Giáo trình Đo lường nhiệt (Phần 2)

98 
Chương 5. 
ĐO ĐỘ ẨM 
5.1. CÁC KHÁI NIỆM 
5.1.1. Không khí ẩm và các đại lượng đặc trưng 
1. Các định nghĩa 
Không khí trong tự nhiên luôn luôn chứa hơi nước và được gọi là không khí ẩm . Không 
khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước. Để đánh giá trạng thái ẩm của không khí 
người ta phân loại không khí ẩm thành : 
- Không khí ẩm chưa bão hoà là trạng thái của không khí ẩm có thể tiếp nhận nước bay hơi 
tiếp tục vào không khí . 
 - Không khí ẩm bão hoà là trạng thái của không khí ẩm không thể tiếp nhận sự bay hơi của 
nước vào không khí , lượng hơi nước chứa trong không khí bão hoà là lớn nhất 
- Không khí ẩm quá bão hoà trạng thái của không khí ẩm gồm không khí bão hoà và các hạt 
nước ngưng li ti . 
2. Các đại lượng đặc trưng của không khí ẩm 
a. Độ ẩm tuyệt đối h : 
Độ ẩm tuyệt đối h là lượng hơi nước chứa trong một đơn vị thể tích không khí : 
 h = 
V
Gh (g ẩm/m3kk) (5.1) 
Như vậy không khí khô có = 0 , không khí bão hoà có S = max 
b. Độ chứa ẩm d : 
Độ chứa ẩm d là lượng hơi nước chứa trong một đơn vị khối lượng không khí khô: 
d = 
kkk
h
G
G
 (g ẩm/kgkkk). . (5.2) 
Như vậy không khí khô có d = 0 , không khí bão hoà có dS = dmax 
Chia tử và mẫu ở vế phải cho V thì có : 
 d = 
k
h
 (5.3) 
c. Độ ẩm tương đối : 
Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm và độ ẩm tuyệt đối tối 
đa ở trạng thái bão hoà : 
99 
 = 
s
h
(%). (5.4) 
Như vậy không khí khô có = 0 % , không khí bão hoà có = 100% 
Do lượng ẩm trong không khí là nhỏ nên không khí ẩm được coi là hỗn hợp khí lý tưởng 
của không khí khô và ẩm, nên chúng cũng tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng: 
- Không khí ẩm : p = RT 
- Không khí khô: pk = k RkT ; 
- Hơi ẩm chưa bão hoà : ph = hRhT 
- Hơi ẩm bão hoà : ps = sRhT 
 Từ đó suy ra độ ẩm tương đối của không khí ẩm : 
 = 
s
h
 = 
s
h
p
p
 (5.5) 
Theo định luật Đan tông, áp suất của hỗn hợp bằng tổng áp suất các khí thành phần : 
 p = pk + ph 
d. áp suất bão hoà , nhiệt độ bão hoà , điểm sương : 
ở trạng thái bão hoà áp suất riêng của hơi nước được gọi là áp suất bào hoà PS , nhiệt độ 
tương ứng với nó gọi là nhiệt độ bão hoà tS (ký hiệu S viết tắt của saturated -đã bão hoà ). 
Lượng hơi nước trong không khí bão hoà là lớn nhất . Mỗi nhiệt độ bão hoà tS chỉ tương 
ứng với một giá trị áp suất bão hoà pS . 
Khi giảm nhiệt độ không khí chưa bão hoà tới một một giá trị nào đó hơi nước bắt đầu 
ngưng tụ thành giọt nước li ti. Nhiệt độ hơi nước bắt đầu ngưng tụ là nhiệt độ đọng sương 
gọi tắt là điểm sương, ký hiệu tS . 
5.1.2. Độ ẩm của vật liệu và sản phẩm trong các quá trình sản xuất 
Hàm lượng ẩm (lượng nước hay hơi nước) trong các vật liệu, sản phẩm có ảnh hưởng rất 
lớn tới các đặc tính, chất lượng của chúng. Hàm lượng ẩm trong vật liệu cũng thay đổi theo 
đặc tính ẩm của môi trường bên ngoài là không khí ẩm. Bởi vậy hàm lượng ẩm trong vật 
liệu cũng được đánh giá bởi độ ẩm tuyệt đối Aab và độ ẩm tương đối Arel . 
 a. Độ ẩm tuyệt đối : 
Aab = 
 khi khong cua tich The
 nuoc cua khoi Trong
 )(
3m
g
 ( 5.6 ) 
 b. Độ ẩm bão hoà 
100 
Độ ẩm bão hoà As cho biết hàm lượng nước cao 
nhất có thể có được trong một thể tích không khí 
nhất có thể có được . As tùy thuộc vào nhiệt độ và 
gia tăng nhanh với nhiệt độ (Hình 1.) 
As = Trọng khối nước cao nhất (max) ( g/m
3) 
 Thể tích của không khí 
Trong qui trình sản xuất, chế biến và bảo quản 
nguyên vật liệu các sản phẩm công nghiệp, lương 
thực, thực phẩm... có tính chất hút ẩm. Độ ẩm 
tương đối của không khí cần được xác định. 
c. Độ ẩm tương đối : 
Độ ẩm tương đối là tỉ số của độ ẩm tuyệt đối và 
độ ẩm bão hoà : 
Hình 5.1 . 
