Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
31
biểu diễn các chữ cái hay ký hiệu thì ngời ta dùng đèn 16 thanh và ma trận
điểm.
Đối với thiết bị hiển thị bằng LED 7 thanh: đây là một linh kiện quang
điện tử. u điểm của nó là tần số hoạt động cao, thể tích nhỏ, công suất tiêu
hao không lớn lắm, không làm sụt áp khi khởi động Đặc điểm quan trọng
của LED là không cần kính lọc vẫn cho ra mầu sắc (thờng là mầu xanh, vàng
hoặc đỏ) sự phát sáng của LED khác với đèn thờng. ở đây chất phát sáng
đợc nung nóng làm cho phôton đợc giải phóng. Điều kiện để nó đợc giải
phóng là do có sự tập chung cao độ của electron và lỗ trống. Ngoài ra LED
cũng có cấu trúc đặc trng của những Diode thông thờng tức là cũng có dạng
một mặt ghép P-N, có chiều dẫn điện và chiều không dẫn điện, vì nó có thể
tích nhỏ, công suất tiêu thụ thấp. Do đó nó rất thích hợp với các mạch logic
nên LED đợc ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực chỉ báo và hiển thị kết
quả đo (nh nhiệt độ, độ ẩm, điện áp, dòng điện, thời gian) hoặc một trạng
thái của mạch logic. Đối với LED 7 thanh hiện nay trên thị trờng có hai loại
là: loại anôt chung và loại catôt chung nh hình 2.11.

Hình 2.11. LED 7 đoạn loại anôt (b) và catôt (a) chung
ở loại catôt chung thì catôt của đèn đợc nối đất còn đầu anôt đợc nối
qua các điện trở lên đầu ra của mạch giải mã, mạch giải mã làm công việc cấp
điện áp V
cc
cho LED (thờng là 5V). ở loại anôt chung, anôt của các LED
đợc nối đến điện áp V
cc
(thờng là 5V), muốn đoạn này sáng ta nối đầu catôt
của đoạn đó xuống mức thấp thông qua điện trở để giới hạn dòng điện, R có

có thể xác định bằng bội số hoặc ớc số của đại lợng chuẩn. Ngợc lại, nhiệt
độ là một đại lợng gia tăng nên việc nhân và chia nhiệt độ không có một ý
nghĩa vật lý rõ ràng. Bởi vậy, nghiên cứu cơ sở vật lý để thiết lập thang đo
nhiệt độ là một vấn đề rất cần thiết.
* Thang đo nhiệt độ: các tính chất vật lý của vật liệu phụ thuộc vào
nhiệt độ của chúng. Từ sự thay đổi nhiệt của một đặc trng vật lý của vật liệu
cho trớc ngời ta luôn luôn có thể xác định một thang nhiệt độ cho phép đo
nhiệt độ và đặc biệt là nhận biết sự cân bằng của hai nhiệt độ. Tuy vậy, thang
nhiệt độ nh
thế là hoàn toàn tuỳ tiện bởi vì nó liên quan đến một tính chất đặc
biệt của một vật thể đặc biệt, nó không cho phép gán cho giá trị nhiệt độ một ý
nghĩa vật lý riêng. Chỉ có xuất phát từ các định luật nhiệt động học mới có thể
xác định thang nhiệt độ có đặc trng tổng quát.
.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
33
Các thang nhiệt độ tuyệt đối đợc xác định tơng tự nh nhau và dựa trên
các tính chất của chất khí lý tởng. Định luật Carnot nêu rõ: hiệu suất

của một
động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hai nguồn (với nhiệt độ
1

và nhiệt độ
2

tơng ứng), trong một thang đo bất kỳ, chỉ phụ thuộc vào
1

T
T
=


(2-2)
Trong đó: T
1
và T
2
là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối của hai nguồn.
Mặt khác ta cũng biết, chất khí lý tởng đợc xác định bởi: nội năng U chỉ phụ
thuộc vào nhiệt độ của chất khí, phơng trình đặc trng liên hệ giữa áp suất p,
thể tích v và nhiệt độ

nh sau:
p.v = G(

)
(2-3)
Ngoài ra cũng có thể chứng minh đợc là:
G(

) = RT
(2-4)
Trong đó: R là hằng số của chất khí lý tởng. Giá trị R của một phân tử
gam chất khí chỉ phụ thuộc vào đơn vị đo nhiệt độ. để có thể gán một giá trị số
cho T, cần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ. Muốn vậy chỉ cần gán một giá trị
số cho nhiệt độ tơng ứng với một hiện tợng nào đó với điều kiện là hiện
tợng này hoàn toàn xác định và có tính lặp lại.

32
00
= FTCT

(2-6)
() ()
32
5
9
00
+= CTFT

(2-7)
Bảng 3.1 dới đây ghi các giá trị tơng ứng của một số nhiệt độ quan
trong ở các thang đo khác nhau.
Bảng 2.1
Nhiệt độ
Kelvin
(
0
K)
Celsius
(
0
C)
Fahrenheit
(
0
F)
Điểm 0 tuyệt đối 0 -273,15 -459,67

kim; 4- Gối vít vô tận và cầu nối tiếp điểm động; 5-Trục vít vô tận; 6- Bảng đặt
nhiệt độ trên; 7- Vỏ ngoài; 8- Lõi sắt non; 9- Nam châm vĩnh cửu; 10-Vít định
vị nhiệt độ; 11- ổ cắm nhiệt kế; 12- Nhựa gá lõi nhiệt kế; 13- Êcu đặt nhiệt độ
và gắn tiếp điểm động; 14- Bảng đặt nhiệt độ trên; 15- Bảng xem nhiệt độ.
Nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế công tắc:
Khi xoay nam châm vĩnh cửu (9) thì lõi 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 đợc. Dới tác động của nhiệt độ làm cho
.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
36
cột thủy ngân dâng lên làm cho tiếp điểm chạm vào dây bạc, tác động ra bên
ngoài và đóng mạch điều khiển. Phần phía dới của nhiệt kế công tắc là phần
chỉ thị chính xác nhiệt độ của tủ.
+ Nhiệt kế dãn nở chất rắn: loại nhiệt kế này hoạt động dựa trên
nguyên lý kích thớc của các chất rắn thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Nhiệt độ
đo đợc phụ thuộc vào bản chất của vật liệu rắn. Ví dụ nh ở một số tủ nuôi
cấy vi khuẩn trớc đây có sử dụng dụng cụ này trong mạch điều khiển nhiệt độ
đó là thanh dãn nở do Liên Xô và Trung Quốc chế tạo, cấu tạo và nguyên lý
hoạt động của thanh dãn nở nh sau:
Nguyên lý cấu tạo của thanh dãn nở: nh hình 2.13 dới đây

Hình 2.13. Nguyên lý cấu tạo thanh dãn nở
Trong đó:
1-Thanh dãn nở, thờng làm bằng hợp kim có độ dãn nở lớn, hình dáng
có dạng xoắn ruột hoặc thẳng

: là độ dài thanh dãn nở ở nhiệt độ tiêu chuẩn 0
0
C


: là hệ số dãn nở kim loại
t: là nhiệt độ ở thời điểm tức thời
Nh vậy, việc chọn hợp kim để làm thanh dãn nở là hệ số dãn nở

lớn
và chịu ăn mòn điện hoá cao. Nhợc điểm của loại này là khi ở nhiệt độ thấp
thì độ dãn nở nhỏ do đó việc điều chỉnh là không chính xác.
Hoạt động của thanh dãn nở trong tủ nuôi cấy vi khuẩn và quá trình đóng
các tiếp điểm cho mạch điều khiển nhiệt độ thể hiện trên hình 2.14 dới đây.

Hình 2.14. Mô tả bộ điều khiển nhiệt độ bằng thanh dãn nở
Trong đó:
1a- Thanh dãn nở.
1b- Trục truyền động.
2- ống bảo vệ cách điện.
3- Vít điều chỉnh nhiệt độ đặt.
.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
38
4- Cầu tiếp điểm thuộc thanh dãn nở.
5- Cầu tiếp điểm điều chỉnh nhiệt độ.
6- Lò so giữ cần 5.
7- Lò so giữ cần 4.

0
; F là hàm đặc trng cho vật liệu;
F=1 khi T=T
0
.
Trờng hợp kim loại:
.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
39
R(T) = R
0
(1+AT+BT
2
+CT
3
) (2-9)
Trong đó: T đo bằng
0
C và T
0
= 0
0
C; A, B, C là các hằng số.
Với Platin có A = 3,97.10
-3
; B = -5,8.10
-7
; C = 0, R

(2-11)
dT
dR
TR
R
.
)(
1
=


(2-12)

Trong đó:
R

là hệ số nhiệt độ của điện trở hay độ nhạy nhiệt ở nhiệt độ
T. Hệ số
R

phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ, với Platin ta có
R

=3,9.10
-3
/
0
C.
Chất lợng của thiết bị đo xác định giá trị nhỏ nhất mà nó có thể đo
đợc




=
R
R
T
R


(2-14)
Thí dụ, nếu
min
0




R
R
=10
-6
và đối với những phép đo xung quanh điểm 0
0
C
thì với điện trở Platin có
CT
04
min
10.6,2

tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp dựa trên hiện tợng nhiệt điện. Quá trình
xảy ra hiện tợng này nh sau: nếu ta lấy hai dây dẫn khác nhau về bản chất
kim loại và hai sợi dây này đợc hàn chặt hai đầu, khi đốt nóng một đầu thì
trong vòng dây sẽ xuất hiện dòng điện gọi là dòng nhiệt điện. Sự xuất hiện
dòng nhiệt điện này chỉ có thể giải thích bằng hiện tợng khuếch tán các điện
tử tự do. ở đây tồn tại hai hiện tợng đó là hiện tợng khuếch tán điện tử tự do
giữa hai dây dẫn tại điểm tiếp xúc và hiện tợng khuếch tán điện tử trong mỗi
dây dẫn khi có sự chênh lệch nhiệt độ ở hai đầu dây dẫn.
Cặp nhiệt điện có cấu tạo gồm hai loại dây dẫn A và B khác nhau về bản
chất đợc nối với nhau bởi hai mối hàn có nhiệt độ T
1
và T
2
. Khi đó tại điểm
.