EE-102 ELEKTRİK VE ELEKTRONİK ÖLÇMELER Ders Öğretim Üyesi Dr. Yılmaz KORKMAZ Kaynak Ders Kitabı: ELEKTRİK ve ELEKTRONİK ÖLÇMELERİ Prof. Dr. Halit PASTACI Nobel yayın akademik yayıncılık SLAYTLAR Yılmaz Korkmaz 2 Devam mecburiyeti (Sınıf Geçme ve Sınav Yönetmeliği) MADDE 13 – Öğrencilerin derslere devam zorunluluğu, her yarıyıl için en az %70, tamamen uygulamalı ders saatinden oluşan derslerde en az %80 olmak zorundadır. Ancak ders devam durumunun, ders değerlendirme ölçütlerine katkısı ve devam zorunluluğu, dersin öğretim elemanı tarafından yarıyıl başında ders tanımlama formu ile öğrenciye bildirilir. Sağlık raporu derslere devam yükümlülüğünü kaldırmaz. Öğrencilerin derse devam durumları dersi veren öğretim elemanı tarafından izlenir. Öğrencilerin dönem içi değerlendirmeleri; seminer, uygulama, klinik uygulama, klinik çalışması, atölye çalışması, laboratuvar çalışması ve inceleme, araştırma gezisi, ödev, bireysel çalışma, meslekî beceri uygulamaları, probleme dayalı öğretim, kanıta dayalı uygulamalar, iletişim becerileri, hasta başı viziteleri, sınava hazırlanma, alan çalışması, kütüphane çalışmaları, mezuniyet/bitirme tezi, proje ve dönem sonundaki durumları, ilgili öğretim üyesi tarafından söz konusu yarıyıl/yıl derslerinin son haftasında ilan edilir. Derse devam zorunluluğunu yerine getirmeyen öğrenciler, dönem sonu sınavına giremezler. 3 DERESİN DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ: DÖNEM İÇİ: 1. Ara sınav notunun: 2. Uygulama notunun: %40 %20 DÖNEM SONU NOTU: 1. Final sınav notunun %90 2. Dersin %80’nine devama %10 %60 = Toplam Not x (%40) (%100 devam=100 Puan, %90devam=90 Puan, %80devam=80 Puan) Buradan elde edilen toplam notun %40 alınarak dönem sonu notu belirlenir. DÖNEM İÇ (%60) + DÖNEM SONU NOTU (%40) = GEÇME NOTU (%100) Bir dersten (AA), (BA), (BB), (CB), (CC), (DC) ve (DD) notlarından birini alan öğrenci o dersi başarmış kabul edilir. Ancak mezun olabilmek için öğrencinin AGNO’sunun en az 2,00 olması gerekir. 4 DERSİN AMAÇLARI: Ölçme kavramlarını öğrenmek, Ölçmede hatalar ve hataların analizi konusunda bilgilenmek, Elektriksel büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletlerinin çalışma prensipleri, devreye bağlanma şekilleri ve yöntemlerini öğrenmek, Elektriksel büyüklüğe göre uygun ölçü aletinin seçimini öğrenmek. Ölçü aletlerinin ölçme alanlarının genişletilmesi ve ölçü trafolarını öğrenmek. Dersin amaçlarının tam gerçekleşmesi, maksimum faydanın sağlanması ve başarılı olmak için; elektrik enerjisi ile ilgili temel kanunlardan olan; Ohm Kanunu, Kirchoff (kirşof) Kanunları, Temel elektrik devre çözümleri, Elektrik enerjisinin etkileri ile ilgili (ısı, ışık, kimyasal etki, manyetik alan vb.)» konuların bilinmesi, tekrarlanması gerekmektedir. 5 DERSİN YETERLİLİKLERİ VE ÖĞRENME ÇIKTILARI 1. Uluslararası(SI) birim sistemlerini öğrenir. 2. Ölçme hataları ve hata hesaplarını yapabilir. 3. Elektrik ve elektronik ölçme sistemlerini bilir. 4. Göstergeli (Analog) ve dijital ölçü aletleri ve özelliklerini bilir ve kullanır. 5. Akım, gerilim, direnç ölçmelerini yapar. 6. Doğru akım ve bir fazlı alternatif akım devrelerinde güç ölçmeyi bilir. 7. Yalıtkanlar ve izolasyon dirençlerinin ölçülmesi konularını öğrenir. 8. Osiloskopların genel yapısını ve osiloskop kullanmasını öğrenir. 9. Elektrik-Elektronik devre elemanlarını öğrenir ve bunlarla ilgili çeşitli ölçmeleri yapabilir. 6 Ders İçeriği ve Haftalara Göre Dağılımı : Hafta 1. Hafta (21.02.202 3) Konu Konu Başlığı No 1 2 2. Hafta () 3 Tanışma, Dersin tanımı ve Amaçları Ölçmenin Tanımı, Ölçme İle İlgili Bazı Temel Kavramlarının Açıklanması. Ölçme Hataları. Hataların Sınıflandırılması ve Hesaplanması, Birim Sistemleri. Temel Elektriksel Büyüklükler, Birimleri Ve Tanımlamaları, Ölçü Aletlerinin Karakteristik Sembolleri, Elektrik ve Elektronik Ölçü Aletleri, Çeşitleri Doğru Akımın Açıklanması, Doğru Akım Ölçü Aletlerinin Temelleri, Döner Bobinli Galvanometreler. Ana Kaynak Sayfa Yardımcı Kaynak 1-9, Slayt 24-26 1-27 22-26 Slayt 28-49 Slayt Ek bilgi 50-62 27, 388 Ek Bilgi Slayt 63-67 80 7 Hafta Konu Konu Başlığı No 4 3. Hafta () 5 4.Hafta () 5.Hafta () 6 7 Akım Şiddetinin Ölçülmesi, DA Ampermetreleri ve Tasarımları, Kademeli Ampermetreler, Ampermetrenin Yükleme etkisi Gerilim Ölçmek, DA Voltmetreleri ve Tasarımları, Kademeli