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

Tác động của môi trường đối với điều kiện phát triển của vi khuẩn Sinh trưởng, phát triển và trao đổi chất của vi khuẩn liên quan chặt chẽ

Các yếu tố môi tr−ờng bên ngoài tác dụng lên tế bào thuộc ba loại: Yếu tố vật lý (độ ẩm, nhiệt độ, tia bức xạ..), yếu tố hóa học (pH môi trường, thể oxi hóa khử, các chất diệt khuẩn) và các yếu tố sinh học (chất kháng sinh). Do đó, những tổn thương sinh học nếu được tế bào hấp thụ thì mức độ gây hại tùy thuộc vào mức năng l−ợng trong l−ợng tử ánh sáng đ−ợc hấp thụ và mức năng l−ợng trong l−ợng tử lại phụ thuộc gián tiếp vào chiều dài sóng của tia chiếu.

Nguyên lý cấu tạo chung

Giới thiệu chung về tự động điều khển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đ−ợc sử dụng hiện nay. 5) Sàng ngăn cách giữa điện trở dây đốt với phần nuôi cấy bên trong, mắt sàng có nhiều lỗ thủng để nhiệt có thể đi vào bên trong. 6) Giá đỡ: để xếp, đựng các vật sấy, thường trong đó có khoảng hai hoặc ba giá đỡ làm bằng thép không rỉ. 8) Dây đốt: là điện trở dây quấn hình lò xo thường làm bằng Ferô-Niken. 10) Lỗ thoát ẩm: có thể khoá hoặc mở ra giúp cho tủ thoát ẩm. 12) Hộp chứa đựng mạch điều khiển và các thiết bị liên quan. 13) Khoảng trống phía sau tủ dùng để đ−a dây chuyền tín hiệu điều khiển vào tủ. 16) Quạt dùng để lưu thông nhiệt trong tủ.

Nguyên lý làm việc chung

(3) Khối đồng bộ: có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu đồng bộ với tín hiệu điều khiển nhằm tạo ra dạng xung thích hợp điều khiển khối công suất ở đây có thể là Triac hay Thyristor, khối này có thể tạo đ−ợc bằng cách đồng bộ Arccos hoặc đồng bộ xung răng c−a. (5) Khối tạo dạng xung: khối này có nhiệm vụ sửa dạng xung đầu ra của bộ so sánh sao cho có độ rộng và biên độ thích hợp với Triac cần kích, có thể chọn dòng kích lớn, điện áp kích nhỏ hoặc ng−ợc lại nh−ng phải đảm bảo công suất tiêu tán nhỏ hơn công suất cho phép. Để thực hiện việc đo một đại l−ợng nào đó tuỳ thuộc vào những đại l−ợng cần đo, điều kiện đo cũng nh− độ chính xác theo yêu cầu của một phép đo mà có thể thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo l−ờng khác nhau.

Khi xoay nam chõm vĩnh cửu (9) thỡ lừi sắt non (8) cũng chuyển động theo làm cho êcu đặt nhiệt độ và gắn tiếp điểm (13) chạy trên trục vít (5), đồng thời thay đổi khoảng cách cặp tiếp điểm mà một má của tiếp điểm chịu sự điều khiển của cột thủy ngân, còn một má của tiếp điểm là dây bạc nhỏ nh− sợi tóc và cũng có thể dao động lên xuống được. Mặt khác, nếu đốt nóng một đầu của dây dẫn thì hoạt tính của điện tử tự do ở đầu đốt sẽ tăng lên, giữa hai đầu dây cũng suất hiện suất điện động, do đó dòng điện tử khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh, hình 2.16 mô tả sự hình thành suất điện động trong vòng dây A-B với điều kiện số l−ợng điện tử tự do của dây A(NA) lớn hơn số l−ợng điện tử của dây B(NB), nhiệt độ đầu tiếp xúc là t và đầu kia là t0 và t > t0. + Sơ đồ đo: để đo sức điện động E thì phải ghép đ−ợc thiết bị đo (TBD) vào trong mạch của cặp nhiệt điện. Việc ghép nối này phải đảm bảo không làm thay đổi giá trị sức điện động sinh ra trong cặp nhiệt điện. Trong thực tế. thường có hai cách ghép nối cặp nhiệt điện đó là: ghép nối qua đầu tự do và ghép nối qua một điện cực nhiệt. Sơ đồ nối thiết bị đo qua đầu tự do của cặp nhiệt điện a) Mạch điện b) Sơ đồ tương đương Từ mạch tương đương, theo định luật Kiechôp có:. Khi t=t0 trong vong dây không tồn tại dòng điện, khi đó E=0. Nghĩa là thiết bị đo không làm thay đổi suất điện động sinh ra trong vòng dây. • Ghép nối TBĐ trong điện cực nhiệt đ−ợc mô tả nh− hình sau:. Sơ đồ nối TBĐ trong điện cực nhiệt a) Mạch điện b) Sơ đồ tương dương.

