bctntlvn (69).pdf

Luận văn tốt nghiệp

Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi

cấy vi khuẩn

B¸o ço tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46

Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 1

Më ®Çu

1. §Æt vÊn ®Ò

§· tõ xa x−a, mÆc dï ch−a nhËn thøc ®−îc sù tån t¹i cña vi khuÈn,

nh−ng loµi ng−êi còng ®· biÕt ®−îc kh¸ nhiÒu vÒ t¸c dông do vi khuÈn g©y

nªn. §Õn nay trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ trong cuéc sèng, loµi ng−êi ®· tÝch

lòy ®−îc rÊt nhiÒu kinh nghiÖm quý b¸u vÒ çc biÖn ph¸p øng dông nh÷ng vi

khuÈn cã Ých vµ phßng tr¸nh nh÷ng vi khuÈn cã h¹i.

Vi khuÈn cã kÝch th−íc nhá bÐ vµ cã cÊu tróc c¬ thÓ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n

nh−ng chóng cã tèc ®é sinh s«i n¶y në rÊt nhanh chãng vµ ho¹t ®éng trao ®æi

chÊt v« cïng m¹nh mÏ. Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng gãp phÇn ph©n gi¶i hÇu hÕt çc

lo¹i chÊt trªn Tr¸i §Êt, kÓ c¶ çc chÊt rÊt khã ph©n gi¶i, hoÆc çc chÊt th−êng

g©y ®éc h¹i ®Õn çc nhãm sinh vËt kh¸c. Bªn c¹nh kh¶ n¨ng ph©n gi¶i vi

khuÈn cßn cã kh¶ n¨ng tæng hîp nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p trong ®iÒu

kiÖn nhiÖt ®é, ¸p suÊt b×nh th−êng.

Ngoµi nh÷ng t¸c dông to lín cña vi khuÈn th× chóng ta còng kh«ng thÓ

kh«ng kÓ ®Õn kh«ng Ýt nh÷ng vi khuÈn cã h¹i, chóng g©y bÖnh cho ng−êi, cho

gia sóc, gia cÇm, t«m ç, cho c©y trång, c©y rõng, chóng lµm h− h¹i hoÆc biÕn

chÊt l−¬ng thùc, thùc phÈm, nguyªn vËt liÖu, hµng hãa. Chóng s¶n sinh ra çc

®éc tè trong ®ã cã nh÷ng ®éc tè hÕt søc ®éc h¹i.

Trong Y häc còng nh− trong ch¨n nu«i, trång trät mét trong nh÷ng vÊn

®Ò lín ®ã lµ cã thÓ phßng chèng ®−îc çc bÖnh truyÒn nhiÔm vµ çc ph−¬ng

ph¸p ®Ò phßng dÞch bÖnh cã thÓ l©y nhiÔm tõ sóc vËt sang ng−êi, tõ ng−êi sang

ng−êi...

Trong xu thÕ ¸p dông réng r·i §iÖn tö, Tin häc vµo cuéc sèng, hÇu hÕt

çc thiÕt bÞ hiÖn nay cã sö dông §iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc hoµn thiÖn nh»m

n©ng cao chÊt l−îng cuéc sèng. §Æc biÖt lµ trong Y häc vµ trong ch¨n nu«i, ®Ó

cã thÓ nu«i cÊy vµ duy tr× sù sèng cña nh÷ng vi khuÈn nh»m nghiªn cøu phôc

vô cho cuéc sèng vµ s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ phôc vô cho viÖc nghiªn cøu khoa

häc nh»m ph¸t hiÖn ra nh÷ng vi khuÈn cã Ých kh¸c vµ nh÷ng vi khuÈn cã h¹i



míi ®Ó cã thÓ khèng chÕ ®−îc chóng, sö dông chóng vµo nh÷ng viÖc cã lîi cho

con ng−êi. Khi ®ã, tñ nu«i cÊy vi khuÈn cã sö dông m¹ch ®iÖn tö vµo ®iÒu

khiÓn ®· ra ®êi nh»m duy tr× sù sèng cho vi khuÈn vµ nu«i cÊy chóng ë nhiÖt

®é vµ thêi gian nhÊt ®Þnh nµo ®ã.

MÆc dï trªn thÕ giíi hiÖn nay cã kh¸ nhiÒu chñng lo¹i thiÕt bÞ nu«i cÊy

hiÖn ®¹i, c«ng suÊt lín. Song mét phÇn nµo ®ã kh«ng hoµn toµn phï hîp víi

®iÒu kiÖn ë ViÖt Nam.

Do ®ã, ®Ó ®¸p øng phÇn nµo ®ã nh÷ng nhu cÇu trªn cïng víi sù n¾m b¾t

®−îc nh÷ng tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt ®Æc biÖt lµ ®iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc

øng dông m¹nh mÏ vµo cuéc sèng vµ s¶n xuÊt chóng t«i tiÕn hµnh ®Ò tµi:

“Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i

cÊy vi khuÈn”. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn

cøu vµ kh¶o s¸t çc lo¹i tñ nu«i cÊy trong bÖnh viÖn B¹ch Mai, kh¶o s¸t sù

biÕn ®æi cña nhiÖt ®é vµ thêi gian trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy. Tõ kÕt qu¶ ®ã

chóng t«i tiÕn hµnh x©y dùng m« h×nh vµ l¾p r¸p trªn thùc tÕ. Víi nh÷ng kÕt

qu¶ ®· ®¹t ®−îc, kh¼ng ®Þnh hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy do

chóng t«i thiÕt kÕ lµ hoµn toµn cã tÝnh kh¶ thi trong ®iÒu kiÖn n−íc ta hiÖn nay.

2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi

Trªn c¬ së nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ®−îc trong nhµ tr−êng vµ nh÷ng kiÕn

thøc thùc tÕ tiÕp thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thùc tËp chóng t«i m¹nh d¹n ®Ò xuÊt,

thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn vµ l¾p r¸p

m¹nh tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é. M¹ch nµy cã thÓ dïng ®Ó thay thÕ çc m¹ch

®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong çc tñ gÆp sù cè cÇn söa ch÷a ®Ó kh«ng lµm gi¸n

®o¹n thêi gian nghiªn cøu cña çc nhµ vi sinh vËt. §Æc biÖt, m¹ch nµy còng cã

thÓ dïng ®Ó l¾p míi.

3. Néi dung cña ®Ò tµi

T×m hiÓu kh¸i qu¸t vÒ ®Æc ®iÓm vµ çc ®iÒu kiÖn sèng cña vi khuÈn, çc

t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn.

Tr×nh bµy nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy.



Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®iÒu khiÓn thùc tÕ ®ang ®−îc sö dông vµ nh÷ng

phô kiÖn quan träng ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é.

TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi

khuÈn.

4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt

- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p øng dông

- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p chuyªn gia

Ch−¬ng 1

T×m hiÓu ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi

víi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn



1.1. Kh¸i niÖm chung

Xung quanh ta ngoµi çc sinh vËt lín mµ chóng ta cã thÓ nh×n thÊy ®−îc

cßn cã v« vµn çc sinh vËt nhá bÐ, muèn nh×n thÊy chóng ph¶i dïng kÝnh hiÓn

vi. Ng−êi ta gäi chóng lµ vi khuÈn.

Vi khuÈn sèng ë kh¾p mäi n¬i trªn Tr¸i §Êt: tõ ®Ønh nói cao cho ®Õn tËn

®¸y biÓn s©u, trong kh«ng khÝ, trong ®Êt, trong hÇm má, trong s«ng ngßi, ao

hå, trªn da, trong tõng bé phËn cña c¬ thÓ ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt, trong çc

s¶n phÈm l−¬ng thùc, thùc phÈm, vËt liÖu, hµng hãa... ngay c¶ ë trong nh÷ng

n¬i mµ ®iÒu kiÖn sèng t−ëng chõng nh− hÕt søc phøc t¹p vµ kh¾c nhiÖt nhÊt mµ

vÉn thÊy cã sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn.

Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Pseudomonas bathycetes chóng cã thÓ sèng

®−îc d−íi ®¸y ®¹i d−¬ng, n¬i mµ cã ¸p suÊt lªn tíi 1000 atm vµ nhiÖt ®é

th−êng xuyªn chØ vµo kho¶ng 30C. Vi khuÈn Sulfolobus acidorcaldrius ph¸t

triÓn mét çch b×nh th−êng trong nhiÖt ®é kho¶ng tõ 85 – 900C. Vi khuÈn

Thiobacillus ferroxidans ph¸t triÓn trong çc dung dÞch ë má s¾t cã ®é pH = 1 - 2.

Vi khuÈn Streptococcus faecalis l¹i cã thÓ ph¸t triÓn tèt ë m«i tr−êng cã ®é

PH = 10 - 11. Vi khuÈn −a mÆn thuéc çc chi Halobacterium, Halococcus

ph¸t triÓn ®−îc trong çc dung dÞch b·o hßa muèi (32% NaCl). Cã c¶ nh÷ng vi

khuÈn cã kh¶ n¨ng ®ång hãa dÇu má, phenol, khÝ thiªn nhiªn...

Ng−êi ta ®· lµm thÝ nghiÖm vµ tÝnh to¸n ®−îc r»ng trong 1gam ®Êt lÊy ë

tÇng canh t¸c th−êng cã kho¶ng tõ 1 - 22 tØ con vi khuÈn, 0.5 - 14 triÖu x¹

khuÈn, 3 - 50 triÖu vi nÊm, 10 - 30 ngh×n vi t¶o... vµ trong 1m3 kh«ng khÝ ë

phÝa trªn chuång gia sóc th−êng cã tõ 1 - 2 triÖu vi sinh vËt, trªn ®−êng phè cã

kho¶ng 5000 vi sinh vËt sinh sèng, nh−ng ®Æc biÖt trªn mÆt biÓn chØ cã kho¶ng

tõ 1 - 2 vi sinh vËt sinh sèng mµ th«i.

§Æc biÖt lµ kÓ tõ ®Çu thËp kû 70 cña thÕ kû XX ng−êi ta ®· b¾t ®Çu thùc

hiÖn thµnh c«ng thao t¸c di truyÒn ë vi khuÈn. §ã lµ viÖc chuyÓn mét gen hay

mét nhãm gen tõ mét vi khuÈn hay mét tÕ bµo çc vi khuÈn bËc cao (nh−



ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt) sang tÕ bµo cña vi khuÈn kh¸c. Vi khuÈn mang gen

t¸i tæ hîp nhiÒu khi ®· mang l¹i nh÷ng lîi Ých rÊt to lín bëi v× cã thÓ s¶n sinh ë

quy m« c«ng nghiÖp nh÷ng s¶n phÈm tr−íc ®©y ch−a ®−îc t¹o thµnh bëi vi

khuÈn.

1.2. §Æc ®iÓm chung cña vi khuÈn

1.2.1. KÝch th−íc nhá bÐ

M¾t con ng−êi khã thÊy ®−îc râ nh÷ng vËt cã kÝch th−íc nhá kho¶ng

1mm. VËy mµ vi khuÈn th−êng ®−îc ®o b»ng micromet. ChÝnh v× vi khuÈn cã

kÝch th−íc nhá bÐ cho nªn diÖn tÝch bÒ mÆt cña vi khuÈn hÕt søc lín. Ch¼ng

h¹n nh− sè l−îng cÇu khuÈn chiÕm thÓ tÝch 1cm3 cã diÖn tÝch bÒ mÆt lµ 6m2.

1.2.2. HÊp thu nhiÒu, chuyÓn hãa nhanh

Vi khuÈn tuy cã kÝch th−íc nhá bÐ nhÊt trong sinh giíi nh−ng n¨ng

l−îng hÊp thu vµ chuyÓn hãa cña chóng cã thÓ v−ît xa çc sinh vËt bËc cao.

Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Lactic trong 1 giê cã thÓ ph©n gi¶i mét l−îng ®−êng

Lactoz¬ nÆng h¬n 1000 - 10000 lÇn khèi l−îng cña chóng. NÕu tÝnh sè lμ O2

mµ mçi mg chÊt kh« cña c¬ thÓ vi khuÈn tiªu hao trong mét giê th× ë m« l¸

hoÆc m« rÔ thùc vËt lµ 0.5 - 4, ë tæ chøc gan vµ thËn ®éng vËt lµ 10 - 20, ë vi

khuÈn thuéc chi Pseudomonas lµ 1200, ë vi khuÈn thuéc chi Azotobacter lµ

2000. N¨ng lùc chuyÓn hãa sinh hãa m¹nh mÏ cña vi sinh vËt dÉn ®Õn nh÷ng

t¸c dông lín lao cña chóng trong thiªn nhiªn còng nh− trong çc ho¹t ®éng

sèng cña con ng−êi.

1.2.3. Sinh tr−ëng nhanh, ph¸t triÓn m¹nh

So víi çc sinh vËt kh¸c th× vi sinh vËt nãi chung vµ vi khuÈn nãi riªng

cã tèc ®é sinh tr−ëng vµ sinh s«i n¶y në cùc lín. Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn

Escherichia coli trong çc ®iÒu kiÖn thÝch hîp th× cø kho¶ng 12 - 20 phót l¹i

ph©n chia mét lÇn. NÕu lÊy thêi gian thÕ hÖ lµ 20 phót th× mçi giê ph©n chia 3

lÇn, 24 giê ph©n chia 72 lÇn, tõ mét tÕ bµo ban ®Çu sÏ sinh ra 5×1021 tÕ bµo

t−¬ng ®−¬ng víi kho¶ng 4722 tÊn. Tuy nhiªn trong thùc tÕ kh«ng thÓ t¹o ra

®−îc çc ®iÒu kiÖn sinh tr−ëng lý t−ëng nh− vËy ®−îc cho nªn sè l−îng vi



khuÈn thu ®−îc trong 1ml dÞch nu«i cÊy th−êng chØ ®¹t tíi møc ®é 108 - 109 tÕ

bµo.

1.2.4. N¨ng lùc thÝch øng m¹nh vµ dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ

N¨ng lùc thÝch øng cña vi khuÈn v−ît rÊt xa so víi ®éng vËt vµ thùc vËt.

Trong qu¸ tr×nh tiÕn hãa l©u dµi vi khuÈn ®· t¹o cho m×nh nh÷ng c¬ chÕ ®iÒu

hßa trao ®æi chÊt ®Ó thÝch øng ®−îc nh÷ng ®iÒu kiÖn sèng rÊt bÊt lîi. Sù thÝch

øng cña vi khuÈn nhiÒu khi v−ît xa trÝ t−ëng t−îng cña con ng−êi. PhÇn lín vi

khuÈn cã thÓ gi÷ nguyªn søc sèng ë nhiÖt ®é cña nit¬ láng (-1960C), thËm chÝ

ë nhiÖt ®é cña hidr« láng (-2530C), mét sè vi khuÈn cã thÓ sinh tr−ëng ë nhiÖt

®é 2500C, thËm chÝ 3000C. Mét sè vi khuÈn cã thÓ thÝch nghi víi nång ®é 32%

NaCl. Vi khuÈn Thiobaccillus thioxidans cã thÓ sinh tr−ëng ë pH = 0.5 trong

khi vi khuÈn Thiobacillus denitrificans l¹i thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn ë

pH = 10,7. Vi khuÈn Micrococus radidurans cã thÓ chÞu ®−îc c−êng ®é bøc x¹

tíi 750.000 rad.

Vi khuÈn rÊt dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ bëi v× th−êng lµ ®¬n bµo, ®¬n béi, sinh

s¶n nhanh, sè l−îng nhiÒu, tiÕp xóc trùc tiÕp víi m«i tr−êng sèng. TÇn sè biÕn

dÞ th−êng lµ 10- 5- 10-10.

1.2.5. Ph©n bè réng, chñng lo¹i nhiÒu

Vi khuÈn ph©n bè ë kh¾p mäi n¬i trªn Tr¸i §Êt. Chóng cã mÆt trªn c¬

thÓ ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt, trong ®Êt, trong n−íc, trong kh«ng khÝ, trªn mäi

®å dïng, vËt liÖu, tõ biÓn kh¬i cho ®Õn nói cao, tõ n−íc ngÇm cho ®Õn n−íc

biÓn...

Trong ®−êng ruét cña ng−êi sè l−îng vi khuÈn Bacteroides fragilis cao

nhÊt chóng ®¹t tíi sè l−îng 1010 - 1011/g ph©n, gÊp 100 - 1000 lÇn sè l−îng vi

khuÈn Escherichia coli.

ë ®é s©u 10000m cña §«ng Th¸i B×nh D−¬ng n¬i hoµn toµn tèi t¨m,

l¹nh lÏo vµ cã ¸p suÊt rÊt cao ng−êi ta ph¸t hiÖn thÊy cã kho¶ng 1 triÖu ®Õn 10

tØ vi khuÈn/ml chñ yÕu lµ vi khuÈn l−u huúnh.

1.3. §iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn



§iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn ë ®©y lµ çc chÊt dinh d−ìng vµ nguån

thøc ¨n cña chóng.

1.3.1. Thµnh phÇn tÕ bµo vµ çc chÊt dinh d−ìng cña vi khuÈn

Çc chÊt dinh d−ìng ®èi víi vi khuÈn lµ bÊt kú chÊt nµo ®−îc vi khuÈn

hÊp thô tõ m«i tr−êng xung quanh vµ ®−îc chóng sö dông lµm nguyªn liÖu ®Ó

cung cÊp cho çc qu¸ tr×nh tæng hîp t¹o ra çc thµnh phÇn cña tÕ bµo hoÆc ®Ó

cung cÊp cho qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l−îng.

Qu¸ tr×nh hÊp thô çc chÊt dinh d−ìng ®Ó tháa m·n mäi nhu cÇu sinh

tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn.

Kh«ng ph¶i mäi thµnh phÇn cña m«i tr−êng nu«i cÊy vi khuÈn ®Òu ®−îc

coi lµ chÊt dinh d−ìng. Mét sè chÊt r¾n cÇn thiÕt cho vi khuÈn nh−ng chØ lµm

nhiÖm vô b¶o ®¶m çc ®iÒu kiÖn thÝch hîp vÒ thÕ oxy hãa - khö, vÒ pH, vÒ ¸p

suÊt thÈm thÊu, vÒ c©n b»ng ion... ChÊt dinh d−ìng ph¶i lµ nh÷ng hîp chÊt cã

tham gia vµo çc qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt néi bµo.

Thµnh phÇn hãa häc cña tÕ bµo vi khuÈn quyÕt ®Þnh nhu cÇu dinh d−ìng

cña chóng. Thµnh phÇn hãa häc cÊu t¹o bëi çc nguyªn tè C, H, O, N, çc

nguyªn tè kho¸ng ®a l−îng vµ çc nguyªn tè kho¸ng vi l−îng. ChØ riªng çc

nguyªn tè C, H, O, N, P, S, K, Na ®· chiÕm ®Õn 98% khèi l−îng kh« cña tÕ

bµo vi khuÈn E.coli.

L−îng chøa çc nguyªn tè ë çc vi khuÈn kh¸c nhau lµ kh«ng gièng

nhau. ë çc ®iÒu kiÖn nu«i cÊy kh¸c nhau, çc giai ®o¹n kh¸c nhau, l−îng chøa

çc nguyªn tè cïng loµi vi khuÈn còng kh«ng gièng nhau. Trong tÕ bµo vi khuÈn

çc hîp chÊt ®−îc chia thµnh: n−íc vµ çc muèi kho¸ng, çc chÊt h÷u c¬.

+ N−íc vµ muèi kho¸ng

N−íc chiÕm ®Õn 70 - 90% khèi l−îng c¬ thÓ cña vi khuÈn. TÊt c¶ çc

ph¶n øng x¶y ra trong tÕ bµo cña vi khuÈn ®Òu ®ßi hái cã sù tån t¹i cña n−íc.

Yªu cÇu cña vi khuÈn ®èi víi n−íc ®−îc biÓu thÞ mét çch ®Þnh l−îng

b»ng ®é ho¹t ®éng cña n−íc (ký hiÖu lµ aw) trong m«i tr−êng. §é ho¹t ®éng

cña n−íc cßn ®−îc gäi lµ thÕ n¨ng cña n−íc (ký hiÖu lµ pw):



0ppaw =

Trong ®ã p lµ ¸p lùc h¬i cña dung dÞch, p0 lµ ¸p lùc h¬i n−íc. Ch¼ng

h¹n nh− n−íc nguyªn chÊt cã aw = 1, n−íc biÓn cã aw = 0.980, m¸u ng−êi

cã aw= 0.995.

PhÇn n−íc cã thÓ tham gia vµo çc qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt cña vi khuÈn

®−îc gäi lµ n−íc tù do. §a phÇn n−íc trong tÕ bµo vi khuÈn tån t¹i ë d¹ng n−íc

tù do. N−íc kÕt hîp lµ phÇn n−íc liªn kÕt víi çc hîp chÊt h÷u c¬ cao ph©n tö

trong tÕ bµo (protein, lipit, hidrat cacbon...). N−íc liªn kÕt mÊt kh¶ n¨ng hßa

tan vµ l−u ®éng.

Muèi kho¸ng chiÕm kho¶ng 2 - 5% khèi l−îng kh« cña tÕ bµo. Chóng

th−êng tån t¹i d−íi d¹ng çc muèi sunphat, photphat, cacbonat, clorua... Trong

tÕ bµo chóng th−êng ë d¹ng çc ion. D¹ng cation ch¼ng h¹n nh− Mg2+, Ca2+,

K+, Na+... D¹ng anion ch¼ng h¹n nh− HPO42-, SO4

2-, HCO3-, Cl-... Çc ion trong

tÕ bµo vi khuÈn lu«n tån t¹i ë nh÷ng tØ lÖ nhÊt ®Þnh nh»m duy tr× ®é pH vµ lùc

thÈm thÊu thÝch hîp cho tõng lo¹i vi khuÈn.

+ ChÊt h÷u c¬

ChÊt h÷u c¬ trong tÕ bµo vi khuÈn chñ yÕu cÊu t¹o bëi çc nguyªn tè C,

H, O, N, P, S... Riªng 4 nguyªn tè C, H, O, N ®· chiÕm tíi 90 - 97% toµn bé

chÊt kh« cña tÕ bµo. §ã lµ çc nguyªn tè chñ chèt ®Ó cÊu t¹o nªn protein, axit

nucleic, lipit, hidrat cacbon. Trong tÕ bµo vi khuÈn çc hîp chÊt ®¹i ph©n tö

th−êng chiÕm tíi 96% khèi l−îng kh«, çc chÊt ®¬n ph©n tö chØ chiÕm cã 3.5%

cßn çc ion v« c¬ chØ chiÕm cã 1%.

D−íi ®©y lµ b¶ng tæng kÕt thµnh phÇn hãa häc cña mét tÕ bµo vi khuÈn

do nhµ khoa häc F.C.Neidhardt tæng kÕt n¨m 1987.

B¶ng 1.1

Ph©n tö % Khèi l−îng Sè ph©n tö/ tÕ bµo Sè lo¹i ph©n tö



kh« (1)

N−íc - 1

Tæng sè çc ®¹i ph©n tö 96 24.609.802 kho¶ng 2500

Protein 55 2.350.000 kho¶ng 1850

Polisaccarit 5 4.300 2 (2)

Lipit 9.1 22.000.000 4 (3)

AND 3.1 2.1 1

ARN 20.5 255.500 kho¶ng 660

Tæng sè çc ®¬n ph©n tö 3.5 kho¶ng 350

Axit amin vµ tiÒn thÓ 0.5 kho¶ng 100

§−êng vµ tiÒn thÓ 2 kho¶ng 50

Nucleotit vµ tiÒn thÓ 0.5 kho¶ng 200

Çc ion v« v¬ 1 18

Tæng céng 100

Trong ®ã: (1) lµ khèi l−îng kh« cña 1 tÕ bµo vi khuÈn E.coli ®ang

sinh tr−ëng m¹nh lµ 13108.2 −× g; (2) lµ Pepidoglican vµ glicogen; (3) lµ 4

lo¹i photpholipit, mçi lo¹i cã nhiÒu nhãm kh¸c nhau phô thuéc vµo thµnh

phÇn axit bÐo.

1.3.2. Nguån thøc ¨n cacbon cña vi khuÈn

§èi víi vi khuÈn nguån cacbon ®−îc cung cÊp cã thÓ lµ chÊt v« c¬ (CO2,

NaHCO3, CaCO3...) hoÆc chÊt h÷u c¬. Gi¸ trÞ dinh d−ìng vµ kh¶ n¨ng hÊp thô

çc nguån thøc ¨n cacbon kh¸c nhau phô thuéc vµo 2 yÕu tè: mét lµ thµnh

phÇn hãa häc vµ tÝnh chÊt sinh lÝ cña nguån thøc ¨n nµy, hai lµ ®Æc ®iÓm sinh lÝ

cña tõng lo¹i vi khuÈn.

Ng−êi ta th−êng sö dông ®−êng ®Ó lµm thøc ¨n cacbon khi nu«i cÊy

phÇn lín çc vi khuÈn dÞ d−ìng. CÇn chó ý ®−êng ®¬n ë nhiÖt ®é cao cã thÓ bÞ

chuyÓn hãa thµnh lo¹i hîp chÊt cã mµu tèi gäi lµ ®−êng ch¸y rÊt khã hÊp thô.