Voltmetreler. Voltmetrelerin Yükleme etkileri Direnç Ölçmek, Direnç Kavramının Açıklanması, Direnç Ölçme Yöntemleri, Ommetreler, Ommetre Tasarımı, SeriParalel Ommetreler Ampermetre- Voltmetre Yöntemi İle Direnç Ölçmek , Ampermetre ve Voltmetre Seçimi, Ampermetre ve Voltmetrelerin Devreye Bağlanması, Ohm Kanun Deneyi Ana Kaynak Sayfa Yardımcı Kaynak 82-88 Slayt 68-110 88,92 Slayt 99-110 92-110 Slayt Ek bilgi 111-128 93 129-149 Ek bilgi Deney föyü 8 Hafta 6.Hafta () 7. Hafta () 8 .Hafta () Konu Konu Başlığı No Ana Kaynak Sayfa Yardımcı Kaynak Köprü Yöntemleriyle Direnç Ölçmek, Wheatstone Köprüsü, Kelvin Köprüsü, Slayt 102-116 8 142-163 Büyük Dirençlerin Ölçülmesi; İzolasyon Direncinin Ölçülmesi, Megerler. Slayt Topraklama Direncinin Ölçümü, Kablo 116-119 9 164-179 Arıza Yeri Bulma Yöntemleri Multimetreler ile Akım Şiddeti, Gerilim 122 180-193 10 ve Direnç Ölçme Uygulamaları Potansiyometre Devreleri, Ölçü 11 Aletlerinin kalibrasyonu, Alternatif Akımın Açıklanması, AC Akım Ölçümünde Frekans Etkisi. AC Akımda 12 Direnç Etkisi, Empedans ve Relüktans Tanımları. 122-136 Slayt 194-204 Slayt 143-145 205-213 9 Hafta 9. Hafta () Konu Konu Başlığı No 1314 10. Hafta (). 15 11.Hafta () 16 12.Hafta () 17 Analog Ölçü Aletleri ve Çeşitleri, Elektromanyetik, Döner Demirli, Döner Mıknatıslı, Elektrodinamik , Termik, Titreşimli, Elektrostatik ve İndüksiyon Ölçü Aletleri Ana Kaynak Sayfa Yardımcı Kaynak 145-158 Slayt 214-275 Güç Ölçmek, DA ve Bir Fazlı AA Akımda Slayt Güç Kavramları, Ampermetre Voltmetre 177-189 276-286 metodu ile Güç Ölçmek, Güç Ölçme Deneyi Wattmetreler, Wattmetrelerle Güç Slayt 177-192 Ölçme deneyi 286-293 Osiloskoplar, Yapıları, Çalışma Slayt prensipleri, Osiloskop Propları, Osiloskop 293-340 294-333 ile Gerilim, Periyot , Frekans ve Değişik Dalga Şekillerinin Ölçümü, Uygulamalar 10 Hafta Konu Konu Başlığı No 13.Hafta () 18 14.Hafta () 19 15.Hafta EK Ana Kaynak Sayfa Yardımcı Kaynak Alternatif Akımda Ölçü Aletlerinin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi, Ölçü 169-173 334-352 Transformatörleri Elektrik-Elektronikte Devre Elemanları ve Ölçümleri, Devre Elemanı Olarak Slayt 204-230 Dirençler, Kondansatörler, 353-377 Empedans, Endüktans ve Kapasite Kavramları ve Ölçümleri. Uygulamalar Dijital Ölçü aletleri, yapıları, çalışma prensipleri 388 Slayt 380-386 «Öğrenmek, akıntıya karşı yüzmek gibidir. İlerleyemediğiniz taktirde gerilersiniz.» (Çin atasözü) 11 YAPILACAK DENEYLERİ LİSTESİ 1. Ampermetre, Ve Voltmetrelerin İncelenmesi, Alet Seçimi, Şiddeti Ve Gerilim Ölçmek, Ohm Kanunu Deneyi Akım 2. Ampermetre-Voltmetre Yöntemi İle Direnç Ölçmek, 3. Ommetrelerini İncelenmesi, Ommetrelerle Direnç Ölçmek, 4. Multimetrelerin İncelenmesi Multimetre ile Çeşitli Büyüklüklerin Ölçülmesi, 5. 6. 7. 8. Ampermetre-voltmetre Yöntemi İle Güç Ölçmek, Wattmetrelerin İncelenmesi, Doğru Akımda ve Bir Fazlı AA Devrelerinde Güç Ölçmek, Osiloskopların İncelenmesi, Osiloskop İle Genlik, Periyot Ve Frekans Ölçmek. Endüktans ve Kapasite Ölçümleri . 12 ÖLÇMENİN TANIMI ÖLÇME: Bilinmeyen bir büyüklüğü, bilinen bir büyüklükle karşılaştırarak değerlendirme işlemidir. Ölçme, fiziksel bir büyüklüğün niceliğinin, miktarının, sayısal değerlerle belirlenmesini sağlar. ÖLÇME TEKNİĞİ, karşılaştırma yöntemlerine dayanır ve fiziksel büyüklükleri temel alır. Fiziksel büyüklüklerin, matematik ile tanımlanıp, kontrol edilmelerine imkân verir. Ölçme teknikleri bütün mühendislik dallarında bilinmesi gereken önemli bir alandır. FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLERİN ÖLÇÜLMESİNDE; mekanik, elektriksel ve elektronik yöntemlerle çalışan ölçü aletleri kullanılmaktadır. Bir büyüklüğün ölçülmesi; o büyüklükle ilgili olarak tanımlanmış standart birim ve o standarda uygun bir ölçü aletin bulunması mümkündür. bir ile 13 ÖLÇMENİN ÖNEMİ Doğru ölçmeyen bir teşhis veya tedavi cihazı ile muayene yada tedavi olmak ister misiniz ? Pazardan aldığınız meyve sebzelerin bozuk bir terazi ile tartılmasını nasıl karşılarsınız ? Yükseklik göstergesi hatalı bir uçakla yolculuk etmek ister misiniz? Hangi işadamı hatalı ölçen bir cihazdan dolayı maddi ve manevi kayıplara kayıtsız kalabilir? Evlerimizde elektrik, su ve doğalgaz gibi hizmetlerin bedellerini tespit etmeye yarayan sayaçların kullanılan miktardan daha fazla değerler göstermesini kabullenebilir miyiz? 