第六章其他类型传感器精要.ppt

第三节 生物传感器 生物传感器是利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质的传感器，是分子生物学与微电子学、电化学、光学相结合的产物，是在基础传感器上耦合一个生物敏感膜而形成的新型器件，将成为生命科学与信息科学之间的桥梁。 一、生物传感器原理 1．生物识别功能物质及固定化技术 2．生物传感器的工作原理 3．生物传感器的分类与特点 二、血糖传感器与检测装置 组成：一种电极就是测血糖浓度值的传感器又称血糖测试电极(酶传感器)；另一种是检验电极(物理传感器)，主要用来对血糖测试模块的硬件进行检测和校准。两个电极外形尺寸相同，使用同一个电极插座进行检测。 1．血糖检测电极结构与工作原理 背面 2 1 2 4 5 3 正面 1血液注入口；2放气口； 3试样确认窗；4插入方向箭头； 5电极连接端子 是在碳电极表面上涂了一层与葡萄糖定量反应的葡萄糖氧化酶和传输电子的物质制成的电化学式生物传感器。当血液滴入这种血糖电极上时，在葡萄糖酶的催化作用下，血糖测试试纸上的传输电子物质在碳电极表面被强制性氧化，其氧化还原反应过程中形成的氧化电流跟葡萄糖浓度成线性关系，通过测定氧化电流的强度计算血糖浓度。 相对湿度/% H1 H2 H2 感湿温度系数示意图 相对湿度/% H1 H2 H2 R C T2 T2 T2 T2 25℃ 25℃ (a) 电阻型 (b)电容型 6、响应时间 在一定温度下，当相对湿度发生跃变时，湿度传感器的电参量达到稳态变化量的规定比例所需要的时间。一般是以相应的起始和终止这一相对湿度变化区间的63％作为相对湿度变化所需要的时间，也称时间常数，它是反映湿度传感器相对湿度发生变化时，其反应速度的快慢。单位是s。也有规定从起始到终止90％的相对湿度变化作为响应时间的。响应时间又分为吸湿响应时间和脱湿响应时间。大多数湿度传感器都是脱湿响应时间大于吸湿响应时间，一般以脱湿响应时间作为湿度传感器的响应时间。 7、电压特性 当用湿度传感器测量湿度时，所加的测试电压，不能用直流电压。这是由于加直流电压引起感湿体内水分子的电解，致使电导率随时间的增加而下降，故测试电压采用交流电压。 右图表示湿度传感器的电阻与外加交流电压之间的关系。可见，测试电压小于5V时，电压对阻——湿特性没有影响。但交流电压大于15V时，由于产生焦耳热，对湿度传感器的阻——湿特性产生了较大影响，因而一般湿度传感的使用电压都小于10V。 Lg R /Ω 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 20℃ 100Hz 11% RH 33% RH 75% RH 100% RH U/V 20℃ 5V 11% RH 33% RH 100% RH Lg f / Hz 0 1 2 3 4 5 6 5 7 8 4 75% RH Lg R /Ω 8、频率特性 湿度传感器的阻值与外加测试电压频率的关系，如图。在高湿时，频率对阻值的影响很小，当低湿高频时，随着频率的增加，阻值下降。对这种湿度传感器，在各种湿度下，当测试频率小于103Hz时，阻值不随使用频率而变化，故该湿度传感器上限频率为103Hz。湿度传感器的上限频率由实验确定。直流电压会引起水分子的电解，因此，测试电压频率也不能太低。 三、电解质湿度传感器 典型的氯化锂湿度传感器是在聚苯乙烯圆管上做出两条相互平行的钯引线做电极，在该聚苯乙烯管上涂覆一层经过处理的聚乙烯醋酸盐和氯化锂水溶液的混合液，以形成均匀薄膜。 氯化锂湿度传感器结构 A B B 钯丝 A 涂有聚苯乙烯薄膜的圆筒 0 30 60 90 0.01 0.1 1 10 R/108Ω 相对湿度/% ① ② ③ ④ ⑤ ④ 1.0 % LiCl ⑤ 2.2%LiCl ③ 0.5% LiCl ② 0.25% LiCl ① PVAC 氯化锂的阻—湿特性 组合式氯化锂的阻—湿特性 0 30 60 90 0.01 0.1 1 10 相对湿度/% R/108Ω 把不同感湿范围的单片湿度传感器组合起来,可制成相对湿度工作量程为20％～90％RH的湿度传感器 聚苯乙烯醋酸酯 四、陶瓷湿度传感器 利用半导体陶瓷材料制成的陶瓷湿度传感器。 优点： 测湿范围宽，可实现全湿范围内的湿度测量； 工作温度高，常温湿度传感器的工作温度在150℃以下，而高温湿度传感器的工作温度可达800℃，响应时间较短，精度高，抗污染能力强，工艺简单，成本低廉。 多数湿度传感器的感湿特征量为电阻。除Fe2O3外，都为负特性湿度传感器。少数陶瓷湿度传感器的感湿特性量为电容。 1、结构 该湿度传感器的感湿体是氧化镁复合氧化物－二氧化钛MgCr2O4-TiO2系多孔陶瓷。它是负特性半导瓷。MgCr2O4为P型半导体，其电阻率较低，阻值温度