 Arel= 
)(sat
abs
A
A
.100% (5.7) 
Với độ ẩm tương đối, chúng ta cũng chưa thể biết được lượng hơi nước nếu nhiệt độ tương 
ứng chưa được xác định. Trong thực tiễn hàng ngày, độ ẩm tuơng đối được đo đạc nhiều 
nhất vì nó liên hệ trực tiếp một cách rõ ràng đến nhiều phản ứng hóa học, sinh học, môi 
trường trong đời sống hàng ngày. Ví dụ như sự rỉ sét của kim loại, sự hình thành nấm mốc, 
và cả sự dễ chịu của tình trạng sức khỏe con người . 
d. Độ ẩm tương đối phù hợp cho các quá trình sản xuất 
Trong bảng 5.1 cho độ ẩm tương đối thích hợp cho các loại sản phẩm và các qui trình sản 
xuất trong các xí nghiệp. 
Bảng 5.1 
Xí nghiệp 
Qui trình sản xuất 
Nhiệt độ oC 
Độ ẩm 
tương đối 
Am% 
Kỹ nghệ dệt 
Vải bông 
Khâu chuẩn bị 
 Xửơng kéo sợi 
 Xưởng dệt 
20 đến 25 
20 đến 25 
20 đến 25 
50 đến 60 
60 đến 70 
70 đến 85 
Len Khâu chuẩn bị 
Xửơng kéo sợi 
Xưởng dệt 
20 đến 25 
20 đến 25 
20 đến 25 
65 đến 70 
60 đến 80 
60 đến 80 
Tơ nhân tạo 
Xưởng kéo sợi 
Xuởng kéo chỉ 
Xưởng kéo sợi 
Xưởng dệt 
20 đến 25 
22 đến 25 
80 đến 90 
70 đến 80 
65 đến 70 
60 đến 70 
Kỹ nghệ thuốc lá Sản xuất 
Làm ẩm 
Kho bảo qủan 
22 đến 22 
30 đến 35 
20 đến 24 
60 đến 70 
80 đến 90 
60 đến 65 
Xí nghiệp in In nhiêù mầu 22 đến 22 60 đến 70 
Kỹ nghệ phim ảnh Rửa/tráng phim 22 đến 22 60 
101 
Làm khô 
Cắt phim 
22 đến 22 
22 đến 22 
50 
55 
Kỹ nghệ sôcôla Sản xuất 
Đóng gói 
Bảo quản 
17 đến 18 
 18 
16 đến 20 
50 đến 55 
50 đến 60 
50 đến 60 
Thư viện Kho sách 18 đến 20 40 đến 60 
Xưởng sơn Phun phủ 20 đến 25 56 đến 65 
Bệnh viện Phòng mổ 20 đến 27 45 đến 65 
Lò bánh mì Kho bột 
Nơi nhồi bột 
18 đến 25 
23 đến 25 
60 
60 đến 70 
Xí nqhiệp bánh kẹo Phủ lớp sôcôla 
Nơi sản xuất bánh bích quy và bánh kem xốp 
Nơi đóng gói 
Nơi bảo quản 
17 đến 18 
18 đến 23 
18 
15 đến 20 
60 đến 70 
45 đến 55 
45 đến 55 
45 đến 55 
5.1.3. Sự liên hệ giữa các thông số của độ ẩm. 
Trong hình hình 2, ta có sự liên hệ giữa độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối với nhiệt độ 
khác nhau 
  - Nhiệt độ điểm ngưng tụ 
Pw - áp suất hơi nước 
F - Lượng hơi nước tính trên 1m3 không khí hay khi với nhiệt độ của môi trường và áp 
suất 1013 mbar 
ftr - Số gram hơi nước tính trên 1m
3 không khí không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn 
(00C, 1013 mbar) 
Xtr - Số gram hơi nước trong 1 kg không khí khô 
 Ft - Số gram hơi nước tính trên 1m
3 không khí ẩm ở điều kiên chuẩn (00C, 1013 mbar) 
Vtr - Số phần thể tích hơi nước của một đơn vị thể tích không khí khô 
Vt - Số phần thể tích hơi nước của một đơn vị thể tích không khí ẩm 
Ngoài ta ta cần chú ý đến hai khái niệm quan trọng khác. 
Ví dụ: Với nhiệt độ không khí là 290C ta đo được áp suất hơi nước là 12 Torr. Tuy nhiên 
theo H3 với T= 2900C ta có trị số áp suất bão hoà là 30 Torr. Như thế không khí chưa bão 
hòa hơi nước và có thể hấp thu thêm hơi nước. Để có trạng thái bão hòa của hơi nước với 
áp suất 12 Torr ta có thể hạ nhiệt độ xuống còn 140C. 
Trong hình 3 ta có những đường biểu diễn hơi bão hòa và áp suất của nhiều chất khác 
nhau. Các đường biểu diễn này diễn tả sự cân bằng giữa chất lỏng và hơi. Phía bên trên 
đường biểu diễn chỉ có chất lỏng, còn ở phía dưới chất đó ở trạng thái hơi. Trên đường biểu 
diễn là những điểm tương ứng giữa nhiệt độ và áp suất bão hòa. Đường biểu diễn này còn 
được gọi là đường biểu diến điểm ngưng tụ. Trong thiên nhiên trạng thái của nước hoàn 
toàn không ổn định. Nó tuỳ thuộc vào năng lượng, lúc thì nó vượt lên trên, lúc thì nó nằm ở 
phía dưới đường biểu diễn để tạo ra các hiện tượng thời tiết hết sức đa dạng: Mưa, sương 
mù, sương đọng, tuyết, mưa đá, mây, giông tố . 
102 
Hình 5.2 
5.1.4. Tính chất điện môi của nước. 
Nước có những tính chất điện môi mà ta có thể dùng để đo độ ẩm. Phân tử nước có cấu trúc 
hình góc cạnh, hình 5, nó bị phân cực do sự bất đối xứng cơ học này và vì thế nước có một 
hằng số điện môi  tương ứng . Nước có trị số điện môi cao nhất tới  = 80 khi ở dạng lỏng 
và ở nhiệt độ bình thường. Người ta lợi dụng tính chất này để đun nóng các vật thể chứa 
nước bằng các lò vi ba. Hơi nước có hằng số điện môi thấp hơn và không xác định giống 
như các khí phân cực. Trong H 4 cho ta sự ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hai hằng số của 
103 
khí và chất lỏng. Tất cả phân tử , kể cả phân tử nước đều có những cấu trúc đặc thù hấp thụ 
các bức xạ có chọn lọc. Vì thế từ lâu nay việc xác định độ ẩm một cách định lượng bằng 
quang phổ có chọn lọc đã được áp dụng. Với tần số ánh sáng (THz) ta cần các thiết bi phức 
tạp và với tần số vi ba (GHz) sự rõ ràng trong việc chọn lọc và phân biệt (selectlvity) thấp 
hơn . ảnh hưởng của nhiệt độ cũng cao hơn. Nếu sự chọn lọc không cần để ý đến ta có thể 
dùng cả tần số âm thanh 
5.2. ĐO ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỂM NGƯNG TỤ. 
5.2.1. Ngưng tụ hơi trên mặt tấm kim loại bóng 
Với nhiều phương pháp đo độ ẩm khác nhau, phương pháp điểm ngưng tụ dù cổ điển 
nhưng vẫn được dùng. Vì với phương pháp này người ta có các trị số đo rất chính xác và sự 
lập lại khá tốt cho bất cứ hàm lượng hơi nước với nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Khí cần 
tìm hiểu được làm lạnh cho đến khi có sự ngưng tụ trên bề mặt của tấm kim loại được đánh 
bóng. Nhiệt độ mà ở đó có hơi bão hòa theo hình 5.3 ta đọc được áp suất hơi nước và theo 
hình 5.2 ta có được độ ẩm tuyệt đối tương ứng. Tuy nhiên cách đo này khá phức tạp cũng 
bằng phương pháp điểm ngưng tụ nhưng với LiCl ta có thể đo độ ẩm đơn giản hơn. 
5.2.2. Phương pháp điểm ngưng tụ với LiCl. 
Hình 5.3 trình bày cấu trúc dụng cụ đo độ ẩm bằng Lithiumchlorid . 
Hình 5.3 
Hai tính chất của hydrat LiCl được sử dụng. Đầu tiên hydrát LiCl có tính hút ẩm, thu nhận 
các phần tử H20 cho ta một dung dịch LiCl dẫn điện. Khi LiCl nằm lẫn bên trong các sợi 
thủy tinh (2) thu nhận hơi nước của không khí, độ dẫn điện giữa 2 điện cực xoắn (3) được 
gia tăng. Một dòng điện xoay chiều chạy qua 2 điện cực xoắn và dung dịch LiCl làm cả 
cấu trúc cảm biến nóng lên, nước bốc hơi. Khi nước bốc hơi, độ dẫn điện giảm mạnh làm 
cường độ dòng điện cũng giảm và do đó nhiệt độ cũng giảm, LiCl thu nhận hơi nước trở lại 
và độ dẫn điện gia tăng. Cường độ dòng điện và nhiệt độ lại tăng trở lại . Diễn biến này lặp 
lại cho đến khi nào giữa năng lượng điện đưa vào và lượng nhiệt cần thiết để làm bốc hơi 
nước đạt một trạng thái cân bằng. Lớp LiCl háo nước nằm lẫn trong sợi thuỷ tinh đạt nhiệt 
độ biến đổi tB tương ứng với áp suất bão hoà pS. Nhiệt độ tB được hiệu chỉnh tự động theo 
trạng thái cân bằng này. Nhiệt độ tB được đo bằng cảm biến pt-100. Giữa nhiệt độ biến đổi 
tB và nhiệt độ điểm ngưng tụ  có mối liên hệ khá tuyến tính ( hình 5.3) . Do đó tB được coi 
như thước đo trực tiếp hàm ẩm tuyệt đối của không khí Aabs[gH2O/m
3] . Khi sử dụng , cần 
làm nóng cảm biến lên khoảng từ 5 đến 15 phút. Sau đó có thời gian hồi đáp khoảng từ 10 
đến 20 s. 
104 
5.3. ĐO ĐỘ ẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 
Nguyên lí làm việc của chuyển đổi dựa trên sự hấp thụ hơi nước của một số chất như 
Clorualiti (LiCl), Anhidrit phôtphoric (P2O5). Các chất trên nếu ở trạng thái khô điện trở 
của chúng rất cao. Khi hút ẩm ở môi trường xung quanh, điện trở giảm một cách đáng kể, 
qua đó có thể xác định được độ ẩm của môi trường cần đo. Trước khi đo độ ẩm, người ta 
nung nóng dung dịch muối chứa trong ẩm kế cho đến khi áp suất hơi bão hòa ở phía trên 
dung dịch bằng áp suất hơi của môi trường. Thông thường chọn dung dịch muối bão hòa 
sao cho ở một nhiệt độ cho trước, áp suất hơi càng nhỏ càng tốt. Hình 5.4 là đường cong áp 
suất hơi phụ thuộc vào nhiệt độ của một số dung dịch bão hòa. . 
Hình 5.4. Đường cong áp suất hơi phụ thuộc 
vào nhiệt độ của một số sung dịch bão hoà 
Bảng 5.2 là các giá trị áp suất hơi bão hòa trên mặt nước và trên dung dịch muối clorualiti 
bão hòa ở những nhiệt độ khác nhau đường cong áp suất hơi gần tương ứng với đường cong 
độ ẩm tơng đối 12 % 
Bảng 5.2 
Nhiệt độ dung dịch 0C áp suất hơi trên 
mặt nước (Pa) 
áp suất hơi trên mặt 
LiCl (Pa) 
Độ ẩm tương đối % 
5 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
872,47 
1227,94 
2338,54 
4245,20 
7381,27 
12344,78 
19933 
119,2 
157,6 
260,6 
473,9 
1066, 1 
1727,5 
2163,4 
13,7 
12,8 
11,1 
11,2 
11,1 
11,0 
10,9 
Ví dụ: Cùng một giá trị áp suất hơi bằng 2163 Pa, nhiệt độ hóa sương của nước là 18,80C 
nhưng nhiệt độ cân bằng của dung dịch LiCl bão hòa là 600C. 
5.3.1. Ẩm kế LiCl 
105 
Cấu tạo của chuyển đổi gồm một ống được bao bọc bởi một lớp vải tẩm dung dịch LiCl, 
trên đó có quấn hai điện cực bằng kim loại không bị ăn mòn, hình 5.5. Điện cực được đốt 
nóng bằng nguồn cung cấp làm bay hơi nước. Khi nước bay hơi hết, điện trở của chuyển 
đổi tăng lên, dòng điện giữa các điện cực giảm đáng kể. 
Hình 5.5. Đầu đo dùng clorualiti 
a) Sơ đồ nguyên lý ; b) Hình dáng bề ngoài 
Do LiCl hấp thụ hơi nước ở môi trường xung quanh nên độ ẩm tăng lên, điện trở của nó 
giảm và dòng điện giữa các điện cực tăng lên làm cho nhiệt độ của chuyển đổi lại tăng. Đến 
một thời điểm nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa muối LiCl và dung dịch. Sự cân bằng 
này liên quan đến áp suất hơi và đồng thời đến nhiệt độ hóa sương (Ts). Như vậy có thể 
xác định được Ts. 
Đặc điểm của chuyển đổi LiCl là có thể dùng đo nhiệt độ hóa sương với độ chính xác cao, 
do đó nhiệt độ cân bằng thực hiện bằng đốt nóng chuyển đổi nên đơn giản, độ tin cậy cao, 
giá thành hạ, có thể đạt tới độ chính xác 0,20C tùy thuộc vào độ chính xác của chuyển đổi 
đo nhiệt độ, cấu tạo của đầu đo và điều kiện sử dụng. Thời gian hồi đáp chậm (mươi phút), 
phạm vi đo nhiệt độ hóa sương của các chất từ -100C  600C. 
Ví dụ : -100C Ts 340C và 410C Ts 650C đạt độ chính xác 10C 
 -340C Ts 410C đạt độ chính xác 20C. 
5.3.2. Ẩm kế anhydrit phôtphoric P2O5 
Ẩm kế có cấu tạo như hình vẽ 5.6 . Đó là một ống cách điện 1 có đường kính không lớn 
lắm, mặt trong đặt hai điện cực xoắn 2 và 3, giữa chúng phủ màng mỏng P2O5 . Màng có 
điện trở lớn ở dạng khô và điện trở bị giảm khi hút ẩm. 
106 
Hình 5.6 . Cấu trúc ẩm kế P2O5 
Không khí cần đo độ ẩm được đưa qua ống với vận tốc không đổi. Lúc đó liên tục diễn ra 
hai quá trình, đó là sự hút ẩm của màng để tạo thành axit phốtphoric và điện phân nước để 
tái sinh anhydrit phốtphoric : 
P2O5 + H2O 2HPO3 
2HPO3 H2 + 0,5 O2 + P2O5 
Dòng điện I tỉ lệ với độ ẩm tuyệt đối của không khí: 
 I = 
M
FZqP
 (5.8) 
F - hằng số Faraday; 
Z - độ kiềm; 
q - lưu tốc dòng khí m3/s; 
M - trọng lượng phân tử H2O; 
P - độ ẩm tuyệt đối g/m3 
Chuyển đổi loại P2O5 cho phép đo hơi nước trong dải đo từ 10
-4  1 % theo khối lượng với 
sai số +5  10%. 
5.4. ĐO ĐỘ ẨM BẰNG TRỞ KHÁNG BIẾN ĐỔI 
Đó là các chuyển đổi có tính chất hút ẩm được chế tạo dưới dạng điện trở hoặc tụ điện. Khi 
có độ ẩm của môi trường các thông số R hoặc C thay đổi. Các thông số này phụ thuộc vào 
độ ẩm của môi trường, chúng được chia thành hai loại điện trở và tụ điện. 
5.4.1. Ẩm kế điện trở 
Kiểu điện trở kim loại gồm một đế có kích thước nhỏ (vài mm2) được phủ chất hút ẩm và 
đặt hai thanh dán bằng kim loại không bị ăn mòn và ôxi hóa. Trị số điện trở R đo được giữa 
hai thanh dẫn phụ thuộc vào hàm lượng nước ( tỉ số giữa khối lượng nước hấp thụ và khối 
lượng chất khô ) và vào nhiệt độ chất hút ẩm. Hàm lượng nước lại phụ thuộc vào độ ẩm t-
ương đối và nhiệt độ. 
Hình 5.78a biểu diễn đường cong đặc trưng cho sự phụ thuộc của điện trở với độ ẩm tương 
đối và nhiệt độ. 
