Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Labortechnik> Laborgeräte> Temperatur-Messsonde im Rotor einer Zentrifuge

LabortechnikTemperatur-Messsonde im Rotor einer Zentrifuge

Temperatur-Messsonde im Rotor einer Zentrifuge
Labortechnik: Temperatur-Messsonde im Rotor einer Zentrifuge

In einer Kooperation des Ingenieurbüros Guttke, der inotec Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH und der HTWK Leipzig, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, wurde ein neuartiges Temperaturmessgerät auf NTC-Basis entwickelt, welches bei Drehzahlen bis 15 000 min–1 im geschlossenen Rotor einer Zentrifuge Temperaturen misst. Für das Zentrifugieren von Proben, wie z.B. Blut, muss die vorgegebene Probentemperatur exakt eingehalten werden. Bisher war kein Messgerät am Markt erhältlich, welches die Möglichkeit bot, während der Rotation die Probentemperatur zu messen.

Das Problem
Die größte Herausforderung dieses Projekts besteht in der Beschleunigung, die Werte von 210 000 m/s2 annehmen kann. Alle Bestandteile des Sensors müssen daher der 21-tausendfache Fallbeschleunigung widerstehen. Essentiell ist zudem die Minimierung der Masse des Sensors, um die Wuchtgüte nicht zu stark zu beeinflussen. Je Gramm Sensormasse wird in der Zentrifuge eine Radialkraft von 210 Newton erzeugt, die die Mechanik von Zentrifuge und Sensor belasten.

Anzeige

Trotz kleiner Masse und der damit eingeschränkten Batteriekapazität, soll der Sensor ein Jahr verwendbar sein. Für die Signalverarbeitung kam eine Telemetrielösung oder ein sensorinterner Messwertspeicher in Frage. Eine Funkverbindung zur Übertragung der Messdaten aus dem rotierenden, hermetisch geschirmten Rotor heraus aufzubauen, wurde nach ersten Recherchen verworfen.

Die Lösung
Basis des neuen Temperatursensors ist ein Messgerät für die medizinische Diagnostik, das bei inotec FEGmbH entwickelt wurde. Es arbeitet batteriebetrieben und kann über mehrere Monate die Körperkerntemperatur von Menschen sehr genau messen. Der Datenspeicher nimmt mehrere tausend Messwerte auf. Der Messbereich dieses Sensors wurde auf –10...+70 °C erweitert und ein spezielles wasserfestes Gehäuse entwickelt, welches eine kleine thermische Zeitkonstante sowie eine hohe mechanische Stabilität bei geringer Masse aufweist.

Durch Messungen im Temperaturprüfschrank an der HTWK Leipzig konnte nachgewiesen werden, dass die 70 % Einschwingzeit des Sensors in der flüssigen Probe kleiner als 10 s ist. Die Probentemperatur kann nach Kalibrierung des Sensors mit einer Unsicherheit von 0,2 K (Ein-Sigma-Grenze) gemessen werden. Das Messintervall ist frei zwischen 5 s und 10 min einstellbar. Je nach gewähltem Messintervall reicht der Messwertspeicher für die Aufzeichnung mehrerer Stunden bis hin zu mehreren Monaten. Eine Echtzeituhr ordnet jedem Messwert einen Zeitstempel (die exakte Uhrzeit) zu. Nach der Messung kann man die gespeicherten Temperaturmesswerte kontaktlos an einen PC übertragen und anschließend auswerten.

Die mittlere Stromaufnahme des Temperatursensors im Messbetrieb ist <2 µA. Damit kann ein ganzes Jahr mit der Sonde gemessen werden, ohne den Standby-Modus (Stromsparmodus) zu aktivieren. Im Standby-Modus kann die Sonde bis zu zehn Jahre gelagert werden.

Ausblick
Optimierungspotenzial für die Zukunft liegt in einer Spannungsversorgung, die sehr klein, leicht, mechanisch robust und wieder aufladbar ist. Damit wäre die Lebensdauer des Sensors nicht mehr begrenzt. Diese Spannungsversorgung sollte eine Messzeit von mehr als einer Stunde und mindestens einen Auslesevorgang mit dem PC ohne Nachladen ermöglichen. Noch sind keine geeigneten Bauelemente für diese Anwendung verfügbar. Die erforderlichen Kondensatoren mit einer Kapazität von etwa 4 mF sind derzeit noch zu groß. Akkus in geeigneter Bauform weisen eine zu kleine Strombelastbarkeit auf und sind mechanisch nicht robust genug. Das Fernziel besteht in einem Telemetriesystem, welches eine Übertragung der Messwerte während der Rotation gewährleistet.
Sebastian Guttke, Ben Andrack (inotec FEGmbH Leipzig), Andreas Hebestreit (HTWK Leipzig). Kontakt: sguttke@yahoo.de

Anzeige

Weitere Beiträge in dieser Rubrik

Daten-ManagementElektronisches Laborbuch in drei Sprachen

Das Berliner Unternehmen labfolder bietet eine digitale Plattform für das Labordatenmanagement an. Die Nutzer profitieren von Vorteilen wie effizientem Management wissenschaftlicher Daten, Kollaborations- und Teammanagement-Funktionen entsprechend aller gängigen Industriestandards auf Englisch, Deutsch und jetzt auch auf Französisch.

…mehr
Mit dem LC Lab erschließt der Paderborner Maschinenbauer Lödige die Möglichkeiten des hocheffizienten Tabletten-Coatings jetzt auch für den Labormaßstab.

Lödige auf der InterpackTabletten-Coating für den Labormaßstab

Einen besonderen „Hingucker“ verspricht Lödige zur Interpack: Ausgerechnet die kleinste Maschine am Messestand wird als komplette Neuentwicklung vermutlich das größte Interesse wecken.

…mehr
Die neuen Labormarker von edding überzeugen durch ihre hohe Abriebfestigkeit auf allen glatten und durchsichtigen Materialien wie beispielsweise Objektträgern.

LabormarkerAbrieb- und wasserfest

Beschriftungen und Markierungen auf Laborgeschirr, Reaktionsgefäßen oder Objektträgern aus Glas und Kunststoff sowie Etiketten gehören in Laboren zum täglichen Arbeitsablauf. Die neu entwickelten Labormarker von edding verfügen über die dazu notwendigen Eigenschaften.

…mehr
Schneidmühlen

SchneidmühleFür große Probenstücke und hohen Durchsatz

Retsch erweitert die Palette der Schneidmühlen um ein Modell: Die neue SM 400 XL eignet sich für die Vorzerkleinerung großer Probenstücke mit Abmessungen bis 170 x 220 mm, erreicht aber, je nach Anwendung, oft auch die gewünschte Endfeinheit in einem Schritt.

…mehr
chirale Alkohole herstellen: Asymmetrische Reduktion

chirale Alkohole herstellenAsymmetrische Reduktion

Mit Chiralidon®- R/S einfach und grün chirale Alkohole herstellen. Reaktionen, die zu enantiomerenreinen sekundären Alkoholen führen, spielen in der Synthese von chiralen Zwischenprodukten wie z.B. APIs eine herausragende Rolle.

…mehr

Neue Stellenanzeigen