Phân loại

-Trong thiết bị đo số, tuỳ theo thời gian mà cso các loại chỉ thị số sau, các loại này cũng đồng thời là sự phân loại của thiết bị chỉ thị đo số.

- Chỉ thị số dùng hệ thống cơ- điện, cơ- điện - quang.

-Chỉ thị số dùng hệ đèn sợi nung công suất bé.

- Chỉ thị số dùng đèn số loại có khí.

- Chỉ thị số dùng linh kiện hiệu ứng phát quang - Chỉ thị số dùng đi-ốt phát quang (LED) - Chỉ thị số dùng linh kiện là tinh thể lỏng.

Còn về ph†ơng pháp thể hiện ký tự chữ số của các dụng cụ thỉ thị số kể trên, thì cũng có nhiều cách: chữ số sẽ hiện sáng khi đèn đ†ợc đốt sáng, chữ số đ†ợc khắc sẵn ở vị trí cố định cùng với đèn trên panel, hay bản thân catốt của đèn đã đ†ợc uốn sẵn theo hình chữ số; chữ số đ†ợc thể hiện bằng cách tổ hợp các đèn là các điểm sáng hay tổ hợp các đèn là các thanh sáng mà đ†ợc đốt sáng đồng thời.

a. Bộ hiện thị số dùng hệ thống cơ điện

Các đại l†ợng đo đ†ợc đã đ†ợc biến đổi rời rạc, đ†ợc tiếp tục biến đổi thông qua các thiết bị điện nh†: động cơ điện thừa hành, động cơ b†ớc, rơ-le điện từ, ..., mà tạo ra các lực chuyển động cơ học làm quay các trống số.

Mỗi trống số đ†ợc đánh số từ 0y9, và đóng vai trò một hàng trong hệ đếm cơ số 10.

Loại chỉ thị số này đ†ợc dùng đầu tiên, hay dùng để đếm số vòng quay. Có loại cơ điện cải tiến hơn, có lắp thêm hệ thống chiếu sáng chữ số, là loại cơ-điện-quang. Hiện nay rất ít dùng vì có các nh†ợc điểm:

- Tốc độ thiết lập số thấp, do có quán tính lớn, khoảng 2y20 xung/s.

- Kích th†ớc cồng kếnh - Chữ số khó đọc.

b. Bộ chỉ thị số dùng hệ đèn báo (đèn sợi nung công suất bé)

Hệ thống đèn báo công suất bé đ†ợc thực hiện chỉ thị số bằng cách chỉ thị theo kiểu vị trí hay chỉ thị theo kiểu tổ hợp thành chữ số.

Chỉ thị theo kiểu vị trí, là trên mặt panel có lắp các đèn báo tạo thành một bảng tín hiệu, mỗi đèn có gắn một chữ số, để khi đèn sáng thì chữ số đ†ợc hiện sáng.

Cứ 10 đèn đ†ợc xếp theo cột dọc hoặc vòng tròn, để biểu diễn các chữ số từ 1 y9 của một hàng hệ đếm cơ số 10.

Chỉ thị theo kiểu tổ hợp chữ số bằng các điểm sáng, mỗi đèn là một điểm, hay tổ hợp chữ số bằng các khe sáng, mỗi đèn làm một khe sáng.

Với chữ số là tổ hợp các điểm sáng, thì số phần tử để tổ hợp càng nhiều, tuy thiết bị điều khiển phức tạp hơn, song hình chữ số càng rõ ràng, dễ đọc.

Với chữ số là tổ hợp của các khe sáng, số đèn dùng giảm đi rất nhiều, mà vẫn đảm bảo kích tấc chữ số, do trên mặt panel đục các khe thủng, trên mặt khe có tấm kính mờ hay lọc quang để có ánh sáng màu theo ý muốn; phía sau khe là một đèn báo và đ†ợc ngăn cách để mỗi đèn chỉ chiếu sáng một khe thôi.

Số phần tử khe cho một chữ số th†ờng là 7 hay 9 phần tử.