Trong m«i tr−êng kiÒm sau khi khö trïng ®−êng cßn dÔ bÞ axit hãa vµ lµm biÕn

®æi pH m«i tr−êng. §Ó tr¸nh çc hiÖn t−îng nµy khi khö trïng m«i tr−êng

chøa ®−êng ng−êi ta th−êng chØ hÊp ë ¸p lùc 0.5 atm (112.50C) vµ duy tr× trong

30 phót. Víi çc lo¹i ®−êng ®¬n tèt nhÊt lµ nªn sö dông ph−¬ng ph¸p hÊp gi¸n



®o¹n hoÆc läc riªng dung dÞch ®−êng (th−êng dïng nång ®é 20%) b»ng nÕn

läc hoÆc mµng läc vi khuÈn sau ®ã míi dïng thao t¸c v« trïng ®Ó bæ sung vµo

çc m«i tr−êng ®· khö trïng.

Khi chÕ t¹o çc m«i tr−êng chøa tinh bét tr−íc hÕt ph¶i hå hãa tinh bét

ë nhiÖt ®é 60 - 700C sau ®ã ®un s«i råi míi ®−a ®i khö trïng ë nåi hÊp ¸p lùc

Xenluloz¬ ®−îc ®−a vµo çc m«i tr−êng nu«i cÊy, vi khuÈn ph©n gi¶i

Xenluloz¬ d−íi d¹ng giÊy läc, b«ng hoÆc çc lo¹i bét Xenluloz¬.

Khi sö dông lipit, parafin, dÇu má... §Ó lµm nguån cacbon nu«i cÊy mét

sè lo¹i vi khuÈn ph¶i th«ng khÝ m¹nh ®Ó cho tõng giät nhá cã thÓ tiÕp xóc ®−îc

víi thµnh tÕ bµo tõng vi khuÈn.

§Ó nu«i cÊy çc lo¹i vi khuÈn ng−êi ta th−êng dïng nång ®é ®−êng lµ

0.5 - 0.2%. HÇu hÕt çc vi khuÈn chØ ®ång hãa ®−îc çc lo¹i ®−êng ë d¹ng

®ång ph©n D.

Çc chÊt h÷u c¬ chøa c¶ C vµ N (pepton, n−íc thÞt, n−íc chiÕt ng«, n−íc

chiÕt ®¹i m¹ch, n−íc chiÕt gi¸ ®Ëu... ) cã thÓ sö dông võa lµm nguån C võa lµm

nguån N ®èi víi vi khuÈn.

Ph¹m vi ®ång hãa çc nguån thøc ¨n cacbon cña tõng loµi vi khuÈn cô

thÓ rÊt kh¸c nhau: cã thùc nghiÖm cho thÊy loµi vi khuÈn Pseudomonas cepacia

cã thÓ ®ång hãa trªn 90 lo¹i nguån thøc ¨n cacbon kh¸c nhau, trong khi ®ã çc

vi khuÈn sinh metan chØ cã thÓ ®ång hãa ®−îc CO2 vµ vµi lo¹i hîp chÊt chøa

1C hoÆc 2C.

Víi vi khuÈn dÞ d−ìng nguån thøc ¨n cacbon lµm c¶ hai chøc n¨ng:

nguån dinh d−ìng vµ nguån n¨ng l−îng. NhÊt lµ çc vi khuÈn g©y bÖnh sèng

trong m¸u, trong çc tæ chøc hoÆc trong ruét cña ng−êi vµ ®éng vËt muèn sinh

tr−ëng ®−îc ngoµi nguån cacbon h÷u c¬ cßn cÇn ph¶i ®−îc cung cÊp mét

l−îng nhá CO2 th× míi ph¸t triÓn ®−îc.

1.3.3. Nguån thøc ¨n nit¬ cña vi khuÈn



Nguån nit¬ dÔ hÊp thô nhÊt ®èi víi vi khuÈn lµ NH3 vµ NH+4. NhiÒu khi

®Ó nu«i cÊy vi khuÈn b»ng nguån nit¬ lµ Urª ng−êi ta ph¶i bæ sung thªm muèi

amon (nh− amon sunphat ch¼ng h¹n). Së dÜ nh− vËy lµ bëi v× cã thøc ¨n nit¬ dÔ

hÊp thô cho vi khuÈn ph¸t triÓn ®· th× míi cã thÓ s¶n sinh ra ®−îc Ureaza ®Ó

thñy ph©n Urª.

Còng cã lo¹i vi khuÈn së dÜ kh«ng ph¸t triÓn ®−îc trªn m«i tr−êng chØ

cã nguån thøc ¨n nit¬ lµ muèi amon kh«ng ph¶i lµ kh«ng ®ång hãa ®−îc muèi

nµy mµ lµ do chóng ®ßi hái ph¶i ®−îc cung cÊp thªm mét vµi lo¹i axit amin

kh«ng thay thÕ nµo ®ã.

Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng ®ång hãa rÊt tèt nit¬ chøa trong çc thøc ¨n h÷u

c¬. Çc thøc ¨n nµy sÏ võa lµ nguån cacbon võa lµ nguån nit¬ cung cÊp cho vi

khuÈn.

Nguån nit¬ h÷u c¬ th−êng ®−îc sö dông ®Ó nu«i cÊy vi khuÈn lµ Pepton

lo¹i chÕ phÈm thñy ph©n kh«ng triÖt ®Ó cña mét nguån protein nµo ®Êy.

§èi víi ®a sè vi khuÈn ng−êi ta th−êng nu«i cÊy cã nh÷ng thµnh phÇn

sau: pepton (5g), cao thÞt (3g), NaCl (8g), n−íc cÊt (1000ml). NÕu lµm m«i

tr−êng ®Æc th× bæ sung thªm 15 - 20g th¹ch.

1.3.4. Nguån thøc ¨n kho¸ng cña vi khuÈn

Khi sö dông çc m«i tr−êng thiªn nhiªn ®Ó nu«i cÊy vi khuÈn ng−êi ta

th−êng kh«ng cÇn thiÕt bæ sung çc nguyªn tè kho¸ng. Trong nguyªn liÖu

dïng lµm çc m«i tr−êng nµy (khoai t©y, n−íc thÞt, s÷a, huyÕt thanh, pepton,

gi¸ ®Ëu...) th−êng cã chøa ®ñ çc nguyªn tè kho¸ng cÇn thiÕt ®èi víi vi khuÈn.

Ng−îc l¹i khi lµm çc m«i tr−êng tæng hîp (dïng nguyªn liÖu hãa chÊt) b¾t

buéc ph¶i bæ sung ®ñ çc nguyªn tè kho¸ng cÇn thiÕt. Nh÷ng nguyªn tè mµ vi

khuÈn ®ßi hái ph¶i ®−îc cung cÊp víi liÒu l−îng lín gäi lµ çc nguyªn tè ®a

l−îng. Cßn çc nguyªn tè kho¸ng mµ vi khuÈn chØ ®ßi hái víi nh÷ng liÒu

l−îng rÊt nhá gäi lµ çc nguyªn tè vi l−îng.

Nång ®é cÇn thiÕt cña tõng nguyªn tè vi l−îng trong m«i tr−êng th−êng

chØ vµo kho¶ng 10-6 - 10-8 M. Hµm l−îng çc chÊt kho¸ng chøa trong nguyªn



sinh chÊt vi khuÈn th−êng thay ®æi tïy lo¹i, tïy giai ®o¹n ph¸t triÓn vµ tïy ®iÒu

kiÖn nu«i cÊy. Thµnh phÇn kho¸ng cña tÕ bµo vi khuÈn kh¸c nhau th−êng lµ

chªnh lÖch nhau rÊt nhiÒu. Ch¼ng h¹n nh− theo nghiªn cøu cña Mesrobiana vµ

Peunesko n¨m 1963 cho biÕt thµnh phÇn kho¸ng ë mét sè vi khuÈn g©y bÖnh lµ

(% chÊt kho¸ng):

P2O5 4.93-74. 8 Na2O 0.2-28.08

K2O 2.4-39.8 Cl 0.03-43.69

SO3 0.5-28.8 MgO 0.12-12.0

CaO 0.3-14.0

1.4. T¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn

Sinh tr−ëng, ph¸t triÓn vµ trao ®æi chÊt cña vi khuÈn liªn quan chÆt chÏ

víi çc ®iÒu kiÖn cña m«i tr−êng. Çc ®iÒu kiÖn nµy bao gåm hµng lo¹t çc

yÕu tè kh¸c nhau, t¸c ®éng qua l¹i víi nhau. §a sè çc yÕu tè ®ã ®Òu cã mét

®Æc tÝnh t¸c dông chung biÓu hiÖn ë ba ®iÓm ho¹t ®éng: cùc tiÓu, tèi thÝch vµ

cùc ®¹i.

H×nh 1.4a. §å thÞ biÓu diÔn t¸c dông cña m«i tr−êng lªn vi khuÈn

Víi t¸c dông tèi thiÓu cña yÕu tè m«i tr−êng vi khuÈn b¾t ®Çu sinh

tr−ëng vµ më ®Çu çc qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt, víi t¸c dông tèi thÝch vi khuÈn

sinh tr−ëng, víi tèc ®é cùc ®¹i vµ biÓu hiÖn ho¹t tÝnh trao ®æi chÊt, trao ®æi

n¨ng l−îng lín nhÊt, víi t¸c dông cùc ®¹i vi khuÈn ngõng sinh tr−ëng vµ

th−êng bÞ chÕt.

T¸c ®éng cña m«i tr−êng lªn vi khuÈn cã thÓ lµ thuËn lîi hoÆc bÊt lîi.

T¸c ®éng bÊt lîi sÏ dÉn ®Õn t¸c dông øc khuÈn hoÆc diÖt khuÈn. Do t¸c dông

Tèi thÝch

Cùc ®¹i Cùc tiÓu

C−êng ®é t¸c dông cña m«i tr−êng

C−ê

ng ®

é ho

¹t ®

éng

sèng



øc khuÈn cña yÕu tè m«i tr−êng, tÕ bµo ngõng ph©n chia, nÕu lo¹i bá yÕu tè

nµy khái m«i tr−êng vi khuÈn l¹i tiÕp tôc sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn. Khi cã

mÆt chÊt diÖt khuÈn, vi khuÈn ngõng sinh tr−ëng, ph¸t triÓn vµ chÕt nhanh

chãng. Sù chÕt cña tÕ bµo th−êng kh«ng x¶y ra ngay mét lóc trong quÇn thÓ

mµ diÔn ra dÇn dÇn, cã thÓ biÓu diÔn b»ng ®−êng cong tö vong logarit d−íi

®©y (H×nh 1.4b, 1.4c).

H×nh 1.4b H×nh 1.4c

T¸c dông øc khuÈn vµ diÖt Tèc ®é chÕt cña vi khuÈn tïy theo

khuÈn cña yÕu tè m«i tr−êng thêi gian t¸c dông cña diÖt khuÈn

Mét sè yÕu tè, chñ yÕu lµ çc hãa chÊt, cã thÓ t¸c dông øc khuÈn hoÆc

diÖt khuÈn tïy theo nång ®é.

T¸c dông kh¸ng khuÈn cña çc yÕu tè m«i tr−êng chÞu ¶nh h−ëng cña

mét sè ®iÒu kiÖn nh− tÝnh chÊt vµ c−êng ®é t¸c dông cña b¶n th©n yÕu tè,

®Æc tÝnh cña vi khuÈn vµ tÝnh chÊt cña m«i tr−êng.

1.4.1. C¬ chÕ t¸c dông cña çc yÕu tè m«i tr−êng lªn vi khuÈn

Çc yÕu tè m«i tr−êng bªn ngoµi t¸c dông lªn tÕ bµo thuéc ba lo¹i: YÕu tè vËt

lý (®é Èm, nhiÖt ®é, tia bøc x¹...), yÕu tè hãa häc (pH m«i tr−êng, thÓ oxi hãa khö,

çc chÊt diÖt khuÈn) vµ çc yÕu tè sinh häc (chÊt kh¸ng sinh). Dï lµ yÕu tè nµo

nh−ng khi t¸c dông bÊt lîi lªn tÕ bµo th× th−êng g©y tæn h¹i ®Õn çc cÊu tróc quan

Sinh tr−ëng b×nh th−êng

øc khuÈn

DiÖt khuÈn

Thêi gian t¸c dông cña yÕu tè

LogN

0 5 10 15 20

50

100

80%

80%

80%

Vi k

huÈn

sèn

g sã

t (%

)



träng cho sù sèng cña tÕ bµo. Nh÷ng tæn h¹i ®ã dÉn ®Õn ph¸ hñy chøc phËn ho¹t

®éng cña çc cÊu tróc vµ lµm tÕ bµo chÕt. Chõng nµo tÕ bµo cã thÓ sèng sãt chÝnh lµ

do chóng ®· thÝch øng víi yÕu tè ®· cho b»ng nh÷ng thay ®æi vÒ sinh lý hoÆc di

truyÒn.

Nh÷ng t¸c dông cã h¹i cña çc yÕu tè bªn ngoµi tÕ bµo vi khuÈn thÓ hiÖn ë

nh÷ng biÕn ®æi sau:

+ Ph¸ hñy thµnh tÕ bµo.

+ BiÕn ®æi tÝnh thÊm cña mµng tÕ bµo chÊt: mét sè chÊt kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i

x©m nhËp tÕ bµo. Nh−ng vÉn g©y t¸c dông kh¸ng khuÈn.

+ Thay ®æi ®Æc tÝnh keo cña nguyªn sinh chÊt: çc yÕu tè vËt lý hay hãa häc

®Òu cã thÓ g©y nªn t¸c dông nµy.

+ K×m h·m ho¹t tÝnh.

+ Hñy ho¹i çc qu¸ tr×nh tæng hîp.

1.4.2. T¸c ®éng cña çc yÕu tè vËt lý

+ §é Èm: hÇu hÕt çc qu¸ tr×nh sèng cña vi khuÈn cã liªn quan ®Õn n−íc do

®ã ®é Èm lµ yÕu tè quan träng cña m«i tr−êng. §a sè vi khuÈn thuéc çc sinh vËt −a

n−íc nghÜa lµ chóng cÇn n−íc ë d¹ng tù do, dÔ hÊp thô.

+ NhiÖt ®é: ho¹t ®éng trao ®æi chÊt cña vi khuÈn cã thÓ coi lµ kÕt qu¶ cña çc

ph¶n øng hãa häc. V× çc ph¶n øng nµy phô thuéc chÆt chÏ vµo nhiÖt ®é nªn yÕu tè

nhiÖt ®é râ rµng ¶nh h−ëng s©u s¾c ®Õn çc qu¸ tr×nh sèng cña tÕ bµo. TÕ bµo thu

®−îc nhiÖt chñ yÕu tõ m«i tr−êng bªn ngoµi, mét phÇn còng do c¬ thÓ th¶i ra do kÕt

qu¶ cña ho¹t ®éng trao ®æi chÊt.

Ho¹t ®éng cña vi khuÈn bÞ giíi h¹n trong m«i tr−êng chøa n−íc ë d¹ng cã thÓ

hÊp thô. Vïng nµy cña n−íc n»m ë 20 ®Õn kho¶ng 1000 gäi lµ vïng sinh ®éng häc.

HÇu hÕt tÕ bµo sinh d−ìng cña vi khuÈn chÕt ë nhiÖt ®é cao do protein

bÞ biÕn tÝnh. Vi khuÈn chÕt ë nhiÖt ®é cao còng cã thÓ cßn lµ hËu qu¶ cña

kh«ng ho¹t hãa ARN vµ sù ph¸ ho¹i mµng tÕ bµo chÊt.

ë nhiÖt ®é thÊp cã thÓ lµm ngõng qu¸ tr×nh vËn chuyÓn çc chÊt hßa tan

qua mµng tÕ bµo chÊt do thay ®æi h×nh kh«ng gian cña mét sè permeaza chøa



trong mµng hoÆc ¶nh h−ëng ®Õn viÖc h×nh thµnh vµ tiªu thô ATP cÇn cho qu¸

tr×nh vËn chuyÓn chñ ®éng çc chÊt dinh d−ìng.

Vi khuÈn th−êng chÞu ®ùng ®−îc nhiÖt ®é thÊp. ë nhiÖt ®é d−íi ®iÓm

b¨ng hoÆc thÊp h¬n chóng kh«ng thÓ thùc hiÖn ho¹t ®éng trao ®æi chÊt râ rÖt.

NhiÖt ®é thÊp cã thÓ coi lµ yÕu tè øc khuÈn nÕu lµm l¹nh kh¸ nhanh. Trong

tr−êng hîp lµm l¹nh dÇn dÇn xuèng d−íi ®iÓm b¨ng cÊu tróc cña tÕ bµo bÞ tæn

h¹i do çc tinh thÓ b¨ng ®−îc t¹o thµnh nh−ng kÝch th−íc nhá, do ®ã tÕ bµo

kh«ng bÞ ph¸ hñy.

Giíi h¹n gi÷a nhiÖt ®é cùc tiÓu vµ nhiÖt ®é cùc ®¹i lµ vïng nhiÖt sinh

tr−ëng cña vi khuÈn. Giíi h¹n nµy rÊt kh¸c nhau gi÷a çc lo¹i vi khuÈn, t−¬ng

®èi réng ë çc vi khuÈn ho¹i sinh, nh−ng rÊt hÑp ë çc vi khuÈn g©y bÖnh. Tïy

theo quan hÖ víi vïng nhiÖt cã thÓ chia vi khuÈn thµnh mét sè nhãm sau:

- Vi khuÈn −a l¹nh (Psychrophilic) sinh tr−ëng tèt nhÊt ë nhiÖt ®é d−íi

200C, th−êng gÆp trong n−íc biÓn, çc hè s©u vµ suèi n−íc l¹nh, ch¼ng h¹n vi

khuÈn ph¸t quang, vi khuÈn s¾c. Ho¹t tÝnh trao ®æi chÊt ë çc vi khuÈn nµy

thÊp. Trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm nhiÒu vi khuÈn −a l¹nh dÔ dµng thÝch

øng víi nhiÖt ®é cao h¬n.

- Vi khuÈn −a Êm (Mesophilic) chiÕm ®a sè, cÇn nhiÖt ®é trong kho¶ng

200C – 400C. Ngoµi çc d¹ng ho¹i sinh ta cßn gÆp çc loµi kÝ sinh, g©y bÖnh

cho ng−êi vµ ®éng vËt, chóng sinh tr−ëng tèt nhÊt ë 370C øng víi nhiÖt ®é cña

c¬ thÓ ng−êi vµ ®éng vËt.

- Vi khuÈn −a nãng (Thermophilic) sinh tr−ëng tèt nhÊt ë 550C. Mét sè

kh«ng sinh tr−ëng ë nhiÖt ®é d−íi +300C. NhiÖt ®é sinh tr−ëng cùc ®¹i cña çc

vi khuÈn −a nãng dao ®éng gi÷a +750C vµ +800C.

Çc loµi Bacillus sèng trong ®Êt th−êng cã nhiÖt ®é sinh tr−ëng kh¸ réng

(15 - 400C). Vi khuÈn E.coli cã nhiÖt ®é sinh tr−ëng 10 - 47.50C. Vi khuÈn g©y

bÖnh lËu (Neisseria gonorrhoeae) ph¸t triÓn ë nhiÖt ®é 30 - 400C. Vi khuÈn

Methylococus capsulatus sinh tr−ëng thÝch hîp ë 370C còng cßn cã thÓ sinh

tr−ëng ë nhiÖt ®é 550C.



¸p lùc, ¸p suÊt thÈm thÊu vµ ¸p suÊt thñy tÜnh cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn cÊu

tróc cña tÕ bµo vi khuÈn.

+ ¢m thanh: sãng ©m thanh, ®Æc biÖt trong vïng siªu ©m (trªn 20KHz),

cã ¶nh h−ëng lín ®Õn sinh tr−ëng cña vi khuÈn. Çc tÕ bµo sinh d−ìng bÞ chÕt

nhanh trãng. TÕ bµo con mÉn c¶m h¬n nhiÒu so víi tÕ bµo giµ.

+ Søc c¨ng bÒ mÆt: khi sinh tr−ëng trong m«i tr−êng dÞch thÓ vi khuÈn

chÞu ¶nh h−ëng cña søc c¨ng bÒ mÆt cña m«i tr−êng. Nh÷ng thay ®æi cña søc

c¨ng bÒ mÆt cã thÓ lµ ngõng sinh tr−ëng vµ tÕ bµo cã thÓ bÞ chÕt.

+ Çc tia bøc x¹: ¸nh s¸ng cã thÓ g©y ra nh÷ng biÕn ®æi hãa häc. Do ®ã,

nh÷ng tæn th−¬ng sinh häc nÕu ®−îc tÕ bµo hÊp thô th× møc ®é g©y h¹i tïy

thuéc vµo møc n¨ng l−îng trong l−îng tö ¸nh s¸ng ®−îc hÊp thô vµ møc n¨ng

l−îng trong l−îng tö l¹i phô thuéc gi¸n tiÕp vµo chiÒu dµi sãng cña tia chiÕu.

Çc l−îng tö bøc x¹ g©y lªn nh÷ng biÕn ®æi hãa häc cña çc ph©n tö vµ nguyªn

tö cã chiÒu dµi sãng kho¶ng 10000 A0.

1.4.3. T¸c ®éng cña çc yÕu tè hãa häc

Trong sè çc t¸c ®éng hãa häc ¶nh h−ëng ®Õn chøc phËn sèng cña tÕ

bµo tr−íc hÕt ph¶i kÓ ®Õn nång ®é ion hidro (pH), thÕ oxi hãa khö (Eh) cña

m«i tr−êng, çc chÊt s¸t trïng vµ çc chÊt hãa trÞ liÖu.

+ T¸c ®éng cña pH m«i tr−êng: pH cña m«i tr−êng cã ý nghÜa quyÕt

®Þnh ®èi víi sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn. Çc ion H+ vµ OH- lµ hai

ion ho¹t ®éng lín nhÊt trong tÊt c¶ çc ion, nh÷ng biÕn ®æi dï nhá trong nång

®é cña chóng còng cã ¶nh h−ëng m¹nh mÏ. Cho nªn viÖc x¸c ®Þnh thÝch hîp

ban ®Çu vµo viÖc duy tr× pH cÇn thiÕt trong thêi gian sinh tr−ëng cña tÕ bµo lµ

rÊt quan träng. §a sè vi khuÈn sinh tr−ëng tèt nhÊt ë pH trung b×nh (7.0) nh−

nhiÒu vi khuÈn g©y bÖnh (m«i tr−êng tù nhiªn lµ m¸u vµ b¹ch huyÕt m¸u cña

c¬ thÓ ®éng vËt).

+ T¸c ®éng cña thÕ oxi hãa khö (Eh): biÓu thÞ møc ®é tho¸ng khÝ cña

m«i tr−êng.



+ Çc chÊt diÖt khuÈn ( s¸t trïng): th−êng dïng nhÊt lµ phenol vµ çc

hîp chÊt cña phenol, çc ancohol, halogen, kim lo¹i nÆng, H2O2, çc thuèc

nhuém, xµ phßng vµ çc chÊt röa tæng hîp cña muèi amon bËc bèn.

1.4.4. T¸c ®éng cña çc yÕu tè sinh häc

Çc yÕu tè sinh häc t¸c ®éng cã h¹i lªn qu¸ tr×nh sinh sèng cña vi khuÈn

®ã lµ kh¸ng thÓ vµ chÊt kh¸ng sinh.

1.5. KÕt luËn

Nh− vËy, qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ quy tr×nh nu«i cÊy vi

khuÈn, çc ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn chóng t«i ®−a ra mét sè kÕt luËn

sau:

+ Vi khuÈn cã vai trß v« cïng to lín ®èi víi con ng−êi, ®éng vËt, thùc

vËt… trªn tr¸i ®Êt. Ch¼ng h¹n nh− chóng tham gia tÝch cùc vµo qu¸ tr×nh ph©n

gi¶i çc x¸c h÷u c¬, çc phÕ th¶i c«ng nghiÖp. §Æc biÖt lµ vi khuÈn cã vai trß

rÊt quan träng trong ngµnh n¨ng l−îng ®ã lµ viÖc chóng ®ãng gãp rÊt lín trong

viÖc t¹o ra dÇu má, than ®¸ vµ khÝ ®èt…

+ Muèn cho vi khuÈn sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn ®−îc cÇn ph¶i nu«i cÊy

trong çc m«i tr−êng thÝch hîp, m«i tr−êng lµ nh÷ng chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt

®−îc phèi hîp theo yªu cÇu sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn ®èi víi ®iÒu

kiÖn vµ hoµn c¶nh sèng. VÝ dô nh−:

• M«i tr−êng dÞch thÓ hay m«i tr−êng láng lµ m«i tr−êng hîp thµnh do

sù hoµ tan cña çc chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt ë trong n−íc, nh− m«i tr−êng

n−íc thÞt, n−íc pepton, n−íc gan, n−íc d¹ dÇy, n−íc çc lo¹i th©n cñ (nh− ng«,

®Ëu nµnh, cµ rèt).

• M«i tr−êng b¸n cè thÓ lµ m«i tr−êng n−íc cã cho thªm mét Ýt chÊt

(th¹ch, keo) vµo ®Ó lµm cho m«i tr−êng s¸nh l¹i, m«i tr−êng nµy dïng ®Ó theo

dâi sù di ®éng cña vi khuÈn, nã hîp víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn sinh lý cña vi

khuÈn.

• M«i tr−êng cè thÓ hay m«i tr−êng r¾n ®Æc nh− m«i tr−êng khoai t©y ®Ó

nu«i cÊy vi khuÈn lao; m«i tr−êng láng thªm th¹ch ®Ó t¹o thµnh m«i tr−êng



th¹ch ®Üa, th¹ch nghiªng dïng ®Ó ph©n lËp vµ xem h×nh th¸i çc khuÈn l¹c; m«i

tr−êng gelatin ®Ó kiÓm tra xem vi khuÈn cã lµm tan ch¶y gelatin kh«ng.

• M«i tr−êng tù nhiªn lµ çc m«i tr−êng mµ çc chÊt dinh d−ìng cã s½n

trong thiªn nhiªn nh− m¸u, huyÕt th¹ch, n−íc tiÓu, n−íc trøng, khoai t©y…

hay m«i tr−êng nh©n t¹o lµ hçn hîp cña nhiÒu chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt cho vi

khuÈn nh− n−íc thÞt, n−íc thÞt gan…

+ Ngoµi ra ¸nh s¸ng còng rÊt cÇn thiÕt ®èi víi mét sè lo¹i vi khuÈn nh−ng

trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy nh©n t¹o ng−êi ta cã thÓ t¹o ra m«i tr−êng thÝch hîp

cho vi khuÈn sinh tr−ëng. Nh−ng nhiÖt ®é th× do ®iÒu kiÖn khÝ hËu lu«n thay

®æi v× vËy khi nhiÖt ®é thay ®æi cã thÓ lµm cho vi khuÈn chÕt. Do ®ã nhiÖt ®é lµ

rÊt cÇn quan t©m, trong nghiªn cøu, ch÷a trÞ vµ s¶n xuÊt th× viÖc duy tr× nhiÖt

®é nh»m duy tr× sù sèng cho vi khuÈn lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng.

Nh− vËy, tõ nh÷ng ph©n tÝch ë trªn chóng t«i thÊy ¸nh s¸ng, ®é Èm, m«i

tr−êng ®· ®−îc çc nhµ vi sinh vËt nghiªn cøu vµ t¹o ra. Do ®ã trong ®Ò tµi nµy

chóng t«i chØ quan t©m ®Õn nhiÖt ®é.

Víi nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ vi khuÈn, t«i tiÕn hµnh nghiªn

cøu vµ t×m hiÓu mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông trong thùc tÕ,

cô thÓ lµ ®ang ®−îng sö dông trong bÖnh viÖn B¹ch Mai.

Ch−¬ng 2



Giíi thiÖu chung vÒ tù ®éng ®iÒu khÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi

khuÈn ®ang ®−îc sö dông hiÖn nay

2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o chung

H×nh d¸ng vµ cÊu t¹o bªn trong cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn hiÖn

nay ®ang ®−îc sö dông ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2.1 sau:

H×nh 2.1. S¬ ®å cÊu t¹o cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn

Trong ®ã:

1) Vá tñ: th−êng lµm b»ng t«n s¾t dµy cì 1,5mm, ë mÆt trong cã s¬n líp

s¬n chÞu nhiÖt, mÆt ngoµi s¬n chèng rØ. Cã lo¹i lµm b»ng t«n thÐp kh«ng rØ.

2) Líp çch nhiÖt: th−êng b»ng b«ng thuû tinh ®Ó çch nhiÖt cho tñ víi

m«i tr−êng ngoµi.

3) Cöa ngoµi b»ng t«n thÐp, xung quanh cã mét gio¨ng ami¨ng.

4) Cöa trong b»ng kÝnh chÞu nhiÖt cho phÐp nh×n thÊy vËt sÊy vµ çch

nhiÖt ra ngoµi.



5) Sµng ng¨n çch gi÷a ®iÖn trë d©y ®èt víi phÇn nu«i cÊy bªn trong,

m¾t sµng cã nhiÒu lç thñng ®Ó nhiÖt cã thÓ ®i vµo bªn trong.

6) Gi¸ ®ì: ®Ó xÕp, ®ùng çc vËt sÊy, th−êng trong ®ã cã kho¶ng hai hoÆc

ba gi¸ ®ì lµm b»ng thÐp kh«ng rØ.

7) Gê ®ì: dïng ®Ó ®ì çc gi¸ ®ì.

8) D©y ®èt: lµ ®iÖn trë d©y quÊn h×nh lß xo th−êng lµm b»ng

Fer«-Niken.

9) Ch©n ®Õ.

10) Lç tho¸t Èm: cã thÓ kho¸ hoÆc më ra gióp cho tñ tho¸t Èm.

11) NhiÖt kÕ: dïng ®Ó ®o nhiÖt ®é trong tñ.

12) Hép chøa ®ùng m¹ch ®iÒu khiÓn vµ çc thiÕt bÞ liªn quan.

13) Kho¶ng trèng phÝa sau tñ dïng ®Ó ®−a d©y chuyÒn tÝn hiÖu ®iÒu

khiÓn vµo tñ.

14) C¶m biÕn nhiÖt ®é.

15) N¾p m¸y cã thÓ th¸o ra söa ch÷a khi tñ gÆp sù cè.

16) Qu¹t dïng ®Ó l−u th«ng nhiÖt trong tñ.

2.2. Nguyªn lý lµm viÖc chung

Th«ng th−êng vi khuÈn ®−îc nu«i cÊy ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh (th−êng

lµ 370C). Do ®ã, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc khi nhiÖt ®é trong tñ gÇn b»ng nhiÖt

®é ®Æt th× hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é sÏ tù ®éng c¾t ®Ó ngõng viÖc cÊp ®iÖn

cho d©y ®èt cho ®Õn khi nhiÖt ®é trong tñ b»ng nhiÖt ®é ®Æt, do qu¸n tÝnh nªn

d©y ®èt vÉn nãng lªn vµ nhiÖt ®é trong tñ lín h¬n nhiÖt ®é ®Æt ®Õn mét thêi

®iÓm nµo ®ã nhiÖt ®é trong tñ l¹i gi¶m xuèng thÊp h¬n vµ dao ®éng quanh gi¸

trÞ nhiÖt ®é ®Æt. Sau ®ã ®Õn mét thêi ®iÓm nµo ®ã th× nhiÖt ®é trong tñ l¹i h¹

cho ®Õn khi thÊp h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é l¹i ®iÒu

khiÓn ®ãng ®iÖn cho d©y ®èt lµm nhiÖt ®é t¨ng dÇn lªn ®Õn gi¸ trÞ cÇn thiÕt vµ

qu¸ tr×nh t¹o nhiÖt l¹i lÆp l¹i liªn tôc nh− vËy trong suèt kho¶ng thêi gian yªu

cÇu cña viÖc nu«i cÊy vi khuÈn. Nh− vËy, tñ Êm 370C ho¹t ®éng theo mét chu



tr×nh khÐp kÝn vµ liªn tôc trong mét thêi gian dµi mµ vÉn ®¶m b¶o ®−îc sù æn

®Þnh nhiÖt ®é.

S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é: ®−îc thÓ hiÖn nh− h×nh 2.2

d−íi ®©y:

H×nh 2.2. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é

Trong ®ã:

U®Æt: tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt

tx: nhiÖt ®é thùc trong tñ

t: nhiÖt ®é do d©y ®èt t¹o ra

U®k: tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn

Nh− vËy, hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é ë ®©y lµ hÖ thèng kÝn vµ cã sù håi

tiÕp tÝn hiÖu. Sù håi tiÕp ë ®©y cã nhiÖm vô lµm gi¶m sai lÖch (e) gi÷a tÝn hiÖu

®Æt (U®Æt) víi tÝn hiÖu ra cña hÖ thèng. NhiÖt ®é thùc trong tñ Êm ®−îc c¶m

biÕn nhiÖt ®é nhËn biÕt, qua hÖ thèng chuyÓn ®æi ®Ó chuyÓn tõ nhiÖt ®é thµnh

tÝn ®iÖn ¸p (U®o), sau ®ã so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt. NÕu cã sai lÖch qua bé so

s¸nh ®−a tÝn hiÖu sai lÖch vµo bé ®iÒu khiÓn cho ra ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu

khiÓn kh¸ng ®èt. NhiÖt ®é trong tñ lu«n ®−îc c¶m biÕn c¶m nhËn, nÕu nhiÖt ®é

trong tñ ch−a ®¹t ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu th× bé ®iÒu khiÓn sÏ tù ®éng ®iÒu chØnh

®Ó ®−a nhiÖt ®é trong tñ b»ng nhiÖt ®é ®Æt. Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é lu«n



®−îc æn ®Þnh do sai lÖch gi÷a nhiÖt ®é thùc vµ nhiÖt ®é ®Æt lu«n lu«n ®−îc hiÖu

chØnh víi tèc ®é nhanh nhê bé ®iÒu khiÓn.

¦u ®iÓm cña viÖc ®iÒu khiÓn nµy lµ cã kh¶ n¨ng cung cÊp nhiÖt cho tñ

mét çch æn ®Þnh, liªn tôc vµ hao tæn Ýt n¨ng l−îng nªn nã ®−îc øng dông rÊt

nhiÒu trong ®êi sèng.

2.2.1. Buång t¹o nhiÖt

Do lu«n ph¶i chÞu nhiÖt ®é cao do kh¸ng ®èt to¶ ra nªn yªu cÇu ®èi víi

buång t¹o nhiÖt lµ ph¶i chÞu ®−îc nhiÖt ®é cao, cã ®é bÒn c¬ häc lín, ®Æc tÝnh

çch nhiÖt víi m«i tr−êng bªn ngoµi vµ tÝnh æn ®Þnh nhiÖt ®é cao. §Æc ®iÓm

quan träng n÷a cña buång t¹o nhiÖt lµ kh«ng bÞ ¨n mßn nhiÒu bëi m«i tr−êng

lµm viÖc.

2.2.2. Khèi t¹o nhiÖt

Lµ ®iÖn trë d©y quÊn h×nh lß xo th−êng lµm b»ng Fer«-Niken, lµ bé

phËn quan träng cña khèi t¹o nhiÖt, nã cung cÊp nhiÖt cho qu¸ tr×nh nu«i cÊy

mçi khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua nã. NhiÖt l−îng to¶ ra trªn d©y ®èt khi cã dßng

®iÖn ch¹y qua ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau:

Q = RI2t (J)

Trong ®ã:

Q- nhiÖt l−îng to¶ ra tõ d©y ®èt (J)

R- ®iÖn trë cña d©y ®èt (Ω )

I- dßng ®iÖn ch¹y qua d©y ®èt (A)

t- thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua d©y ®èt (s)

Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ch¹y qua d©y ®èt lu«n ®−îc quyÕt ®Þnh bëi ®iÖn ¸p ®Æt

lªn d©y ®èt hay lµ phô thuéc vµo thêi gian dÉn ®iÖn cña phÇn phÝa ®iÒu khiÓn

cung cÊp.

2.2.3. M¹ch ®iÒu khiÓn

M¹ch ®iÒu khiÓn cã thÓ ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ c¬ khÝ, cã thÓ ®iÒu

khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ b¸n dÉn.

2.2.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ c¬ khÝ



Nh÷ng tñ sö dông m¹ch ®iÒu khiÓn lo¹i nµy tiÖn dông cho ng−êi sö

dông, tiÕt kiÖm n¨ng l−îng nh−ng chóng sö dông çc bé ®ãng c¾t trªn c¬ së

çc tiÕp ®iÓm c¬ khÝ nªn tñ hay bÞ trôc trÆc do bÞ bÈn tiÕp ®iÓm. MÆt kh¸c ®é

chÝnh x¸c kh«ng cao, nªn lo¹i nµy hiÖn nay hÇu nh− kh«ng s¶n xuÊt mµ chØ tån

t¹i trong çc thiÕt bÞ cò mµ hiÖn t¹i ®ang ®−îc sö dông ë mét sè c¬ së Y tÕ,

tr¹m Thó y, tr¹m b¶o vÖ thùc vËt. Trong tr−êng hîp nµy çc tñ th−êng ®−îc

®iÒu khiÓn b»ng nhiÖt kÕ c«ng t¾c hoÆc lµ thanh d·n në.

2.2.3.2. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ b¸n dÉn

C«ng nghÖ b¸n dÉn ®ang lµ mét trong nh÷ng ngµnh mòi nhän vµ ®−îc

øng dông rÊt nhiÒu trong çc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. Víi nh÷ng −u ®iÓm v−ît tréi

nh− lµ thiÕt bÞ gän nhÑ dÔ sö dông, do ®ã hÇu hÕt çc tñ nu«i cÊy vi khuÈn hiÖn

nay ®Òu ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ b¸n dÉn.

H×nh2.3 d−íi ®©y lµ s¬ ®å khèi cña khèi m¹ch ®iÒu khiÓn:

H×nh 2.3. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor hay Triac

(1) Khèi nguån: cã nhiÖm vô cung cÊp nguån n¨ng l−îng thÝch hîp cho

khèi çch ly ngâ vµo. Khèi nµy th«ng th−êng lµ nguån cung cÊp tõ l−íi ®iÖn

xoay chiÒu 220V, tÇn sè 50Hz.

(2) Khèi çch ly: khèi nµy bao gåm khèi çch ly ngâ vµo vµ khèi çch

ly ngâ ra. Cã nhiÖm vô çch ly phÇn ®iÖn ¸p nguån víi phÇn c«ng suÊt cña

m¹ch chØnh l−u hay m¹ch ®iÒu khiÓn c«ng suÊt vµ kh«ng cho dßng ®iÖn ch¹y

ng−îc l¹i. §èi víi khèi çch ly ngâ vµo th«ng th−êng lµ biÕn ¸p h¹ ¸p nh»m



t¹o ra ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, cßn ®èi víi khèi çch ly ngâ

ra th−êng lµ biÕn ¸p xung.

(3) Khèi ®ång bé: cã nhiÖm vô t¹o ra tÝn hiÖu ®ång bé víi tÝn hiÖu ®iÒu

khiÓn nh»m t¹o ra d¹ng xung thÝch hîp ®iÒu khiÓn khèi c«ng suÊt ë ®©y cã thÓ

lµ Triac hay Thyristor, khèi nµy cã thÓ t¹o ®−îc b»ng çch ®ång bé Arccos

hoÆc ®ång bé xung r¨ng c−a.

* §ång bé Arccos: ®iÖn ¸p ®ång bé tAU s ωcos= , v−ît tr−íc ®iÖn ¸p

tAU AK ωsin= cña Thyristor (hay Triac) mét gãc 900. Nªn ®iÖn ¸p ®−a vµo sÏ

cho qua bé tÝch ph©n ®Ó ®−îc ®iÖn ¸p ®ång bé Us. Sau ®ã lÊy ®iÖn ¸p Us so

s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (U®k ) lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã

thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é ®iÖn ¸p theo hai chiÒu (d−¬ng vµ ©m). Do ®ã nÕu ®Æt Us

vµo cæng ®¶o vµ U®k vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× khi Us=U®k, ta sÏ

nhËn ®−îc mét xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh, khi kh©u nµy lËt

tr¹ng th¸i: dkUtA =ωcos . Do ®ã )arccos(A

Ut dk=ω .

Khi U®k = A th× 0=tω .

Khi U®k = 0 th× 2/πω =t .

Khi U®k = -A th× πω =t .

Nh− vËy, khi ®iÒu chØnh U®k tõ trÞ U®k = +A, ®Õn trÞ U®k = -A, ta cã thÓ

®iÒu chØnh ®−îc gãc α tõ 0 ®Õn π . Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn trong tr−êng hîp

nµy thÓ hiÖn trªn h×nh 2.4 sau:

H×nh 2.4. S¬ ®å nguyªn lý t¹o tÝn hiÖu ®ång bé

H×nh 2.5 d−íi ®©y lµ ®å thÞ d¹ng sãng ®iÖn ¸p.



H×nh 2.5. §å thÞ d¹ng sãng ®ång bé Cosin

Trong ®ã: Uss lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®ãng më Thyristor (hay Triac).

Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông trong çc thiÕt bÞ chØnh l−u ®ßi hái chÊt

l−îng cao.

* §ång bé xung r¨ng c−a: ph−¬ng ph¸p ®ång bé xung r¨ng c−a lµ dïng

çc m¹ch chøc n¨ng t¹o ra tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cã d¹ng sãng r¨ng c−a ®Ó so s¸nh

víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®ång bé, ký hiÖu Us, ®ång bé víi ®iÖn

¸p ®Æt trªn an«t-cat«t cña Thyristor (Triac), th−êng ®Æt vµo ®Çu ®¶o cña kh©u

so s¸nh. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ký hiÖu Uc lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu (cã thÓ ®iÒu chØnh

®−îc biªn ®é), th−êng ®Æt vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh. Khi ®ã, hiÖu

®iÖn thÕ ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Thyristor (Triac):

U®k = Uc - Us.

Mçi khi Us = Uc th× kh©u so s¸nh lËt tr¹ng th¸i, ta nhËn ®−îc s−ên xuèng

cña ®iÖn ¸p ®Çu ra kh©u so s¸nh, s−ên xuèng nµy th«ng qua ®a hµi mét tr¹ng

th¸i æn ®Þnh, t¹o ra mét xung ®iÒu khiÓn. Nh− vËy, b»ng çch lµm biÕn ®æi Uc

th× cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra, tøc lµ ®iÒu chØnh ®−îc

gãc α .



Gi÷a α vµ Uc cã mèi quan hÖ sau:

sm

c

UU

πα = , víi Usm = Ucmax.

H×nh 2.6.d−íi ®©y biÓu diÔn d¹ng sãng ®iÒu khiÓn

H×nh2.6. S¬ ®å d¹ng sãng ®iÒu khiÓn

(4) Khèi so s¸nh: lµm nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p ®ång bé víi ®iÖn

¸p ®iÒu khiÓn. §Ó so s¸nh khèi nµy dïng m¹ch thuËt to¸n.

(5) Khèi t¹o d¹ng xung: khèi nµy cã nhiÖm vô söa d¹ng xung ®Çu ra cña

bé so s¸nh sao cho cã ®é réng vµ biªn ®é thÝch hîp víi Triac cÇn kÝch, cã thÓ

chän dßng kÝch lín, ®iÖn ¸p kÝch nhá hoÆc ng−îc l¹i nh−ng ph¶i ®¶m b¶o c«ng

suÊt tiªu t¸n nhá h¬n c«ng suÊt cho phÐp. §é réng xung ®−îc quyÕt ®Þnh bëi

thêi gian dßng qua Triac ®¹t gi¸ trÞ dßng më (tra trong s¸ch tra cøu b¸n dÉn

øng víi lo¹i Triac t−¬ng øng mµ ta sö dông).

(6) Khèi c«ng suÊt: khèi c«ng suÊt ë ®©y th−êng sö dông Triac hay

Thyristor ®Ó ®iÒu khiÓn cho dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua ®Ó cÊp nguån cho

®iÖn trë d©y ®èt ë mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn.

2.2.4. M¹ch ®o l−êng



§Ó thùc hiÖn viÖc ®o mét ®¹i l−îng nµo ®ã tuú thuéc vµo nh÷ng ®¹i l−îng

cÇn ®o, ®iÒu kiÖn ®o còng nh− ®é chÝnh x¸c theo yªu cÇu cña mét phÐp ®o mµ cã

thÓ thùc hiÖn ®o b»ng nhiÒu çch kh¸c nhau trªn c¬ së cña çc hÖ thèng ®o l−êng

kh¸c nhau.

D−íi ®©y lµ s¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®o l−êng tæng qu¸t:

H×nh 2.7. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®o l−êng

Ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®o l−êng: tÝn hiÖu cÇn ®o lµ çc ®¹i l−îng vËt lý

(nhiÖt ®é, ®é Èm, ¸p suÊt...) qua c¶m biÕn, c¶m biÕn cã nhiÖm vô chuyÓn ®æi

çc ®¹i l−îng nµy thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn. Sau ®ã ®iÖn ¸p hoÆc

dßng ®iÖn ®−îc ®−a vµo m¹ch chØ thÞ sè chuyÓn thµnh tÝn hiÖu sè, qua bé gi¶i

m· ®Õn bé hiÓn thÞ.

2.2.4.1. Kh©u chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu

* ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu: lµm nhiÖm vô tiÕp nhËn trùc tiÕp çc ®¹i l−îng

vËt lý, ®Æc tr−ng cho ®èi t−îng cÇn ®o vµ biÕn ®æi çc ®¹i l−îng ®o thµnh tÝn

hiÖu ®iÖn. §©y lµ kh©u quan träng nhÊt cña mét thiÕt bÞ ®o l−êng, cã nhiÒu lo¹i

chuyÓn ®æi s¬ cÊp kh¸c nhau tuú thuéc vµo ®¹i l−îng ®o vµ ®¹i l−îng biÕn

thiªn ë ®Çu ra cña chuyÓn ®æi thuËn lîi cho viÖc tÝnh to¸n.

* KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®o nhiÖt ®é: trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ t×m

hiÓu thùc tÕ ë mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn t¹i bÖnh viÖn B¹ch Mai chóng t«i

thÊy th−êng sö dông bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®o b»ng khuÕch ®¹i thuËt to¸n.

2.2.4.2. M¹ch chØ thÞ sè

Lµ kh©u thu thËp, gia c«ng tÝn hiÖu ®o tõ kh©u chuyÓn ®æi ®−a tíi, nã cã

nhiÖm vô tÝnh to¸n, biÕn ®æi tÝn hiÖu nhËn ®−îc tõ bé chuyÓn ®æi sao cho phï

hîp víi yªu cÇu thÓ hiÖn kÕt qu¶ ®o cña bé chØ thÞ sè. M¹ch ®o ë ®©y cã thÓ lµ

m¹ch ®o l−êng sè sö dông vi ®iÒu khiÓn, còng cã thÓ lµ m¹ch ®o sö dông çc

IC sè.



+ §èi víi m¹ch ®o sö dông vi ®iÒu khiÓn: cã s¬ ®å khèi nh− h×nh 2.8

d−íi ®©y:

H×nh 2.8. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®o l−êng sè dïng vi ®iÒu khiÓn

Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nµy nh− sau: ®èi t−îng cÇn ®o lµ ®¹i l−îng vËt lý,

dùa vµo ®Æc tÝnh cña ®èi t−îng cÇn ®o mµ chän mét lo¹i c¶m biÕn phï hîp ®Ó

biÕn ®æi th«ng sè ®¹i l−îng vËt lý cÇn ®o thµnh ®¹i l−îng ®iÖn, sau ®ã ®−a vµo

m¹ch chÕ biÕn chuyÓn ®æi tÝn hiÖu (bao gåm bé c¶m biÕn, hÖ thèng khuÕch

®¹i, xö lý tÝn hiÖu). Bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sang tÝn hiÖu sè ADC (Analog

Digital Converter) lµm nhiÖm vô chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè

®Ó kÕt nèi víi vi ®iÒu khiÓn. Bé vi ®iÒu khiÓn cã nhiÖm vô thùc hiÖn nh÷ng

phÐp tÝnh vµ xuÊt ra nh÷ng lÖnh trªn c¬ së tr×nh tù nh÷ng lÖnh chÊp hµnh ®·

®−îc thùc hiÖn tr−íc ®ã, råi ®−a ra bé hiÓn thÞ.

+ §èi víi m¹ch ®o sö dông IC sè: ®−îc thÓ hiÖn trªn s¬ ®å khèi nh−

h×nh 2.9 sau ®©y:

H×nh 2.9. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®o sö dông IC sè

Ho¹t ®éng cña khèi nµy lµ: ph−¬ng ph¸p ®o b»ng IC sè nµy còng gÇn

gièng víi ph−¬ng ph¸p ®o sö dông vi ®iÒu khiÓn chØ kh¸c nhau ë chç lµ thay v×

ph¶i lËp tr×nh vµ mua bé n¹p cho con vi ®iÒu khiÓn th× cã thÓ sö dông ngay çc

con IC gi¶i m·.

* Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù - sè: trong sinh ho¹t vµ s¶n xuÊt ngµy nay th×

c«ng viÖc truyÒn tin còng nh− lµ trong ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ phÇn lín ®Òu

®−îc thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p sè. Trong khi ®ã çc ®èi t−îng mµ ta nghiªn

cøu ®Òu cã d¹ng tÝn hiÖu t−¬ng tù (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt, ¸nh s¸ng, tèc ®é

quay, tÝn hiÖu ©m thanh…). V× vËy ®Ó kÕt nèi gi÷a nguån tÝn hiÖu t−¬ng tù víi

çc hÖ thèng xö lý sè th× ph¶i dïng çc m¹ch chuyÓn ®æi t−¬ng tù sang sè



nh»m chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè hoÆc ng−îc l¹i khi cÇn biÕn

®æi tÝn hiÖu sè sang tÝn hiÖu t−¬ng tù th× ph¶i dïng m¹ch chuyÓn ®æi DAC

(Digital Analog converter).

Nguyªn t¾c thùc hiÖn chuyÓn ®æi ADC lµ chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ngâ vµo

t−¬ng tù (nh− dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p) thµnh m· sè nhÞ ph©n cã çc gi¸ trÞ t−¬ng

øng.

Bé chuyÓn ®æi ADC cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau, mçi ph−¬ng

ph¸p ®Òu cã nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n kh¸c nhau nh−: ®é chÝnh x¸c, tèc ®é

chuyÓn ®æi, gi¶i biÕn ®æi cña hiÖu øng t−¬ng tù ngâ vµo. Nh−ng chóng ®Òu

xuÊt ph¸t tõ mét nguyªn lý chung vµ ®−îc thÓ hiÖn trªn s¬ ®å tæng qu¸t h×nh

2.10 d−íi ®©y:

H×nh 2.10. S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¹ch ADC

Ho¹t ®éng: ®Çu tiªn kÝch xung ®iÒu khiÓn (Startcommand) ®Ó bé ADC

ho¹t ®éng. T¹i mét tÇn sè ®−îc x¸c ®Þnh b»ng xung ®ång hå (clock) bé ®iÒu

khiÓn lµm thay ®æi thµnh sè nhÞ ph©n ®−îc l−u tr÷ trong thanh ghi (Register).

Sè nhÞ ph©n trong thanh ghi ®−îc chuyÓn thµnh ®iÖn ¸p UB b»ng bé chuyÓn ®æi

DAC. Bé so s¸nh sÏ so s¸nh ®iÖn ¸p UB víi ®iÖn ¸p ngâ vµo UA. NÕu UA>UB

th× ngâ ra cña bé so s¸nh vÉn gi÷ ë møc cao. Khi UA<UB ngâ ra cña bé so s¸nh



xuèng møc thÊp vµ qu¸ tr×nh thay ®æi sè cña thanh ghi ng−ng, lóc nµy UB gÇn

b»ng UA, vµ nh÷ng sè trong thanh ghi lµ nh÷ng sè chuyÓn ®æi.

* Bé hiÓn thÞ sè: lµ kh©u cuèi cïng cña hÖ thèng ®o l−êng, nã cã nhiÖm

vô thÓ hiÖn kÕt qu¶ ®o l−êng d−íi d¹ng nh÷ng con sè t−¬ng øng víi ®¬n vÞ cÇn

®o sau khi qua m¹ch ®o. ThiÕt bÞ hiÓn thÞ sè th−êng lµ hiÓn thÞ b»ng tinh thÓ

láng hoÆc lµ hiÓn thÞ b»ng LED 7 thanh.

§èi víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ b»ng tinh thÓ láng LCD (Liquid Crystal

Display) lo¹i ph¶n x¹ gåm cã hai tÊm thuû tinh xÕp song song víi nhau, ë gi÷a

lµ líp tinh thÓ láng. Mét ®iÖn thÕ xoay chiÒu ®−îc ¸p ngang qua chÊt láng nµy,

cô thÓ lµ gi÷a ®o¹n (®· phñ kim lo¹i) cÇn hiÓn thÞ vµ mÆt sau (Back plane-BP)

phñ kim lo¹i. Khi kh«ng cã hiÖu ®iÖn thÕ th× ®o¹n phñ kim lo¹i ph¶n x¹ ¸nh

s¸ng (¸nh s¸ng ®Õn tõ xung quanh), líp tinh thÓ láng trong suèt nªn ¸nh s¸ng

còng ph¶n x¹ ë mÆt sau BP nªn ta kh«ng thÊy ®−îc ®o¹n mµ chØ thÊy toµn mÆt

cña hiÓn thÞ mµu s¸ng b¹c yÕu. Khi cã hiÖu thÕ, ®o¹n vµ mÆt sau BP t¸c ®éng

nh− mét tô ®iÖn, tiªu thô mét dßng ®iÖn nhá. TÇn sè cña ®iÖn thÕ ph¶i thÊp vµ

dßng ®iÖn nµy nhá tuy nhiªn kh«ng ®−îc thÊp d−íi 25Hz v× sÏ t¹o sù nhÊp

nh¸y khã chÞu cho m¾t. §iÖn tr−êng bªn trong tô ph¸ vì sù s¾p xÕp trËt tù cña

çc ph©n tö cña chÊt tinh thÓ láng lµm chÊt láng gi÷a ®o¹n vµ mÆt sau BP

kh«ng cßn trong suèt nªn ¸nh s¸ng kh«ng ph¶n x¹ ®−îc tõ mÆt sau ë vïng

t−¬ng øng víi ®o¹n trë nªn ®en, xuÊt hiÖn râ rµng trªn nÒn s¸ng b¹c cßn l¹i cña

mµn hiÓn thÞ. NÕu nhiÒu ®o¹n cïng tèi ta sÏ cã çc sè, çc ký tù,… Mµn h×nh

tinh thÓ láng ®−îc bè trÝ çc ®iÓm ¶nh thµnh mét ma trËn vµ mçi ®iÓm ¶nh cña

nã cã mét ®Þa chØ. ë mét sè lo¹i mµn h×nh LCD lo¹i dÉn x¹, tÊm ®iÖn ph¸t

quang ®−îc ®Æt mÆt sau ®Ó räi s¸ng nã thay v× chØ dïng ¸nh s¸ng cña m«i

tr−êng xung quanh ®Õn tõ phÝa tr−íc. ThiÕt bÞ hiÓn thÞ nµy tèn rÊt Ýt n¨ng l−îng

nªn hiÖn nay ®−îc dïng rÊt phæ biÕn. Lµm s¸ng mét ®o¹n cña LCD 7 thanh,

hay mét h×nh d¹ng nµo kh¸c cña mét LCD nãi chung, thËt ra lµ lµm tèi ®o¹n

hay h×nh d¹ng ®ã. Nã kh¸c víi LED 7 thanh ë chç lµ khi sö dông LCD cÇn

ph¶i cã tÝn hiÖu mÆt sau d¹ng sãng vu«ng víi tÇn sè tõ 30Hz ®Õn 200Hz. §Ó



biÓu diÔn çc ch÷ çi hay ký hiÖu th× ng−êi ta dïng ®Ìn 16 thanh vµ ma trËn

®iÓm.

§èi víi thiÕt bÞ hiÓn thÞ b»ng LED 7 thanh: ®©y lµ mét linh kiÖn quang

®iÖn tö. −u ®iÓm cña nã lµ tÇn sè ho¹t ®éng cao, thÓ tÝch nhá, c«ng suÊt tiªu

hao kh«ng lín l¾m, kh«ng lµm sôt ¸p khi khëi ®éng… §Æc ®iÓm quan träng

cña LED lµ kh«ng cÇn kÝnh läc vÉn cho ra mÇu s¾c (th−êng lµ mÇu xanh, vµng

hoÆc ®á) sù ph¸t s¸ng cña LED kh¸c víi ®Ìn th−êng. ë ®©y chÊt ph¸t s¸ng

®−îc nung nãng lµm cho ph«ton ®−îc gi¶i phãng. §iÒu kiÖn ®Ó nã ®−îc gi¶i

phãng lµ do cã sù tËp chung cao ®é cña electron vµ lç trèng. Ngoµi ra LED

còng cã cÊu tróc ®Æc tr−ng cña nh÷ng Diode th«ng th−êng tøc lµ còng cã d¹ng

mét mÆt ghÐp P-N, cã chiÒu dÉn ®iÖn vµ chiÒu kh«ng dÉn ®iÖn, v× nã cã thÓ

tÝch nhá, c«ng suÊt tiªu thô thÊp. Do ®ã nã rÊt thÝch hîp víi çc m¹ch logic

nªn LED ®−îc øng dông rÊt réng r·i trong mäi lÜnh vùc chØ b¸o vµ hiÓn thÞ kÕt

qu¶ ®o (nh− nhiÖt ®é, ®é Èm, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, thêi gian…) hoÆc mét tr¹ng

th¸i cña m¹ch logic. §èi víi LED 7 thanh hiÖn nay trªn thÞ tr−êng cã hai lo¹i

lµ: lo¹i an«t chung vµ lo¹i cat«t chung nh− h×nh 2.11.

H×nh 2.11. LED 7 ®o¹n lo¹i an«t (b) vµ cat«t (a) chung

ë lo¹i cat«t chung th× cat«t cña ®Ìn ®−îc nèi ®Êt cßn ®Çu an«t ®−îc nèi

qua çc ®iÖn trë lªn ®Çu ra cña m¹ch gi¶i m·, m¹ch gi¶i m· lµm c«ng viÖc cÊp

®iÖn ¸p Vcc cho LED (th−êng lµ 5V). ë lo¹i an«t chung, an«t cña çc LED

®−îc nèi ®Õn ®iÖn ¸p Vcc (th−êng lµ 5V), muèn ®o¹n nµy s¸ng ta nèi ®Çu cat«t

cña ®o¹n ®ã xuèng møc thÊp th«ng qua ®iÖn trë ®Ó giíi h¹n dßng ®iÖn, R cã



gi¸ trÞ trong kho¶ng Ω≤≤Ω 390180 R nÕu Vcc lµ 5V. Cßn cæng gi¶i m· lµm

nhiÖm vô nèi çc ®Çu cat«t xuèng m¸t.

2.2.5. C¶m biÕn nhiÖt ®é

C¶m biÕn nhiÖt ®é lµ mét dông cô chuyªn biÖt, ®−îc dïng ®Ó ®o vµ

khèng chÕ nhiÖt ®é. §©y mét ph−¬ng thøc ®o l−êng kh«ng ®iÖn, ®o vµ khèng

chÕ nhiÖt ®é ®−îc chia thµnh nhiÒu gi¶i nhiÖt ®é kh¸c nhau cã thÓ lµ ®o vµ

khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt ®é thÊp, ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt

®é trung b×nh, còng cã thÓ lµ ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ë gi¶i nhiÖt ®é cao.

Trong tÊt c¶ çc ®¹i l−îng vËt lý th× nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng ®¹i

l−îng ®−îc quan t©m nhiÒu nhÊt. §ã lµ v× nhiÖt ®é cã vai trß quyÕt ®Þnh trong

nhiÒu tÝnh chÊt cña vËt chÊt. Mét trong nh÷ng ®Æc ®iÓm t¸c ®éng cña nhiÖt ®é

lµ lµm thay ®æi mét çch liªn tôc çc ®¹i l−îng chÞu ¶nh h−ëng cña nã. Bëi

vËy, trong nghiªn cøu khoa häc, trong c«ng nghiÖp vµ trong ®êi sèng hµng

ngµy viÖc ®o nhiÖt ®é lµ ®iÒu rÊt cÇn thiÕt.

Tuy nhiªn, ®Ó ®o ®−îc trÞ sè chÝnh x¸c cña nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò rÊt

phøc t¹p. PhÇn lín çc ®¹i l−îng vËt lý ®Òu cã thÓ x¸c ®Þnh mét çch ®Þnh

l−îng nhê so s¸nh chóng víi mét ®¹i l−îng cïng b¶n chÊt ®−îc gäi lµ ®¹i

l−îng so s¸nh. Nh÷ng ®¹i l−îng nh− thÕ gäi lµ ®¹i l−îng më réng bëi v× chóng

cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng béi sè hoÆc −íc sè cña ®¹i l−îng chuÈn. Ng−îc l¹i, nhiÖt

®é lµ mét ®¹i l−îng gia t¨ng nªn viÖc nh©n vµ chia nhiÖt ®é kh«ng cã mét ý

nghÜa vËt lý râ rµng. Bëi vËy, nghiªn cøu c¬ së vËt lý ®Ó thiÕt lËp thang ®o

nhiÖt ®é lµ mét vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt.

* Thang ®o nhiÖt ®é: çc tÝnh chÊt vËt lý cña vËt liÖu phô thuéc vµo

nhiÖt ®é cña chóng. Tõ sù thay ®æi nhiÖt cña mét ®Æc tr−ng vËt lý cña vËt liÖu

cho tr−íc ng−êi ta lu«n lu«n cã thÓ x¸c ®Þnh mét thang nhiÖt ®é cho phÐp ®o

nhiÖt ®é vµ ®Æc biÖt lµ nhËn biÕt sù c©n b»ng cña hai nhiÖt ®é. Tuy vËy, thang

nhiÖt ®é nh− thÕ lµ hoµn toµn tuú tiÖn bëi v× nã liªn quan ®Õn mét tÝnh chÊt ®Æc

biÖt cña mét vËt thÓ ®Æc biÖt, nã kh«ng cho phÐp g¸n cho gi¸ trÞ nhiÖt ®é mét ý

nghÜa vËt lý riªng. ChØ cã xuÊt ph¸t tõ çc ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc míi cã thÓ

x¸c ®Þnh thang nhiÖt ®é cã ®Æc tr−ng tæng qu¸t.



Çc thang nhiÖt ®é tuyÖt ®èi ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng tù nh− nhau vµ dùa trªn

çc tÝnh chÊt cña chÊt khÝ lý t−ëng. §Þnh luËt Carnot nªu râ: hiÖu suÊt η cña mét

®éng c¬ nhiÖt thuËn nghÞch ho¹t ®éng gi÷a hai nguån (víi nhiÖt ®é 1θ vµ nhiÖt ®é

2θ t−¬ng øng), trong mét thang ®o bÊt kú, chØ phô thuéc vµo 1θ vµ 2θ :

( )( )

1

2

FF

θη

θ= (2-1)

Nh− vËy, hµm F phô thuéc vµo thang ®o nhiÖt ®é. Ng−îc l¹i, viÖc lùa

chän hµm F sÏ quyÕt ®Þnh thang ®o nhiÖt ®é. §Æt ( ) TF =θ khi ®ã sÏ x¸c ®Þnh

®−îc T nh− lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng häc tuyÖt ®èi vµ hiÖu suÊt cña ®éng c¬ nhiÖt

thuËn nghÞch ®−îc viÕt nh− sau:

2

11TT

−=η (2-2)

Trong ®ã: T1 vµ T2 lµ nhiÖt ®é nhiÖt ®éng häc tuyÖt ®èi cña hai nguån.

MÆt kh¸c ta còng biÕt, chÊt khÝ lý t−ëng ®−îc x¸c ®Þnh bëi: néi n¨ng U chØ phô

thuéc vµo nhiÖt ®é cña chÊt khÝ, ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng liªn hÖ gi÷a ¸p suÊt p,

thÓ tÝch v vµ nhiÖt ®é θ nh− sau:

p.v = G(θ ) (2-3)

Ngoµi ra còng cã thÓ chøng minh ®−îc lµ:

G(θ ) = RT (2-4)

Trong ®ã: R lµ h»ng sè cña chÊt khÝ lý t−ëng. Gi¸ trÞ R cña mét ph©n tö

gam chÊt khÝ chØ phô thuéc vµo ®¬n vÞ ®o nhiÖt ®é. ®Ó cã thÓ g¸n mét gi¸ trÞ sè

cho T, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®¬n vÞ cho nhiÖt ®é. Muèn vËy chØ cÇn g¸n mét gi¸ trÞ

sè cho nhiÖt ®é t−¬ng øng víi mét hiÖn t−îng nµo ®ã víi ®iÒu kiÖn lµ hiÖn

t−îng nµy hoµn toµn x¸c ®Þnh vµ cã tÝnh lÆp l¹i.

+ Thang ®o nhiÖt ®é ®éng häc tuyÖt ®èi: thang Kelvin ( ®¬n vÞ lµ 0K)

trong thang ®o nµy ng−êi ta g¸n cho nhiÖt ®é cña ®iÓm c©n b»ng cña ba tr¹ng

th¸i n−íc- n−íc ®¸- h¬i mét gi¸ trÞ sè b»ng 273,150K. Tõ thang nhiÖt ®é ®éng

häc tuyÖt ®èi ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc çc thang míi lµ thang Celsius vµ

thang Fahrenheit b»ng çch dÞch chuyÓn çc gi¸ trÞ nhiÖt ®é.



+ Thang Celsius: trong thang nµy ®¬n vÞ nhiÖt ®é lµ (0C). Quan hÖ gi÷a

nhiÖt ®é Celsius vµ nhiÖt ®é Kelvin ®−îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc sau:

T(0C) = T(0K) - 273,15 (2-5)

+ Thang Fahrenheit: ®¬n vÞ ®o nhiÖt ®é lµ Fahrenheit (0F). Quan hÖ gi÷a

nhiÖt ®é Celsius víi nhiÖt ®é Fahrenheit x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc sau:

( ) ( ){ }953200 −= FTCT (2-6)

( ) ( ) 3259 00 += CTFT (2-7)

B¶ng 3.1 d−íi ®©y ghi çc gi¸ trÞ t−¬ng øng cña mét sè nhiÖt ®é quan

trong ë çc thang ®o kh¸c nhau.

B¶ng 2.1

NhiÖt ®é Kelvin

(0K)

Celsius

(0C)

Fahrenheit

(0F)

§iÓm 0 tuyÖt ®èi 0 -273,15 -459,67

Hçn hîp n−íc-n−íc ®¸ 273,15 0 32

C©n b»ng n−íc-n−íc ®¸-h¬i n−íc 273,16 0,01 32,018

N−íc s«i 373,15 100 212

Thùc tÕ cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é kh¸c nhau, trong ®ã ®Ó cã

thÓ ®o trùc tiÕp gi¸ trÞ nhiÖt ®é th× ng−êi ta th−êng sö dông mét sè ph−¬ng

ph¸p d−íi ®©y.

2.2.5.1. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ

§Ó khèng chÕ nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn hiÖn nay mµ dïng

b»ng nhiÖt kÕ th× ng−êi ta sö dông mét sè dông cô nh−:

+ NhiÖt kÕ d·n në chÊt láng trong èng thuû tinh: dông cô nµy ®−îc dïng

®Ó khèng chÕ nhiÖt ®é trong kho¶ng tõ -2000C ®Õn 7500C, nguyªn lý ho¹t ®éng

cña lo¹i nhiÖt kÕ nµy lµ dùa trªn sù d·n në v× nhiÖt cña chÊt láng trong nhiÖt

kÕ. Mµ tiªu biÓu cho dông cô nµy mµ cã mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn do Liªn



X« vµ Trung Quèc s¶n xuÊt tr−íc ®©y vÉn ®ang ®−îc sö dông lµ nhiÖt kÕ c«ng

t¾c nguyªn lý vµ cÊu t¹o cña nã nh− sau:

• CÊu t¹o cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c :

NhiÖt kÕ c«ng t¾c cã d¹ng nh− h×nh 2.12 sau:

H×nh 2.12. S¬ ®å cÊu t¹o cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c

Trong ®ã: 1- BÇu thñy ng©n; 2- Cét cho thñy ng©n d©ng lªn; 3- D©y b¹ch

kim; 4- Gèi vÝt v« tËn vµ cÇu nèi tiÕp ®iÓm ®éng; 5-Trôc vÝt v« tËn; 6- B¶ng ®Æt

nhiÖt ®é trªn; 7- Vá ngoµi; 8- Lâi s¾t non; 9- Nam ch©m vÜnh cöu; 10-VÝt ®Þnh

vÞ nhiÖt ®é; 11- æ c¾m nhiÖt kÕ; 12- Nhùa g¸ lâi nhiÖt kÕ; 13- £cu ®Æt nhiÖt ®é

vµ g¾n tiÕp ®iÓm ®éng; 14- B¶ng ®Æt nhiÖt ®é trªn; 15- B¶ng xem nhiÖt ®é.

• Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c:

Khi xoay nam ch©m vÜnh cöu (9) th× lâi s¾t non (8) còng chuyÓn ®éng

theo lµm cho ªcu ®Æt nhiÖt ®é vµ g¾n tiÕp ®iÓm (13) ch¹y trªn trôc vÝt (5), ®ång

thêi thay ®æi kho¶ng çch cÆp tiÕp ®iÓm mµ mét m¸ cña tiÕp ®iÓm chÞu sù ®iÒu

khiÓn cña cét thñy ng©n, cßn mét m¸ cña tiÕp ®iÓm lµ d©y b¹c nhá nh− sîi tãc

vµ còng cã thÓ dao ®éng lªn xuèng ®−îc. D−íi t¸c ®éng cña nhiÖt ®é lµm cho



cét thñy ng©n d©ng lªn lµm cho tiÕp ®iÓm ch¹m vµo d©y b¹c, t¸c ®éng ra bªn

ngoµi vµ ®ãng m¹ch ®iÒu khiÓn. PhÇn phÝa d−íi cña nhiÖt kÕ c«ng t¾c lµ phÇn

chØ thÞ chÝnh x¸c nhiÖt ®é cña tñ.

+ NhiÖt kÕ d·n në chÊt r¾n: lo¹i nhiÖt kÕ nµy ho¹t ®éng dùa trªn

nguyªn lý kÝch th−íc cña çc chÊt r¾n thay ®æi khi nhiÖt ®é thay ®æi. NhiÖt ®é

®o ®−îc phô thuéc vµo b¶n chÊt cña vËt liÖu r¾n. VÝ dô nh− ë mét sè tñ nu«i

cÊy vi khuÈn tr−íc ®©y cã sö dông dông cô nµy trong m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é

®ã lµ thanh d·n në do Liªn X« vµ Trung Quèc chÕ t¹o, cÊu t¹o vµ nguyªn lý

ho¹t ®éng cña thanh d·n në nh− sau:

• Nguyªn lý cÊu t¹o cña thanh d·n në: nh− h×nh 2.13 d−íi ®©y

H×nh 2.13. Nguyªn lý cÊu t¹o thanh d·n në

Trong ®ã:

1-Thanh d·n në, th−êng lµm b»ng hîp kim cã ®é d·n në lín, h×nh d¸ng

cã d¹ng xo¾n ruét hoÆc th¼ng…

2- èng b¶o vÖ thanh d·n në.

3- VÝt ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

4- CÇn tiÕp ®iÓm thuéc thanh d·n në.

5- CÇn tiÕp ®iÓm thuéc nóm ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

6- Lß xo gi÷ thanh 5.

7- Lß so gi÷ thanh 6.

8- CÆp tiÕp ®iÓm b»ng Platin vµ tiÕp ®iÓm ®−îc çch ®iÖn so víi vá m¸y.



• Nguyªn lý lµm viÖc cña thanh d·n në: sù d·n në cña kim lo¹i ®−îc x¸c

®Þnh theo c«ng thøc vÒ hÖ sè d·n në kim lo¹i sau:

( )tllt α+= 10 (2-8)

Trong ®ã:

lt: lµ ®é dµi thanh d·n në ë t0C

l0: lµ ®é dµi thanh d·n në ë nhiÖt ®é tiªu chuÈn 00C

α : lµ hÖ sè d·n në kim lo¹i

t: lµ nhiÖt ®é ë thêi ®iÓm tøc thêi

Nh− vËy, viÖc chän hîp kim ®Ó lµm thanh d·n në lµ hÖ sè d·n në α lín

vµ chÞu ¨n mßn ®iÖn ho¸ cao. Nh−îc ®iÓm cña lo¹i nµy lµ khi ë nhiÖt ®é thÊp

th× ®é d·n në nhá do ®ã viÖc ®iÒu chØnh lµ kh«ng chÝnh x¸c.

Ho¹t ®éng cña thanh d·n në trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn vµ qu¸ tr×nh ®ãng

çc tiÕp ®iÓm cho m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é thÓ hiÖn trªn h×nh 2.14 d−íi ®©y.

H×nh 2.14. M« t¶ bé ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é b»ng thanh d·n në

Trong ®ã:

1a- Thanh d·n në.

1b- Trôc truyÒn ®éng.

2- èng b¶o vÖ çch ®iÖn.

3- VÝt ®iÒu chØnh nhiÖt ®é ®Æt.



4- CÇu tiÕp ®iÓm thuéc thanh d·n në.

5- CÇu tiÕp ®iÓm ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

6- Lß so gi÷ cÇn 5.

7- Lß so gi÷ cÇn 4.

8- CÆp tiÕp ®iÓm Platin.

9- VÝt b¾t d©y tiÕp ®iÓm 8.

10- Nóm chØ nhiÖt ®é.

11- Chèt chÆt vÝt v« tËn.

12- MÆt bÝch ®Ó b¾t vµo vá tñ.

Trªn h×nh vÏ thÊy, do cã cÆp lß so 6 vµ 7 nªn tiÕp ®iÓm 8 th−êng ®ãng.

Khi tñ lµm viÖc th× nhiÖt ®é trong tñ dï t¨ng lªn nh−ng ch−a ®Õn nhiÖt ®é

khèng chÕ, thanh d·n në cã d·n ra nh−ng ch−a ®ñ lùc ®Ó t¸ch cÆp tiÕp ®iÓm 8

ra. Khi nhiÖt ®é trong tñ tiÕp tôc t¨ng lªn tíi nhiÖt ®é ®Æt, khi ®ã kho¶ng çch

gi÷a vÕ ph¶i trôc 4 vµ 5 b»ng kh«ng, t¹i ®ã cÆp lß so 6 vµ 7 vÉn gi÷ cho cÆp

tiÕp ®iÓm 8 dÝnh vµo nhau. Khi nhiÖt ®é t¨ng qu¸ nhiÖt ®é ®Æt, khi ®ã vÕ ph¶i

cÇn 6 tiÕp tôc ®i lªn cßn vÕ tr¸i cÇn 5 ®øng yªn, t¸ch cÆp tiÕp ®iÓm 8 ra c¾t

nguån ®iÖn cho kh¸ng ®èt. Khi nhiÖt ®é gi¶m xuèng, thanh d·n në co l¹i, vÕ

ph¶i cÇn 6 ®i xuèng ®ãng tiÕp ®iÓm 8 l¹i vµ ®ãng nguån ®iÖn cho kh¸ng ®èt.

2.2.5.2. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn nhiÖt ®é Pt100

C¶m biÕn nhiÖt ®é Pt100 lµ lo¹i nhiÖt kÕ ®iÖn trë ®−îc chÕ t¹o b»ng

Platin. §©y lµ lo¹i ®iÖn trë Platin bëi v× Platin cã thÓ ®−îc chÕ t¹o víi ®é tinh

khiÕt rÊt cao (99,999%). §iÒu nµy cho phÐp t¨ng ®é chÝnh x¸c cña çc tÝnh

chÊt ®iÖn cña vËt liÖu. Ngoµi ra tÝnh tr¬ vÒ ho¸ häc vµ sù æn ®Þnh trong cÊu tróc

tinh thÓ cña Platin ®¶m b¶o sù æn ®Þnh cña çc ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn cña ®iÖn trë

chÕ t¹o tõ lo¹i vËt liÖu nµy.

XÐt trong tr−êng hîp tæng qu¸t, gi¸ trÞ cña ®iÖn trë phô thuéc vµo nhiÖt ®é:

R(T) = R0F(T-T0) (2-8)

Trong ®ã: R0 lµ ®iÖn trë ë nhiÖt ®é T0; F lµ hµm ®Æc tr−ng cho vËt liÖu;

F=1 khi T=T0.

Tr−êng hîp kim lo¹i:



R(T) = R0(1+AT+BT2+CT3) (2-9)

Trong ®ã: T ®o b»ng 0C vµ T0 = 00C; A, B, C lµ çc h»ng sè.

Víi Platin cã A = 3,97.10-3; B = -5,8.10-7; C = 0, R0 = 100Ω lµ ®iÖn trë

cña c¶m biÕn nhiÖt 00C.

Nh− vËy, cã ®iÖn trë cña Platin phô thuéc vµo nhiÖt ®é theo c«ng thøc sau:

R(T) = 100(1+3,97.10-3t-5,8.10-7t2) Ω (2-10)

Khi cã nhiÖt ®é biÕn thiªn TΔ (Xung quanh gi¸ trÞ T) nhá, nhiÖt ®é cã

thÓ thay ®æi theo hµm tuyÕn tÝnh:

( ) )1)(( TTRTTR RΔ+=Δ+ α (2-11)

dTdR

TRR .)(

1=α (2-12)

Trong ®ã: Rα lµ hÖ sè nhiÖt ®é cña ®iÖn trë hay ®é nh¹y nhiÖt ë nhiÖt ®é

T. HÖ sè Rα phô thuéc vµo vËt liÖu vµ nhiÖt ®é, víi Platin ta cã Rα =3,9.10-3/0C.

ChÊt l−îng cña thiÕt bÞ ®o x¸c ®Þnh gi¸ trÞ nhá nhÊt mµ nã cã thÓ ®o

®−îc min0⎥⎦

⎤ΔRR do vËy nã còng x¸c ®Þnh sù thay ®æi nhá nhÊt cña nhiÖt ®é cã thÓ

ph¸t hiÖn ®−îc.

minmin0

TRR

Δ→⎥⎦

⎤Δ (2-13)

NghÜa lµ:

min0min .1

⎥⎦

⎤Δ=Δ

RRT

Rα

(2-14)

ThÝ dô, nÕu min0⎥⎦

⎤ΔRR =10-6 vµ ®èi víi nh÷ng phÐp ®o xung quanh ®iÓm 00C

th× víi ®iÖn trë Platin cã CT 04min 10.6,2 −=Δ . Nh− vËy tõ kÕt qu¶ trªn ra thÊy ®iÖn

trë nhiÖt chÕ t¹o b»ng Platin cã ®é nh¹y nhiÖt kh¸ cao vµ rÊt thÝch hîp trong

viÖc ®o nhiÖt ®é thay ®æi trong kho¶ng nhá.



NhiÖt kÕ ®iÖn trë Pt100 ®−îc cÊu t¹o bëi mét d©y Platin quÊn trªn mét

lâi çch ®iÖn ®Æt trong vá kim lo¹i cã hai ®Çu nèi ra ngoµi. §Ó sö dông lo¹i

nhiÖt kÕ ®iÖn trë nµy trong viÖc ®o nhiÖt ®é vµ ®−a tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn

hiÖu ®iÖn ¸p thh× ng−êi ta sö dông nhiÒu m¹ch ®o kh¸c nhau nh−ng hay dïng

nhÊt lµ m¹ch cÇu c©n b»ng vµ ®−îc m¾c nh− h×nh 2.15 sau:

H×nh 2.15. S¬ ®å cÇu ®iÖn trë

Khi cÇu c©n b»ng th× Ura = 0V, khi cã sù thay ®æi ®iÖn trë, Rt thay ®æi

lµm cho cÇu mÊt c©n b»ng, lóc ®ã ®iÖn ¸p ra thay ®æi tØ lÖ víi sù thay ®æi cña

Rt. Tõ mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ Rt ta cã thÓ biÕt ®−îc mèi quan hÖ gi÷a

nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p qua cÇu ®iÖn trë.

2.2.5.3. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng cÆp nhiÖt ngÉu

CÆp nhiÖt ®iÖn lµ lo¹i c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é, nã cã t¸c dông chuyÓn ®æi

tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p dùa trªn hiÖn t−îng nhiÖt ®iÖn. Qu¸ tr×nh

x¶y ra hiÖn t−îng nµy nh− sau: nÕu ta lÊy hai d©y dÉn kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt

kim lo¹i vµ hai sîi d©y nµy ®−îc hµn chÆt hai ®Çu, khi ®èt nãng mét ®Çu th×

trong vßng d©y sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn gäi lµ dßng nhiÖt ®iÖn. Sù xuÊt hiÖn

dßng nhiÖt ®iÖn nµy chØ cã thÓ gi¶i thÝch b»ng hiÖn t−îng khuÕch t¸n çc ®iÖn

tö tù do. ë ®©y tån t¹i hai hiÖn t−îng ®ã lµ hiÖn t−îng khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do

gi÷a hai d©y dÉn t¹i ®iÓm tiÕp xóc vµ hiÖn t−îng khuÕch t¸n ®iÖn tö trong mçi

d©y dÉn khi cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y dÉn.

CÆp nhiÖt ®iÖn cã cÊu t¹o gåm hai lo¹i d©y dÉn A vµ B kh¸c nhau vÒ b¶n

chÊt ®−îc nèi víi nhau bëi hai mèi hµn cã nhiÖt ®é T1 vµ T2. Khi ®ã t¹i ®iÓm



tiÕp xóc cã sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do bëi sè l−îng çc ®iÖn tö ë ®©y kh¸c

nhau, lµm xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng t¹i ®iÓm tiÕp xóc mµ ®iÖn tr−êng cña nã

chèng l¹i sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tõ phÝa d©y cã sè l−îng ®iÖn tö tù do nhiÒu

sang d©y cã Ýt h¬n. Gi¸ trÞ suÊt ®iÖn ®éng tiÕp xóc phô thuéc vµo b¶n chÊt cña

hai d©y dÉn vµ nhiÖt ®é tiÕp xóc. MÆt kh¸c, nÕu ®èt nãng mét ®Çu cña d©y dÉn

th× ho¹t tÝnh cña ®iÖn tö tù do ë ®Çu ®èt sÏ t¨ng lªn, gi÷a hai ®Çu d©y còng suÊt

hiÖn suÊt ®iÖn ®éng, do ®ã dßng ®iÖn tö khuÕch t¸n tõ ®Çu nãng sang ®Çu l¹nh,

h×nh 2.16 m« t¶ sù h×nh thµnh suÊt ®iÖn ®éng trong vßng d©y A-B víi ®iÒu

kiÖn sè l−îng ®iÖn tö tù do cña d©y A(NA) lín h¬n sè l−îng ®iÖn tö cña d©y

B(NB), nhiÖt ®é ®Çu tiÕp xóc lµ t vµ ®Çu kia lµ t0 vµ t > t0.

H×nh 2.16. S¬ ®å søc ®iÖn ®éng

Theo ®Þnh luËt Kªich«p, søc ®iÖn ®éng trong vßng d©y ®−îc x¸c ®Þnh lµ:

E = eAB(t) - eA(t,t0) - eAB(t0) + eB(t,t0) (2-15)

Søc ®iÖn ®éng nµy sÏ sinh ra dßng ®iÖn ch¹y trong vßng d©y. Trong thùc

tÕ, gi¸ trÞ eA(t,t0) vµ eB(t,t0) rÊt nhá so víi eAB(t) vµ eAB(t0) nªn cã thÓ bá qua.

Khi ®ã søc ®iÖn ®éng lµ:

E = eAB(t) - eAB(t0) (2-16)

Nh− vËy, søc ®iÖn ®éng sinh ra trong çc vßng d©y tû lÖ víi hiÖu nhiÖt

®é ë hai ®Çu d©y. NghÜa lµ th«ng qua gi¸ trÞ suÊt ®iÖn ®éng E ®o ®−îc th× ta sÏ

biÕt ®−îc hiÖu nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y. Trong thùc tÕ, cÆp nhiÖt ®iÖn th−êng

®−îc sö dông ®Ó ®o mét m«i tr−êng hay vËt thÓ. NhiÖt ®é cña mét ®Çu ®−îc

eA(t,t0) eB(t,t0)

eAB(t)

eAB(t0)



gi÷ cè ®Þnh, ®Çu nµy ®−îc gäi lµ ®Çu tù do hay ®Çu l¹nh, ®Çu cßn l¹i ®−îc ®Æt

vµo m«i tr−êng ®o nhiÖt ®é vµ ®−îc gäi lµ ®Çu lµm viÖc.

Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña cÆp nhiÖt ®iÖn lµm c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é cã

d¹ng nh− sau:

E = f(T) (2-17)

ë ®iÒu kiÖn chuÈn khi chia ®é çc cÆp nhiÖt quy ®Þnh T0 = 00C. ViÖc sö

dông cÆp nhiÖt ®iÖn cã rÊt nhiÒu −u ®iÓm nh−: kÝch th−íc cÆp nhiÖt nhá nªn cã

thÓ ®o nhiÖt ®é ë tõng ®iÓm cña ®èi t−îng nghiªn cøu vµ t¨ng tèc ®é håi ®¸p.

mét −u ®iÓm næi bËt n÷a lµ cÆp nhiÖt ®iÖn cung cÊp suÊt ®iÖn ®éng nªn khi ®o

kh«ng cÇn cã dßng ch¹y qua vµ do vËy kh«ng cã hiÖu øng ®èt nãng.

SuÊt ®iÖn ®éng cña cÆp nhiÖt trong mçi d¶i réng cña nhiÖt ®é lµ hµm

kh«ng tuyÕn tÝnh cña nhiÖt ®é cÇn ®o. §å thÞ biÓu diÔn sù thay ®æi suÊt ®iÖn

®éng E phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña mét sè lo¹i cÆp nhiÖt nh− h×nh 2.17.

H×nh 2.17. Sù thay ®æi nhiÖt cña suÊt ®iÖn ®éng E cña

mét sè lo¹i cÆp nhiÖt ®iÖn

+ S¬ ®å ®o: ®Ó ®o søc ®iÖn ®éng E th× ph¶i ghÐp ®−îc thiÕt bÞ ®o (TBD)

vµo trong m¹ch cña cÆp nhiÖt ®iÖn. ViÖc ghÐp nèi nµy ph¶i ®¶m b¶o kh«ng lµm

thay ®æi gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng sinh ra trong cÆp nhiÖt ®iÖn. Trong thùc tÕ



th−êng cã hai çch ghÐp nèi cÆp nhiÖt ®iÖn ®ã lµ: ghÐp nèi qua ®Çu tù do vµ

ghÐp nèi qua mét ®iÖn cùc nhiÖt.

• GhÐp nèi qua ®Çu tù do ®−îc m« t¶ nh− h×nh sau:

H×nh 2.18. S¬ ®å nèi thiÕt bÞ ®o qua ®Çu tù do cña cÆp nhiÖt ®iÖn

a) M¹ch ®iÖn b) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng

Tõ m¹ch t−¬ng ®−¬ng, theo ®Þnh luËt Kiech«p cã:

E = eAB(t) – eAC(t0) + eBC(t0) (2-18)

Khi t=t0 trong vong d©y kh«ng tån t¹i dßng ®iÖn, khi ®ã E=0.

(2-18) => 0 = eAB(t0) – eAC(t0) + eBC(t0) (2-19)

=> eAB(t0) = eAC(t0) + eBC(t0) (2-20)

Nh− vËy ta cã:

E = eAB(t) - eAB(t0) (2-21)

NghÜa lµ thiÕt bÞ ®o kh«ng lµm thay ®æi suÊt ®iÖn ®éng sinh ra trong

vßng d©y.

• GhÐp nèi TB§ trong ®iÖn cùc nhiÖt ®−îc m« t¶ nh− h×nh sau:



H×nh 2.19. S¬ ®å nèi TB§ trong ®iÖn cùc nhiÖt a) M¹ch ®iÖn b) S¬ ®å t−¬ng d−¬ng

Theo ®Þnh luËt Kiech«p ¸p dông ®èi víi s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng cã:

E = eAB(t) – eAB(t0) – eBC(t1) + eBC(t1) (2-22)

Hay E = eAB(t) – eAB(t0) (2-23)

VËy tõ hai çch ghÐp nèi trªn thÊy E = eAB(t) – eAB(t0), nghÜa lµ thiÕt bÞ

®o kh«ng cã ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña cÆp nhiÖt ®iÖn vµ ng−îc l¹i.

Trong thùc tÕ th× mét sè cÆp nhiÖt ®iÖn cã d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc bÞ h¹n

chÕ, ch¼ng h¹n nh− ë nhiÖt ®é thÊp n¨ng suÊt nhiÖt ®iÖn cña nã gi¶m ®i lµm

cho tÝnh chÝnh x¸c trong phÐp ®o bÞ h¹n chÕ. ë nhiÖt ®é cao cã thÓ x¶y ra hiÖn

t−îng t¨ng kÝch th−íc h¹t tinh thÓ lµm t¨ng ®é dßn c¬ häc, thËm chÝ cã thÓ bÞ

nãng ch¶y hoÆc cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng bay h¬i mét trong çc thµnh phÇn

trong hîp kim lµm cÆp nhiÖt ®iÖn.

2.2.5.4. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn vi m¹ch LM335

LM335 lµ lo¹i c¶m biÕn nhiÖt ®é chÝnh x¸c trong d¶i nhiÖt ®é tõ -400C

®Õn +1000C, nã lµm viÖc nh− hai Diode Zener vµ ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo

nhiÖt ®é lµ 10mV/10C. S¬ ®å cÊu t¹o bªn trong vi m¹ch LM335 cã d¹ng nh−

h×nh 2.20.



H×nh 2.20. S¬ ®å cÊu t¹o vi m¹ch LM335

§Æc tuyÕn cña LM335 ®−îc m« t¶ nh− sau:

U =10×T (mV) = 2730 + 10× t (mV) = 2,73 + 0,01× t (V)

Trong ®ã:

T: lµ gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo nhiÖt ®é Kelvin (0K).

t: lµ gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo nhiÖt ®é Celsius (0C).

§Ó cho vi m¹ch lµm viÖc tin cËy vµ æn ®Þnh th× dßng ®iÖn cho phÐp qua

nã lµ Aμ400 ®Õn 5mA. Khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C vµ dßng ®iÖn lµm viÖc lµ

1mA th× ®iÖn ¸p ra cña vi m¹ch n»m trong kho¶ng 2,94V ®Õn 3.04V. §Æc biÖt

lµ LM335 cã ®é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é rÊt nh¹y, ch¼ng

h¹n nh− ë nhiÖt ®é 250C nã cã sai sè kh«ng qu¸ 1%.

Nh− vËy, trong qu¸ tr×nh tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, ®Ó cã thÓ ®iÒu

chØnh nhiÖt ®é theo ®óng yªu cÇu cña ®èi t−îng nghiªn cøu th× viÖc sö dông

nhiÖt kÕ d·n në chÊt láng vµ nhiÖt kÕ d·n në chÊt r¾n ®Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lµ

®iÒu hÕt søc khã kh¨n v× tÝnh −u viÖt cña nã kh«ng cao. MÆt kh¸c nhiÖt ®é lµ

mét ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn, do ®ã ®Ó ®iÒu chØnh ®−îc nã mét çch tuyÕn tÝnh

theo gi¸ trÞ ®Æt tr−íc th× ph¶i chuyÓn ®æi thµnh ®¹i l−îng ®iÖn, thiÕt bÞ dïng ®Ó

chuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ®iÖn gäi lµ c¶m biÕn. V× vËy, ®Ó ®o

nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn mµ cã sö dông c¶m biÕn nhiÖt ®Ó ®o nhiÖt



®é vµ chuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn. Çc c¶m biÕn

nhiÖt ®é ®· tr×nh bµy ë trªn, mçi lo¹i cã nguyªn lý chuyÓn ®æi kh¸c nhau. CÆp

nhiÖt ®iÖn ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong c«ng nghiÖp vµ nã cã −u ®iÓm lµ

chuyÓn ®æi tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµ cã thÓ ®o nhiÖt ®é ë

nh÷ng kh«ng gian chËt hÑp, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ khi nhiÖt ®é thay ®æi

trong kho¶ng hÑp nh− tñ nu«i cÊy vi khuÈn th× cÆp nhiÖt ®iÖn ho¹t ®éng cã ®é

chÝnh x¸c kh«ng cao, sai sè lín, cßn nhiÖt kÕ ®iÖn trë lµ c¶m biÕn chuyÓn ®æi

nhiÖt ®é sang ®iÖn trë, sau ®ã muèn chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay

dßng ®iÖn th× ph¶i dïng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi ®ã lµ m¹ch cÇu c©n b»ng, ®èi víi

lo¹i nµy m¹ch ®iÖn cã phÇn phøc t¹p nh−ng còng ®−îc dïng kh¸ phæ biÕn

trong thùc tÕ nh−ng ®Ó ®o nhiÖt ®é mét çch chÝnh x¸c th× c¶m biÕn nµy cã ®é

chÝnh x¸c kh«ng cao do cã ®Æc tÝnh phi tuyÕn. Trong khi ®ã c¶m biÕn vi m¹ch

®iÖn tö cã nh÷ng −u ®iÓm cã thÓ kh¾c phôc ®−îc nh÷ng nh−îc ®iÓm cña çc

c¶m biÕn trªn, ®ã lµ ®é nh¹y lín, cã thÓ ®o ®−îc nhiÖt ®é trong kho¶ng hÑp.

Do ®ã trong ®Ò tµi nµy, ®Ó ®o nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn em chän lo¹i

c¶m biÕn vi m¹ch.

2.3. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n trong so s¸nh vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu

OA (lµ ch÷ viÕt t¾t cña Operational Amplifier) lµ bé khuyÕch ®¹i thuËt

to¸n thuéc vÒ bé khuÕch ®¹i dßng ®iÖn mét chiÒu, cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lín, cã

hai ®Çu vµo vi sai vµ mét ®Çu ra chung. HiÖn nay çc bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n

®ãng vai trß rÊt quan träng vµ ®−îc øng dông réng r·i trong kü thuËt khuÕch

®¹i, t¹o tÝn hiÖu h×nh sin vµ xung, trong bé æn ¸p vµ bé läc tÝch cùc…

CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña OA: cÊu t¹o c¬ së cña OA víi çc tÇng ®Çu lµ

çc tÇng khuÕch ®¹i vi sai dïng lµm tÇng vµo. TÇng ra cña OA th−êng lµ tÇng

lÆp emito (CC) ®Ó dÞch møc mét chiÒu. V× hÖ sè khuÕch ®¹i cña tÇng emito gÇn

b»ng 1, nªn hÖ sè khuÕch ®¹i ®¹t ®−îc nhê tÇng vµo vµ çc tÇng khuÕch ®¹i bæ

xung m¾c gi÷a tÇng vi sai vµ tÇng CC. Tïy thuéc vµo hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA

mµ quyÕt ®Þnh sè l−îng tÇng gi÷a.



Ký hiÖu quy −íc cña mét bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh− h×nh 2.21. Víi

®Çu vµo U(v.k) (hay Uv+) gäi lµ ®Çu vµo kh«ng ®¶o, ®Çu vµo thø hai U(v.d)

(hay Uv-) gäi lµ ®Çu vµo ®¶o. Ec1 (hay E(c1)) vµ Ec2 (hay E(c2)) lµ hai nguån

cung cÊp (cã thÓ lµ nguån kh«ng ®èi xøng).

H×nh 2.21. Ký hiÖu cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n

§Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®iÖn ¸p cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n: ®Æc tuyÕn

cã d¹ng nh− h×nh 2.22 sau:

H×nh 2.22. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña OA

§Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña OA gåm hai ®−êng ®Æc tuyÕn t−¬ng øng víi

çc ®Çu vµo ®¶o vµ kh«ng ®¶o. Mçi ®−êng ®Æc tuyÕn cã mét ®o¹n n»m ngang

øng víi chÕ ®é b·o hoµ vµ mét ®o¹n øng víi chÕ ®é khuÕch ®¹i. Trªn nh÷ng

®o¹n ®ã khi thay ®æi ®iÖn ¸p tÝn hiÖu ®Æt vµo, ®iÖn ¸p ra cña bé khuÕch ®¹i

kh«ng ®æi vµ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çc gi¸ trÞ U+rmax, U

-rmax gäi lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p

ra cùc ®¹i (®iÖn ¸p b·o hßa) gÇn b»ng Ec cña nguån cung cÊp. §o¹n ®Æc tÝnh

Urmax

Urmax

+Ec

-Ec

Uv

Ur

§Çu vµo kh«ng ®¶o

§Çu vµo ®¶o



biÓu thÞ phô thuéc tû lÖ cña ®iÖn ¸p ra víi ®iÖn ¸p vµo, víi gãc nghiªng x¸c

®Þnh hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA.

v

r

UUK

ΔΔ

=

Trong ®ã trÞ sè K tïy thuéc vµo tõng lo¹i OA, cã thÓ tõ vµi tr¨m ngh×n

lÇn. Gi¸ trÞ K lín cho phÐp thùc hiÖn håi tiÕp ©m nh»m c¶i thiÖn nhiÒu tÝnh

chÊt quan träng cña OA.

§−êng cong trªn h×nh 2.22 lµ ®−êng ®Æc tÝnh lý t−ëng ®i qua gèc täa ®é.

Tr¹ng th¸i Ur = 0 khi Uv = 0 gäi lµ tr¹ng th¸i c©n b»ng cña OA. Tuy nhiªn víi

nh÷ng OA thùc tÕ th−êng khã cã thÓ ®¹t ®−îc c©n b»ng hoµn toµn, tøc lµ khi

Uv = 0 th× Ur cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n kh«ng. Nguyªn nh©n lµ do t¸c ®éng

cña çc linh kiÖn bªn trong khuÕch ®¹i vi sai.

Sù phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña tham sè OA g©y nªn ®é tr«i ®iÖn ¸p ®Çu

vµo vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra theo nhiÖt ®é. V× vËy trong m¹ch ®iÖn ®Ó c©n b»ng ban

®Çu cho OA ng−êi ta ®−a vµo mét trong çc ®Çu vµo cña nã mét trong çc ®iÖn

¸p phô thÝch hîp hoÆc mét ®iÖn trë ®Ó ®iÒu chØnh dßng thiªn ¸p ë m¹ch vµo.

Ngoµi ra ®iÖn trë ra còng lµ mét trong nh÷ng tham sè quan trong cña OA. OA

ph¶i cã ®iÖn trë ra nhá (cì hµng chôc, hµng tr¨m Ω ) ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p ra lín

khi ®iÖn trë t¶i nhá.

Mét sè m¹ch øng dông c¬ b¶n cña OA:

+ KhuÕch ®¹i ®¶o h×nh2.23 sau:

H×nh 2.23

T¹i nót N cã I1=Iht ; ht

NNv

RUrU

RUU −

=−

1



Víi gi¶ thiÕt OA lý t−ëng UN=UP, UP=0 nªn UN=0;

=> ht

rv

RU

RU

−=1

1R

RUUK ht

v

r −==

Trong ®ã K: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i

Tæng trë vµo: 1

1

1

R

RUU

IUZ

v

vvv ===

+ KhuÕch ®¹i kh«ng ®¶o h×nh 2.24.

H×nh 2.24

Trong m¹ch cã håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®Çu ®¶o.

UN=UP, mµ UP=Uv => UN=Uv; rN URR

RU21

1

+=

=> 1

21RR

UUK

v

r +==

+ M¹ch ®Öm h×nh 2.25:

H×nh 2.25

HÖ sè khuÕch ®¹i (K) víi m¹ch ®iÖn ¸p 100% Uv = Ur K = 1.



2.4. Triac dïng trong m¹ch ®éng lùc

Triac lµ mét dông cô b¸n dÉn cã tªn lµ Bidirectinal Triode Thyrixtor, lµ

mét lo¹i Thyrixtor cã ba cùc, lµm viÖc ®−îc víi c¶ hai chiÒu d−¬ng vµ ©m cña

®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. V× cã kh¶ n¨ng dÉn dßng ®−îc c¶ hai chiÒu nªn ®−îc gäi

lµ Triac (Triode Altemating Current), vµ cho phÐp sö dông Triac trong m¹ch

xoay chiÒu nh− mét khãa ®iÖn hoÆc nh− mét bé biÕn ®æi trÞ sè dßng ®iÖn xoay

chiÒu. Nªn çc cùc ®−îc gäi lµ cùc chuÈn T1 vµ cùc vá T2, cùc cöa G.

CÊu t¹o cña Triac Triac ®−îc cÊu t¹o bëi bèn líp b¸n dÉn PNPN ®Æt xen kÏ nhau nh− h×nh 2.26 vµ cã thÓ coi nh− hai Thyrixtor PNPN vµ NPNP nèi song song víi nhau. Cùc cæng cña Triac ®−îc cÊu t¹o phøc t¹p h¬n ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn theo çc çch kh¸c nhau:

H×nh 2.26. S¬ ®å cÊu t¹o vµ ký hiÖu Triac

M¹ch t−¬ng ®−¬ng cña Triac ®−îc m« t¶ nh− nh− h×nh 2.27 d−íi ®©y:

H×nh 2.27. M¹ch t−¬ng ®−¬ng cña Triac

Nguyªn lý lµm viÖc cña Triac

Triac gÇn nh− t−¬ng ®−¬ng víi hai Thyrixtor nèi song song ng−îc.

Tr−êng hîp T2(+), G(+), Thyrixtor T më cho dßng ch¶y qua nh− mét

Thyrixtor th«ng th−êng.



Tr−êng hîp T2(-), G(-), çc ®iÖn tö tõ N3 phãng vµo P2. PhÇn lín bÞ ®iÖn

tr−êng tiÕp xóc Ej1 hót vµo khiÕn cho barier nµy gi¶m thÊp, gÇn nh− toµn bé

®iÖn ¸p ngoµi ®−îc ®Æt lªn J2 lµm cho barier nµy cao lªn. NÕu ®iÖn ¸p ngoµi ®ñ

lín lµm cho barier nµy cao ®Õn møc hót vµo nh÷ng ®iÖn tÝch thiÓu sè (çc ®iÖn

tö cña P1) vµ lµm ®éng n¨ng cña chóng ®ñ lín ®Ó bÎ gÉy çc liªn kÕt cña çc

nguyªn tö Si trong vïng. KÕt qu¶ lµ x¶y ra ph¶n øng d©y chuyÒn vµ T b¾t ®Çu

më cho dßng ch¶y qua.

§Æc tÝnh Volt-Ampe (V-A)

§Æc tÝnh V-A cña Triac lµ mèi quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p

I = f(U) nh− h×nh 2.28 d−íi ®©y:

H×nh 2.28. §Æc tÝnh V-A cña Triac

§Æc tÝnh V-A cña Triac gåm cã hai phÇn ®èi xøng nhau qua ®iÓm 0 hai

phÇn nµy gièng nhau nh− ®Æc tÝnh V-A cña hai SCR m¾c ng−îc chiÒu. Khi

dßng ®iÖn cæng thay ®æi, ®iÖn ¸p thuËn khãa dßng còng thay ®æi. Dßng ®iÖn

cùc cæng t¨ng lªn, ®iÖn ¸p thuËn khëi ®éng cµng gi¶m.

Triac cã thÓ më theo 4 kiÓu

+ Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG > 0 khi 021>TTu

+ Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG < 0 khi 021>TTu

+ Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG < 0 khi 021<TTu

+ Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG > 0 khi 021<TTu

Nh− vËy, cã hai çch ®iÒu khiÓn Triac cã hiÖu suÊt cao lµ:



- UG > 0 víi 012>TTu dßng tõ T2 ®Õn T1.

- UG < 0 víi 012<TTu dßng tõ T1 ®Õn T2.

Çc th«ng sè cña Triac

+ §iÖn ¸p ®Þnh møc (Udm): lµ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp ®Æt vµo Triac

theo chiÒu thuËn hoÆc chiÒu ng−îc trong mét thêi gian dµi.

+ Dßng ®iÖn hiÖu dông ®Þnh møc (Idm): lµ dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ ®i

qua Triac trong mét thêi gian dµi.

+ Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Triac (IG): lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG ®¶m b¶o

më Triac.

+ §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Triac (UG): lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o më

Triac.

+ Dßng ®iÖn duy tr× (Ih): lµ trÞ sè tèi thiÓu cña dßng ®iÖn anot ®i qua

Triac ®Ó duy tr× Triac ë tr¹ng th¸i më.

+ §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc trªn Triac ( uΔ ): lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn Triac khi

Triac dÉn vµ dßng ®iÖn qua Triac b»ng dßng ®iÖn ®Þnh møc.

Triac lµm viÖc ë chÕ ®é th«ng-kho¸

Trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc chuÈn th× viÖc khãa mét Triac gièng nh− viÖc

khãa mét Thyrixtor khi gi¸ trÞ dßng gi¶m d−íi gi¸ trÞ dßng ®iÖn duy tr×.

Víi mét phô t¶i ®−îc cÊp tõ mét nguån xoay chiÒu h×nh sin qua bé biÕn

®æi dßng ®iÖn dïng Triac hoÆc dïng hai Thyrixtor m¾c song song ng−îc chiÒu

th× cã thÓ cã hai chÕ ®é lµm viÖc:

+ ChÕ ®é th«ng-khãa nh− mét bé ®ãng-c¾t kh«ng tiÕp ®iÓm. Khi ®ãng,

phô t¶i ®−îc nèi víi nguån vµ tiªu thô ®ñ c«ng suÊt. Khi c¾t, phô t¶i bÞ c¾t khái

nguån, c«ng suÊt tiªu thô b»ng kh«ng.

+ ChÕ ®é th«ng víi viÖc ®iÒu chØnh dßng ®iÖn xoay chiÒu qua viÖc ®iÒu

khiÓn gãc më α .

øng dông cña Triac

Dïng ®Ó ®iÒu chØnh ¸nh s¸ng ®iÖn, nhiÖt ®é trong lß, ®iÒu chØnh chiÒu

quay vµ tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu…



2.5. Giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc

sö dông

2.5.1. Tñ Galenkamp (Anh)

* S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.29

Trong ®ã:

- TH: lµ c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë.

- Q2 lµ Transistor mét mÆt ghÐp (hay UJT).

- LP: lµ ®Ìn b¸o.

-VR1,VR2 lµ çc biÕn trë tinh chØnh nhiÖt ®é ®Æt, T1 lµ biÕn ¸p xung.

* Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ nh− sau: tñ sö dông bé c¶m biÕn ®iÖn trë

nhiÖt (TH) ®−îc l¾p n»m trong m¹ch cÇu ®o l−êng ABCD.

Ban ®Çu tñ ch−a ho¹t ®éng, ®Æt nhiÖt ®é cho tñ b»ng ®iÒu chØnh

biÕn trë VR3.

Sau ®ã cÊp nguån ®iÖn xoay chiÒu cho tñ, cÇu D1 cã ®iÖn mét chiÒu vµ

®−îc æn ¸p b»ng diode zener D2. Khi ®iÖn trë cña TH cßn lín mµ trÞ sè

R9+VR1>R5 vµ thÕ ë A d−¬ng h¬n B, do thÕ ë A d−¬ng h¬n cùc ph¸t cña Q3

lµm cho Q3 kho¸, cùc ph¸t cña Q4 d−¬ng h¬n cùc gèc cña Q4 lµm cho Q4 më,

n¹p ®iÖn cho C2 ®Ó t¹o s−ên tr−íc cña dao ®éng, ®Õn khi C2 n¹p ®Çy th× Q2 b¾t

®Çu th«ng. KÕt qu¶ lµ trªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung cã xung vµ c¶m øng

sang thø cÊp cho ra xung ®Ó më Triac, lóc nµy gãc kÝch α nhá Triac më cÊp

dßng ®iÖn cho d©y ®èt vµ tñ b¾t ®Çu nãng dÇn lªn, tñ nãng ®Õn trÞ sè ®Æt th×

c¶m biÕn TH gi¶m dÇn trÞ sè lµm cho thÕ ë B d−¬ng lªn vµ thÕ ë A gi¶m

xuèng ®Õn khi lµm cho Q3 th«ng cßn Q4 kho¸, tô C2 kh«ng ®−îc n¹p.

Transistor 1 tiÕp gi¸p (hay UJT) kho¸, biÕn ¸p xung kh«ng cã xung t¸c ®éng.

Triac kho¸ do kh«ng cã xung kÝch, ng¾t dßng cÊp cho d©y ®èt. sau kho¶ng

thêi gian nµo ®ã tñ nguéi dÇn lµm cho c¶m biÕn TH l¹i t¨ng trÞ sè, t¨ng tíi

møc cÇu l¹i chuyÓn tr¹ng th¸i, vµ qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i l¹i quanh gi¸ trÞ

nhiÖt ®é mµ ta cÇn khèng chÕ.



H×nh 2.29. S¬ ®å nguyªn lý tñ Galenkamp



2.5.2. Tñ Model 101-A1(Trung Quèc)

* S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.30:

Trong ®ã: TH lµ c¶m biÕn ®iÖn trë nhiÖt lµm b»ng Platin khi nhiÖt

®é t¨ng th× ®iÖn trë còng t¨ng tuyÕn tÝnh; P lµ cuén d©y r¬le; VR1,VR2

lµ çc biÕn trë ®iÒu chØnh ®Ó t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt (hay nhiÖt ®é ®Æt).

* Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ nh− sau: khi cÊp nguån ®iÖn xoay

chiÒu 220V, tñ lµm viÖc ngay vµ lóc nµy do nhiÖt ®é trong tñ thÊp trÞ sè

cña c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë TH nhá nªn ®Çu ra 1 cña U1A(LMA324)

nhá, U1B(LMA324) l¾p theo kiÓu khuÕch ®¹i c©n b»ng vi sai, tÝn hiÖu ra

ch©n 7 phô thuéc vµo tÝn hiÖu vµo ë ch©n 5, 6, U1C(LMA324) m¾c theo

kiÓu khuÕch ®¹i ph¶n håi ©m cã ®¶o dÊu nªn tÝn hiÖu ra ë ch©n 8 cã gi¸

trÞ d−¬ng, U1D(LMA324) m¾c theo kiÓu khuÕch ®¹i ph¶n håi ©m kh«ng

®¶o nªn ë ch©n 14 cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p d−¬ng so víi m¸t, ®iÖn ¸p nµy qua

R14 vµo cùc baz¬ cña Q1, lµm cho Q1 th«ng.

Khi ®ã cuén d©y r¬le P cã dßng ®i qua, hót tiÕp ®iÓm cÊp ®iÖn cho

d©y ®èt vµ LED xanh s¸ng b¸o hiÖu tñ ®ang lµm viÖc. Sau kho¶ng thêi

gian nhÊt ®Þnh nµo ®ã th× tñ nãng lªn lín h¬n gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt ë

VR1,VR2, gi¸ trÞ ®iÖn trë cña c¶m biÕn nhiÖt TH t¨ng lªn lµm cho tÝn

hiÖu vµo ch©n 2 t¨ng lªn, lµm cho tÝn hiÖu vµo ch©n 5 còng t¨ng lªn

b»ng tÝn hiÖu vµo ch©n 6. Khi ®ã tÝn hiÖu ra ë ch©n 7 cã gi¸ trÞ lµ 0V,

®−a vµo ch©n 9 kÕt qu¶ lµ tÝn hiÖu ra ë ch©n 8 cã gi¸ trÞ ©m ®−îc khuÕch

®¹i tiÕp qua U1D(LMA324) lµm cho ch©n 14 cã ®iÖn ¸p ©m ®−a vµo cùc

baz¬ cña Q1 lµm cho Q1 bÞ kho¸, kh«ng cho dßng qua r¬le P, kh«ng cho

dßng qua d©y ®èt, LED ®á s¸ng, LED xanh t¾t vµ qu¸ tr×nh trªn cø lÆp ®i

lÆp l¹i theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông.



H×nh 2.30. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tñ Model 101-A1



2.5.3. Tñ TC200M (Liªn X«)

* S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.31.

Trong ®ã: MBA lµ m¸y biÕn ¸p h¹ ¸p; CC1, CC2 lµ cÇu ch× 1A; HE1,

HE2 lµ d©y ®èt; KA lµ nót Ên; P1 lµ r¬le mét chiÒu 24V; P2 lµ r¬le mét

chiÒu 110V; TK lµ nhiÖt kÕ c«ng t¾c; L1, L2 lµ çc ®Ìn b¸o.

* Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ: tñ nµy sö dông nhiÖt kÕ c«ng t¾c ®Ó

®iÒu khiÓn, tñ cã thÓ lµm viÖc ë hai møc c«ng suÊt:

+ Tñ lµm viÖc ë m¾c c«ng suÊt nhá (hai d©y ®èt ®−îc m¾c nèi tiÕp

víi nhau): ban ®Çu ta ®Æt nhiÖt kÕ c«ng t¾c ë møc nhiÖt ®é yªu cÇu, cÊp

nguån xoay chiÒu 220V b»ng çch bËt c«ng t¾c nguån CT, r¬le P1 cã ®iÖn

hót ngay tiÕp ®iÓm P1(5-6) cÊp dßng cho d©y ®èt theo chiÒu tõ CC1-P1(5-

6)-P2(13-14)-HE2-P2(3-4)-HE1-CC2, tñ nãng dÇn, ®Ìn b¸o L2 s¸ng, L1

t¾t.

+ Tñ lµm viÖc víi chÕ ®é c«ng suÊt lín (hai d©y ®èt lµm viÖc song

song): ®Æt nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ c«ng t¾c, ®ãng nguån xoay chiÒu, Ên nót

KA, KA1 t¹m thêi nh¶ ra, KA2 ®ãng, khi ®ã cuén d©y r¬le P2 cã ®iÖn hót

tiÕp ®iÓm P2(9-10) tù duy tr× vµ KA2 nh¶ ra, KA1 ®ãng l¹i, cßn P2(13-14),

P2(3-4) nh¶ ra; P2(7-8), P2(1-2), P2(5-6), P2(11-12) ®ãng l¹i. Khi ®ã HE1,

HE2 lµm viÖc song song víi nhau, HE1 ®−îc cÊp dßng theo chiÒu tõ CC2-

P2(7-8)-HE1-P2(5-6)-CC1, cßn HE2 ®−îc cÊp dßng theo chiÒu tõ CC2-

KA1-P2(11-12)-P2(1-2)-CC1 ®ång thêi c¶ hai ®Ìn b¸o L1, L2 cïng s¸ng.

Trong c¶ hai tr−êng hîp trªn khi nhiÖt ®é trong tñ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é

®Æt th× thuû ng©n trong nhiÖt kÕ c«ng t¾c nèi tiÕp ®iÓm TK l¹i, khi ®ã cùc

gèc cña transistor (Q1) d−¬ng lªn ®ét ngét vµ d−¬ng h¬n cùc ph¸t lµm cho

Q1 kho¸ l¹i, cuén d©y r¬le P1 mÊt ®iÖn c¾t tiÕp ®iÓm P1(5-6), khi ®ã cuén

d©y r¬le P2 còng mÊt ®iÖn, sau kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh tiÕp ®iÓm TK

l¹i më ra d©y ®èt l¹i ®−îc cÊp dßng, qu¸ tr×nh trªn cø lÆp ®i lÆp l¹i theo

yªu cÇu cña ng−êi sö dông.



H×nh 2.31. S¬ ®å nguyªn lý tñ TC200M(Liªn X«)



2.6. KÕt luËn

Qua viÖc nghiªn cøu ë ch−¬ng 1 th× ë ch−¬ng nµy ®· nªu ®−îc nguyªn

t¾c cÊu t¹o, nguyªn t¾c lµm viÖc chung cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn. §Æc biÖt lµ ®·

giíi thiÖu mét çch tæng qu¸t vÒ quy tr×nh tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. Giíi

thiÖu mét sè s¬ ®å vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña mét sè lo¹i tñ nu«i cÊy vi

khuÈn ®ang ®−îc sö dông t¹i bÖnh viÖn B¹ch Mai Hµ Néi.

Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ®ã t«i tiÕn hµnh thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn

nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn.

Ch−¬ng 3



ThiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn NhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn

3.1. nhiÖm vô cña thiÕt kÕ

NhiÖm vô cÇn thùc hiÖn lµ thiÕt kÕ mét m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cã gi¶i

nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 900C. §Æc biÖt lµ trong ®Ò tµi nµy ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu

khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn. Th−êng ta ph¶i khèng chÕ nhiÖt ®é ë

370C. V× vËy yªu cÇu ®Æt ra ë ®©y lµ:

• ThiÕt kÕ bé ®o dïng c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é.

• ThiÕt kÕ bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang sè vµ ®−a ra hiÓn

thÞ.

• ThiÕt kÕ m¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p chuÈn.

• ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn kh¸ng ®èt trong tñ.

3.2. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng cña tõng khèi

H×nh 3.1. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é

Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô cña tõng khèi:

• Khèi c¶m biÕn: cã nhiÖm vô ®o l−êng nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn.

• Khèi chuyÓn ®æi: cã nhiÖm vô t¹o ra tÝn hiÖu thÝch hîp.

• Khèi A/D: cã nhiÖm vô chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè.

• Khèi gi¶i m·: cã nhiÖm vô gi¶i m· nhÞ ph©n sang m· thËp ph©n.

• Khèi hiÓn thÞ: hiÓn thÞ tÝn hiÖu ®o vµ tÝn hiÖu chuÈn.



• Khèi so s¸nh: cã nhiÖm vô so s¸nh tÝn hiÖu ®o ®−îc víi tÝn hiÖu

chuÈn råi ®−a ra tÝn hiÖu ®iÒn khiÓn.

• Khèi tÝn hiÖu chuÈn: nh»m t¹o ra tÝn hiÖu chuÈn ®Ó so s¸nh víi tÝn

hiÖu ®o.

• M¹ch ®iÒu khiÓn: t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t−¬ng øng ®Ó ®−a ra ®iÒu

khiÓn kh¸ng ®èt.

• Kh¸ng ®èt cã nhiÖm vô t¹o ra nhiÖt ®é thÝch hîp cho tñ nu«i cÊy

vi khuÈn.

3.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña tõng khèi

3.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn

3.3.1.1. M¹ch ®éng lùc

S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn nh− h×nh 3.2 sau:

H×nh 3.2. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc

Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: khi cã xung ®iÒu khiÓn t¸c ®éng vµo cùc

baz¬ cña Tranzitor (Q1) (lo¹i NPN), çc xung nµy lµ çc xung nhän d−¬ng.



Tranzitor nµy lµm viÖc nh− mét khãa ®iÖn tö, tr¹ng th¸i lµm viÖc phô thuéc vµo

xung ®iÒu khiÓn. Mçi khi cã xung nhän d−¬ng t¸c ®éng vµo cùc baz¬ cña

Tranzitor, lµm cho Q1 më. KÕt qu¶ lµ trªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung

(BAX) cã xung, c¶m øng sang cuén thø cÊp cña BAX t¸c ®éng tíi cùc ®iÒu

khiÓn cña Triac (GT) lµm cho Triac më víi nh÷ng gãc më cã gi¸ trÞ kh¸c nhau

®Ó cÊp dßng ®iÖn xoay chiÒu cho ®iÖn trë d©y ®èt (Rt). Khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn

U®k t¨ng lªn ( nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy thÊp), m¹ch so s¸nh lËt tr¹ng th¸i sím

h¬n v× vËy çc xung nhän ®−îc ph¸t sím h¬n, çc xung nµy qua BAX ®Æt lªn

cùc ®iÒu khiÓn cña Triac lµm cho nã më sím, dßng ®iÖn nguån xoay chiÒu

220V/50Hz cung cÊp cho ®iÖn trë d©y ®èt t¨ng lín. Do ®ã nhiÖt ®é cña tñ nu«i

cÊy nãng dÇn lªn cho ®Õn khi b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ Triac sÏ dÉn dßng trong mét

kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh, v× Triac cã thÓ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã

®iÖn ¸p d−¬ng ®Æt lªn anèt vµ xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn, sau khi

Triac ®· më th× xung ®iÒu khiÓn cã t¸c ®éng còng kh«ng cã t¸c dông vµ ®Õn

lóc nµo ®ã nhiÖt ®é trong tñ t¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é sÏ t¸c ®éng lµm cho tÝn

hiÖu ®iÒu khiÓn gi¶m lµm cho xung nhän ph¸t ra muén h¬n, gãc kÝch cña Triac

lín, dßng ®iÖn cÊp cho ®iÖn trë d©y ®èt sÏ gi¶m khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ gi¶m

xuèng cho ®Õn khi b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ ®−îc kÐo dµi trong mét kho¶ng thêi

gian nµo ®ã th× nhiÖt ®é trong tñ l¹i gi¶m nhá h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× qu¸ tr×nh l¹i

ngù¬c l¹i vµ qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i lÆp l¹i. Nh− vËy, nhiÖt ®é trong trong tñ

nu«i cÊy vi khuÈn sÏ lu«n lu«n ®−îc gi÷ æn ®Þnh ë gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt.

BAX ë ®©y cã t¸c dông võa lµm chøc n¨ng çch ly m¹ch ®iÒu khiÓn víi

m¹ch ®éng lùc, võa lµm chøc n¨ng t¹o xung ®Ó më Triac.

Diode (D1) ®−îc m¾c ë ®©y cã chøc n¨ng triÖt tiªu çc xung ©m sinh ra

trong m¹ch s¬ cÊp cña BAX vµ lo¹i trõ hiÖn t−îng qu¸ ®iÖn ¸p trªn çc cùc C,

E cña Tranzitor do suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng sinh ra trªn cuén s¬ cÊp cña BAX.

Tô ®iÖn C1, R1 m¾c song song víi Triac cã t¸c dông tr¸nh hiÖn t−îng më

kh«ng mong muèn. Bëi v× khi x¶y ra tr−êng hîp ®iÖn ¸p ®Æt lªn Triac t¨ng víi



tèc ®é lín h¬n ®iÖn ¸p giíi h¹n cña Triac th× Triac còng cã thÓ chuyÓn tõ tr¹ng

th¸i kho¸ sang tr¹ng th¸i më mÆc dï dßng ®iÒu khiÓn b»ng 0V.

Chän 1R =25Ω , 1 0,47C Fμ= .

§iÖn trë RLP cã t¸c dông h¹n chÕ dßng cho ®Ìn b¸o LP.

Rt lµ ®iÖn trë d©y ®èt. Qua qu¸ tr×nh thùc tËp chóng t«i t×m hiÓu vµ

nghiªn cøu thùc tÕ trong çc tñ nu«i cÊy vi khuÈn trong bÖnh viÖn B¹ch Mai vµ

mét sè n¬i thÊy th«ng th−êng çc tñ cã c«ng suÊt 1,2KW, ®iÖn ¸p ®Þnh møc

qua tñ lµ 220V. Trªn c¬ së nµy t«i tiÕn hµnh tÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch

®éng lùc.

TÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch ®éng lùc:

+ Chän Triac lo¹i BTA08 ( TO220AB) tõ s¸ch “S¬ ®å ch©n linh kiÖn

b¸n dÉn”. Tg: D−¬ng Minh TrÝ , th«ng sè kü thuËt cña Triac gåm cã:

Ua®m = 600V

Ia®m = 8A

UGT = 1,5V

IGT = 100mA

AtG μ20=

+ Chän BAX cã hÖ sè biÕn ¸p lµ k = 1. V× BAX lµm nhiÖm vô çch ly

gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc vµ t¹o xung ®Ó ®iÒu khiÓn gãc më

cho Triac.

Khi ®ã U1 = U2 = UGT = 1,5V vµ I1 = I 2= IGT = 100mA.

Trong ®ã I1, U1 lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p s¬ cÊp cña BAX. Cßn I2,

U2 lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p thø cÊp cña BAX.

+ Chän ®iÖn ¸p cung cÊp ECC = 9V. Tõ s¬ ®å m¹ch ®éng lùc thÊy khi Q1

më th× ECC = I1×R2 + U1 + UCE

=> Ω=×−−

=−−

= − 7210100

3.05.193

1

12 I

UUER CECC

Chän Ω=1002R

V× I1 = IC = 100mA.



=> Chän Tranzitor (Q1) 2SC1815 (lo¹i NPN) víi çc th«ng sè nh− sau:

IC =150mA; 130β = ; PC = 400mW;T=1250C;

VËy dßng mAII CB 77,0

130100

===β

+ Chän Diode (D1): do hiÖu øng Lenx¬, nÕu kh«ng cã Diode D1 th× suÊt

®iÖn ®éng c¶m øng sÏ sinh ra qu¸ ®iÖn ¸p trªn çc cùc C, E cña Tranzitor (Q1)

cã thÓ ®¸nh thñng Tranzitor (Q1) nµy. Do ®ã chän Diode lo¹i 1N4001 cã çc

th«ng sè kü thuËt nh− sau: U®m = 50V; I®m = 1A.

+ Chän ®Ìn b¸o (LP) lµ LED víi dßng ®iÖn lµm viÖc tõ 5mA ®Õn 20mA

vµ ®iÖn ¸p lµm viÖc lµ 2V. Do ®ã ®Ó h¹n chÕ ®iÖn ¸p cho ®Ìn th× ph¶i dïng

®iÖn trë lµ: Ω== KmAVRLED 22

10220

3.3.1.2. M¹ch so s¸nh

Trong m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, ®Ó nhiÖt ®é trong tñ cã thÓ tù

®éng ®iÒu chØnh ®−îc vÒ nhiÖt ®é chuÈn mµ ®· ®−îc ®Æt tr−íc th× ph¶i sö dông

bé so s¸nh ®Ó so s¸nh tÝn hiÖu ®o ®−îc nhê c¶m biÕn víi tÝn hiÖu chuÈn ®· ®Æt

tr−íc. Sai lÖch ë ®Çu ra cña bé so s¸nh sÏ ®−îc xö lý ë m¹ch hiÖu chØnh sai sè.

Ngoµi ra, ®Ó t¹o ra ®−îc tÝn hiÖu xung ®iÒu khiÓn gãc më cña Triac cÊp

nguån cho bé t¹o nhiÖt (ë ®©y lµ d©y ®èt) th× còng cÇn ph¶i cã bé so s¸nh ®Ó

cã thÓ so s¸nh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cña bé t¹o xung

r¨ng c−a ®ång bé. §Ó cã thÓ so s¸nh nh÷ng khèi nµy cã thÓ dïng m¹ch khuÕch

®¹i thuËt to¸n hoÆc tranzitor. Trong ®Ò tµi nµy em sö dông m¹ch khuÕch ®¹i

thuËt to¸n TL082 víi çc th«ng sè kü thuËt cña TL082 (hoÆc TL084) nh− sau:

§iÖn ¸p vµo: 3 18VU V= ± ÷± .

§iÖn ¸p vµo lín nhÊt: 30VU = ± .

C«ng suÊt tiªu hao: P=680mW.

Nguån cung cÊp: 15CCV = ± .

Dßng ®iÖn lµm viÖc Ilv=1mA

ë nhiÖt ®é lµm viÖc 250C th× TL082( hoÆc TL084) cã mét sè tÝnh chÊt sau:



HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: k=106dB.

Dßng ®iÖn dÞch: 30pA.

Tèc ®é ra t¨ng ®iÖn ¸p ®Çu ra 13 /V sμ .

§é tr«i ®iÖn ¸p thø nguyªn: 13± .

S¬ ®å m¹ch so s¸nh hai tÝn hiÖu cã d¹ng nh− h×nh 3.3 sau:

H×nh 3.3. S¬ ®å m¹ch so s¸nh

Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: khi cho hai tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt U®Æt, vµ

tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®o ®−îc tõ c¶m biÕn U®o vµo m¹ch so s¸nh th×:

NÕu U®Æt > U®o => tÝn hiÖu Ura cã gi¸ trÞ ©m. Khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ

thÊp h¬n nhiÖt ®é ®¨t, bé so s¸nh sÏ ®−a ®Õn bé ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu ®ãng më

Triac ®Ó ®−a nhiÖt ®é trong tñ vÒ gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt.

NÕu U®Æt < U®o th× tÝn hiÖu Ura cã gi¸ trÞ d−¬ng. Khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ

lín h¬n nhiÖt ®é ®Æt, bé so s¸nh sÏ ®−a tÝn hiÖu ra ®Õn khèi t¹o tÝn hiÖu ®iÒu

khiÓn ®Ó kho¸ Triac c¾t nguån cÊp cho bé t¹o nhiÖt.

3.3.1.3. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn gãc më

S¬ ®å t¹o xung ®iÒu khiÓn cho nh− h×nh 3.4 sau:



H×nh 3.4. S¬ ®å m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn

Ho¹t ®éng cña khèi nh− sau: tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k lµ kÕt qu¶ cña sù

sai lÖch ®iÖn ¸p. ë ®©y nã t−¬ng øng víi sù chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é thùc ®o

®−îc nhê c¶m biÕn vµ nhiÖt ®é ®Æt nhê bé t¹o tÝn hiÖu chuÈn. TÝn hiÖu xung

r¨ng c−a UX ®−îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k nhê bé so s¸nh dïng

khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL082. TÝn hiÖu xung r¨ng c−a ®−îc ®−a vµo ®Çu kh«ng

®¶o cßn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®−îc ®−a vµo ®Çu ®¶o. Bé so s¸nh nµy ®−îc m¾c

theo nguyªn lý kh«ng cã ph¶n håi nªn tÝn hiÖu ra cña nã cã thÓ lµ b·o hßa

d−¬ng hoÆc b·o hßa ©m phô thuéc vµo mèi t−¬ng quan gi÷a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn

U®k vµ tÝn hiÖu xung r¨ng c−a UX. Khi tÝn hiÖu xung lín h¬n tÝn hiÖu ®iÒu

khiÓn th× tÝn hiÖu ra cña bé so s¸nh cã d¹ng xung vu«ng. Xung vu«ng nµy qua

bé vi ph©n R-C sÏ t¹o ra çc xung nhän mçi khi xung vu«ng lËt tr¹ng th¸i. §é

réng cña çc xung nµy phô thuéc vµo dung l−îng cña tô ®iÖn C2, çc xung

nhän nµy khi qua bé vi ph©n vÉn cßn cã xung ©m. Sau khi ®i qua Diode (D2)

th× çc xung ©m bÞ chÆn l¹i.

Nh− vËy, xung ®iÒu khiÓn gãc më lµ nh÷ng xung nhän d−¬ng cã thêi

®iÓm xuÊt hiÖn lµ lóc giao nhau gi÷a ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi s−ên sau cña xung

r¨ng c−a.

S¬ ®å d¹ng xung nh− h×nh 3.5 sau:



H×nh 3.5. S¬ ®å d¹ng xung

Bé vi ph©n R-C cã t¸c dông söa d¹ng xung ®Çu ra cña bé so s¸nh sao

cho ®é réng vµ biªn ®é thÝch hîp víi Triac cÇn ®iÒu khiÓn. §é réng xung ®−îc

quyÕt ®Þnh bëi thêi gian dßng qua Triac ®¹t ®Õn gi¸ trÞ dßng ®iÒu khiÓn (Tra

trong s¸ch tra cøu øng víi lo¹i Triac sö dông).

Gäi tx lµ ®é réng xung: sRCtx μ202,2 42 ≈××≈

Chän FC μ47,02 = => Ω=×

= 4,1947,02,2

204 F

sRμ

μ thùc tÕ chØ cã ®iÖn trë cã

gi¸ trÞ Ω= 204R .

Nh− vËy, trong m¹ch vi ph©n R-C chän Ω= 204R , FC μ47,02 = .

TÝnh chän R3 víi I = 0,77mA

=> ΚΩ=Ω=−×−−

=−−Δ−

= − 77013.913.97701001077.0

3.05.19932

)1(

23 R

IUUR

QC

BED

Chän ΚΩ=103R

Chän D2 (lo¹i 1N4001) cã çc th«ng sè kü thuËt lµ:

UD2 = 50V; ID2 =1A.



3.3.1.4. M¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé

Trong thùc tÕ muèn ®iÒu chØnh Triac ®ãng më (víi mét gãc më α nµo

®ã) tù ®éng theo yªu cÇu cña bµi to¸n th× chóng ta cÇn ph¶i t¹o ra ®−îc tÝn hiÖu

®iÖn ¸p ®ång bé víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt lªn an«t-cat«t cña Triac. §Ó lµm ®−îc

viÖc nµy ng−êi ta th−êng t¹o ra xung r¨ng c−a ®ång bé (hay cßn gäi lµ ®iÒu

khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh) ®©y lµ ph−¬ng ph¸p hay ®−îc sö dông nhÊt ngoµi

ra ng−êi ta còng cã thÓ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng

ARCCOS. Trong ®Ò tµi nµy t«i sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng

tuyÕn tÝnh. S¬ ®å m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé nh− h×nh 3.6 sau:

H×nh 3.6. S¬ ®å m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé

Ho¹t ®éng cña m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé nµy nh− sau: nguyªn lý

chung ®Ó t¹o ra xung r¨ng c−a lµ ®Çu tiªn ta ph¶i t¹o ra ®−îc xung vu«ng sau

®ã dïng m¹ch tÝch ph©n cho ra xung r¨ng c−a. Trong ®Ò tµi nµy t«i thiÕt kÕ

m¹ch t¹o xung r¨ng c−a cã sö dông bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL082, nã gåm

cã 2 OA (U1A vµ U1B) ®ãng trong mét vá, U1A(TL082) ®−îc dïng trong

m¹ch t¹o xung vu«ng, U1B(TL082) dïng cho m¹ch tÝch ph©n t¹o xung r¨ng

c−a.

M¹ch t¹o xung vu«ng: m¹ch gåm m¸y biÕn ¸p gi¶m ¸p vµ mét bé so

s¸nh tÝn hiÖu vµo víi m¸t, bé so s¸nh ë ®©y lµ U1A(TL082). Khi cã tÝn hiÖu

®iÖn ¸p ë nöa chu kú d−¬ng cña tÝn hiÖu xoay chiÒu vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña

U1A(TL082) lóc ®ã ®Çu vµo kh«ng ®¶o sÏ d−¬ng h¬n ®Çu vµo ®¶o nªn ®Çu ra



cña U1A(TL082) sÏ cã tÝn hiÖu xung ®iÖn ¸p b·o hoµ +9V (víi gi¶ thiÕt bé so

s¸nh nµy lµ lý t−ëng) th× tÝn hiÖu vµo ®Çu kh«ng ®¶o gi¶m dÇn ®Õn lóc nhá

h¬n ®Çu vµo ®¶o vµ ©m dÇn khi ®ã ®Çu ra cña U1A(TL082) lËt tr¹ng th¸i ®Õn

chÕ ®é b·o hoµ ©m (-9V) trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã th× tÝn hiÖu ®Çu vµo

kh«ng ®¶o d−¬ng h¬n ®Çu ®¶o, ®Çu ra cña tÝn hiÖu sÏ lËt tr¹ng th¸i vµ cã tÝn

hiÖu xung ®iÖn ¸p d−¬ng, qu¸ tr×nh l¹i tiÕp tôc lÆp ®i lÆp l¹i nh− vËy. S¬ ®å

d¹ng xung cña m¹ch nµy nh− h×nh 3.7 sau:

H×nh 3.7. S¬ ®å d¹ng xung vu«ng

M¹ch t¹o xung r¨ng c−a: m¹ch gåm cã mét kh©u tÝch ph©n, Diode chØ

cho tÝn hiÖu d−¬ng ®i qua vµ mét Tranzitor (Q2) ®Ó ®ãng më, ho¹t ®éng cña

m¹ch nµy lµ khi cã xung d−¬ng qua Diode vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña

TL082(U1B) d−¬ng h¬n ®Çu vµo ®¶o nªn cho tÝn hiÖu qua U1B(TL082) ®ång

thêi n¹p cho tô C3 tÝn hiÖu ra lóc nµy t¨ng dÇn tuú thuéc vµo dung l−îng cña tô

lín hay nhá, cßn khi tÝn hiÖu vµo lµ xung ©m sÏ ®i vµo cùc B cña Q2 khi ®ã Q2

sÏ më cho dßng ch¶y qua khi ®ã tÝn hiÖu ë ®Çu vµo kh«ng ®¶o nhá h¬n tÝn hiÖu

®Çu ®¶o do ®ã xung ra sÏ gi¶m dÇn nh−ng nhê cã tô C3 nªn xung ra chØ gi¶m



®Õn 0V th× tô l¹i phãng. Do ®ã ë ®Çu ra ta sÏ nhËn ®−îc mét chuçi xung r¨ng

c−a.

S¬ ®å d¹ng xung ®Çu ra cã d¹ng nh− h×nh 3.8 sau:

H×nh 3.8. S¬ ®å d¹ng xung r¨ng c−a

TÝnh to¸n lùa chän çc linh kiÖn trong m¹ch nµy nh− sau:

§é réng xung ra cña m¹ch tÝch ph©n R6 - C3 vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n

U1B(TL082) lµ τ)32,2(R3) (2,2t 36x2 ÷=××÷= C . Víi τ lµ h»ng sè thêi gian:

36 CR ×=τ , chän 360005,0 CRs ×==τ .

Chän FpFC μ222.02223 == => Ω== KFsR 52.22

222,00005,0

6 μ. Nh− vËy, chän

Ω= KR 226 .

Chän Tranzitor (lo¹i PNP) m· hiÖu 2SA564 cã çc th«ng sè kü thuËt

sau:

IC = 100mA, 250=β , PC = 250mW, Tj = 1250C.

V× khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1A(TL082) cã dßng lµm viÖc lµ 1mA, dßng

cùc baz¬ cña Tranzitor lµ mAmAIII CCB 4,0

250100

250====

β, R7 cã t¸c dông h¹n

chÕ dßng cho Tranzitor. Do ®ã, Ω== KmAVR 9

19

7 , víi gi¶ thiÕt 9V lµ ®iÖn ¸p ra



lín nhÊt cña U1A(TL082), trªn c¬ së ®ã chän Ω= KR 107 . R8 cã t¸c dông h¹n

dßng cho U1A(TL082) chän Ω= KR 108 , chän Ω= KR 105 .

Diode D3 cho xung d−¬ng qua, chän Diode D3 (lo¹i 1N4001) cã UD3 = 50V

vµ I®m = 1A.

3.3.2. Bé c¶m biÕn

§Ó cã thÓ ®o nhiÖt ®é ®−îc chÝnh x¸c, tÊt nhiªn rÊt cÇn cã mét ®Çu dß

(hay cßn gäi lµ ®Çu c¶m nhËn) thÝch hîp. §Çu dß lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é nã cã

nhiÖm vô lµ chuyÓn tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn. cã rÊt

nhiÒu lo¹i c¶m biÕn nh− giíi thiÖu ë ch−¬ng 2. Nh−ng qua viÖc nghiªn cøu lý

thuyÕt vµ thùc tÕ cïng víi viÖc tham kh¶o thÞ tr−êng ®Ó øng dông vµo m¹ch thùc

tÕ t«i ®i ®Õn chän ph−¬ng ph¸p ®o dïng IC c¶m biÕn nhiÖt ®é, çc c¶m biÕn

nhiÖt ®é cã ®é chÝnh x¸c cao, dÔ t×m vµ gi¸ thµnh rÎ. Mét trong sè ®ã lµ lo¹i vi

m¹ch LM335, nã lµ lo¹i th«ng dông trªn thÞ tr−êng hiÖn nay, ®ång thêi nã cã

nh÷ng ®Æc tÝnh lµm viÖc phï hîp víi thiÕt kÕ chi tiÕt cña m¹ch.

Mét sè tÝnh chÊt c¬ b¶n cña LM335:

- C¶m biÕn nhiÖt ®é LM335 cã ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo nhiÖt ®é lµ:

10mV/0C.

- §é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é nh¹y. ë nhiÖt ®é 250C

nã cã sai sè kh«ng qu¸ 1%. Khi ®o trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ -40 ÷ 1000C, tÝn

hiÖu ngâ ra tuyÕn tÝnh liªn tôc víi nh÷ng thay ®æi cña tÝn hiÖu ngâ vµo.

- Mét sè th«ng sè kü thuËt cña LM335: tiªu t¸n c«ng suÊt thÊp, dßng

®iÖn lµm viÖc tõ 400 5A mAμ ÷ , dßng ®iÖn ng−îc 15mA, dßng ®iÖn thuËn 10mA.

§é chÝnh x¸c khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C víi dßng lµm viÖc 1mA th× ®iÖn ¸p

ngâ ra tõ 2,94 3,04V V÷ .

- Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt th× quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p

ngâ ra nh− sau: 010outU mV T K= × (mV)

0 0 00,01 0,01 (273 ) 2,73 0,01outU T K t C t C= × = × + = + (V)



Nh− vËy, ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn

1000C lµ 1V.

TÝnh to¸n m¹ch c¶m biÕn LM335: s¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.9 sau:

H×nh 3.9. S¬ ®å m¹ch c¶m biÕn

Víi R15 cã t¸c dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn, C4 chèng nhiÔu cho

LM335, VR1 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh tinh ®Ó Vout lµ 10mV/0C

Ta cã dßng ®iÖn lµm viÖc cña c¶m biÕn LM335 lµ:

15400 5RA I mAμ < < 0

15

9400 5V VA mAR

μ −< < , Víi V0 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña vi

m¹ch LM335 ë nhiÖt ®é 250C.

0 015

9 95 400V V V VR

mA Aμ− −

⇔ < < mµ 02,73 3,73V V V< <

151,054 15,675K R K⇒ Ω < < Ω (1*)

MÆt kh¸c, theo nhµ s¶n xuÊt ë nhiÖt ®é 250C th× vi m¹ch LM335 cã

dßng I = 1mA vµ V0 = 2,98V, suy ra ta cã 15

9 2,98400 5V VA mAR

μ −< <

151,2 15,05K R K⇒ Ω < < Ω (2*)

Tõ (1*) vµ (2*) ta chän 15R =10KΩ , cßn biÕn trë ®iÒu chØnh Ω= KVR 101 ,

4 100C nF=



3.3.3. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuyÕch ®¹i

§©y lµ m¹ch trung gian gi÷a bé c¶m biÕn víi m¹ch hiÓn thÞ vµ m¹ch so

s¸nh. Víi m¹ch nµy th× ®Çu vµo lµ c¶m biÕn cã ®iÖn ¸p lµ:

U1 = Uout= 2,73 + 0,01× t0C

Kho¶ng biÕn thiªn ®iÖn ¸p trong d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 1000C lµ 1V.

Trong khi ®ã ta cÇn møc ®iÖn ¸p ra lµ tõ 0V ®Õn 9V ®Ó dïng cho m¹ch hiÓn thÞ

sè vµ m¹ch so s¸nh. Do ®ã ®Ó cã ®iÖn ¸p thay ®æi tõ 0V ®Õn 9V th× ta ph¶i

dïng mét tÝn hiÖu n÷a ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu c¶m biÕn. Tõ nh÷ng ph©n tÝch

trªn ta cã s¬ ®å m¹ch h×nh 3.10 nh− sau:

H×nh 3.10. S¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i

Trong s¬ ®å m¹ch cã sö dông m¹ch lÆp l¹i ®iÖn ¸p mµ ®iÖn ¸p ra lu«n

lu«n lÆp l¹i ®iÖn ¸p vµo (Ura=Uvµo). T¸c dông cña bé lÆp l¹i ®iÖn ¸p lµ ®−a ra

mét ®iÖn trë vµo lín víi dßng vµo nhá vµ mét ®iÖn trë ra rÊt thÊp. Do ®ã nã

chèng ®−îc nh÷ng t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¶m biÕn vµ phÇn tÝn hiÖu ®Æt, tr¸nh

hiÖn t−îng ph¶n håi lµm cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh«ng chÝnh x¸c. R15 cã t¸c

dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn víi nguån cÊp (9V). §iÒu chØnh VR1 sao cho ®iÖn



¸p ra qua R14 ngang b»ng víi ®iÖn ¸p do c¶m biÕn sinh ra. §iÒu chØnh VR1 sao

cho ®iÖn ¸p ra t−¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra c¶m biÕn ®Ó khi nhiÖt ®é trong tñ 00C

th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra U®=0V. Kh©u khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1C cã t¸c dông

võa khuÕch ®¹i võa so s¸nh hai tÝn hiÖu vµo tõ c¶m biÕn vµ tõ tÝn hiÖu ®iÒu

chØnh VR2. Tô ®iÖn C4 cã t¸c dông b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ chèng nhiÔu cho c¶m

biÕn.

TÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch: tõ s¬ ®å m¹ch ta cã

141

13 14

RU UR R

+ =+

vµ 2

11 10

0dU UU UR R

−− −−+ = => 10 11

211 10 10 11

dR RU U U

R R R R− = × + ×

+ +

Theo tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n th× U+ = U- nªn ta suy ra

biÓu thøc sau:

1014 111 2

13 14 11 10 10 11d

RR RU U UR R R R R R

= × + ×+ + +

(1**)

Trong ®ã:

U1 lµ tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn vµ U1 = 2,73 + 0,01× t0 (V)

U2 lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo ngâ ®¶o cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ U2 = 2,73V.

Ud lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ngâ ra cña bé chuyÓn ®æi khuÕch ®¹i vµ

Ud = k ×(U1 - U2), víi k lµ hÖ sè khuÕch ®¹i vµ 10

11

RkR

= .

XÐt tr−êng hîp ë nhiÖt ®é t = 00C th× U1 = U2 vµ Ud = 0V khi ®ã tõ (1**)

ta cã : 1014

13 14 11 10

RRR R R R

=+ +

, ®Ó ®¬n gi¶n ta chän R11 = R13 vµ R10 = R14.

Mµ ta cã 101 2

11

( )dRU U UR

= − chän 10

11

9RkR

= = => 10 11R =9 R× mÆt kh¸c, dßng

®iÖn lµm viÖc cña OA lµ 1lvI mA= . Do ®ã dßng håi tiÕp lµ 1htI mA<

2

11 10

1dht

U UI mAR R

−⇒ = <

+ 10 11

9 2,73 6,271

V VR R KmA−

⇔ + > = Ω

11 1110 6,27 0,627R K R K⇒ > Ω⇒ > Ω



Chän 11 132R K R= Ω = => 10 14 18R R K= = Ω

Chän Diode zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã UZ = 3V, IZ = 20mA.

Suy ra 12R = 2,2KΩ .

VR2 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh sao cho ®iÖn ¸p ngang b»ng víi ®iÖn ¸p

U2=2,73V, do ®ã chän 2VR = 10KΩ

3.3.4. M¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn

§©y lµ m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn (hay cßn gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt) m¹ch nµy

cã nhiÖm vô lµ cho ra mét tÝn hiÖu cè ®Þnh ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®o ®−îc tõ

c¶m biÕn qua bé so s¸nh ®−îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. S¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.11

sau:

H×nh 3.11. S¬ ®å m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn

Khèi t¹o ®iÖn ¸p cè ®Þnh cã dïng IC æn ¸p LM317, khèi nµy cã ®iÖn ¸p

ra tÝnh theo c«ng thøc sau:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+×=

20

41 125,1

RVRU



Nh− vËy, ®iÖn ¸p ra U1min = 1,25V, muèn cho UCmin = 0V th× ta ph¶i t¹o

mét ®iÖn ¸p thÝch hîp ®Ó ®¸p øng ®−îc ®iÒu ®ã chóng t«i t¹o ra mét m¹ch ®iÖn

cã nguån cÊp 9V cho qua mét ®iÖn trë vµ mét biÕn trë ®iÒu chØnh VR3 ®Ó cho

ra U2. Thùc tÕ ®Ó t¹o ra mét tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cã thÓ chØ cÇn dïng mét con biÕn

trë ®iÒu chØnh lµ ®−îc nh−ng ®é chÝnh x¸c cña nã kh«ng ®¶m b¶o.Do ®ã trong

m¹ch nµy chóng t«i cã sö dông mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL084(U1D)

nh»m t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra thay ®æi tõ 0 9V÷ víi hÖ sè khuÕch ®¹i 15

17

9RkR

= = .

Theo kinh nghiÖm ng−êi ta th−êng chän 17 19 10R R K= = Ω , 15 179 90R R K= × = Ω

nh−ng thùc tÕ kh«ng cã lo¹i ®iÖn trë cã gi¸ trÞ nµy nªn chän 15 100R K= Ω , chän

4 10VR K= Ω , 20 240R = Ω , tô ®iÖn dïng ®Ó c¶i thiÖn ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p U1

5 61 , 0,01C F C Fμ μ= = . Tr−êng hîp cã nguån ®iÖn vµo æn ®Þnh råi th× cã thÓ bá

C6. Chän Diode Zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã th«ng sè kü thuËt lµ: U®m=3V,

I®m=20mA, suy ra 18 2, 2R K= Ω , Ω= KVR 103 .