Mặt khác nhiệt độ là một đại l−ợng không điện, do đó để điều chỉnh đ−ợc nó một cách tuyến tính theo giá trị đặt trước thì phải chuyển đổi thành đại lượng điện, thiết bị dùng để chuyển đổi nhiệt độ thành đại l−ợng điện điện gọi là cảm biến. Cặp nhiệt điện đ−ợc sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp và nó có −u điểm là chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp và có thể đo nhiệt độ ở những không gian chật hẹp, nh−ng có nh−ợc điểm là khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng hẹp nh− tủ nuôi cấy vi khuẩn thì cặp nhiệt điện hoạt động có độ chính xác không cao, sai số lớn, còn nhiệt kế điện trở là cảm biến chuyển đổi nhiệt độ sang điện trở, sau đó muốn chuyển đổi thành tín hiệu điện áp hay dòng điện thì phải dùng thiết bị chuyển đổi đó là mạch cầu cân bằng, đối với loại này mạch điện có phần phức tạp nh−ng cũng đ−ợc dùng khá phổ biến trong thực tế nh−ng để đo nhiệt độ một cách chính xác thì cảm biến này có độ chính xác không cao do có đặc tính phi tuyến.

Khuếch đại thuật toán trong so sánh và khuếch đại tín hiệu

Do đó trong đề tài này, để đo nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn em chọn loại cảm biến vi mạch. Đặc tuyến truyền đạt của OA gồm hai đường đặc tuyến tương ứng với các đầu vào đảo và không đảo. Mỗi đường đặc tuyến có một đoạn nằm ngang ứng với chế độ bão hoà và một đoạn ứng với chế độ khuếch đại.

Tuy nhiên với những OA thực tế thường khó có thể đạt được cân bằng hoàn toàn, tức là khi Uv = 0 thì Ur có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn không. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tham số OA gây nên độ trôi điện áp đầu vào và điện áp đầu ra theo nhiệt độ. OA phải có điện trở ra nhỏ (cỡ hàng chục, hàng trăm Ω) để đảm bảo điện áp ra lớn khi điện trở tải nhỏ.

Triac dùng trong mạch động lực

Nếu điện áp ngoài đủ lớn làm cho barier này cao đến mức hút vào những điện tích thiểu số (các điện tử của P1) và làm động năng của chúng đủ lớn để bẻ gẫy các liên kết của các nguyên tử Si trong vùng. Đặc tính V-A của Triac gồm có hai phần đối xứng nhau qua điểm 0 hai phần này giống nhau nh− đặc tính V-A của hai SCR mắc ng−ợc chiều. + Điện áp định mức (Udm): là điện áp cực đại cho phép đặt vào Triac theo chiều thuận hoặc chiều ng−ợc trong một thời gian dài.

+ Dòng điện duy trì (Ih): là trị số tối thiểu của dòng điện anot đi qua Triac để duy trì Triac ở trạng thái mở. + Điện áp rơi định mức trên Triac (Δu): là điện áp rơi trên Triac khi Triac dẫn và dòng điện qua Triac bằng dòng điện định mức. Trong điều kiện làm việc chuẩn thì việc khóa một Triac giống nh− việc khóa một Thyrixtor khi giá trị dòng giảm d−ới giá trị dòng điện duy trì.

Giới thiệu sơ đồ nguyên lý của một số tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đ−ợc sử dụng

Giới thiệu sơ đồ nguyên lý của một số tủ nuôi cấy vi khuẩn đang đ−ợc. Khi đó cuộn dây rơle P có dòng đi qua, hút tiếp điểm cấp điện cho dây đốt và LED xanh sáng báo hiệu tủ đang làm việc. Sau khoảng thời gian nhất định nào đó thì tủ nóng lên lớn hơn giá trị nhiệt độ đặt ở VR1,VR2, giá trị điện trở của cảm biến nhiệt TH tăng lên làm cho tín hiệu vào chân 2 tăng lên, làm cho tín hiệu vào chân 5 cũng tăng lên bằng tín hiệu vào chân 6.

* Nguyên lý hoạt động của tủ: tủ này sử dụng nhiệt kế công tắc để. Trong cả hai trường hợp trên khi nhiệt độ trong tủ đạt đến nhiệt độ.

Sơ đồ khối và chức năng của từng khối

Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một mạch điều khiển nhiệt độ có giải nhiệt độ từ 00C đến 900C. Đặc biệt là trong đề tài này để thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn. • Khối so sánh: có nhiệm vụ so sánh tín hiệu đo đ−ợc với tín hiệu chuẩn rồi đ−a ra tín hiệu điền khiển.

• Khối tín hiệu chuẩn: nhằm tạo ra tín hiệu chuẩn để so sánh với tín hiệu đo. • Mạch điều khiển: tạo ra tín hiệu điều khiển tương ứng để đưa ra điều khiển kháng đốt. • Kháng đốt có nhiệm vụ tạo ra nhiệt độ thích hợp cho tủ nuôi cấy vi khuÈn.