Các bộ giải mã chỉ thị dùng cho kiểu chỉ thị tổ hợp điểm sáng hay khe sán là bộ giải mã chuyên dụng. Chúng có 4 đầu vào (nh† bộ giải mã 2-10), nh†ng số đầu ra thì bằng số điểm sáng hay khe sáng đ†ợc dùng đẻ cấu tạo chữ số.

Với loại chỉ thị số dùng hệ đèn báo công suất bé thì có †u điểm là cấu tạo đơn giản; có tốc độ thiết lập số khá nhanh. Khi dùng đèn nêông để chỉ thị thì cũng có thể đạt tốc độ khá cao. Khuyết điểm là số đèn nhiều, cồng kềnh, chữ số khó đọc.

c. Bộ chỉ thị số dùng đèn số

Cấu tạo: Đèn số là loại đèn chuyên dụng dùng để chỉ thị số. Trong bình thuỷ tinh có khí kém (th†ờng là khí nê-ôn) có 10 catốt bằng hợp kim Ni-Cr uốn theo hình chữ số ( số 0y9) dạng chữ số ả-rập, và còn có các catốt uốn ký hiệu : +, -, a, V, :, A, ... và có một hay 2 anốt d†ới dạng l†ới, để có thể nhìn qua đ†ợc nh† hình 4-49.

Các catốt đ†ợc nối với các đầu ra của bộ giải mã, qua thiết bị phối hợp (để chuyển mạch thời gian chỉ thị và khuyếch đại tín hiệu đầu ra của bộ giải mã).

Hình 4-49

Khi các đầu ra của bộ giải mã không có tín hiệu, thì hiệu điện thế giữa A và K t†ơng ứng với đầu ra đó có hiệu điện thế không đủ để duy trì sự phóng điện. Khi đầu ra

Hình 4-50

có tín hiệu, hiệu điện thế U_AK đủ lớn để tạo nên sự phóng điện trong khí kém, xung quanh catốt đ†ợc sáng lên, làm cho có thể quan sát đ†ợc dáng hình chữ số của catốt này.

Ví dụ mạch cung cấp cho đèn số nh† hình 4-50.

Các tranzitor T₁ y T₉ đ†ợc các tri-gơ đếm điều khiển, chúng làm nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu, đồng thời làm nhiệm vụ khoá. Khi khoá thông, điện thế 0V đặt vào giải mã, khi khoá tắt, điện thế -E_k đặt vào bộ giải mã, khi đó U_AK=E_n-(-E_K), có khả năng tạo nên sự phóng điện, K t†ơng ứng đ†ợc phát sáng.

Loại mạch cung cấp trên có nh†ợc điểm là tiêu thụ công suất lớn, phải dùng 2 nguồn cao áp. Do vậy còn th†ờng đ†ợc cung cấp cho mạch chỉ thị bằng nguồn xung, công tác ở chế độ xung.

d. Bộ chỉ thị số dùng hiệu ứng quang điện

Nguyên tắc và cấu tạo của tụ điện huỳnh quang là dựa vào hiện t†ợng điện-huỳnh quang: d†ới tác dụng của dòng điện xoay chiều, chất lân quang phát sáng. Ng†ời ta chế tạo ra các tụ điện huỳnh quang dùng để chỉ thị theo kiểu tổ hợp dải sáng.

Cấu tạo của tụ điện huỳnh quang dùng để chỉ thị theo kiểu tổ hợp dải sáng.

Cấu tạo của tụ điện huỳnh quang nh† hình 4-51.

Hình 4-51

Trên tấm thuỷ tinh có phủ một lớp màng dẫn điện trong suốt bằng điôxít kẽm hay điôxít cadimi, màng này là một điện cực của tụ điện. Điện cực thứ hai là màng không trong suốt, th†ờng bằng nhôm, nó có tác dụng dẫn điện và phản xạ các tia sáng phát xạ.

ở giữa hai điện cực là chất phản quang. Khi có điện áp xoay chiều đặt vào hai cực chất phát sáng.

