DD270448A3 - Method for calibrating temperature measuring devices - Google Patents
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Abstract
Ziel der Erfindung ist die Kalibrierung von Temperatur-Messvorrichtungen, insbesondere an mikroskopischen Heiz- und Kuehleinrichtungen, vornehmlich fuer Biologie und Medizin, wodurch der systematische Temperaturmessfehler des eigentlichen Temperatursensors in Abhaengigkeit von der Objekttemperatur im nutzbaren Temperaturbereich ermittelt werden kann. Erfindungsgemaess wird aus kristallin-fluessigen Testsubstanzen mit unterschiedlichen, den Uebergang vom anisotropen zum isotropen Zustand charakterisierenden Klaertemperaturen eine Konzentrationsreihe gebildet. Insbesondere werden erfindungsgemaess Gemische aus 4-n-Methoxybenzoesaeure - (4-n-pentylphenylester) und 4-n-Hexylbenzoesaeure - (4-n-propylphenylester) eingesetzt.The aim of the invention is the calibration of temperature measuring devices, in particular microscopic heating and cooling devices, primarily for biology and medicine, whereby the systematic temperature measurement error of the actual temperature sensor can be determined depending on the object temperature in the usable temperature range. According to the invention, a concentration series is formed from crystalline liquid test substances having different Klaertemperaturen characterizing the transition from the anisotropic to the isotropic state. In particular, mixtures according to the invention of 4-n-methoxybenzoic acid (4-n-pentylphenyl ester) and 4-n-hexylbenzoic acid (4-n-propylphenyl ester) are used.
Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Temperatur-Meßvorrichtungen an Heiz- und Kühleinrichtungen, vornehmlich für Mikroskope.The invention relates to a method for calibrating temperature measuring devices on heating and cooling devices, primarily for microscopes.
Bekannte Heiz- und Kühleinrichtungen an Mikroskopen sind im allgemeinen mit einem Temperatur-Meßrnittel (Ausdehnungsthermometer, Widerstandsthermometer, Thermoelement) ausgerüstet. Da mikroskopische Objekte wegen ihrer sehr geringen Masse und Größe nur sehr geringe Wärmekapazität haben, führt die an sich anstrebenswerte Annäherung des Temperatursensors an die jeweils beobachtete Objektstelle zu u. U. erheblicher Verfälschung des Tsmperaturfeldes im Objektraum. Man ordnet deshalb den Temperatursensor in einiger Entfernung vom beobachteten Objektfeld an und nimmt damit einen im allgemeinen temperaturabhängigen, systematischen Meßfehler der Temperaturanzeige in Kauf. Bestimmung von Größe und Temperaturabhängigkeit dieses Meßfehlers erfolgt in bekannter Weise so, daß man als mikroskopisches Testpräparat reine kristalline oder flüssige Substanzen oder Mischungen aus solchen Substanzen (Testsubstanzen) einsetzt, an denen im mit der Heiz- und Kühleinrichtung nutzbaren Temperaturbereich beobachtbare Umwandlungen (Schmelzen, Erstarren, Modifikationsänderungen u. ä.) auftreten. Verwendet man eine Reihe solcher Testsubstanzen, deren Umwandlungstemperaturen möglichst gleichmäßig über den nutzbaren Temperaturbereich verteilt sind, läßt sich der systematische Meßfehler des eingesetzten Temperatur-Meßmittels in Abhängigkeit von der Objekttemperatur bestimmen. Bei der Ermittlung des systematischen Meßfehlers ist stets ein vorgeschriebenes Arbeitsregime einzuhalten. (L. Kofier; A. Kofier: Mikromethoden zur Kennzeichnung organischer Stoffe und Stoffgemische. Universitätsverlag Wagner GmbH, Innsbruck 1948).Known heating and cooling devices on microscopes are generally equipped with a temperature Meßrnittel (expansion thermometer, resistance thermometer, thermocouple). Since microscopic objects have only very small heat capacity because of their very small mass and size, the approach of the temperature sensor, which is desirable in itself, leads to the respectively observed object location. U. significant falsification of Tsmperaturfeldes in the object space. Therefore, one arranges the temperature sensor at some distance from the observed object field and thus accepts a generally temperature-dependent, systematic measurement error of the temperature display in purchasing. Determination of size and temperature dependence of this measurement error is carried out in a known manner so that as a microscopic test preparation pure crystalline or liquid substances or mixtures of such substances (test substances) is used, in which observable in the temperature range usable with the heating and cooling device transformations (melting, solidification , Modification changes, etc.). If one uses a series of such test substances whose transformation temperatures are distributed as uniformly as possible over the usable temperature range, the systematic measurement error of the temperature measuring means used can be determined as a function of the object temperature. When determining the systematic measurement error, a prescribed working regime must always be observed. (L. Kofier, A. Kofier: Micromethods for the Identification of Organic Substances and Mixtures., Universitätsverlag Wagner GmbH, Innsbruck 1948).
Mit Heiz- und Kühleinrichtungen für mikroskopische Untersuchungen in Biologie und Medizin wird im allgemeinen bei Temperaturerf gearbeitet, die sich nur relativ wenig von der Humantemperatur +37°C unterscheiden. Dabei wird der Einsatz von Testsubstanzsn der beschriebenen Art fragwürdig, da in Abhängigkeit von der geographischen Lage des Einsätzortes der mikroskopischen Einrichtung die kritischen Umwandlungstemperaturen - vornehmlich Schmelz- und Erstarrungstemperaturen - der benutzten Testsubstanzen mehr oder weniger häufig über- bzw. unterschritten werden, wodurch im Veriauf der Zeit z. B. anfangs feinkörnig-kristallin vorliegende Testsubstanzen zusammenschmelzen. Beim nachfolgenden Zerkleinern kann es leicht zu Verunreinigungen oder anderen Beeinflussungen der Testsubsianzen kommen, die deren Einsatz zur Meßfehlerermittlung praktisch unmöglich machen. (B. Hahne; R. Herrling; M. Neupert; H. H. Seyfarth: Der Heiz- und Kühltisch -20...+800C und seine Anwendung. Jenaer Rundschau 17/1972-2/75-83).With heating and cooling devices for microscopic studies in biology and medicine is generally worked at Temperaturerf, which differ only relatively little from the human temperature + 37 ° C. The use of test substances of the type described is questionable, since depending on the geographical location of the Einwirkortes the microscopic device, the critical transformation temperatures - especially melting and solidification temperatures - of the test substances used more or less often exceeded or fallen below, thereby in Veriauf the time z. B. initially fine-crystalline-present test substances melt together. Subsequent comminution can easily lead to contamination or other influences on the test sub-assemblies, which make their use for measuring error detection practically impossible. (B.Hahne, R. Herrling, M. Neupert, HH Seyfarth: The heating and cooling table -20 ... + 80 0 C and its application Jenaer Rundschau 17 / 1972-2 / 75-83).
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Übergangstemperatur vom anisotropen zum isotropen Zustand bei Substanzen mit rlüssigkn'stallstruktur benutzt wird, um an integrierten Schaltkreisen im Betrieb auftretende Temperaturfelder durch die Ermittlung von Isothermen zu charakterisieren.Furthermore, a method is known in which the transition temperature from the anisotropic state to the isotropic state is used for substances with liquid crystal structure in order to characterize temperature fields occurring on integrated circuits during operation by determining isotherms.
Es wurde bereits vorgeschlagen. Flüssigkristalle, die bei den Phasenumwandlungstemperaturen typische optische Änderungen zeigen, zur Ermittlung von Isothermen auf festen Oberflächen einzusetzen. (GB-Patentschrift 1442802: F. N. Sinnadurai; C. E. Stephens; A. J. Melia/Post Office, London, Temperature measurement using liquid crystals. IPK- GOIK 11/12,9. 2. 73/14. 7. 76). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die einzusetzenden Flüssigkristallsubstanzen festgelegte Umwandlungstemperaturen haben, die nach dem vorgeschlagenen Verfahren nicht veränderbar sind. Oft benötigt man jedoch die Messung einer bestimmten, durch das zu lösende Problem festgelegten Temperatur.It has already been proposed. Liquid crystals, which show typical optical changes at the phase transition temperatures, to determine isotherms on solid surfaces. (GB Patent 1,442,802: F.N. Sinnadurai, C.E. Stephens, A.J. Melia / Post Office, London, Temperature Measurement Using Liquid Crystals IPK-GOIK 11 / 12.9, 2. 73/14, 7. 76). This process has the disadvantage that the liquid crystal substances to be used have fixed transformation temperatures which can not be changed by the proposed process. However, it is often necessary to measure a specific temperature determined by the problem to be solved.
Es wird '·. der Literatur auch ein Verfahren beschrieben, bei dem die Klärtemperatur einer Substanz mit Flüssigkristallstruktur zur Terr.peraturermittlung dient, wobei die Klärtemperatur durch die Zugabe eines Lösungsmittels variierbar ist. (Gti-Paientschrift 2078954: H. J. Coles/The Victoria University of Manchester: A liquid crystal temperature indicator. IPKG01K '· 1/16,1. 7. 80/13.1. 82). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das uösungsmittel leicht verdampft und sich damit die Übergangstemperatur ändert, was zu erheblichen Meßfehlern führen kann.It will '·. The literature also describes a method in which the clearing temperature of a substance with liquid crystal structure for Terr.peraturermittlung is used, wherein the clearing temperature is variable by the addition of a solvent. (Gti-Paientschrift 2078954: HJ Coles / The Victoria University of Manchester: A liquid crystal temperature indicator. IPKG01K '· 1 / 16.1. 7. 80 / 13.1. 82). This method has the disadvantage that the solvent evaporates easily and thus changes the transition temperature, which can lead to considerable measurement errors.