3.3.5. M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ

Sau khi nghiªn cøu thùc tÕ vµ lý thuyÕt em tiÕn hµnh tÝnh to¸n thiÕt kÕ

m¹ch ®o l−êng nhiÖt ®é vµ hiÓn thÞ theo s¬ ®å khèi sau:

H×nh 3.12. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®o nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn

§Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña bµi to¸n vµ thuËn lîi trong thiÕt kÕ l¾p r¸p

chóng t«i tiÕn hµnh chän vi m¹ch ICL7107 (v× trong ®ã cã s½n bé chuyÓn ®æi

AD vµ bé gi¶i m·) vµ bé hiÓn thÞ LED 7 thanh hiÓn thÞ ¸nh s¸ng mµu ®á.



3.3.5.1. Vi m¹ch ICL7107

• S¬ ®å khèi cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.13:

Vi m¹ch ICL 7107 lµ mét m¹ch tÝch hîp chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng

t−¬ng tù sang d¹ng sè vµ kÕt hîp víi bé gi¶i m· bªn trong ®Ó ®−a tÝn hiÖu hiÓn

thÞ lªn LED 7 thanh.

H×nh 3.13. S¬ ®å khèi trong vi m¹ch ICL 7107

§©y lµ mét vi m¹ch chuyÓn ®æi A/D vµ gi¶i m· hiÓn thÞ sè ®−îc tÝch hîp

bªn trong mét con IC nªn nã lµm viÖc rÊt æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c, víi ®é tin cËy

t−¬ng ®èi cao.

Vi m¹ch cã d¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo biÕn ®æi tõ 0V ®Õn 20V nhê cÇu ph©n ¸p

cã møc chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh toµn phÇn. Do ®ã viÖc chän vi m¹ch ICL7107 ®Ó

lµm bé chuyÓn ®æi AD vµ hiÓn thÞ chØ sè ®o nhiÖt ®é b»ng LED 7 thanh lµ

hoµn toµn phï hîp.

• S¬ ®å ch©n vµ chøc n¨ng tõng ch©n cña vi m¹ch ICL 7107

+ S¬ ®å ch©n cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.14:

+ chøc n¨ng tõng ch©n cña ICL 7107: vi m¹ch ICL 7107 lµ mét linh

kiÖn cã 40 ch©n víi chøc n¨ng cña tõng ch©n nh− sau:

Ch©n 1: ®−îc nèi víi d−¬ng nguån cung cÊp +5V (U+CC).

Tõ ch©n sè 2 ®Õn ch©n sè 8 lµ çc ch©n tÝn hiÖu ®−a vµo LED ®Ó hiÓn thÞ

nh÷ng con sè hµng ®¬n vÞ.



Tõ ch©n sè 9 ®Õn ch©n 14 vµ ch©n 25 lµ çc ch©n tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo

LED hiÓn thÞ nh÷ng con sè hµng chôc.

Tõ ch©n sè 15 ®Õn ch©n sè 18 vµ ch©n sè 22 ®Õn ch©n sè 24 lµ çc ch©n

tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo LED hiÓn thÞ çc con sè hµng tr¨m.

Ch©n sè 19: ®−a tÝn hiÖu hiÓn thÞ sè 1 hµng ngh×n.

Ch©n sè 20: ®−a tÝn hiÖu sè vµo LED hiÓn thÞ khi tÝn hiÖu ®o lµ ©m.

Ch©n sè 21: lµ ch©n nèi ®Êt cña tÝn hiÖu sè.

h×nh 3.14. S¬ ®å cÊu t¹o cña ICL 7107

Ch©n sè 26: lµ ch©n nèi víi ©m nguån cung cÊp -5V (U-CC).

Ch©n sè 27: lµ ch©n lÊy tÝn hiÖu vµo kh©u tÝch ph©n.



Ch©n sè 28 kÕt hîp víi ch©n sè 27 t¹o thµnh m¹ch tÝch ph©n

(INTEGRATOR).

Ch©n sè 29 lµ ch©n ®−a tÝn hiÖu vµo m¹ch tù ®éng trë vÒ kh«ng

(AUTO ZERO).

Ch©n sè 30: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ ©m ®−a vµo m¹ch AD.

Ch©n sè 31: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ d−¬ng ®−a vµo m¹ch AD.

Ch©n sè 32: tÝn hiÖu nèi ®Êt (GND).

Ch©n sè 33: nèi víi tô C2.

Ch©n sè 34: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) nèi víi ch©n 33 qua tô C2.

Ch©n sè 35: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc thÊp (LOW).

Ch©n sè 36: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc cao (HIGH).

Ch©n sè 37: kh«ng sö dông.

Ch©n sè 38, 39, 40: lµ çc ch©n t¹o thµnh m¹ch t¹o dao ®éng.

3.3.5.2. Bé hiÓn thÞ

Víi nh÷ng −u ®iÓm næi bËt nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng 2 vµ còng do ®iÒu

kiÖn kinh tÕ do ®ã chóng t«i sö dông ®Ìn LED 7 thanh cã an«t chung hiÓn thÞ

ch÷ sè mÇu ®á.

3.3.5.3. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng hiÓn thÞ dïng vi m¹ch

ICL7107

S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng vµ hiÓn thÞ dïng vi m¹ch ICL7107 nh−

h×nh 3.14.

Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: tÝn hiÖu cÇn ®o ®−îc ®−a vµo ch©n 31, 30

lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu biÕn ®æi tõ 0 9V÷ , tÝn hiÖu nµy ®−îc chuyÓn vµo m¹ch

®iÖn tö cña ICL7107, nã ®−îc lÊy tÝch ph©n kÕt hîp víi R1, C1 ë ch©n 27, 28

trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã ch¼ng h¹n tõ 10 t÷ , khi ®ã ta cã:

1

101 1

t vtp A v

UU U U dt tR C

= = −∫

Víi 1 1470 ; 0, 22R K C Fμ= Ω = .



H×nh 3.14. S¬ ®å nguyªn lý bé hiÓn thÞ LED dïng vi m¹ch ICL7107

Sau khi lÊy tÝch ph©n cña tÝn hiÖu vµo Ud th× Utp ®−îc ®−a vµo bé so

s¸nh, tuú theo møc ®é tÝn hiÖu vµo mµ bé so s¸nh sÏ cho tÝn hiÖu so s¸nh vµo



cæng AND më cho xung nhÞp vµo, m¹ch ®Õm ho¹t ®éng cho ®Õn khi dung

l−îng m¹ch hÕt. M¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn m¹ch ®iÖn tö ho¹t ®éng ®−a tÝn

hiÖu ®iÖn ¸p chuÈn vµo m¹ch tÝch ph©n ®Ó lÊy tÝch ph©n UchuÈn trong kho¶ng

thêi gian tõ 20 t÷ lµ:

2

20

1 0t c

tp chuan AUU U dt t U

R C R C= = + =

× ∫

Do UchuÈn cã cùc tÝnh ng−îc víi Uv nªn sau kho¶ng thêi gian t2,

UchuÈn=0V vµ ®iÖn ¸p so s¸nh USS=0, cæng AND ®ãng l¹i, lóc nµy tÝn hiÖu ®Õm

®−îc trong m¹ch sÏ lµ tÝn hiÖu sè t−¬ng øng víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®−a vµo Uv.

TÝn hiÖu sè nµy ®−îc ®−a qua bé gi¶i m· vµo chØ thÞ LED kÕt qu¶ nhiÖt ®é cÇn

®o sÏ t−¬ng øng víi ch÷ sè hiÓn thÞ trªn thiÕt bÞ hiÓn thÞ LED.

§Ó h¹n chÕ dßng vµo LED chóng t«i chóng t«i tiÕn hµnh tÝnh tiÕn hµnh

tÝnh to¸n nh− sau:

Do ®Æc ®iÓm cña vi m¹ch ICL7107 lµ:

+ TÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo lµ tõ: V200÷ .

+ TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra lµ tõ: VmV 999,1999,1 ±÷± .

+ Dßng ®iÖn lµm viÖc: Aμ100± .

+ Nguån cung cÊp cho vi m¹ch lµ: V5± .

vµ ®Æc ®iÓm cña bé hiÓn thÞ LED 7 thanh hiÓn thÞ ¸nh s¸ng mµu ®á lµ:

+ Dßng ®iÖn cÊp cho mçi thanh s¸ng lµ tõ: mAmA 205 ÷ .

+ Nguån cung cÊp cho ®Ìn lµ: V5± .

Nh− vËy, mçi thanh LED s¸ng cÇn mét ®iÖn trë h¹n dßng lµ:

Ω=−

−= 150

10020999,15

AmAVVRμ

, chän Ω=150R

MÆt kh¸c, ®Ó so s¸nh nhiÖt ®é ®Æt vµ nhiÖt ®é ®o b»ng c¶m biÕt mét

çch trùc quan, trong ®Ò tµi nµy t«i cã sö dông hai con ICL7107 víi s¬ ®å

nguyªn lý gièng nhau nh− h×nh 3.14. §Ó chØ thÞ nhiÖt ®é ®Æt vµ nhiÖt ®é thùc tÕ

trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn mét çch ®ång thêi.

3.3.6. Nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn



TÊt c¶ çc khèi trong m¹ch ®iÒu khiÓn vµ ®o l−êng ®Òu cÇn ph¶i cung

cÊp nguån nu«i cho chóng. Çc m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®−îc sö dông

trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu lµm viÖc ë ®iÖn ¸p l−ìng cùc lín nhÊt lµ 15V± ,

nh−ng trong ®Ò tµi nµy chóng t«i thiÕt kÕ dïng nguån nu«i l−ìng cùc cã ®iÖn

¸p lµ 9V± , cßn nguån nu«i cho bé hiÓn thÞ lµ 5V± .

Yªu cÇu ®èi víi nguån nu«i lµ: nguån nu«i ph¶i cã tÝnh æn ®Þnh cao c¶

khi ®iÖn ¸p l−íi xoay chiÒu thay ®æi vµ t¶i thay ®æi. ChÊt l−îng ®iÖn ¸p nguån

nu«i ph¶i æn ®Þnh vµ b»ng ph¼ng.

CÊu tróc cña nguån nu«i: gåm cã mét biÕn ¸p cã ®iÓm gi÷a, cÇu chØnh l−u

b»ng Diode lµm nhiÖm vô chØnh l−u ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu.

Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l−u ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau:

22 2d

UUπ×

=

Trong ®ã: U2 lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p(MBA).

Víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cÇn cung cÊp cho nguån nu«i trong m¹ch ®iÒu khiÓn

lµ 9V± vµ 5V± nªn ta cã d¶i ®iÖn ¸p lµm viÖc trong kho¶ng 9 10%V V± ± vµ

5 10%V± ± .

XÐt tr−êng hîp ®iÖn ¸p chØnh l−u lµ:

10 109 9 9,9 , 5 5 5,5100 100d dU V V U V V= + × = = + × =

Khi ®ã ta cã ®iÖn ¸p thø cÊp cña MBA lµ:

2 29,9 5,511 , 62 2 2 2

U V U Vπ π× ×= = = =

Chän Diode chØnh l−u lo¹i 2N4004 cã çc th«ng sè kü thuËt lµ:

UD = 400V, ID = 1A

Víi çc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nµy khi qua bé chØnh l−u sÏ ®−îc ®iÖn ¸p mét

chiÒu nh−ng chÊt l−îng ®iÖn ¸p thÊp vµ kh«ng b»ng ph¼ng ch−a thÓ cung cÊp

cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc. Do ®ã ®Ó n©ng cao chÊt l−îng ®iÖn ¸p chØnh l−u th×

trong ®Ò tµi nµy ë bé chØnh l−u lÊy ®iÖn ¸p ra lµ 9V± chóng t«i sö dông hai IC

æn ¸p 7809 vµ 7909, cßn bé chØnh l−u lÊy ®iÖn ¸p ra lµ 5V± chóng t«i sö dông

hai IC æn ¸p 7805 vµ 7905, ngoµi ra ë tr−íc vµ sau IC cã m¾c thªm çc tô ®iÖn



nh»m n©ng cao tÝnh b»ng ph¼ng cho ®iÖn ¸p. S¬ ®å cña khèi nguån nh− h×nh

3.15a, 3.15b sau:

H×nh 3.15a. S¬ ®å nguån nu«i cho ®iÖn ¸p ra 9V±

H×nh 3.15b. S¬ ®å nguån nu«i cho ®iÖn ¸p ra 5V±

Theo kinh nghiÖm ng−êi ta th−êng chän tô C1 = C3 = 1000 / 25F VDCμ

nh»m c¶i thiÖn ®iÖn ¸p vµo IC æn ¸p. Cßn tô C2 = C4 = 100 / 25F VDCμ nh»m c¶i

thiÖn ®iÖn ¸p nguån nu«i.

M¸y biÕn ¸p: võa cã nhiÖm vô çch ly ®iÖn ¸p võa lµm nhiÖm vô h¹ ®iÖn

¸p xuèng møc yªu cÇu. §èi víi nguån nu«i chóng t«i sö dông hai MBA cã

®iÓm gi÷a cã ®iÖn ¸p thø cÊp lµ 12V vµ 6V, cßn nguån cung cÊp cho m¹ch t¹o

xung r¨ng c−a ®ång bé chóng t«i sö dông mét MBA cã ®iÖn ¸p thø cÊp lµ 9V

xoay chiÒu.

3.3.7.M¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn

* S¬ ®å nguyªn lý m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn

nh− h×nh 3.16 sau:



H×nh 3.16. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é



* Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch nµy nh− sau: ban ®Çu tñ ch−a lµm

viÖc, ®Æt nhiÖt ®é cho tñ b»ng ®iÒu chØnh VR3,VR4. CÊp nguån ®iÖn 220V

xoay chiÒu cho tñ, cÇu chØnh l−u cho ra ®iÖn mét chiÒu ®−îc æn ¸p b»ng hai IC

æn ¸p 7809 vµ 7909, cÊp nguån cho m¹ch ®iÒu khiÓn. Do c¶m biÕn ®−îc ®Æt

trong tñ nªn nhiÖt ®é thùc trong tñ ®−îc c¶m biÕn nhiÖt ®é LM335 c¶m nhËn

vµ chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p t−¬ng øng 10mV/0C. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p nµy

qua kh©u so s¸nh vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n U3A(TL084) cho ra tÝn hiÖu thÝch

hîp ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt (t−¬ng øng víi nhiÖt ®é ®Æt). Sai lÖch

gi÷a nhiÖt ®é ®Æt víi nhiÖt ®é thùc trong tñ ®o ®−îc nhê c¶m biÕn ®−îc ®−a

®Õn kh©u so s¸nh thø hai lµ U2A(TL082) ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu xung r¨ng c−a

®ång bé ®−îc t¹o ra tõ m¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p xung r¨ng c−a ®ång bé vµ

cho ra tÝn hiÖu d¹ng xung ch÷ nhËt, sau ®ã ®−îc chuyÓn thµnh xung nhän khi

qua m¹ch vi ph©n R4- C2, xung nhän nµy cã c¶ xung d−¬ng vµ ©m, khi qua

Diode (D2) sÏ ®−îc xung nhän d−¬ng khi ®ã trªn cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p

cã xung c¶m øng sang thø cÊp ®Ó ®iÒu khiÓn Triac. Khi nhiÖt ®é thùc trong tñ

thay ®æi th× xung nhän nµy sÏ më Triac víi gãc më t−¬ng øng ®Ó thay ®æi ®iÖn

¸p ®Æt vµo bé t¹o nhiÖt vµ kÕt qu¶ lµ nhiÖt ®é sÏ thay ®æi theo.

Khi nhiÖt ®é thùc trong tñ mµ c¶m biÕn nhËn ®−îc gÇn b»ng nhiÖt ®é ®Æt

th× m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn gãc kÝch lín, lµm cho Triac bÞ kho¸, kh«ng

cÊp ®iÖn ¸p cho sîi ®èt, lóc ®ã l−îng nhiÖt cÊp cho buång ®èt vÉn t¨ng do qu¸n

tÝnh ®Õn lóc nµo ®ã l−îng nhiÖt trong buång ®èt gi¶m vµ dao ®éng quanh nhiÖt

®é ®Æt. Khi l−îng nhiÖt ®é trong tñ gi¶m nhá h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× m¹ch ®iÒu

khiÓn l¹i ®iÒu khiÓn ®Ó Triac më víi gãc kÝch nhá, ®iÖn ¸p cÊp cho bé t¹o nhiÖt

t¨ng cho ®Õn khi nhiÖt ®é trong buång ®èt b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ qu¸ tr×nh l¹i

lÆp l¹i.

3.3.8. S¬ ®å m¹ch in

*S¬ ®å m¹ch in khèi ®o l−êng vµ hiÓn thÞ: H×nh 3.17:

Trong ®ã: J1,J2,J3,J4,J5,J6 lµ çc ch©n c¾m LED 7 thanh; J7 lµ ch©n ®−a

tÝn hiÖu cÇn ®o; J8 lµ ch©n ®−a nguån cÊp V5± ; Ω==== 150... 211 RRR lµ çc

®iÖn trë h¹n dßng cho LED, d©y vµng lµ d©y nèi.



H×nh 3.17

* S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®iÒu khiÓn: H×nh 3.18



H×nh 3.18

kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Qua mét thêi gian thùc tËp vµ hoµn thµnh ®Ò tµi tèt nghiÖp mÆc dï ®·

gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n vµ thêi gian cßn h¹n chÕ nh−ng víi sù nç lùc cña b¶n



th©n cïng víi sù gióp ®ì, chØ b¶o tËn t×nh cña çc thÇy, c« gi¸o, cña çc c«

(chó) vµ çc anh (chÞ) lµm viÖc ë phßng VËt t− vµ ThiÕt bÞ Y tÕ thuéc bÖnh

viÖn B¹ch Mai Hµ Néi, cña b¹n bÌ ®ång nghiÖp, ®Æc biÖt lµ sù gióp ®ì quý b¸u

cña thÇy Ph¹m ViÖt S¬n ®Õn nay ®Ò tµi “Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m¹ch tù

®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn” ®· hoµn thµnh. Tõ nh÷ng

kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc t«i m¹ch d¹n ®−a ra mét sè kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ sau:

1. KÕt luËn

- §· nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ thµnh c«ng bé tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é

cho tñ nu«i cÊy vi khuÈn theo ®óng yªu cÇu thùc tÕ.

- §· ¸p dông tèt nh÷ng kiÕn thøc ®· häc vµ nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ vµo

viÖc thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

- Tõ nh÷ng kiÕn thøc häc tËp ®−îc ë nhµ tr−êng vµ nh÷ng kiÕn thøc thùc

tÕ chóng t«i ®· trùc tiÕp tÝnh to¸n, thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p m¹ch ®iÖn tö. Qua ®ã ®·

cñng cè thªm nh÷ng kiÕn thøc, kü n¨ng vµ kh¶ n¨ng t− duy gi¶i quyÕt çc vÊn

®Ò chuyªn m«n.

- Qua ®Ò tµi chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu kü vÒ vi khuÈn thÊy ®−îc

nh÷ng −u vµ nh−îc ®iÓm cña nã víi cuéc sèng con ng−êi vµ trong s¶n xuÊt

còng nh− trong nghiªn cøu khoa häc.

- Trong ®Ò tµi nµy khi thiÕt kÕ chóng t«i sö dông c¶m biÕn LM335 ®Ó ®o

nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn. §©y lµ ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n cã ®é chÝnh

x¸c cao vµ ®Æc biÖt lµ ®é nh¹y t−¬ng ®èi cao ®¶m b¶o tèt cho viÖc ®iÒu khiÓn.

- §Ò tµi cã thiÕt kÕ m¹ch ®o vµ chØ thÞ sè sö dông vi m¹ch ICL7107 ®Ó

tiÖn cho viÖc theo dâi vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é.

2.KiÕn nghÞ

§Ò tµi nµy cã ý nghÜa thùc tiÔn cao. §Æc biÖt lµ trong n«ng nghiÖp nh−

ngµnh Ch¨n nu«i Thó y vµ B¶o vÖ Thùc vËt rÊt cÇn cã nh÷ng tñ kiÓu nµy ®Ó

nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm. ChÝnh v× nh÷ng lîi Ých to lín ®ã mµ ®Ò tµi cÇn ph¶i



®−îc tiÕp tôc nghiªn cøu, hoµn thiÖn h¬n ®Ó cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt nh»m néi

®Þa ho¸ trang thiÕt bÞ.

§Ò tµi nµy chØ sö dông çc linh kiÖn ®iÖn tö ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn

nhiÖt ®é, nÕu cã thÓ sö dông vi ®iÒu khiÓn ®Ó thiÕt kÕ vµ ®iÒu khiÓn th× m¹ch

cã thÓ ®¬n gi¶n vµ chÝnh x¸c h¬n.



Môc lôc

Trang

Më ®Çu .....................................................................................................1

1. §Æt vÊn ®Ò ........................................................................................1

2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi .........................................................................2

3. Néi dung cña ®Ò tµi .........................................................................2

4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ................................................................3

Ch−¬ng 1: t×m hiÓu ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn vµ

t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn ...............3

1.1. Kh¸i niÖm chung ..........................................................................4

1.2. §Æc ®iÓm chung cña vi khuÈn .....................................................5

1.2.1. KÝch th−íc nhá bÐ ............................................................. 5

1.2.2. HÊp thu nhiÒu, chuyÓn hãa nhanh ................................... 5

1.2.3. Sinh tr−ëng nhanh, ph¸t triÓn m¹nh ................................ 5

1.2.4. N¨ng lùc thÝch øng m¹nh vµ dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ ............ 6

1.2.5. Ph©n bè réng, chñng lo¹i nhiÒu ....................................... 6

1.3. §iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn................................................6

1.3.1. Thµnh phÇn tÕ bµo vµ çc chÊt dinh d−ìng cña vi khuÈn 7

1.3.2. Nguån thøc ¨n cacbon cña vi khuÈn ................................ 9

1.3.3. Nguån thøc ¨n nit¬ cña vi khuÈn ................................... 10

1.3.4. Nguån thøc ¨n kho¸ng cña vi khuÈn.............................. 11

1.4. T¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi

khuÈn .................................................................................................12

1.4.1. C¬ chÕ t¸c dông cña çc yÕu tè m«i tr−êng lªn vi khuÈn ........ 13

1.4.2. T¸c ®éng cña çc yÕu tè vËt lý .............................................. 14

1.4.3. T¸c ®éng cña çc yÕu tè hãa häc .................................... 16

1.4.4. T¸c ®éng cña çc yÕu tè sinh häc ................................... 17



1.5. KÕt luËn.......................................................................................17

Ch−¬ng 2: giíi thiÖu chung vÒ tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ

nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông hiÖn nay ..................................18

2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o chung............................................................19

2.2. Nguyªn lý lµm viÖc chung ..........................................................20

2.2.1. Buång t¹o nhiÖt ............................................................... 22

2.2.2. Khèi t¹o nhiÖt .................................................................. 22

2.2.3. M¹ch ®iÒu khiÓn .............................................................. 22

2.2.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ c¬ khÝ.......................22

2.2.3.2. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng çc thiÕt bÞ b¸n dÉn ....................23

2.2.4. M¹ch ®o l−êng................................................................. 26

2.2.4.1. Kh©u chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ........................27

2.2.4.2. M¹ch chØ thÞ sè...............................................................27

2.2.5. C¶m biÕn nhiÖt ®é ........................................................... 32

2.2.5.1. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ..................................34

2.2.5.2. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn nhiÖt ®é Pt100 ........38

2.2.5.3. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng cÆp nhiÖt ngÉu........................40

2.2.5.4. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn vi m¹ch LM335......44

2.3. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n trong so s¸nh vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu .46

2.4. Triac dïng trong m¹ch ®éng lùc...............................................50

2.5. Giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn

®ang ®−îc sö dông ............................................................................53

2.5.1. Tñ Galenkamp (Anh) ...................................................... 53

2.5.2. Tñ Model 101-A1(Trung Quèc) ................................... 55

2.5.3. Tñ TC200M (Liªn X«)..........................................................56

Ch−¬ng 3: ThiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i

cÊy vi khuÈn...........................................................................................59



3.1. nhiÖm vô cña thiÕt kÕ .................................................................60

3.2. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng cña tõng khèi ....................................60

3.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña tõng

khèi.....................................................................................................61

3.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn .............................................................. 61

3.3.1.1. M¹ch ®éng lùc................................................................61

3.3.1.2. M¹ch so s¸nh..................................................................64

3.3.1.3. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn gãc më .................................65

3.3.1.4. M¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé ...................................68

3.3.2. Bé c¶m biÕn ..................................................................... 71

3.3.3. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuyÕch ®¹i ...................... 73

3.3.4. M¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn ................................................. 75

3.3.5. M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ ................................................... 76

3.3.5.1. Vi m¹ch ICL7107...........................................................77

3.3.5.2. Bé hiÓn thÞ ......................................................................79

3.3.5.3. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng hiÓn thÞ dïng vi m¹ch

ICL7107 ......................................................................................79

3.3.6. Nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn trong tñ nu«i cÊy vi

khuÈn ........................................................................................ 81

3.3.7.M¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn . 83

3.3.8. S¬ ®å m¹ch in.................................................................. 85

kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ.............................................................................87

1. KÕt luËn..........................................................................................88

2.KiÕn nghÞ.........................................................................................88

Tµi liÖu tham kh¶o

Documents

bctntlvn (69).pdf