Muốn tụ điện huỳnh quang phát sáng thì điện áp kích thích phải có biên độ và tần số thoả mãn lớn hơn giá trị U_ng†ỡng và f_ng†ỡng của tụ.

Mạch điện cung cấp cho bộ chỉ thị bằng dao động nghẹt nh† hình 4-52.

Hình 4-52

Bình th†ờng dao động nghẹt ở trạng thái chờ, khi đầu ra của bộ giải mã có tín hiệu, sẽ kích thích bộ giao động nghẹt dao động tạo điện áp xoay chiều làm tụ phát sáng.

Cách cung cấp này cần nhiều bộ tạo dao động nghẹt, do vậy cồng kềnh, không kinh tế.

Mạch cung cấp điện áp cho các tụ bằng nguồn điện áp chung nh† hình 4-53.

Mạch dùng nguồn chung thì đỡ tốn nguồn hơn, song cần bộ giải mã điều khiển, đảm bảo cho sự chuyển mạch đúng; các đầu ra bộ giải mã điều khiển khoá K. Trên hình 40, khoá K đ†ợc ví dụ nh† linh kiện có điều khiển thyristo. Khi thyristo thông, tức là có tín hiệu ra từ bộ giải mã, điện áp nguồn từ bộ tạo dao động đ†ợc qua thyristo đến tụ, làm tụ phát sáng.

Với loại chỉ thị dùng hiệu ứng quang điện, thì có các †u điểm: tác động nhanh, độ sáng và con số biểu diễn khá rõ, công suất tiêu thụ nhỏ (nhỏ hơn khoảng 5 lần so với loại đèn số có khí và 20 lần so với đèn sợi nung).

Khuyết điểm của nó là còn cần phải có bộ giải mã chuyên dụng, điện áp từ nguồn cung cấp còn cao (cỡ 25 đến 30V, tần số 400Hz).

Hình 4-53

e. Bộ chỉ thị số dùng đi-ốt phát quang (LED)

Do sự tái hợp của các phần tử mang điện (điện tử và lỗ) của lớp tiếp xúc pn khi định thiên thuận ( các electron v†ợt từ phía n và tái hợp với các lỗ trống tại phía p), các phần tử tải điện sẽ phát ra năng l†ợng d†ới dạng nhiệt và ánh sáng.

Hình 4-54

Nếu vật liệu bán dẫn trong suốt, thì ánh sáng đ†ợc phát ra và lớp tiếp xúc pn là nguồn sáng. Nó là một đi-ốt phát quang (LED).

Khi định thiên thuận, phần tử ở trạng thái đóng và phát sáng. Khi định thiên ng†ợc thì phần tử ở trạng thái ngắt.

Hình 4-54 là mặt cắt một LED thông th†ờng. Sự tái hợp các phần tử tải điện sảy ra trong vật liệu loại p, nên miền p là bề mặt của phần tử đi-ốt. Để cso sự phát sáng tối đa, mang anốt kim loại đ†ợc cho kết tủa quanh mép của vật liệu loại p. Đầu nối catốt của phần tử này là màng kim loại ở đáy của miền loại n.

Để có ánh sáng có màu khác nhau: đỏ, vàng hay xanh, thì ng†ời ta sử dụng các loại bán dẫn khác nhau, hoặc dùng nhựa bọc có màu khác nhau.

Cách bố trí LED bảy đoạn nh† hình 4-55.

Hình 4-55

Các LED có tất cả các anốt mắc chung (anốt chung), hay tất cả các catốt mắc chung (catốt chung).

Độ sụt áp khi phân cực thuận là 1,2V và dòng điện thuận khi có độ chói hợp lý khoảng 20mA. Dòng điện có trị số lớn chính là khuyết điểm của loại đèn này. Các †u điểm là: nguồn điện áp một chiều thấp, khả năng chuyển mạch nhanh, bền, kích th†ớc bé.

g. Bộ chỉ thị số dùng tinh thể lỏng

“Tinh thể lỏng” là tên trạng thái của một vài hợp chất hữu cơ đặc biệt nh† nématic, stématic, cholestéric, ..., các chất này nóng chảy ở hai trạng thái: lúc đầu ở trạng thái nóng chảy liên tục, sau đó nếu nhiệt độ tiếp tục tăng thì chuyển sang chất lỏng đẳng h†ớng bình th†ờng. Pha tới hạn trạng thái nóng chảy trung gian giữa hai trạng thái này là trạng thái tinh thể lỏng: nó vừa có tính chất chất lỏng, vừa có tính chất tinh thể.

D†ới tác động của điện tr†ờng và ở dải nhiệt độ xác định (từ 10⁰Cy55⁰C), các chất tinh thể lỏng này xuất hiện hiệu ứng “tán xạ động”.

Với tinh thể lỏng loại kiểu hiệu ứng tr†ờng, vì trong chất này xuất hiện những vùng có các phân tử bị xáo trộn nên khi có ánh sáng đi qua, chúng bị tán xạ (hình 4-56a) do bị kích hoạt khi có đặt một điện áp vào, khi đó chất này trở nên không trong suốt.

Khi bỏ điện áp ra các phần tử lại sắp xếp nh† cũ, chất này lại chở nên trong suốt (hình 4-56b). Nh† vậy, hệ số khúc xạ với ánh sáng đi qua hay ánh sáng phản xạ là bị biến thiên.

Hình 4-56

Khi dùng tinh thể lỏng vào việc chỉ thị số, thì bộ chỉ thị không bức xạ ánh sáng, nên phải có nguồn sáng định h†ớng và phông.

Bộ chỉ thị dùng tinh thể lỏng cũng đ†ợc cấu tạo theo kiểu tổ hợp số. Cấu tạo của mỗi thanh nh† hình 4-57. Trên hai tấm thuỷ tinh đ†ợc phủ một lớp kim loại dẫn điện làm hai điện cực trong suốt, giữa hai lớp kim loại là lớp chất lỏng tinh thể.

Khi chỉ thị chữ số, ngoài điện áp đặt vào hai điện cực của phần tử, còn cần nguồn sáng đặt phía tr†ớc hay phía sau của bộ chỉ thị (hình 4-58).

Hình 4-57

Nguồn sáng đặt tr†ớc: hình 4-58a, khi có tín hiệu hay không tinh thể lỏng có ánh sáng phản xạ từ g†ơng.

Nguồn sáng đặt sau: hình 4-58b, khi có tín hiệu hay không tinh thể lỏng có ánh sán đi qua tạo nên hình số trên màn hình là tấm phông đen.

Mạch điện nguồn cung cấp cho chỉ thị là nguồn điện áp một chiều hay là nguồn điện áp xung. Ví dụ nh† hình 4-59.

Hình 4-59 Hình 4-58

Đầu chung của các phần tử chỉ thị T.T.L nối với +E qua R. Các điện cực riêng nối với các đầu ra điều khiển. Khi tranzitor T6 tắt, U_6a=0, phần tử 6 không chỉ thị. Khi tranzitor T6 thông, U_6a=+E, điện áp đủ kích thích để phần tử 6 trở nên trong suốt, cho ánh sáng đi qua.

Ưu điểm của chỉ thị tinh thể lỏng là:

-Kích tấc bé, phù hợp với các thiêt bị đo dùng mạch tổ hợp, kỹ thuật vi điện tử.

-Nguồn cung cấp đơn giản, tiêu thụ công suất nhỏ, cỡ mV.

-Hình chữ số khá rõ ràng, chế tạo đơn giản.

Khuyết điểm của chỉ thị tinh thể lỏng là: dải nhiệt độ làm việc hẹp và tuổi thọ ch†a thật cao.

Tuy vậy, với các †u điểm là cơ bản, loại chỉ thị này ngày càng đ†ợc dùng nhiều, cả trong thiết bị đo y tế, vì màu sắc có thể thay đổi theo nhiệt độ của bệnh nhân.

Trong tài liệu đo l‡ờng điện tử (Trang 165-174)