14 ÖLÇMENİN ÖNEMİ ÖLÇME; bilimsel çalışmaları, karkaşa ortamından kurtarır, verimliliği ve kaliteyi artırır. Temel araştırmalarda, uygulamalı bilimlerde ve mühendislikte deneysel çalışmaların önemi büyüktür. Deneyi yapan bir teknik eleman: ÖLÇÜ ALETLERİNİ, ÖLÇME YÖNTEMLERİNİ ve deneysel sonuçların değerlendirilmesini bilmelidir. Elektrik enerjisi ve özellikleri, ne kadar iyi bilinirse; o kadar güvenli ve verimli kullanılabilir. Bu özelliklerin bir çoğu ÖLÇME ile anlaşılır. Elektrikle çalışan cihazların, akımlarını, gerilimlerini ve güçlerini bilirsek; kullanacağımız koruyucu ve kumanda elemanları daha doğru seçebiliriz. Bunun için de bu değerleri ölçmeye yarayan ölçü aletlerine ihtiyaç vardır. Elektrikle çalışan tüm makine ve cihazların düzenli olarak çalışmalarının kontrolü, arızalandığında arızalarının giderilebilmesi için bazı ELEKTRİKSEL ÖLÇÜMLERİN yapılması gerekir. 15 ÖLÇMENİN ÖNEMİ Tüm mühendislik uygulamalarında, emniyetli çalışma koşullarını gerçekleştirebilmek ve uzun dönemde kararlı ve ekonomik tasarımlara sahip olabilmek için sistem üzerine etkiyen tüm faktörlerin, çeşitli ölçmelerle belirlenmiş doğruluk limitleri içinde olması gerekmektedir. Özellikle 1980 sonrası sanayiimizdeki gelişme, yüksek teknoloji kullanımının yaygınlaşması ve ISO 9000 standartlarının getirdiği yükümlülükler, ÖLÇMENİN önemini arttırmıştır. Ürün kalitesi kadar, ürün kalitesi temininde kullanılan teçhizatın, kalitesi ve uygun kalibrasyon şartları gibi konular, METROLOJİ açısından büyük önem taşımaktadır. ‘‘Ölçebiliyorsan üretebilirsin’’ Joseph Whitworth, (1803-1887) . İlk defa whitworth vidası‘ını tasarlayan İngiliz makine mühendisi, bilim adamı. 16 METROLOJİ : Ölçme ile ilgili bilim dalının genel adıdır. Metrolojinin görevi; bütün ölçme sistemlerinin temeli olan birimleri (SI ve türevleri) tanımlayarak, bilim ve teknolojinin kullanımına sunmak ve yapılan bütün ölçümlerin güvenilirliğini ve doğruluğunu sağlamaktır. Metroloji, ölçüm belirsizliği ve uygulama alanına bakılmaksızın, ölçüm ile ilgili bütün teorik ve uygulamaya yönelik unsurları içerir. Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME): Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) bünyesinde 1981 yılında kurulan milli ölçme kuruluşumuzun adıdır. UME, ulusal standartları geliştiren ve muhafaza eden. bir araştırma enstitüsüdür. Enstitü'nün amacı, Ulusal Metroloji Sistemi'ni oluşturarak ulusal ve uluslararası ticarette eşitliğin sağlanmasına ve Türk endüstriyel ürünlerinin kalitesinin artırılmasına ve Türkiye'nin bilimsel ve teknolojik gelişmesine katkıda bulunmaktır. 17 ÖLÇÜ ALETLERİNE AİT BAZI TERİMLER 1. Okunabilirlik: Ölçme cihazının okuma skalasının genişliğidir. Bir aletin kadranındaki ölçeğin küçük veya büyük olma özelliği önemlidir. Aynı alt ve üst okuma sınırları olan aletlerden okunabilirliği büyük olanları tercih edilmelidir. 2. Ölçme Alanı: Bir ölçü aletinin skalasında gösterdiği en küçük değer ile en büyük değer arasındaki farka ölçü aletinin ölçme alanı denir. Örneğin, bir ampermetrenin skala taksimatındaki en küçük değer sıfır, en büyük değer 5 Amper ise bu ampermetrenin ölçme alanı (0 - 5) Amper olarak ifade edilir.(Maksimum ölçme değeri 5 Amper) 3. Standart: Belirli bir faaliyetle ilgili olarak ekonomik fayda sağlamak üzere bütün ilgili tarafların yardım ve işbirliği ile belirli kurallar koyma ve bu kuralları uygulama işlemine standardizasyon denir. Genel olarak standardizasyon çalışması sonucu ortaya çıkan belge, doküman ve esere standart denir. Ölçü Aletlerinde Standart: Bir büyüklüğün bir ya da birden fazla bilinen değerini veya bir birimi mukayese yolu ile diğer ölçme cihazlarına aktarmak amacıyla muhafaza edilen ölçü aletleri veya ölçme sistemidir. Standart ölçü aleti yerine bazen etalon ölçü aleti kelimesi de kullanılır. 18 4. Ölçü aletlerinin giriş direnci, giriş empedansı: Giriş direnci, aletin ölçeceği büyüklüğe göre değişir. Örneğin voltmetreler devreye paralel bağlanacağı için giriş direncinin yüksek, ampermetreler ise devreye seri bağlanacağı için giriş direncinin düşük olması gerekmektedir. Alternatif akım ölçmelerinde aletlerde giriş direnci yerine giriş empedansı söz konusudur. 5. Ölçü Aletinin Enerji Sarfiyatı: Analog ölçü aletlerinin çalışması ve ölçme yapabilmesi için ölçme yapacağı devreden enerji harcarlar. Bu değere aletin yükleme etkisi denir ve küçük olması istenir.. Analog ölçü aletlerinde alet, ölçme esnasında devreden I2xR kadar bir güç çeker. Bu güç, ölçülen büyüklüğün değeri ile doğru orantılıdır. Dijital ölçü aletlerinin çalışması ayrı bir batarya veya pil tarafından sağlandığından yükleme etkisi pek olmaz 6. Frekans Cevabı (Bant Genişliği): Dijital ölçü aletlerinde ölçü aleti için belirtilen doğruluğun geçerli olduğu frekans bölgesinin alt ve üst sınırlarını belirtir. Özellikle Osilaskoplarda frekans bandının çok geniş olması tercih edilir. 7. Ayırt Edebilme Kabiliyeti (Resolution) : Dijital ölçü aletlerinde: alet girişindeki en küçük değişimi fark edebilme özelliğidir. Ölçüm yapılırken mikro seviyedeki bir değişikliği aletin göstermesi gerekir. 19 ÖLÇME HATALARI • Ölçü aletleri ne kadar kaliteli ve hassas yapılırsa yapılsın, ölçmeyi yapan kişi ne kadar dikkat ederse etsin veya hangi metodu kullanırsa kullansın ölçülen değer, gerçek değer değildir. Çok az dahi olsa bir fark olur ve dolayısıyla ölçülen değer yaklaşık değer olacaktır. • Elektriksel ölçmelerde bir büyüklüğün tam ve doğru olarak ölçülmesi her zaman mümkün değildir. • Ölçme işlemlerinde, yapılan ölçme hatası bilinirse, ölçme sonucunun bir anlamı olur. • Yapılan ölçmelerde; aletle ölçülen yaklaşık değerle, gerçek değer arasındaki farka «ölçme hatası» denir. Gerçek değer, daha doğru ölçme yapan (etalon) ölçü aletleri yapılan ölçmeler olarak kabul edilir. • Aletin kendi hatasına, «aletin ölçme hatası» denir. Aletin dışındaki sebeplerden kaynaklanan ölçme hataları da vardır. • Ölçme sonuçlarının analizi yapılırken, hataların miktarının ve çeşidinin iyi bilinmesi gerekir. 20 ÖLÇME HATALARI A. SİSTEM VEYA CİHAZ İÇİ HATALARI 1. Aletin kendisinden kaynaklanan hatalar 2. Dış etkilerin sebep olduğu hataları 3. Ölçme yapan kişiden kaynaklanan hatlar 4. Rastlantı hataları 5. Kalibrasyon hatası B. STATİK KARAKTERİSTİKLERDEN KAYNAKLANAN HATALAR 1. Doğruluk, 2. Konstrüksiyon hatası 3. Ölçmede hassasiyet 21 A. SİSTEM VEYA CİHAZ İÇİ HATALARI 1. Aletin kendisinden kaynaklanan hatalar: Sistem ve cihaz hataları, tekrarlanan ölçmelerde sabit olan ve değişmeyen hatalardır. Sistem ve cihaz içi hatalar, cihazın mekanik ve elektriksel karakteristiklerinden meydana gelir. Bunlar; sürtünme, histeresiz, kalibrasyon bozukluğu ve aletin yaşlılığı vb. sebeplerdir. Bu hataları önlemek veya azaltmak için ölçü aletinin, uygun standartlardaki aletlerle sık sık kalibrasyonlarının yapılması gerekir. Bu hatalardan bazıları: a) Sıfır ayarı hatası: Aletin sıfır ayarının bozuk olmasından dolayı oluşan hatadır. Sıfır ayarı bozuksa yapılan tüm ölçmelerde hata miktarda aynı olur. b) Skala hatası: Ölçülecek olan büyüklüğe uygun kademenin seçilmemesi veya skalanın lineer olmamasından kaynaklanır. c) Yükleme hatası: Ölçü aletinin çalışması için harcanan enerji nedeniyle oluşan ölçme hatasıdır. d) Cevap zaman hatası: Ölçülen büyüklüğün hızlı değişmesi ve cihazın bu değişmeleri takip edememesinden kaynaklanır. Bu hata ölçü aletinin mekanik ataletinden kaynaklanır. e) Sürtünme, kalibrasyon bozukluğu ve aletin yaşlılığı vb. 22 2. Dış etkilerin sebep olduğu hataları: Sistem ve cihaz dışı hatalar, insan ve diğer dış kaynaklı hatalar olmak üzere iki grup altında toplanabilir. İnsan kaynaklı olanlar; yanlış okuma, yanlış skala seçimi, cihaz ayarının hatalı yapılması, hatalı hesaplama ve yanlış metot seçimi şeklinde özetlenebilir. Bunların nedeni, ölçmeyi yapan kişinin bilgisizliği, dikkatsizliği , psikolojik veya fiziksel yorgunluk olabilir. Bu hatalar kişiden kişiye değişebilir. Diğer dış kaynaklı hatalar; ölçme hatasına sebep olan dış etkiler çok çeşitlidir. Bunlardan bazıları bilinse de her zaman kontrol altına alınamayabilir. Dış manyetik alanlar, rutubet, basınç, sıcaklık değişimleri, aydınlatma, havalandırma, gürültü ve farkına varılamayan sarsıntılar ölçmede hataya sebep olan etkenlerdendir. Bu tip hataları azaltmak için, ölçmeyi yapan kişinin bilgili ve dikkatli olası, sonuçların kontrol edilmesi, dış etkilerden korunması ve cihazın uygun yerde kullanılması gerekir. Sonuçların daha güvenli olması için; ölçme işlemi, aynı aletle birkaç defa tekrarlanır ve ölçülen değerlerin ortalaması alınır. 23 ÖLÇMEDE HATALAR 3. Ölçme yapan kişiden kaynaklanan hatlar. Ölçmeyi yapacak kişinin yapabileceği hatalardan bazıları şunlardır. Okuma hatası, Hatalı alet seçimi, Doğru ölçme metodunun seçimi, Hesaplamaların hatalı yapılması, Ölçme yapan kişinin fiziksel yorgunluğu, Okuma hatasını azaltmak için; Okuma hatası daha çok göstergeli ölçü aletlerinde olabilir Aletin duruş şekline dikkat edilmeli(dik, yatık, eğik gibi) Ölçülecek büyüklüğe uygun ölçme alanında alet seçilmeli. Göstergeye dik bakılmalı. Aletin kadranı aynalı ise göstergenin aynadaki görüntüsü görülmeyecek şekilde okunmalı. Özellikle küçük değerlerin ölçülmesinde geniş kadranlı ve ince göstergeli alet kullanılmalı. Çok hassas okumlar için gerekirse büyüteç kullanılmalı. 24 Doğru alet seçimi için aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir. Ölçülecek büyüklüğün durumuna uygun ölçme alanında aleti seçmek, Alet skalasının okunabilirliğinin yüksek olması, Ölçü aletinin sınıfının dikkate alınması vb. Aletin kalibrasyonunun uygun olası Aletin sıfır ayarının yapılması vb. Doğru ölçme metodunun seçimi: Elektrikte kullanılan bazı büyüklükler, yalnız bir aletle ölçülemeyebilir. Duruma göre, birden fazla alet kullanılarak değişik bağlantı yöntemleri gerekebilir. Ölçmede hataları en aza indirecek yöntemler seçilmelidir. 25 4. Rastlantı hataları: Önceden belirlenemeyen hatalardır. Bu hatalar ölçme tekrarı yapıldığında ortaya çıkar. Etkisini azaltmak için aynı büyüklüğe ait yeterince ölçümler tekrarlanır ve elde edilen sonuçların ortalaması alınarak bu hata sıfıra yaklaştırılabilir. Bunlardan bazıları: Gürültü, yüksek sıcaklık, nem, elektrik ve manyetik alanlar gibi dış kaynaklı hatalar olmakla birlikte zaman ve değerleri kesin olarak bilinemezse bu gruba girer. Sürtünme, histeresiz ve çeşitli lineersizliklerde belirsizlik varsa bunlarda rastlantı hataları olarak değerlendirilir. İbrenin(göstergenin) gerçek değer etrafında dalgalanması sonucunda iyi bir okumanın yapılamaması sonucunda ortaya çıkan hatalar. Yuvarlaklaştırma hatası: İbrenin ara değerlere sapması durumunda, okuma yaparken en yakın üst veya alt değere kaydırılırken yapılan hatalar, Kesinlik hatası : Bir ölçme aletinin aynı fiziksel büyüklüğe ait tekrarlanan çeşitli ölçümler yapıldığında, her ölçmede aynı değeri verebilme özelliğidir. Kesinlik hatası, doğruluk hatası gibi sabit bir değer değildir. Rast gele hatalardan kaynaklanır. 26 Histerizis veya Seğirme : Bir ölçme işleminde, herhangi bir değere artarak veya azalarak ölçülmesi durumunda ortaya çıkan değer farkıdır. Sürtünme, manyetik etkiler, elastik deformasyon, termal etkiler gibi sebepler ile aletin tekrarlanan ölçmelerde, ölçülen değerinin altında veya üzerinde değerler göstermesidir. « Kurnazlık aklın düşmanıdır.» 27 5. Kalibrasyon Hatası: Ölçü aletleri, ölçüm prensip ve teknolojileri ile kullanıma, bulunduğu ortam şartlarına bağlı olarak, etkilenirler ve zamanla yaşlanırlar. Bu nedenle belirli periyotlarla kalibrasyonun tekrarlanması gerekir. Söz konusu periyodlar deneyimli kullanıcılar tarafından cihaz özellikleri ve kullanım koşulları göz önüne alınarak belirlenmelidir. Bir ölçme aletinin doğruluğunun bilinen değerler ile karşılaştırılarak hataların azaltılması işlemidir. Cihazın ayarlanmasıdır. Bir cihazın üç şekilde kalibrasyonu yapılabilir: • Temel standartlara göre, • Daha yüksek doğruluktaki bir cihaz ile, • Bilinen bir giriş değerine göre, kontrolü, ayarlanması, tamiri ile yapılır. Kalibrasyonlu cihaz kullanmak çalışmaların en doğru şekilde sonuçlanmasını sağlayacaktır 28 B. STATİK KARATERİSTİKLERDEN KAYNAKLANAN HATALAR 1. Doğruluk: Doğruluk, ölçülen değerin gerçek değere ne derece yakın olduğunu gösterir ve ölçmedeki en önemli parametredir. Doğruluk sabit bir hatadır ve Sistematik sebeplerden kaynaklanır. Doğruluk, ölçü aletleri kalibre edilerek artırılabilir. Doğruluğu ifade etmek için; mutlak hata, bağıl hata ve bağıl doğruluk tanımları kullanılır. a. Mutlak hata veya fark hata (∆𝒙) : Aletin, göstermesi gereken gerçek değeri; X, ölçülen değeri de 𝑿ö ile gösterilirse bu iki değer arasındaki farka; mutlak hata, (fark hata) veya gösterme hatası denir ve aşağıdaki formülle ifade edilir. ∆𝒙 = 𝑿ö − 𝑿 {sonuç (±)} (∆: büyük delta) Mutlak hatanın ters işaretlisine düzeltme (δ) denir. Formülü; δ = X - 𝑿ö = - ∆𝒙 dir. (δ: küçük delta ) b. Bağıl hata(β); Mutlak hatanın (∆𝒙) ölçülen gerçek değere oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. %𝜷 = c. 𝑿ö −𝑿 𝑿 . 100 = ∆𝒙 𝑿 .100 veya 𝜷 = 𝑿ö −𝑿 𝑿 .= ∆𝒙 𝑿 Bağıl doğruluk; 𝜽 = 𝟏 − 𝜷 şeklinde ifade edilen bir kavramdır. (𝜷: beta ) (𝜽: teta) 29 ÖRNEK 1: Ölçülen bir gerilimin sonucunu, 1,6 Volt veya 1,60 Volt şeklinde ifade etmek arasındaki anlam farkı nedir? Bu ölçme sonucuna göre mümkün olabilecek mutlak ve bağıl hataları bulunuz. ÇÖZÜM: Sonuç 1,6 olarak verildiğinde 6’dan sonra hangi rakamın geleceği hakkında bir kesinlik yoktur. 1,60 olarak verilince, 6’dan sonraki rakamın sıfır olduğu ve başka bir rakamın olmayacağı bellidir. 1,6 durumunda ölçme sonucunun 1,6 ile 1,65 arasında olacağı tahmin edilir. ∆𝒙 = 𝑽ö − 𝑽 = 1,65-1,6=0,05V, %𝜷 = 𝑽ö −𝑽 𝑽 . 100= 𝟎,𝟎𝟓 . 100 𝟏,𝟔 =3 𝜷=%3 1,60 volt durumunda ölçme sonucunun 1,60 ila 1,605 volt olacağı tahmin edilebilir. ∆𝒙 = 𝑽ö − 𝑽 = 1,605-1,6=-0,005V, %𝜷 = 𝑽ö −𝑽 𝑽 . 100= 𝟎,𝟎𝟎𝟓 . 100 𝟏,𝟔 = 0,3 𝜷=%0,3 ÖRNEK 2: %5 hata ile ölçülmüş bir direncin değerini R=8,207 om olarak vermenin uygun olup olmadığını açıklayınız. ÇÖZÜM: Ölçmede mutlak hata; ∆𝑹 = 𝟎, 𝟎𝟓𝒙𝟖, 𝟐𝟎𝟕 = 𝟎, 𝟒𝟏𝟎𝟑𝟓𝒐𝒎 olur. Bu durumda 8,207 sayısındaki son rakam olan 7’ nin verilmesi gerekmez. Bu durumda ; ∆𝑹 = 𝟎, 𝟎𝟓𝒙𝟖, 𝟐 = 𝟎, 𝟒𝟏𝒐𝒎 , 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟓 yuvarlaklanarak R=8,2 om vermek daha uygun olur. 30 ÖRNEK 3 : Bir devrede akımın gerçek değeri 5,23A dir. Bir ampermetre ile ölçülen değer; 5,3 Amber'dir. Mutlak ve bağıl ölçme hatalarını bulunuz. ∆𝑨 = 𝐴ö − 𝐴 =5,3-5,23= 0,07 A, %𝜷 = 𝟎,𝟎𝟕 𝟓,𝟐𝟑 . 100=1,3384 𝜷 = %~𝟏, 𝟑𝟒 ÖRNEK 4 : Bir direncin ölçülmesinde ölçülen değer 202 om, direncin gerçek değeri ise 200 om olduğu bilinmektedir. Yapılan ölçmede mutlak ve bağıl hataları bulunuz. (2 om,%1) ∆𝑹 = 𝑅ö − 𝑅 =202-200= 2om. 𝟐 %𝜷 = 𝟐𝟎𝟎 . 100=1 𝜷 = %𝟏 Aşağıdaki çalışma sorularını çözünüz. Soru 1: 7,5 om’luk direncin içinden akan akım bir ampermetre ile 16 amper, dirence verilen gerilim ise bir voltmetre ile 121 volt olarak ölçülmüştür. Direnç ölçümündeki mutlak ve bağıl hataları hesaplayınız. (0,06om, %0,8) Soru 2: Belli bir zaman aralığı içinde harcanana elektrik enerjisi bir elektrik sayacı ile W=600kWh (kilovat saat) olarak ölçülmüştür. Sayaç test edildiğinde bağıl hatasının %2,25 olduğu anlaşılmıştır. Harcanana gerçek enerjinin değerini hesaplayınız. (613,5kWh) 31 2. Konstrüksiyon (yapım) hatası; Konstrüksiyon hatası, cihazın yapımından kaynaklanan hatalardır ve ölçü aletinin sınıfını belirler. Yapım hataları; H harfi ile gösterilir ve mutlak hatanın (∆𝒙 ) alet kadranındaki maksimum (𝑿𝒎𝒂𝒙 ) değere oranı ile hesaplanır. Bu değer ölçü aletinin doğruluk sınıflarını (k), (hassasiyet sınıflarını) ifade eder. ±𝑯 == 𝑿ö −𝑿 𝑿𝒎𝒂𝒙 ∆𝒙 =𝑿 𝒎𝒂𝒙 veya ∆𝒙 ±% 𝑯 = 𝑿 𝒎𝒂𝒙 𝟏𝟎𝟎, ∆𝒙 ±𝑯=𝑿 𝑿𝒎𝒂𝒙 : aletin maksimum sapma değeri, ∆𝒙: mutlak hata, 𝒎𝒂𝒙 𝒌 %𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟎𝟎 k= doğruluk sınıfı Aletin kadranında okunan değerin gerçek değerden, yüzde olarak ne kadar az(-) veya çok (+)olduğunu belirtmek için hata değerinin önüne (±) işareti konur. Konstrüksiyon hatası ölçü aletinin tüm kademelerinde sabittir. Örneğin elimizdeki alet 0,5 sınıfı ise, aletin kadranındaki en büyük değere göre, ölçmedeki yapım hatasının en çok; H= ± % 0,5 olacağı anlaşılır. ∆𝒙 𝐘𝐚𝐩ı𝐦 𝐡𝐚𝐭𝐚𝐬ı = %𝑯 = 𝑿 𝒎𝒂𝒙 . 𝟏𝟎𝟎 = Aletin doğruluk sınıfı. 32 İmalatçılar yapım hatasına göre ölçü aletlerini gruplandırılmış ve yedi sınıfa ayrılmıştır. (VDE-0410) standartlarına göre bu sınıflandırma, aşağıdaki tabloda verildiği gibidir. Elektrik Ölçü Aletlerinin Hassasiyet Sınıfları (VDE 0410) Hassas Aletler İşareti Sınıfı E 0,1 Gösterme ± %0,1 hata oranı İşletme Aletleri F G H 0,2 0,5 1 1,5 2,5 5 ± %0,2 ± %0,5 ± %1 ± %1,5 ± %2,5 ± %5 I. Hassas ölçü aletleri: Etalon(standart) ölçü aletleridir. Özel yapıya sahiptirler. Hata oranı azdır, maliyetleri yüksektir. Özel laboratuvarlarda bulunur ve hassas ölçme işlemlerinde ve genellikle ölçü aletlerinin ayar edilmesinde kullanılır. I. İşletme ölçü aletleri : Yapıları daha basittir. İş yerlerinde pano ve tablo üzerine yerleştirilir ve çeşitli elektriksel büyüklüklerin bilgi amacıyla ölçüm işlemlerinde kullanılır. 33 3. Ölçme Hassasiyeti (𝑯ö ); Ölçü hatalarını ifade eden diğer bir büyüklük ise hassasiyettir. Hassasiyet doğruluktan farklıdır. Hassasiyet, küçük değerleri ayıt edebilme özelliğidir. Mesela, mikro volt ölçen bir voltmetre mili volt ölçen bir voltmetreden daha hassastır. Başka bir örnek; 10,345mA’i ölçen bir ampermetre 10,34mA ’i ölçen bir ampermetreden daha hassastır. Yapılan herhangi bir ölçmede yapılan ölçmelerin (n.) sıradaki ölçme hassasiyeti aşağıdaki formülle hesaplanır. 𝑿𝒏 = 𝒏𝟏 +𝒏𝟐 +𝒏𝟑 +⋯.𝒏𝒏 𝒏 , 𝑯ö = 𝟏 − | (𝑿𝒏 − 𝑿𝒏 ) | 𝑿𝒏 𝒙𝒏 : ( n.) sıradaki ölçülen büyüklük, 𝑿𝒏 : n sayıdaki ölçmelerin ortalaması Duyarlılık: Bir ölçü aleti veya sistemin girişine uygulanan işaret ile bunun çıkış işareti arasındaki bağlantıyı ifade eder. Çıkış değişikliğinin giriş değişikliğine oranı duyarlılık eğimini verir. Doğrusallık: Bir sistemin veya cihazın giriş büyüklüğü ile çıkış büyüklüğü arasındaki bağıntı doğrusal ise sistem veya cihaz lineerdir denir. Bir sistemin veya cihazın giriş büyüklüğü ile çıkış büyüklüğü arasındaki bağıntı doğrusal değil ise sistem veya cihaz lineer değildir denir. Girişin değişimine sistem aynı oranda cevap vermez 34 ÖRNEKLER Örnek 1: Bir ölçmede yandaki tabloda verilen sonuçlar alınmıştır. 4. sıradaki değere göre ölçme hassasiyetini bulunuz. ÇÖZÜM: 98+102+101+97+100+103+98+106+107+99 10 97−101,1 𝑯ö (4) = 1 − | 101,1 | = 1 − 0,04 = 0,96 𝑿𝒏 = = 101,1 Örnek 2: Bir güç kaynağının gerilimi farklı zamanlarda beş defa ölçülmüş ve okunan değerler sırası ile, 6,35V; 6,4V; 6,3V; 6,45V; 6,25V olarak okunmuştur. Ortalama değeri gerçek değer kabul ederek, yapılan bu ölçmenin mutlak ve bağıl hatalarının değişiminin en düşük ve en yüksek değerlerini hesaplayınız. ÇÖZÜM: Vx = 6,35V+ 6,4V+ 6,3V+ 6,45V+ 6,25V 5 = 6,35𝑉 0,1 %βdüş= 6,35 𝑥 100 = 1,574 0,1 ΔVyük = 6,35V-6,45V=-0,1V %βyük= 6,35 𝑥 100 = 1,574 ΔV = (6,35±0,1)V, %β= ~ ± %1,6 ΔVdüş= 6,35V-6,25V = 0,1V Ölçü Ölçülen Sırası Değer (Xn) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 98 102 101 97 100 103 98 106 107 99 Vx = 6,35V %βdüş = %~1,6 %βyük= %~1,6 35 Örnek 3: Yandaki tabloda farklı zamanlarda aynı akıma karşılık ölçü aletinin göstergesinin sapma açıları (𝜶) derece olarak verilmiştir. Hassasiyetin en kötü olduğu durumu bulunuz. Çözüm: Tabloda, en düşük sapma 0 derecesi 5.sıradaki 19,7 dir. 𝑿𝒏 = α Aletin ekranı 20,1+20,0+20,2+19,8+19,7+20,0+20,3+20,1 8 𝑯ö (5) = 1 − 19,7−20,02 20,02 = 1 − | − 0,016| = 0,986 𝑯ö (𝟓) =%98,6 25 = 20,02 Sır. No Im (A) sapm. açısı(α) (Der.) 1 10 20,1 2 10 20,0 3 10 20,2 4 10 19,8 5 10 19,7 6 10 20,0 7 10 20,3 8 10 20,1 Örnek 4: 250V’luk bir voltmetrenin direnci 100.000 om ise bu aletin hassasiyet yani duyarlılığını bulunuz. Hassasiyet= 100000/250= 400 Ω/V’ tur. «Voltmetrenin duyarlılığı, Ohm/Volt orantısı ile tanımlanır. Bu oran büyüdükçe voltmetrenin duyarlılığı yükselir. Volt metrenin duyarlılığı ile maksimum ölçü kademesinin çarpımı voltmetrenin iç direncini verir.» 36 ÖRNEKLER ÖRNEK 1: 0,5 sınıfı bir voltmetrenin son skala taksimatı 1000 volttur. Bu ölçü alet ile yapılacak ölçmelerde ölçüm hatasını bulunuz. ÇÖZÜM: H= ± %0,5 Ölçme alanı (0-1000)V, Ölçme hatası= ± 0,005 x 1000 = ± 5 volt. Buradan; 0,5 sınıfındaki, bu ölçü aleti ile yapılacak tüm ölçmelerde; (±5) volt hatalı ölçme yapacaktır.( Maksimum ölçme değeri olan 1000 Volt ’ta, 5 volt fazla ya da 5 volt az, veya 200V’luk ölçmede de yine ( ± 5)’V hatalı ölçeceği anlaşılır. ÖRNEK 2: 20 Amperlik bir ampermetrenin doğruluk sınıf 0,2 dir. Bu alet ile yapılan ölçmelerde, mutlak hata ne olur? ÇÖZÜM: 0,2 ∆𝒙 H= ± %0,2 veya ± 100 şeklinde yazılabilir. ± 𝑯 = 𝑿 𝒎𝒂𝒙 ∆𝑥 = 𝐻. 𝑋𝑚𝑎𝑥 = %2.20 = 0,04𝐴 hesaplanabilir. veya 𝒌 %𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟎𝟎 ifadesinden, ∆𝑥 = 𝒌.𝑿𝒎𝒂𝒙 𝟏𝟎𝟎 = 𝟎,𝟐.𝟐𝟎 𝟏𝟎𝟎 = 𝟎, 𝟎𝟒𝑨 Bu ampermetre ile ölçme yapılan ölçmelerde, her kademede; 0,04A eksik veya fazla değer ölçeceği anlaşılır. 37 ÖRNEK 3: ±%2 hata ile ölçülmüş bir direncin değerini R=4312 om olarak vermenin uygun olup olmadığını belirdiniz. Bu sonuç nasıl verilmelidir? ÇÖZÜM: Ölçmedeki mutlak hata; ∆𝐑 = 𝟎, 𝟎𝟐𝐱4312= 86,24 om -͂ 86Ω . Bu değer (86Ω -͂0,1kΩ) 100’ler hanesini gösteren değerlere yakın olduğu için 4312 sayısındaki son iki rakamın verilmesine gerek yoktur. Ölçme sonucu; R=4,3±0,1kΩ olarak verilir. ÖRNEK 4: Bir gerilim aynı anda iki voltmetre ile ölçülüyor. Birinci voltmetre; 2,5 sınıfında ve ölçme alanı (0-30)V, ikinci voltmetre 1,5 sınıfında, ölçme alanı(0-150)V. Ölçülen değerler, birinci voltmetre 29,2V, ikinci voltmetre 30V’ tur. Yapılan bu ölçmede hangi voltmetre ile daha doğru bir ölçme yapılmıştır. ÇÖZÜM: ΔV1 = 2,5/100x30=0,75V ΔV2 =1,5/100x150=0,225V %β1 = (0,75/29,2+0,75)x100= 2,63 β1 =%2,63 %β2 = (0,225/30+0,225)x100=7,5 β2 = %7,5 38 Örnek 5: 0,5 sınıflı 250V’luk bir voltmetre ile; 125V’taki ölçmede aletin gösterme ve bağıl hatalarını bulunuz. ÇÖZÜM: Gösterme hatası: ∆𝒙 = 0,005x 250=1,25 V. ∆𝒙=1,25V %𝜷 = ∆𝒙 . 