The aim for this thesis is to explore the possibility to save both water and energy in showers. Through a quicker, more responsive and precise shower faucet using digital thermometers and stepper motors. A faucet has two input pipes with cold and hot water respectively. To reach a desired shower temperature; a single thermometer is needed, to measure the mixed water temperature. Using this information, two motors will control two valve until the desired temperature is reached. To maintain the desired temperature throughout the shower session, the temperature should be continuously monitored and when temperature disturbance occurs, the valves should compensate for it. To achieve this a demonstrator was made. The demonstrator uses stepper motors connected to valves to control the flow through a hot and cold water pipe. The system reads the temperature of the output water continuously and makes appropriate changes to the position of the valves. Due to safety concerns, no water was used in the testing of the demonstrator. The theoretical response time of the system is very short, and the demonstrator can theoretically change temperature of the mixed water by around 5°Celsius per second. / Syftet med denna rapport är att utforska möjligheterna att spara både vatten och energi till duschar, genom en snabbare, mer responsiv och mer exakt duschblandare. Detta ska uppnås genom användning av digitala termometrar och stegmotorer. Duschblandaren ska läsa temperaturerna av det blandade vattnet, och justera respektive kran tills önskad temperatur är uppnådd. För att bibehålla önskad temperatur kommer temperaturen kontinuerligt övervakas. När störningar i temperatur uppkommer ska duschblandaren kompensera för det, och därmed hallå en konstant temperatur. För att åstadkomma detta byggdes en demonstrationsenhet. Denna demonstrationsenhet använder stegmotorer kopplade till kranar för att kontrollera flödet genom ett varmt och ett kallt vattenrör. Systemet läser konstant temperaturen av det blandade vattnet och gör lämpliga ändringar av kranarnas positioner. På grund av säkerhetsrisk användes inget vatten vid testning av demonstrationsenheten. Den teoretiska responstiden av systemet är mycket kort, och demonstrationsenheten kan teoretiskt ändra temperatur av det blandade vattnet med en hastighet av ungefär 5°Celsius per sekund.

This work describes a master’s thesis in engineering physics at Umeå University carried out during the spring semester of 2014. In the thesis the student has constructed and tested a temperature controlled cell for cooling/heating of surface-enhanced-Raman-spectroscopy (SERS) substrates for rapid detection of volatile substances. The thesis was carried out at the Swedish Defence Research Agency (FOI) in Umeå, Sweden. A Linkam Scientific Instruments TS1500 cell was equipped with a Peltier element for cooling/heating and a thermistor temperature sensor. A control system was constructed, based on an Arduino Uno microcontroller board and a pulse-width-modulated (PWM) H-bridge motor driver to control the Peltier element using a proportional-integral (PI) control algorithm. The temperature controlled cell was able to regulate the temperature of a SERS substrate within -15 to +110 °C and maintain the temperature over prolonged periods at ±0.22 °C of the set point temperature. Gas phase of 2-chloro-2-(difluoromethoxy)-1,1,1-trifluoro-ethane (isoflurane) was flowed through the cell and SERS spectra were collected at different temperatures and concentrations. This test showed that the signal is increased when the substrate is cooled and reversibly decreased when the substrate was heated. Keywords: temperature control, Raman scattering, surface enhanced Raman spectroscopy SERS, SERS substrate, volatile substances, Peltier module, thermistor, PWM, H-bridge, PI(D) control. / Detta dokument beskriver ett examensarbete för civilingenjörsexamen i teknisk fysik vid Umeå Universitet som utförts under vårterminen 2014. I examensarbetet har en kyl-/värmecell för temperaturkontroll av substratytor för ytförstärkt ramanspektroskopi (SERS) för snabb detektion av farliga flyktiga ämnen konstruerats och testats. Arbetet utfördes vid Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) i Umeå, Sverige. Utgångspunkten var ett Linkam Scientific Instruments TS1500 mikroskopsteg, vilket utrustades med ett Peltierelement för kylning/värmning och en termistor för temperaturövervakning. Ett styrsystem baserat på ett Arduino Uno mikrostyrenhetskort konstruerades med ett motordrivkort (H-brygga) vilket använder pulsbreddsmodulering (PWM) för att reglera spänningen till Peltierelementet utifrån en PI-regulator. Den färdiga cellen klarade att reglera temperaturen på ett SERS-substrat i ett temperaturspann på ungefär -15 till +110 °C med en temperaturstabilitet på ±0.22 °C av måltemperaturen. Cellen testades sedan på flyktiga ämnen för att visa dess funktion. Difluorometyl-2,2,2-trifluoro-1-kloroetyleter (isofluran) i gasfas, med instrumentluft som bärargas, flödades genom cellen och SERS-spektra erhölls vid olika koncentrationer och temperaturer. Vid samtliga koncentrationer visades att lägre temperatur ger ökad signalstyrka. När ytan sedan värmdes upp sjönk signalen reversibelt tillbaka till ursprungsvärdet. Nyckelord: temperaturkontroll, ytförstärkt ramanspektroskopi, SERS, flyktiga ämnen, Peltierelement, thermistor, PWM, H-brygga, PI(D)-regulator.