Ziel der Erfindung ist die Kalibrierung von Temperatur-Meßvorrichtungen, insbesondere an mikroskopischen Heiz- und Kühleinrichtungen vornehmlich für Biologie und Medizin, wodurch der systematische Temperaturmeßfehler des eigentlichen Temperatursensors (Ausdehnungsthermometer, Widerstandsthermometer, Thermoelement) in Abhängigkeit von der Objekttemperatur im nutzbaren Temperaturbereich ermittelt werden kann.The aim of the invention is the calibration of temperature measuring devices, especially on microscopic heating and cooling devices primarily for biology and medicine, whereby the systematic Temperaturmeßfehler the actual temperature sensor (extension thermometer, resistance thermometer, thermocouple) can be determined in dependence on the object temperature in the usable temperature range.
Aufgabe der Erfindung ist der Ein?dtz von Substanzen, die stabil, farblos und nicht hygroskopisch sind, keine Sublimationserscheinungen zeilen sowie Umwandlungstemperaturen ohne Hystereseeffekte aufweisen, sls Testsubstanzen zur Kalibrierung mikroskopischer Heiz- und Kühleinrichtungen.The object of the invention is the use of substances which are stable, colorless and non-hygroscopic, have no sublimation phenomena and have transition temperatures without hysteresis effects, ie test substances for calibrating microscopic heating and cooling devices.
Es wurde gefunden, daß zv.< Kalibrierung von Temperaturmeßmitteln für Heiz- und Kühleinrichtungen, insbesondere für Mikroskope, chemische Verbindungen einer Konzentrationsreihe aus Substanzen mit Flüssigkristallstruktur sowie unterschiedlichen, den Übergang vom anisotropen in den isotropen Zustand charakterisierenden Klärtemperaturen hervorragend als Testsubstanzen geeignet sind.It has been found that zv. Calibration of temperature measuring for heating and cooling devices, in particular for microscopes, chemical compounds of a series of liquid-crystalline substances and different, the transition from anisotropic to isotropic state characterizing clearing temperatures are excellent as test substances.
Als Testsubstanzr.n können insbesondere Gemische einer Konzentrationsreihe zwischen 4-Methoxyben?jesäure-(4-n-pentyiphenylester) und 4-n-Hexylbenzoesäure-(4-n-propyiphenylester) benutzt werden. Vorteilhaft ist die Beobachtung der Testsubstanzen am Klärpunkt im polarisierten Licht zwischen gekreuzten Polaren. Diese Testsubstanzen werden sta'.t der üblichen Objekte erhitzt und abgekühlt, um den systematischen Fehler der Anzeige des eigentlichen Temperaturmeßmittels (Ausdehnungs- oder Widerstandsthermometer, Thermoelement) in seiner Größe und Temperaturabhängigkeit zu ermitteln.In particular, mixtures of a concentration series between 4-methoxybenzoic acid (4-n-pentyphenylester) and 4-n-hexylbenzoic acid (4-n-propyiphenylester) may be used as the test substance. It is advantageous to observe the test substances at the clearing point in polarized light between crossed polar. These test substances are sta't. Of the usual objects heated and cooled to determine the systematic error of the display of the actual Temperaturmeßmittels (expansion or resistance thermometer, thermocouple) in its size and temperature dependence.
A>isfiihrungsbeispieleA> isfiihrungsbeispiele
Die nachstehend verzeichneten Substanzen besitzen Klärtemperaturen, die ein weites Temperaturgebiet überstreichen und zur erfindungsgemäßen Nutzung in mikroskopischen Heiz- und Kühleinrichtungen geeignet sind.The substances listed below have clearing temperatures which cover a wide temperature range and are suitable for use according to the invention in microscopic heating and cooling devices.
