Givare och system. Givare. Elektrisk Impedans Spänning Ström Frekvens. Mekanisk Kemisk Biologisk Magnetisk. Sensor

Transkript

1 Givare och system 1 Givare Mekanisk Kemisk Biologisk Magnetisk Sensor Elektrisk Impedans Spänning Ström Frekvens 2 1

2 Inför labben Givarlab Ingen labbhandledning 4 olika mätsituationer Jobbar 4 och 4 En uppgift vid varje station! 3 Mätproblem Vad skall vi mäta? Hur skall vi mäta? Med vilken givare? Datablad Lära känna givaren!!!! 4 2

3 Instruktioner för projektpresentationer. Presentationernas längd, 15 minuter. Ni kan använda PowerPoint (eller liknande) En annan utsedd grupp opponerar ca 5 minuter Innehåll: Ett mätsystem där ni fördjupar er på en eller flera delar.! 5 Bedömningskriterier Att presentationen riktar sig till rätt målgrupp, BME-studenter i årskurs 3 Disposition av presentationen Tydlighet Samarbete mellan presentatörerna Hur hjälpmedel används Det tekniska innehållet i presentationen! 6 3

4 Alkoholsensor 7 Alkoholsensor Olika typer Sensorerna kan vara baserade på: Metalloxid Bränslecell 8 4

5 Alkoholsensor Metalloxid SnO 2, mikromekaniskt tillverkad Billig Liten Enkel Robust Enkel avläsning, resistans 9 Alkoholsensor Metalloxid 10 5

6 Alkoholsensor Metalloxid Nackdelar: Ospecifika Ej stabila under lång tid 11 Alkoholsensor Bränslecell Dyr Bättre än metalloxid Ger en spänning ut Ospecifik Polisens vapen mot rattfyllerister 12 6

7 Alkoholsensor Bränslecell 13 Mekaniska givare Tryckgivare Flödesgivare Accelerometer 14 7

8 Givarprinciper 15 Tryckgivare 16 8

9 Tryckgivare Historik Rörelse överförs till en visare 17 Vilket tryck Absolut tryck Gaugetryck Diferentiellt tryck 18 9

10 Vilket tryck Absolut tryck Gaugetryck Diferentiellt tryck Tryck mätt mot vakuum Tryck mätt mot atm Tryck mätt mot annat tryck 19 Tryck - enheter 20 10

11 Er tryckgivare 21 Er tryckgivare 22 11

12 µ-mekanisk tryckgivare 23 Flödesgivare 24 12

13 Flödesmätning Volymflöde, m 3 /s, µl/min Massflöde, kg/s 25 Venturirör 26 13

14 Bernouillis lag Summan av lägesenergi och rörelseenergi konstant. p "v 2 + "gh = konstant v = q A 27 Venturirör 28 14

15 Bernouillis lag Summan av lägesenergi och rörelseenergi konstant. p "v 2 + "gh = konstant v = q A q = C d " A 2 $ 1# A ' 2 & ) % ( A 1 " 2" ( p 1 # p 2 ) 2 * 29 Obstruktionsmätare 30 15

16 Corioliskraft Massflöde 31 Corioliskraft Massflöde 32 16

17 Varmtrådsanemometer 33 Gasflödesgivare Honeywell 34 17

18 Flödesmätare 35 Accelerometer 36 18

19 Accelerometer 37 Accelerometer 38 19

20 Micro accelerometer 39 Micro accelerometer 40 20

21 Accelerometer 41 Accelerometer 42 21

22 Accelerometer 43 Mikrosensorer Kemiska & Biologiska sensorer 44 22

23 Flow sensor 45 Accelerometer 46 23

24 Kapacitiv accelerometer 47 Kapacitiv accelerometer 48 24

25 Mikrosensorer Varför mikro/nano 49 Varför mikro/nano Små Snabba Kiselsensorer med elektronik Ingen matrialutmattning i kisel Ingen eller liten hysteres Polymerteknik (kemiska system) Laminärt flöde 50 25

26 Varför mikro/nano Kemi Små prov volymer = låg analytkonsumtion Korta diffusionslängder Mikroteknologi = reproducerbara system Batch tillverkning = billiga komponenter Avancerade sensorer/multisensor chips High Sample Throughput (HST) 51 Kiselsensorer för termiska signaler Termoelektriska effekter Termoresistorer Dioder och transistorer Temp. sensorer för bla. flöde, tryck & IR, 26

27 Termoelement ΔV = (α a -α b )ΔT Seebeckeffekten i metaller 1. Ferminivåns temperaturberoende 2. Diffusionskoefficienten för laddningsbärare 3. Termodiffusion 27

28 Termospänning mätt mot platina Termostapel på kisel 28

29 Termoresistans Platina Termoresistans i halvledare (extrinsiskt kisel) Resistiviteten vs. temp Elektrontäthetets vs. temp 29

30 Fotodiod Elektron-/hålpar som bildas i utarmningregionen för den backspännda pn-övergången ger upphov till fotoströmmen. Karakteristik för pnfotodioden Open circuit Short circuit V oc = kt/e ln(i L /I S +1) 30

31 Olika typer av fotodioder Optiska Givare 62 31

32 Optiska Givare 63 Kemiska Givare Resistiva Kapacitiva Mekaniska Kalorimetriska Metall-oxid gassensorer Fälteffekttransistorer (ISFET, CHEMFET) Elektrokemiska (potentiometriska, amperometriska) Akustiska vågsensorer 64 32

33 Användnings områden Medicinsk diagnostik Implanterbara biosensorer Monitorering i tillverknings/process industrin Miljö analys/övervakning Farmaceutisk screening Forskning 65 Elektrokemiska Det finns även en mängd andra elektrokemiska mätmetoder t.ex. olika former av voltametri

34 Kapacitiva Kan användas till att mäta; specifika gaser, ph eller humiditet 67 Fälteffekttransistorer 68 34

35 Charles Lieber Single particle detection Ultrasensitive detection of proteins for cancer Chemical and biological warfare agents Large-scale addressable arrays for screening in biology and medicine 69 Charles Lieber 70 35

36 Charles Lieber 71 Charles Lieber 72 36

37 Charles Lieber 73 Charles Lieber 74 37

38 Sensorer för massa 75 Sensorer för massa Sara G Nilsson et al 76 38

39 Sensorer för massa Figure 3. Frequency spectra from the as-fabricated array of two cantilevers obtained before and after deposition of Au. The added mass generates frequency shifts of 9.7 and 5.7 khz for the 81 and 106 µm long cantilevers, respectively. Sara G Nilsson et al 77 Enzymatiska sensorer Glucose sensor GOD Glucose + O 2 " Gluconic acid + H 2 O 2 GOD=Glucose oxidase 78 39

40 Mikroenzymreaktor 1. anisotropt etsade vertikala flödeskanaler 2. Kanalväggarna är etsade poröst 79 Enzymatiska sensorer Glucose sensor GOD Glucose + O 2 " Gluconic acid + H 2 O 2 GOD=Glucose oxidase 80 40

41 Glucose sensor Glucose sensor 81 Glucose sensor Mäter blodsockerhalten i blodet med hjälp av spektroskopi 82 41