Đề tài Nghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn

Mục lục Trang Mở đầu .1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục đích của đề tài .2 3. Nội dung của đề tài .2 4. Phương pháp nghiên cứu 3 Chương 1: tìm hiểu đặc điểm, điều kiện sinh sống của vi khuẩn và tác động của môi trường đối với sự phát triển của vi khuẩn .3 1.1. Khái niệm chung 4 1.2. Đặc điểm chung của vi khuẩn .5 1.2.1. Kích thước nhỏ bé . 5 1.2.2. Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh . 5 1.2.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh 5 1.2.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị 6 1.2.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều . 6 1.3. Điều kiện sinh sống của vi khuẩn 6 1.3.1. Thành phần tế bào và các chất dinh dưỡng của vi khuẩn 7 1.3.2. Nguồn thức ăn cacbon của vi khuẩn 9 1.3.3. Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn . 10 1.3.4. Nguồn thức ăn khoáng của vi khuẩn 11 1.4. Tác động của môi trường đối với điều kiện phát triển của vi khuẩn .12 1.4.1. Cơ chế tác dụng của các yếu tố môi trường lên vi khuẩn 13 1.4.2. Tác động của các yếu tố vật lý 14 1.4.3. Tác động của các yếu tố hóa học 16 1.4.4. Tác động của các yếu tố sinh học . 17 1.5. Kết luận .17 Chương 2: giới thiệu chung về tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn đang được sử dụng hiện nay 18 2.1. Nguyên lý cấu tạo chung 19 2.2. Nguyên lý làm việc chung 20 2.2.1. Buồng tạo nhiệt . 22 2.2.2. Khối tạo nhiệt 22 2.2.3. Mạch điều khiển 22 2.2.3.1. Mạch điều khiển bằng các thiết bị cơ khí .22 2.2.3.2. Mạch điều khiển bằng các thiết bị bán dẫn 23 2.2.4. Mạch đo lường . 26 2.2.4.1. Khâu chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu 27 2.2.4.2. Mạch chỉ thị số .27 2.2.5. Cảm biến nhiệt độ . 32 2.2.5.1. Khống chế nhiệt độ bằng nhiệt kế 34 2.2.5.2. Khống chế nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt độ Pt100 38 2.2.5.3. Khống chế nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu 40 2.2.5.4. Khống chế nhiệt độ bằng cảm biến vi mạch LM335 44 2.3. Khuếch đại thuật toán trong so sánh và khuếch đại tín hiệu .46 2.4. Triac dùng trong mạch động lực .50 2.5. Giới thiệu sơ đồ nguyên lý của một số tủ nuôi cấy vi khuẩn đang được sử dụng 53 2.5.1. Tủ Galenkamp (Anh) 53 2.5.2. Tủ Model 101-A1(Trung Quốc) . 55 2.5.3. Tủ TC200M (Liên Xô) 56 Chương 3: Thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn .59 3.1. nhiệm vụ của thiết kế .60 3.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối 60 3.3. Tính toán thiết kế và phân tích nguyên lý hoạt động của từng khối .61 3.3.1. Mạch điều khiển 61 3.3.1.1. Mạch động lực 61 3.3.1.2. Mạch so sánh 64 3.3.1.3. Mạch tạo xung điều khiển góc mở .65 3.3.1.4. Mạch tạo xung răng cưa đồng bộ .68 3.3.2. Bộ cảm biến . 71 3.3.3. Thiết kế mạch chuyển đổi và khuyếch đại 73 3.3.4. Mạch tạo tín hiệu chuẩn . 75 3.3.5. Mạch đo lường hiển thị . 76 3.3.5.1. Vi mạch ICL7107 .77 3.3.5.2. Bộ hiển thị 79 3.3.5.3. Sơ đồ nguyên lý của bộ đo lường hiển thị dùng vi mạch ICL7107 79 3.3.6. Nguồn nuôi cho mạch điều khiển trong tủ nuôi cấy vi khuẩn 81 3.3.7.Mạch điều khiển tự động nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn .83 3.3.8. Sơ đồ mạch in 85 kết luận và kiến nghị .87 1. Kết luận 88 2.Kiến nghị .88

pdf92 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 04/06/2013 | Lượt xem: 1785 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
021 <TTu + Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG > 0 khi 021 <TTu Nh− vËy, cã hai c¸ch ®iÒu khiÓn Triac cã hiÖu suÊt cao lµ: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 52 - UG > 0 víi 012 >TTu dßng tõ T2 ®Õn T1. - UG < 0 víi 012 <TTu dßng tõ T1 ®Õn T2. C¸c 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… B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 53 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 c¸c 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 54 H×nh 2.29. S¬ ®å nguyªn lý tñ Galenkamp B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 55 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 c¸c 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 56 H×nh 2.30. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tñ Model 101-A1 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 57 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 c¸c ®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 c¸ch 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 58 H×nh 2.31. S¬ ®å nguyªn lý tñ TC200M(Liªn X«) B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 59 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 c¸ch 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 60 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 61 • 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), c¸c xung nµy lµ c¸c xung nhän d−¬ng. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 62 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 c¸c xung nhän ®−îc ph¸t sím h¬n, c¸c 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 c¸ch 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 c¸c xung ©m sinh ra trong m¹ch s¬ cÊp cña BAX vµ lo¹i trõ hiÖn t−îng qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸c 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 63 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 c¸c tñ nu«i cÊy vi khuÈn trong bÖnh viÖn B¹ch Mai vµ mét sè n¬i thÊy th«ng th−êng c¸c 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 c¸ch 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 3.05.19 3 1 1 2 I UUER CECC Chän Ω=1002R V× I1 = IC = 100mA. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 64 => Chän Tranzitor (Q1) 2SC1815 (lo¹i NPN) víi c¸c th«ng sè nh− sau: IC =150mA; 130β = ; PC = 400mW;T=1250C; VËy dßng mAII CB 77,0130 100 === 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 c¸c cùc C, E cña Tranzitor (Q1) cã thÓ ®¸nh thñng Tranzitor (Q1) nµy. Do ®ã chän Diode lo¹i 1N4001 cã c¸c 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== K mA VRLED 2210 220 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 c¸c 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: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 65 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: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 66 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 c¸c xung nhän mçi khi xung vu«ng lËt tr¹ng th¸i. §é réng cña c¸c xung nµy phô thuéc vµo dung l−îng cña tô ®iÖn C2, c¸c xung nhän nµy khi qua bé vi ph©n vÉn cßn cã xung ©m. Sau khi ®i qua Diode (D2) th× c¸c 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: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 67 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 20 4 F sR μ 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 3.05.199 32 )1( 2 3 RI UUR QC BED Chän ΚΩ=103R Chän D2 (lo¹i 1N4001) cã c¸c th«ng sè kü thuËt lµ: UD2 = 50V; ID2 =1A. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 68 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 69 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 70 ®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 c¸c 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== KF sR 52.22 222,0 0005,0 6 μ . Nh− vËy, chän Ω= KR 226 . Chän Tranzitor (lo¹i PNP) m· hiÖu 2SA564 cã c¸c 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 4,0250 100 250 ==== β , R7 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng cho Tranzitor. Do ®ã, Ω== K mA VR 9 1 9 7 , víi gi¶ thiÕt 9V lµ ®iÖn ¸p ra B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 71 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, c¸c 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) B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 72 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 mA R μ −< < , Víi V0 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña vi m¹ch LM335 ë nhiÖt ®é 250C. 0 0 15 9 9 5 400 V 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 mA R 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= B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 73 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 74 ¸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 14 1 13 14 RU U R R + = + vµ 2 11 10 0dU UU U R R −− −− + = => 10 112 11 10 10 11 d R 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 11 1 2 13 14 11 10 10 11 d RR RU U U R 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 Rk R = . 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 RR R R R R =+ + , ®Ó ®¬n gi¶n ta chän R11 = R13 vµ R10 = R14. Mµ ta cã 10 1 2 11 ( )d RU U U R = − chän 10 11 9Rk R = = => 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 mA R R −⇒ = <+ 10 11 9 2,73 6,27 1 V VR R K mA −⇔ + > = Ω 11 1110 6,27 0,627R K R K⇒ > Ω⇒ > Ω B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 75 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 4 1 125,1 R VRU B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 76 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 9Rk R = = . 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 77 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 c¸c ch©n tÝn hiÖu ®−a vµo LED ®Ó hiÓn thÞ nh÷ng con sè hµng ®¬n vÞ. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 78 Tõ ch©n sè 9 ®Õn ch©n 14 vµ ch©n 25 lµ c¸c 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 c¸c ch©n tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo LED hiÓn thÞ c¸c 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 79 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 c¸c 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 10 1 1 t v tp A v UU U U dt t RC = = −∫ Víi 1 1470 ; 0, 22R K C Fμ= Ω = . B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 80 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 81 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 0 t c tp chuan A UU 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 10020 999,15 AmA VVR μ , chän Ω=150R MÆt kh¸c, ®Ó so s¸nh nhiÖt ®é ®Æt vµ nhiÖt ®é ®o b»ng c¶m biÕt mét c¸ch 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 c¸ch ®ång thêi. 3.3.6. Nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 82 TÊt c¶ c¸c khèi trong m¹ch ®iÒu khiÓn vµ ®o l−êng ®Òu cÇn ph¶i cung cÊp nguån nu«i cho chóng. C¸c 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 2 d UU π ×= 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 5,5 100 100d d U V V U V V= + × = = + × = Khi ®ã ta cã ®iÖn ¸p thø cÊp cña MBA lµ: 2 2 9,9 5,511 , 6 2 2 2 2 U V U Vπ π× ×= = = = Chän Diode chØnh l−u lo¹i 2N4004 cã c¸c th«ng sè kü thuËt lµ: UD = 400V, ID = 1A Víi c¸c 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 c¸c tô ®iÖn B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 83 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 c¸ch 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: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 84 H×nh 3.16. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 85 * 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 c¸c 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 c¸c ®iÖn trë h¹n dßng cho LED, d©y vµng lµ d©y nèi. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 86 H×nh 3.17 * S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®iÒu khiÓn: H×nh 3.18 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 87 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 88 th©n cïng víi sù gióp ®ì, chØ b¶o tËn t×nh cña c¸c thÇy, c« gi¸o, cña c¸c c« (chó) vµ c¸c 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 c¸c 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 89 ®−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 c¸c 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. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 90 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 c¸c 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 c¸c yÕu tè m«i tr−êng lªn vi khuÈn ........ 13 1.4.2. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè vËt lý .............................................. 14 1.4.3. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè hãa häc .................................... 16 1.4.4. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè sinh häc ................................... 17 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 91 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 c¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ.......................22 2.2.3.2. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng c¸c 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 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 92 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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn.pdf
Luận văn liên quan