1 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Grunnleggende sensorteknologi Skolelaboratoriet Av Nils Kr. Rossing Skolelaboratoriet ved NTNU

2 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Sensorer

3 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Definisjon av sensor og aktuator Definisjon av sensor: En sensor er en transduser som omdanner en fysisk størrelse til en annen fysisk størrelse som er elektrisk målbar. Definisjon av aktuator (utvidet): En aktuator er en transduser som omdanner en fysisk størrelse (ofte elektrisk) til en annen fysisk størrelse som kan utføre en oppgave. Eks. Gir lys, lyd, driver et relé, en mekanisk bevegelse …

4 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Temperatursensorer NTC LM35

5 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Termistorer NTC-motstand (Negative Temperature Coefficient) PTC-motstand (Positive Temperature Coefficient) R = Resistans ved T R r = Referanseresistans ved T r T = Aktuell temperatur T r = Referansetemperatur B 25/85 = B-verdi, konstant 25 o - 85 o C (for NTC-motstand)

6 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Termistorer (RH16) Tidsrespons = 90% 15 s

7 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Temperaturmåling med NTC Økende spenning med fallende temperatur +4,5 V Inngang Økende spenning med økende temperatur Inngang NTC +4,5 V Hvor skal NTC-motstanden plasseres?

8 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Resistans som funksjon av temperatur

9 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Spenning som funksjon av temperatur NTC Temperatur ˚C Resistans Ohm ADC Vcc = 5 V RsRs (R NTC +R s ) V CC V out = R NTC RsRs V out NTC

10 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Måling av temperatur med temperaturfølsom pn-overgang (LM35) En pn-overgang forspent i lederetning og med konstant strøm (1µA) gir en tilnærmet lineær spenningsvariasjon (1 mV/ºC) som funksjon av temperatur. µA V V out

11 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Temporal temperaturscanning Infrarød scanning av huden rett over temporal arterien som kommer opp på framsiden av øret og ligger ca. 1 mm under huden i panna og har stabil blodstrøm uavhengig av ytre press. Den infrarøde strålingen indikerer energitapet fra huden. Siden temperaturtapet avhenger av romtemperaturen, må også den måles samtidig.

12 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Temperaturmåling ved infrarød stråling Exergen TAT-5000 We compared 3 techniques of TA scanning, axillary thermometry, and oral thermometry in critical care patients. Our results indicate that TA scanning methods were, at best, comparable with axillary measurements. In addition, the performance of the TA scanners varied with body mass index, whereas axillary readings did not. Abstract/2009/01000/Temporal_Artery_Scanning_Falls_Short_as_a.10.aspx Abstract/2007/07000/Temporal_Thermometry_Fails_to_Track_Body_Core.1.aspx Conclusion: These results demonstrate that temporal scanning does not track internal temperature, as measured via intestinal temperature, during passive heating. Given these findings, it is recommended that this technique not be used to assess temperature in hyperthermic diaphoretic subjects.

13 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing IR-strålingssensor Seebeck-effekten Seebeck-effekten: En samling halvlederelementer En kald og en varm side Flere frie ladningsbærere på varm enn på kald side Diffusjon av ladningsbærere fra varm til kald side Oppstår et elektrisk felt som kan gi strøm i sluttet krets. SMTIR 9901 Følsomhet: 110 V/W Responstid: 40 msek. Temp.område: -20 til +100 ºC Bølgelengder > 5,5 µm EsEs EsEs SMTIR9901 Bodø Rossing

14 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Peltier-Seebeck-effekten CanSat – sept IR-sensor

15 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Lyssensorer LDR (Light Dependent Resistor) Fototransistorer

16 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Lysfølsom motstand (LDR) Cadmiumsulfid Elektroner eksiteres til ledningsbåndet

17 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Fullt sollys lux (1000 W/m 2 ) Sollyset en tidlig morgen lux Belysningen i et TV-studio lux Et godt opplyst kontor 400 lux Lyset fra en fullmåne 1 lux Lysfølsom motstand (LDR)

18 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Måling av lysstyrke med LDR Økende spenning med økende lysstyrke +5 V Inngang Økende spenning med fallende lysstyrke Inngang +5 V Hvor skal LDR-motstanden plasseres? LDR

19 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing CanSat – sept 2013 Small project for introduction to light sensors – a proposal

20 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Hagelys Hvordan virker solcelledrevet hagelys CanSat – sept 2012 Miniprosjekt: Utforsk og beskriv virkemåte Lag en hypotese om hvordan den fungerer Plukk fra hverandre Hva ser du? Beskriv! Hvilke deler består den av? Revider hypotesen for virkemåte Klarer du å tegne et koblingsskjema eller blokkdiagram?

21 SKOLELABORATORIET Nils Kr. Rossing Kolorimeter CanSat – sept 2012