Es bedeuten hierbei:It means:
K = kristallin - festK = crystalline - solid
N = nematischer ZustandN = nematic state
Sc = smektische C-PhaseSc = smectic C phase
Is = isotrop - flüssigIs = isotropic - liquid
2) CHpO- /ÖY-COO- /O)-OcBL,2) CHpO- / OE-COO- / O) -OcBL,
3) C5H11O-(O)-CJOO- (0) -Cr3) C 5 H 11 O- (O) -CJOO- (0) -Cr
4) CH0O- <V> -COO- <V4) CH 0 O- <V> -COO- <V
5) O6H13O- (Oy -COO- (O)-OC9H17 5) O 6 H 13 O- (Oy-COO- (O) -OC 9 H 17
6) O2H5O- (θ) -COO- (θ) -0-C-C4Hq6) O 2 H 5 O- (θ) -COO- (θ) -O-CC 4 Hq
7) C3H7O- (θ) -N=N- (o\ -OC3H7 7) C 3 H 7 O- (θ) -N = N- (o -OC 3 H 7
8) CH3O- (θ) -N=N- <V) -OCH3 8) CH 3 O- (θ) -N = N- <V) -OCH 3
9) C8H17O-COO- (θ) -COO- (θ) -OOC- (θ) -9) C 8 H 17 O-COO- (θ) -COO- (θ) -OOC- (θ) -
ClCl
K 9,3 N 15 IsK 9,3 N 15 Is
K 29 N 42 Is K 43 N % Is K 55 N ?8,5 Is K 51 N 89 Is K 95.5 N106,5IsK 29 N 42 Is K 43 N% Is K 55 N? 8.5 Is K 51 N 89 Is K 95.5 N106.5Is
K118,2N135,2IsK118,2N135,2Is
K 76 H 157K 76 H 157
10) O2HcO- (Ö) -NaN- (Ö) -(XJ2H5 K136,6N167,5Is10) O 2 HcO- (O) -NaN- (O) - (XJ 2 H 5 K136,6N167,5Is
11) O2H5- (S) -000- (Ö) -000- (Ö) -OC7H15 K62(Sc41,5)N183Is11) O 2 H 5 - (S) -000- (O) -000- (O) -OC 7 H 15 K62 (Sc41.5) N 183Is
12) o5h11 000- (ö) -000- (ö) -000- (o)-oo-o5h11 12) o 5 h 11 000- (ö) -000- (ö) -000- (o) -oo-o 5 h 11
ohTOh T
E 100 N 209 IsE 100 N 209 Is
13) 0^H9O- (Ö) -000- (O)-OOO- (Ö) -OC5H11 K 140 N 229 Is13) 0 ^ H 9 O- (O) -000- (O) -OOO- (O) -OC 5 H 11 K 140 N 229 Is
14) C^H11 000- (Ö) -000- (Ö) -000- (θ)14) C ^ H 11 000- (O) -000- (O) -000- (θ)
K 155 Π 246 IsK 155 Π 246 Is
Die Gemische je zweier benachbarter Substanzen dieser Tabelle erlauben dabei je nach ihrer Zusammensetzung das Überstreichen aller Temperaturen zwischen den Klärpunkten (n/ls) der reinen Substanzen.Depending on their composition, the mixtures of each two adjacent substances of this table permit sweeping of all temperatures between the clearing points (n / ls) of the pure substances.
4-n-Methoxybenzoesäure-(4-n-pentylphenylester) (A)4-n-Methoxybenzoic acid (4-n-pentylphenyl ester) (A)
GH3O -< O >- COO -GH 3 O - <O> - COO -
und 4-n-Hexylbenzoesäure-(4-n-propylphenylester) (B)and 4-n-hexylbenzoic acid (4-n-propylphenyl ester) (B)
°6H13 ""° 6 H 13 ""
bilden zwischen dem festen und dem isotrop-flüssigen Zustand eine nematische kristallin-flüssige Phase aus. Die nachfolgende Tabelle gibt die Umwandlungstemperaturen des Übergangs nematisch nach isotrop-flüssig (Klärtemperaturen) sowohl für die reit.en Komponenten als auch für einige ausgewählte Mischungen an.Form between the solid and the isotropic-liquid state of a nematic crystalline-liquid phase. The table below gives the transition temperatures of the transition nematic to isotropic-liquid (clearing temperatures) for both the equiax components and some selected mixtures.
1,0 42,0-42,51.0 42.0-42.5
0,9 37,7-38,00.9 37.7-38.0
0,8 33,9-34,10.8 33.9-34.1
0,7 29,7-30,00.7 29.7-30.0
0,6 26,9-27,10.6 26.9-27.1
C.5 23,2-23,4C.5 23,2-23,4
0,42 20,5-21,00.42 20.5-21.0
0,30 17,0-17,40.30 17.0-17.4
0,15 12,0-12,40.15 12.0-12.4
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WO2013057308A3 (en) * | 2011-10-20 | 2014-07-10 | Qiagen Instruments Ag | Method and system for verifying a temperature measurement in a micro-environment |
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1986
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