第九章酶反应器和酶传感器
第一节酶反应器
一、生物反应器概述
利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程,称为生物反应过程。
通常,生物反应过程包括四个组成部分:
(1原材料的预处理。
(2生物催化剂的制备。
(3生物反应器的选择及反应条件的调控。
(4产物的分离提纯。
在生物反应过程中,生物反应器(Biological Reactor是用于完成生物化学反应(酶促反应的核心装置。
利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反应过程,在这一过程中,生物反应器起着极其重要的作用,它是实现生物技术产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。
生物反应器设计的主要目标是,使产品的质量提高,生产成本降低。为了达到上述标准,对生物反应器提出下列要求:
(1.所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度。
(2.能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。
(3.应具有良好的传质和混合性能。
(4.应具有最佳的无菌条件。
二、固定化酶反应器的类型及特点
固定化酶反应器和固定化细胞反应器,二者的构造、性能基本一致。
固定化酶反应器有下列各种类型:
1.间歇式酶反应器
特点是底物与酶一次性投入反应器内,产物一次性取出;酶回收后转入下一批反应。
2.连续搅拌釜式反应器
特点是达到平衡后以恒定的流速连续流入底物溶液,同时,以相同流速输出反应液(含产物。
3.填充床反应器
将固定化酶填充于反应器内,制成稳定的柱床,然后,通入底物溶液,在一定的条件下实现酶催化反应,以一定的流速,收集输出的转化液(含产物。
4.流化床反应器
特点是底物溶液以足够大的流速,从反应器的底部向上通过固定化柱床时,便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。
5.连续搅拌罐——超滤膜反应器
特点是在连续搅拌釜式反应器出口处设置一个超滤器。
6.其他类型反应器
三、对固定化酶反应器的选择
影响酶反应器选择的因素很多,但一般可以从以下几个方面考虑:
第四章 乐高传感器
本章所包含的内容：
触动传感器
光电传感器
角度传感器
温度传感器
传感器的使用方法与技巧
其他传感器
4.1简介
马达通过齿轮和滑轮传动，可以让你搭建的机器人动起来，他们就如同是移动机器人腿和手
臂的肌肉。同时，你还可以使用传感器来装备你的机器人，它们就如同是机器人的眼睛、耳
朵和手指。
机器人套装中包含两种传感器：触动传感器（两种）和光电传感器。在
本章中，我们主要是描述它们的特性，对于其它的传感器你可以单独购买，如：角度传感器
和温度传感器。每一个设备都有其特定的作用，你将会因为它们的功能强大和所能涉及的范
围之广而感到惊讶。当然也包括这种情况,可以用一种传感器仿效另一种传感器，以用来代
替不能使用的传感器。利用RCX上的红外光电，使用一些小技巧，你可以把把你的光电传感
器变成一个雷达。
在阅读本章的过程中，我们希望你能把机器人套装放在身边,这样你可以跟
随我们的例子亲自动手去做。为了保持其完整性，我们还会讲一些机器人套装的扩展套装和
技术套装的内容。若你现在还没有这些也不要担心，这不会影响到你搭建体积较大的机器人。
4.2触动传感器
触动传感器（图4.1）是乐高传感器大家庭中最简单、最直观的一种。它
的工作方式非常像是你家门铃上的按钮：当它被按下时，电路接通，电流就会通过，RCX就能够检测到这个数据流，你的程序就会读取触动传感器的当前状态：开或者关。
图4.1 触动传感器
如果你已经开始使用机器人套装，阅读了Constructopedia，并搭建了一些模型，你可能对
传感器的一般用途比较熟悉，如缓冲器。缓冲器是与周围环境相互作用的一种简单方式，当
你的机器人遇到障碍物时，可以用它们来进行检测，并由此而改变运动状态。
典型的缓冲器是一个重量较轻的可移动装置，事实上，当它碰到障碍物时会把冲击力传递给
触动传感器并使之关闭。你也可以发明出很多种缓冲器，但它们的外形应该能够反映机器人的外形，而且还能反映出环境中障碍物的外形。如图4.2中所示一个非常简单的缓冲器，可
第一节 概述
一、传感器定义
传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有
确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号
多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。
传感器由敏感元件、传感元件及转换电路三部分组成，如下图所
示。
(1)敏感元件(Elastic sensor) 直接感受被测量，并以确定关系输出
某一物理量。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。
(2)传感元件(sensing element,detector ;sensing element
;sensorsensing head,sensible head) 将敏感元件输出的非电物理量
(如位移、应变、光强等)转换成电路参数(如电阻、电感、电容等)量或
电量。
(3)基本转换电路(transfer circuit,change-over circuit ;
translation circuit,switching circuit) 将电路参数转换成便于测
量的电量，如电压、电流、频率等
实际的传感器，有的很简单，有的则较复杂。有些传感器(如热电偶)只
有敏感元件，感受被测温差时直接输出电动势。有些传感器由敏感元件
和传感元件组成，无需基本转换电路，如压电式加速度传感器，还有些
传感器由敏感元件和基本转换电路组成，如电容式位移传感器。
有些传感器，传感元件不只一个，要经过若干次转换才能输出电量。大
多数传感器是开环系统，但也有个别的是带反馈的闭环系统
图中敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件。即被测量x通过传
感器的敏感元件转换成一与x有确定关系的非电量或其它量。这一非电
量通过传感元件后就被转换成电参量。转换电路的作用是将传感元件输
出的电参量转换成电压、电流或频率量。应该指出，不是所有的传感器
都有敏感、传感元件之分，有些传感器是将二者合二为一了。
如图为一测量压力p的电位器传感器结构简图。1-弹簧管（敏感元
件），2-电位器（传感元件）。当被测压力p变化时使弹簧管移动，从
第九章酶反应器和酶传感器
第一节酶反应器
一、生物反应器概述
利用生物催化剂将原料转化成有用物质的生产过程,称为生物反应过程。
通常,生物反应过程包括四个组成部分:
(1原材料的预处理。
(2生物催化剂的制备。
(3生物反应器的选择及反应条件的调控。
(4产物的分离提纯。
在生物反应过程中,生物反应器(Biological Reactor是用于完成生物化学反应(酶促反应的核心装置。
利用生物工程技术进行生产的过程统称为生物反应过程,在这一过程中,生物反应器起着极其重要的作用,它是实现生物技术产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。
生物反应器设计的主要目标是,使产品的质量提高,生产成本降低。为了达到上述标准,对生物反应器提出下列要求:
(1.所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度。
(2.能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。
(3.应具有良好的传质和混合性能。
(4.应具有最佳的无菌条件。
二、固定化酶反应器的类型及特点
固定化酶反应器和固定化细胞反应器,二者的构造、性能基本一致。
固定化酶反应器有下列各种类型:
1.间歇式酶反应器
特点是底物与酶一次性投入反应器内,产物一次性取出;酶回收后转入下一批反应。
2.连续搅拌釜式反应器
特点是达到平衡后以恒定的流速连续流入底物溶液,同时,以相同流速输出反应液(含产物。
3.填充床反应器
将固定化酶填充于反应器内,制成稳定的柱床,然后,通入底物溶液,在一定的条件下实现酶催化反应,以一定的流速,收集输出的转化液(含产物。
4.流化床反应器
特点是底物溶液以足够大的流速,从反应器的底部向上通过固定化柱床时,便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。
5.连续搅拌罐——超滤膜反应器
特点是在连续搅拌釜式反应器出口处设置一个超滤器。
6.其他类型反应器
三、对固定化酶反应器的选择
影响酶反应器选择的因素很多,但一般可以从以下几个方面考虑:
