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

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

Khoa C¬ ®iÖn -1- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi


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 μl 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):



p
aw =
p0

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-, SO42-, 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 2.8 × 10 −13 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

Khoa C¬ ®iÖn - 10 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi


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.

Tèi thÝch
C−êng ®é ho¹t ®éng sèng

Cùc tiÓu Cùc ®¹i

C−êng ®é t¸c dông cña m«i tr−êng

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



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).

100

LogN

Vi khuÈn sèng sãt (%) 80%
Sinh tr−ëng
b×nh th−êng 50

øc khuÈn

80%

DiÖt khuÈn
80%

Thêi gian t¸c dông cña yÕu tè 0 5 10 15 20

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



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 c¸ch 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 c¸ch ®ång bé Arccos
hoÆc ®ång bé xung r¨ng c−a.
* §ång bé Arccos: ®iÖn ¸p ®ång bé U s = A cos ωt , v−ît tr−íc ®iÖn ¸p
U AK = A sin ωt 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
U dk
tr¹ng th¸i: A cos ωt = U dk . Do ®ã ωt = arccos( ).
A
Khi U®k = A th× ωt = 0 .
Khi U®k = 0 th× ωt = π / 2 .
Khi U®k = -A th× ωt = π .
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:
Uc
α =π , víi Usm = Ucmax.
U sm

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 c¸c 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 180Ω ≤ R ≤ 390Ω 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 θ1 vµ nhiÖt ®é
θ 2 t−¬ng øng), trong mét thang ®o bÊt kú, chØ phô thuéc vµo θ1 vµ θ 2 :
F (θ 1 )
η = (2-1)
F (θ 2 )

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 F (θ ) = T 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:
T1
η = 1− (2-2)
T2

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:

( ) {( ) }9
T 0 C = T 0 F − 32
5
(2-6)

( ) 9
( )
T 0 F = T 0 C + 32
5
(2-7)

B¶ng 3.1 d−íi ®©y ghi c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña mét sè nhiÖt ®é quan
trong ë c¸c thang ®o kh¸c nhau.
B¶ng 2.1
Kelvin Celsius Fahrenheit
NhiÖt ®é
(0K) (0C) (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 c¸ch 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 c¸c 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 c¸ch ®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:
lt = l 0 (1 + αt ) (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
c¸c 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 c¸ch ®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 c¸c h»ng sè.
Víi Platin cã A = 3,97.10-3; B = -5,8.10-7; C = 0, R0 = 100 Ω 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 ΔT (Xung quanh gi¸ trÞ T) nhá, nhiÖt ®é cã
thÓ thay ®æi theo hµm tuyÕn tÝnh:
R(T + ΔT ) = R(T )(1 + α R ΔT ) (2-11)
1 dR
αR = . (2-12)
R (T ) dT

Trong ®ã: α R lµ hÖ sè nhiÖt ®é cña ®iÖn trë hay ®é nh¹y nhiÖt ë nhiÖt ®é
T. HÖ sè α R phô thuéc vµo vËt liÖu vµ nhiÖt ®é, víi Platin ta cã α R =3,9.10-3/0C.
ChÊt l−îng cña thiÕt bÞ ®o x¸c ®Þnh gi¸ trÞ nhá nhÊt mµ nã cã thÓ ®o
ΔR ⎤
®−îc ⎥ do vËy nã còng x¸c ®Þnh sù thay ®æi nhá nhÊt cña nhiÖt ®é cã thÓ
R0 ⎦ min

ph¸t hiÖn ®−îc.
ΔR ⎤
⎥ → ΔTmin (2-13)
R0 ⎦ min

NghÜa lµ:
1 ΔR ⎤ (2-14)
ΔTmin =
α R R0 ⎥ min
.
⎦

ΔR ⎤ -6 0
ThÝ dô, nÕu ⎥ =10 vµ ®èi víi nh÷ng phÐp ®o xung quanh ®iÓm 0 C
R0 ⎦ min

th× víi ®iÖn trë Platin cã ΔTmin = 2,6.10 −4 0 C . 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 c¸ch ®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 c¸c ®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 c¸c ®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.
eAB(t0)

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

eAB(t)

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 c¸c 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



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 c¸c 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 c¸ch 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 c¸ch 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 c¸c 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 400μA ®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 c¸ch 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:

Ur
+Ec

§Çu vµo §Çu vµo
®¶o Urmax kh«ng ®¶o

Uv
Urmax

-Ec

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
c¸c ®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 c¸c 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



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.
ΔU r
K=
ΔU v

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
U v − U N U N − Ur
T¹i nót N cã I1=Iht ; =
R1 Rht


bctntlvn (69).pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (11)

Similar a bctntlvn (69).pdf

Similar a bctntlvn (69).pdf (20)

Más de Luanvan84

Más de Luanvan84 (12)

bctntlvn (69).pdf