107 
Hình 5.78b là mạch bù ảnh hưởng của nhiệt độ, trong đó chuyển đổi độ ẩm RA và điện trở 
bù RB có hệ số nhiệt độ t giống nhau. 
Hình 5.7. Ẩm kế điện trở 
a)Sự ... rong mọi lĩnh vực. Do ưu điểm của 
hiển thị số là có thể thấy được giá trị của các đại lượng bằng số nên từ các thiết bị đo đến 
các thiết bị điều khiển, các dụng cụ gia dụng như ti vi , tủ lạnh, lò vi sóng, điều hoà không 
khí  đều có các bộ hiển thị số. Bộ hiển thị số làm việc theo nguyên tắc riêng khác với các 
bộ hiển thị tương tự. Sơ đồ khối của bộ chỉ thị số có thể biểu thị theo hình 8.11 
Hình 8.11. Sơ đồ khối của bộ chỉ thị số. 
Đại lượng đo x(t) qua bộ biến đổi thành xung (BĐX), số xung N tỉ lệ với độ lớn x(t) được 
đa vào bộ mã hóa (MH), bộ giải mã (GM) và đèn hiện số. Các khâu mã hóa, giải mã và đèn 
hiện số tạo thành bộ chỉ thị số. 
8.2.2. Mã số . 
Mã số là những kí hiệu về một tập hợp số, từ tổ hợp của các kí hiệu ta có thể đọc được bất 
kì số nào. 
Có các loại mã số sau : 
Mã cơ số 10, đó là hệ đếm thập phân có 10 kí tự từ 0,1 ,2, 3,. .., 9 
Mã cơ số 2 là loại mã có 2 trạng thái được kí hiệu 0 và 1 (còn gọi là mã nhị phân) 
Mã 2-10 (còn gọi là mã BCD) là sự liên hệ giữa mã cơ số 2 và mã cơ số 10 để dễ quan sát 
và dễ đọc. 
Để thực hiện mã số người ta thường dùng các mạch Flip-flop hay còn gọi là bộ trigơ. Hình 
8.12 là sơ đồ của một trigơ gồm 2 đầu vào S và R, và 1 đầu vào chung T, 2 đầu ra Q và Q 
với tín hiệu ra y0 và y1 
Hình 8.12. Sơ đồ mạch Flip-flop(a), và tín hiệu vào ra của mạch (b) 
8.2.3. Mạch đếm 
134 
Có nhiều loại mạch đếm như mạch đếm thang mười sáu, mạch đếm thang mười v.v, trong 
thực tế với các chỉ thị số người ta thường dùng mạch đếm thang mười để tiện quan sát và dễ 
đọc. Mạch đếm thang 10 gồm 4 trigơ nối tiếp nhau như hình 8.13. 
Hình 8.13. Sơ đồ mạch đếm thang 10 gồm 4 mạch Flip-flop (trigơ) 
Do mắc 4 trigơ nối tiếp, nếu thực hiện đếm bình thường có thể tới 16 số, để chỉ đạt tới 10 
số với 4 trigơ cần phải thêm khâu phản hồi, khi đếm đến 9 xung tất cả trigơ đều chuyển về 
trạng thía 1 và ở xung thứ 10, các trigơ trở về 0. Bảng 8.1 cho thấy trạng thái ở đầu ra của 
các trigơ với mạch đếm thang 10. 
Bảng 8.1 
Số xung Trạng thaí trigơ 
Tr 4 Tr 3 Tr 2 Tr 2 
0 0 1 1 0 
1 0 1 1 1 
2 1 0 0 0 
3 1 0 0 1 
4 1 0 1 0 
5 1 0 1 1 
6 1 1 0 0 
7 1 1 0 1 
8 1 1 1 0 
9 1 1 1 1 
10 0 0 0 0 
9 0 1 0 0 
Hình 8.14. Tín hiệu ra tại các bộ trigơ 
135 
8.2.4. Bộ hiện số (chỉ thị số) 
a. Hiện số bằng điôt quang 
Điôt quang là linh kiện bán dẫn đặc biệt, nó chỉ cho dòng điện đi theo một chiều và ngăn 
dòng điện theo chiều ngược lại. Khi dòng điện qua đi ốt theo chiều thuận , có sự tái hợp các 
phần tử mang điện xuất hiện tại lớp tiếp xúc p.n định thiên thuận (như các điện tử từ n sang 
tái hợp với lỗ trống ở p). Chúng sẽ phát ra năng lượng dưới dạng nhiệt và ánh sáng. Nếu vật 
liệu bán dẫn trong suốt thì ánh sáng được phát ra và lớp tiếp xúc là nguồn sáng (nên gọi là 
điôt quang - LED). 
Hình 8.15 là mặt cắt của LED thông thường và hình 8.16b là cách bố trí bộ hiện số LED 
bảy thanh. Các đèn LED này có anốt chung hình 8.16c (hoặc tất cả các catốt chung). Độ sụt 
áp trên LED định thiên thuận là 1,2V và dòng điện thuận khoảng 20mA. 
Hình 8.15. Mô tả sơ đồ cấu trúc của điôt quang 
Hình 8.16. Bộ hiện số bảy thanh. 
b. Hiện số tinh thể lỏng (LCD) 
Tinh thể lỏng là một trong các hợp chất hữu cơ có tính chất quang học đặc biệt. Bình 
thường tinh thể lỏng có dạng trong suốt, khi có dòng điện kích thích phù hợp, chúng sẽ phát 
sáng. Màu sắc của tinh thể lỏng tuỳ thuộc các hợp chất hữu cơ khác nhau có nhiều màu 
tương ứng. Các hợp chất tinh thể lỏng được đặt thành lớp giữa các tấm kính với các điện 
cực trong suốt kết tủa ở mặt trong. Dòng toàn phần dùng để kích hoạt tinh thể lỏng khoảng 
300 A. nguồn cung cấp là nguồn xoay chiều (hình sin hoặc vuông). Hình 8.17 là sơ đồ cấu 
tạo của đèn hiện số tinh thể lỏng. 
136 
Hình 8.17. Cấu tạo ô tinh thể lỏng (a), và bộ hiện số bảy thanh (b) 
8.2.5. Bộ giải mã. 
Bộ giải mã là thiết bị dùng để biến đổi từ mã cơ số 2 hoặc mã 2-10 thành mã cơ số 10, 
nghĩa là thể hiện ra dưới dạng số thập phân. Ngày nay các bộ giải mã đợc chế tạo dưới dạng 
vi mạch (hình 8.18). 
Hình 8.18. Sơ đồ khối một bộ giải mã dùng vi mạch 
Vi mạch SN74247 có các đầu ra hở cực góp dùng điều khiển LED có chung anốt +5V. Các 
điện trở R1.R7 để hạn chế dòng đốt anốt (5 - 20mA). Bảng 8.2 minh hoạ sự làm việc của 
bộ giải mã bảy thanh. 
Bảng 8.2 
Chữ 
số 
Đầu vào mã thập phân Đầu ra đèn LED bảy thanh 
Z 23 22 21 20 a b c d e f g 
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 
1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 
2 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 
3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 
4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 
5 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 
6 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 
7 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 
8+Ph 1 1 - Ph - 1 0 1 1 1 1 1 1 1 
9 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 
10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
137 
8.3. DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ (OSCLLOSSCOPE) 
Mở đầu : Dao động ký điện tử (còn gọi là máy hiện sóng điện tử) bao gồm một ống phóng 
tia điện tử với hệ thống mạch điều khiển và đầu vào gắn liền với nó. Dao động ký điện tử 
được sử dụng để quan sát hình dạng của tín hiệu, đồng thời đo một số đại lượng như dòng 
điện, điện áp, góc lệch pha giữa hai tín hiệu và đo tần số v..v... ống phóng tia điện tử là một 
đèn chân không, trong đó các điện tử được phát ra từ Ca tốt bị nung nóng và tạo thành một 
chùm tia hẹp, chúng được gia tốc về phía màn huỳnh quang. Màn được phát sáng tại điểm 
có chùm điện tử đập vào. Chùm tia điện tử được lái theo chiều thẳng đứng và nằm ngang 
nhờ các điện áp đặt trên các phiến làm lệch. Thông thường chùm tia được quét ngang màn 
hình bằng một điện áp răng cưa tạo ra từ mạch tạo gốc thời gian và một điện áp vào thay 
đổi được để lái theo chiều thẳng đứng. Dao động ký diện tử được chế tạo với một tia, hai 
tia, bốn tia có khả năng hiện hình đồng thời một hoặc hai hoặc nhiều hơn các dạng sóng tín 
hiệu. 
8.3.1. Sơ đồ khối 
Dao động ký điện tử cơ bản bao gồm các bộ phận chính nh hình vẽ 8.19. Tín hiệu Y được 
đưa vào qua bộ phân áp đến khuếch đại Y (KĐY) và được đưa thẳng vào hai bản cực Y. 
Mặt khác tín hiệu từ bộ KĐY được đưa qua mạch đồng bộ (ĐB) để kích thích máy phát 
răng cưa (Máy phát quét) sau đó qua bộ khuếch đại X (KĐX) đưa vào bản cực X, cũng có 
thể đa trực tiếp tín hiệu X vào bộ KĐX và nối với bản cực X thông qua công tắc B3. Nếu 
sử dụng mạch đồng bộ ngoài , qua B2 tín hiệu được đưa vào mạch đồng bộ để kích cho 
máy phát quét làm việc. Khi đo điện áp, công tắc Bl chuyển sang khâu chuẩn biên độ và 
quan sát độ lệch của tia khỏi đường "O" ứng với biên độ chuẩn. Sau đó chuyển Bl sang vị 
trí tín hiệu Y để tính biên độ cực cực đại của tín hiệu đo xem gấp bao nhiêu lần biên độ 
chuẩn và tính độ lớn 
của tín hiệu Y theo chuẩn. 
Khi đo chu kì cần phải chuẩn thời gian, người ta sử dụng bộ chuẩn thời gian bằng cách 
đánh dấu từng khoảng thời gian ứng với giá trị chuẩn trên toàn tín hiệu. 
Hình 8.19. Sơ đồ khối của bộ dao động ký điện tử 
138 
8.3.2. Ống phóng tia điện tử 
Cấu tạo cơ bản của ống phóng tia điện tử như hình vẽ 9.20, bao gồm một ống thuỷ tinh đã 
rút hết không khí, màn hình đợc quét một lớp phốt pho sao cho chùm tia điện tử do kiết 
phát ra đập vào màn hình làm phát sáng. Bên trong ống thuỷ tinh được gắn hệ thống các 
điện cực. Ống phóng tia điện tử bao gồm triốt và tấm làm lệch. 
a. Cấu tạo của triốt 
- Lưới: Lưới là chiếc cốc niken có lỗ ở đáy hình 9.20 và bao lấy ca tốt. 
-Catôt : 
Ca tốt cũng được làm bằng Niken, hình trụ, mặt đáy phẳng phủ lớp ôxit để phát ra các điện 
tử và một sợi đốt làm nhiệm vụ nung ca tốt. Ca tốt được duy trì ở điện thế -2kV và thế của 
lưới được điều chỉnh từ -2kV : -2,05kV. 
Điện thế lưới điều khiển dòng điện tử từ ca tốt hướng tới màn hình. 
- Hệ thống anốt : 
Anốt thứ nhất (A1) dạng hình trụ có điện thế dương cao so với catốt. 
Các điện tử được gia tốc từ ca tốt qua lưới và anốt thứ nhất. 
Ngoài nốt A1, , ống phóng điện tử còn có nốt A2 , A3 . Các anốt này có nhiệm vụ tạo ra tr-
ường gia tốc làm cho các điện tử sau khi qua các điện cực anốt sẽ đạt được tốc độ lôn, mặt 
khác các anốt cũng làm nhiệm vụ điều tiết các điện tử để tạo thành một tia nhỏ hướng tới 
màn hình. Điện thế của A1 và A3 được giữ ở thế đất (dương hơn so với ca tốt) còn điện thế 
của A2 đwợc giữ ổn định -2kV, do đó tạo ra đwợc các đường đẳng thế và các điện tử 
chuyển động qua các nốt với tốc độ ổn định. 
Hình 8.20. Cấu trúc của ống phóng điện tử 
b. Tấm làm lệch (phiến làm lệch) 
Trong ống phóng tia điện tử còn bố trí các cặp bản cực để làm lệch các tia điện tử về phía 
ngang (theo trục X) và phía thẳng đứng (theo trục Y). Các cặp bản cực đó được gọi là tấm 
139 
lệch đứng và tấm lệch ngang. Đặt giữa các tấm lệch đứng và lệch ngang là tấm chắn cách 
điện ngăn không cho điện trường của cặp tấm này ảnh hưởng tới cặp kia (hình 8.20). 
Điện thế đặt trên các tấm làm lệch là +E/2 trên một tấm và -E/2 trên tấm kia, do đó hiệu 
điện thế giữa các tấm làm lệch là E. Các điện tử (mang điện âm) bị hút về phía tấm dương 
và bị đẩy khỏi tấm âm làm cho chùm tia điện tử bị lệch đi. Nếu tác động một điện áp xoay 
chiều lên các tấm làm lệch thì các chùm tia luôn bị đổi hướng tạo thành một đường thẳng. 
8.3.3. Bộ khuếch đại làm lệch 
Một điện áp bất kì nào đó dùng để làm lệch tia điện tử cũng đều phải được biến đổi thành 
hai điện áp bằng nhau và ngược chiều nhau +E/2 và -E/2, muốn vậy cần phải có bộ khuếch 
đại để khi có tín hiệu đưa vào (một chiều hoặc xoay chiều) tín hiệu ra sẽ có dạng vi sai. 
Mạch khuếch đại như vậy thể hiện trên hình 8.21. 
Trong đó T2 và T3 tạo thành bộ khuếch đại ghép emitơ chung. Tl và T4 là các mạch gánh 
emitơ tạo điện trở vào lớn. Khi điện áp vào bằng không, thế bazơ của T1 ở mức đất và nếu 
bazơ của T4 cũng điều chỉnh ở mức đất thì các bazơ của T2 và T3 đều ở cùng mức thế âm so 
với đất. (-UB2 = -UB3). Do đó IC2 = IC3 và điện áp rơi trên R3 và R6 điều chỉnh colectơ của 
T2 và T3 ở mức đất. Các colectơ đó là đầu ra của khuếch đại và chúng được mắc trực tiếp 
với các tấm lái tia (UC2 và UC3) . 
Con trượt của chiết áp R4 thường nằm ở điểm giữa và giữ vai trò điện trở điều chỉnh cân 
bằng các đầu ra vi sai của khuếch đại. Khi điện áp vào khác không, qua bộ phân áp đặt vào 
bazơ của tranzito T1 , lúc đó IEI 0, dòng IB1 qua R1 và R2 tạo thành điện áp đặt vào tranzito 
T2 khiến cho dòng IC2 tăng và IC3 giảm. Khi IC2 tăng, điện áp ra UC2 giảm xuống mặt khác 
IC3 giảm, điện áp UC3 tăng. 
Hình 8.21. Bộ khuếch đại làm lệch 
Nếu độ biến thiên của UC2 là UC2 = - 1V thì UC3 = +1 V . Khi tín hiệu vào bộ phân áp 
tăng theo chiều âm, IC2 giảm, IC3 tăng và UC2 > 0 , và UC3 < 0. Thông thường điện áp 
140 
qua phân áp nhỏ nhất là 2 mV, tương ứng với 1 vạch chia độ lệch trên màn hình còn điện 
áp vào lớn nhất là 10V tương ứng với 1 vạch chia độ lệch. Chiết áp R10 (hình 8.21) làm 
nhiệm vụ điều chỉnh điện áp Bazơ của T4 để dịch chuyển chùm tia điện tử lên hoặc xuống 
khỏi tâm màn hình. 
8.3.4. Tín hiệu quét. 
Hình 8.22 biểu diễn dạng sóng trên màn hình. Khi ta đặt tín hiệu cần quan sát vào hai bản 
cực Y, tia điện tử nếu không có tác động kéo ngang ta chỉ thấy một vạch thẳng đứng duy 
nhất. 
Hình 8.22 
Để kéo tín hiệu nằm ngang người ta dùng một tín hiệu tạo gốc thời gian đặt vào hai bản cực 
X và gọi là tín hiệu quét ngang. Tín hiệu này có dạng sóng răng cưa (hoặc sóng dốc lặp đi 
lặp lại). Nếu tần số của tín hiệu cần quan sát lớn hơn n lần tần số tín hiệu quét thì trên màn 
hình sẽ nhìn thấy n chu kì tín hiệu quan sát. Nếu tỉ số các tần số đó là một số nào đó của hai 
số nguyên thì trên màn hình xuất hiện dạng đường cong đứng yên. Nếu ngược lại đường 
cong sẽ chuyển động và không quan sát được vì vậy cần thiết phải có sự đồng bộ giữa tín 
hiệu vào và tín hiệu quét đạt được điều đó bằng cách điều chỉnh tần số quét nhờ một núm 
điều chỉnh trên mặt dao động kí. 
8.3.5. Bộ tạo sóng quét ngang . 
Máy phát thường dùng là máy phát răng cưa như hình 8.23. Trong đó có hai bộ phận chính 
là bộ tạo sóng răng cưa và mạch trigơ schmitt không đảo. Đầu vào của bộ op-amp áp vào 
của trigơ schmitt là điện áp ra U1 của bộ tạo sóng răng cưa được đưa vào trigơ qua điện trở 
R6 . Do khuếch đại op-amp có hệ số khuếch đại điện áp rất lớn (khoảng 200.000) nên chỉ 
cần một sự chênh lệch nhỏ giữa đầu vào của op-amp cũng đủ làm cho đầu ra tri gơ schmitt 
bão hoà. Điều này có nghĩa là điện áp ra rất gần với điện áp nguồn dương hoặc âm. 
Thông thường điện áp ra bão hoà là: U2 = (UCC - 1V) hoặc U2 = (-UEE – 1 V) 
Giả sử đầu vào của trigơ schmitt ở mức tối thiểu (tức là điện áp đầu không đảo của op-amp 
dưới mức đầu đảo do tiếp đất) thì đầu ra của op-amp giữ bão điện I1 chạy vào nạp cho tụ C1 
điện áp của tụ tăng lên. Khi điện áp U1 tăng lên đủ lớn, trigơ chuyển trạng thái và đầu ra ở 
mức bão hoà dương. 
141 
Tại thời điểm này dòng bazơ (IB2) chạy tới T2 qua R4 làm cho điện thế bazơ của T2 tăng lên 
và T2 chuyển sang trạng thái đóng, dòng colectơ IC2 chạy qua T2 tới nguồn U. Tụ C1 phóng 
điện. Quá trình phóng nạp tụ tạo nên các xung răng cưa . 
Hình 8.23. Bộ tạo gốc thời gian – sóng quét ngang 
Phương trình cho điện áp răng cưa là: 
 U1 = 
1
1
C
TI
 (6.l) 
 U -độ biến thiên điện áp của tụ trong thời gian T 
 T - chu kì của xung răng ca; Cl - điện dung của lụ . 
Chu kì (T) của xung răng cưa phụ thuộc vào dòng điện I1 và tụ C1 . I1 có thể thay đổi nhờ 
điện trở R3 và C1 thay đổi được giá trị qua núm chuyển mạch K. 
Máy phát quét có thể làm việc ở hai chế độ chế độ liên tục và chế độ chờ: 
- Chế độ liên tục là chế độ quét bình thường như đã trình bày ở trên. 
- Chế độ chờ là chế độ dùng để quan sát các xung rời rạc cách nhau khá xa. Máy phát quét 
được khởi động bởi các tín hiệu cần quan sát. Việc đồng bộ tín hiệu đo và tín hiệu quét đợc 
thực hiện tự động. 
142 
8.3.6. Dao động ký điện tử hai tia 
Cấu tạo của dao động ký hai tia cũng giống như dao động ký một tia, để tạo ra hai tia có thể 
thực hiện theo hai phương pháp : 
a) Dùng hai súng phóng tia điện tử riêng biệt, mỗi chùm cho một dạng sóng (hình 8.24a). 
b) Dùng một súng phóng tia điện tử nhưng chùm tia được tách thành hai phần riêng biệt tr-
ước khi đi qua các tấm làm lệch (hình 8.24b). 
Hình 8.24. Dao động ký điện tử hai tia 
Hình 8.25. 
Thiết bị sử dụng hai phương pháp trên đều chỉ dùng một bộ tấm làm lệch ngang: Dạng sóng 
răng ca từ bộ tạo gốc thời gian được đưa vào bộ tấm làm lệch ngang và cả hai chùm được 
làm lệch để quét ngang màn hình một cách đồng thời 
Hình 8.26 là sơ đồ các hệ thống lái tia đối với máy hiện sóng hai chùm và máy hiện sóng 
một chùm tách thành hai phần. Hình 8.25 cho thấy máy hiện sóng có hai lối vào riêng biệt, 
kênh A và kênh B. Mỗi kênh đều có mạch khuếch đại làm lệch riêng để nuôi cặp làm lệch 
đứng và bộ tạo gốc thời gian điều khiển đồng thời cả hai tia với tấm làm lệch ngang. 
143 
8.26. 
Hình 8.26 là hệ thống lái tia đối với máy hiện sóng một chùm lách thành hai phần. Trong 
đó các tín hiệu vào kênh A và B được qua hai bộ khuếch đại. 
Các tín hiệu này được chuyển mạch luân phiên giữa kênh A và B nhờ hệ thống chuyển 
mạch điện tử. Tần số chuyển mạch được điều khiển bởi mạch tạo gốc thời gian. 
144 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Nguyễn Văn Hoà. Giáo trình đo lường các đại lượng điện và không điện. NXBGD 
2003 
[2]. Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý. 
NXBGD 2004 
[3]. Dương Minh Trí. Cảm biến và ứng dụng. NXB KHKT 2001.