leidt tot systematische meetfouten.
Toepassingen in het laboratorium zijn onder meer:
Een temperatuursensor geeft slechts een betrouwbaar resultaat als hij regelmatig wordt gekalibreerd en de kalibratie traceerbaar is aan nationale of internationale meetstandaarden (SI-stelsel via BIPM/NMi). In GLP- en ISO 17025-omgevingen is kalibratie een formele verplichting, vastgelegd in een kalibratiecertificaat met meetonzekerheidsverklaring.
Praktische kalibratiereferenties zijn onder meer:
Zie ook het kennisbank-artikel over Good Laboratory Practice (GLP) voor richtlijnen rondom meetonzekerheid, kalibratieprocedures en documentatie.
In laboratoria die werken met celkweken, enzymen, reagentia of monsters die temperatuurgevoelig zijn, is continue bewaking van koel- en vriesopslag essentieel. Moderne bewakingssystemen combineren NTC- of PT100-sensoren met een datalogger, alarm-output en cloudconnectiviteit. Drempelwaarden worden ingesteld conform de opslagvereisten van het bewaarde materiaal — veelal −20 °C ± 5 °C voor diepvriezers, +2 tot +8 °C voor gekoelde opslag.
Regelmatige verificatie van de setpointnauwkeurigheid en de responstijd van het alarmsysteem is onderdeel van het kwaliteitssysteem. Vastlegging in een logboek of LIMS is bij GLP verplicht.
Bij het gebruik van waterbaden, verwarmingsmantels en droogstoffen is het van belang onderscheid te maken tussen de insteltemperatuur (setpoint van de regelaar) en de werkelijke temperatuur op het meetpunt in het monster. De stratificatie in een waterbad, de warmteweerstand van de kolfwand en de positie van de sensor ten opzichte van het verwarmingselement bepalen samen het werkelijke temperatuurprofiel. Raadpleeg voor meer achtergrond het artikel over waterbaden en verwarmingsmantels.
Bij technieken als Soxhlet-extractie en vacuümdrogen is de temperatuurbeheersing van het oplosmiddel en het monster bepalend voor de efficiëntie en de integriteit van het analyt. Te hoge temperaturen kunnen vluchtige componenten laten verdampen of warmtegevoelige stoffen degraderen. Zie voor meer achtergrond het kennisbank-artikel over Soxhlet-extractie.
Voor advies bij de keuze van de juiste temperatuursensor of -meter voor uw toepassing kunt u contact opnemen via het contactformulier. Bekijk ook het volledige assortiment temperatuurmeet- en tijdapparatuur.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