100 𝒙 formülünden, %𝜷 = 1,25 . 100 125 X=125V = 𝟏 𝜷 =%1 SONUÇ: Aletlerin ölçme hataları, maksimum ölçme alanından uzaklaştıkça artmaktadır. Örnek 6: 0,5 sınıfından 50A’lik bir ampermetre ile ölçme yapılırken gösterdiği değer, gerçek değerden en çok ve en az ne kadar hatalı ölçme yapar? ÇÖZÜM: H = ± % 0,5 , 𝐼max = 50 A, gösterme hatası ( ±∆𝐼) =? A ±∆𝑰 = 𝐼𝑚 𝑥𝐻 = 50𝑥%0,5 = 0,25, ∆𝑰 = ±𝟎, 𝟐𝟓 A Hesaplanan bu değere göre, aletle okunan değer, gerçek değerden en çok 0,25 A eksik veya 0,25 A fazla ölçülmüş demektir. (±0,25A) 39 ÖRNEK 7: %5 sınıflı 150V’luk bir voltmetre ile; a) 30V ve b)120V ölçüldüğünde aletin bağıl hatasını bulunuz. ÇÖZÜM: 5 ∆𝒙 ± 100 = 150 den, a) X=30V, %𝜷 = ∆𝒙= 0,05.150= ±7,5V ∆𝒙=±7,5V, 𝟕,𝟓 . 𝟏𝟎𝟎 𝟑𝟎 =25, b) X=120V, , ∆𝒙=±7,5V , 𝟕,𝟓 %𝜷 = 𝟏𝟐𝟎 . 𝟏𝟎𝟎 = 𝟔, 𝟐𝟓 (her ölçmede aynı), 𝑿ö =30-7,5=22,5V. , 𝜷 = %25 𝑿ö =120-7,5=112,5V. 𝜷 =%6,25 Sonuç: 30v’luk bir gerilimi, ölçme alanı (0-150)V’luk bir voltmetre ile ölçmenin doğru bir ölçme olamayacağını bağıl hata miktarından anlaşılmıştır. «İdeallerinizi ne kadar yüksek sonuçlar sizi, o kadar mutlu eder.» (Y. Korkmaz) tutarsanız, gerçekleşen 40 Örnek 8: Doğruluk sınıfı 1,5 olan 250V’luk bir voltmetre ile 150 Voltluk bir gerilim ölçülmüştür. Aletin 250 ve 150 Voltluk ölçmelerdeki gösterme hatasını ve bağıl hatalarını hesaplayınız. ÇÖZÜM: Her iki ölçmedeki gösterme Hatası ; ∆𝑽 = ± % 1,5. 250 = ± 3,75V. 𝑉=250V; 𝑉ö = 250 + 3,75=253,75V, %𝐻𝑎𝑡𝑎(𝛽) = %𝛽 = V=150V ; 253,75 −250 . 250 100 = 3,75 250 𝑉ö = 150 + 3,75=153,75V, .100= 1,5 %𝛽 = ∆𝑉 𝑉 𝑉ö −𝑉 𝑉 100 den, 𝜷 = %𝟏, 𝟓 .100 = 3,75 .100 150 = 2,5 𝜷 = 𝟐, 𝟓 «Bu ölçü aleti ile, 250 V ölçüldüğünde % 1,5, 150V’da % 2,5 hata yapmaktadır.» Ölçü aletlerinin seçiminde, aletin ölçme alanı; en fazla ölçeceğiniz değerin (1,2 ila 1,5) katı kadar olursa ölçme hatası en aza indirgenebilir. 41 Örnek 9: Bir direnci ölçme deneyinde; 0,2 sınıfında, ölçme alanı (0-6)A olan bir ampermetre ile ölçme alanı (0-300)V olan 0,5 sınıfında bir voltmetre kullanılmıştır. Bu ölçmede; akım şiddeti; I=2A ve gerilim; V=120V olarak okunmuştur. Direnç ölçme işleminde yapılan toplam bağıl hata ile mutlak hatayı hesaplayınız. ÇÖZÜM: 0,2 Ampermetrenin gösterme hatası; ∆𝑨 = 6A x 100 = 0,012A 0,5 ∆𝑽 = 300V x 100 =1,5V Voltmetrenin gösterme hatası; 𝑹= Direncin gerçek değeri 𝜷𝑨 = 2 ± 0,012 −2 = 2 ± 0,006 ve 𝑉 𝐼 𝜷𝑽 = = 120 2 = 60 (Ohm Kanunu) 120 ± 1,5 −120 = 120 ± 0,0125 𝜷 = 𝜷𝑨 + 𝜷𝑽 = (± 0,006) + (± 0,0125) =0,0185 = %1,85 ∆𝑹 = 𝜷 𝒙 𝑹 = %1,85𝑥60 = 1,11Ω, (ölçme hatası=1,11 Ω) Bu durumda ölçülen direnç: R=60+1,11=61,11 Ω ile r=60-1,11058,89Ω sınırları arasındadır. 42 SONUÇ Aletlerin doğruluk sınıflarından kaynaklanan ölçme hataları ölçülen bütün değerler için aynıdır. Ölçme işlemi, aletin skalasının baş tarafındaki bölgede(küçük değerlerde yapılırsa, mutlak ve bağıl hatalar büyük olmaktadır. Ölçme alanına(𝑿𝒎𝒂𝒙 ) yakın bölgelerde ölçme yapılırsa mutlak ve bağıl hatalar küçülmektedir. Kısaca aletin başlangıca göre sapma açısı büyüdükçe doğruluk artar. Alet seçiminde bu durum göz önünde bulundurularak, aletin maksimum ölçme sınırının ölçülmek istenen değer yakın olmasına dikkat edilmelidir. Ölçü aletlerinin seçiminde, aletin ölçme alanı; en fazla ölçeceğiniz değerin (1,2 ila 1,5) katı kadar olursa ölçme hatası en aza indirgenebilir. 43 ÇALIŞMA SORULARI: Soru 1: Doğruluk sınıfı 1 ve ölçme alanı(0-10)A olan bir ampermetrenin mümkün olabilecek en büyük mutlak hatası ne kadar olabilir? (0,1A) Soru 2: Doğruluk sınıfı 1,5 Ve maksimum akımı 30 amper olan ampermetre ile 10A akım ölçülmesinde yapılan bağıl hatayı hesaplayınız. (± %4,5) Soru 3: Doğruluk sınıfı 0,5 olan ve nominal gücü 500w (vat) olan bir vatmetre ile 150 W’lık bir güç ölçülüyor. Ölçülen gücün sınırlarını bulunuz.( 147,5 ≤ güç ≤ 152,5 ) Soru 4: Maksimum akımı 10A olan ampermetrenin skalasının 2, 4, 6, 8, 10A noktalarında sırası ile 2,041, 3,973, 6,015, 8,026, ve 9,976 akım değerleri ölçülmüştür. Amper metrenin sınıfını bulunuz. (0,5) Soru 5: Bir gerilim paralele bağlı iki voltmetre ile ölçülmüştür. Birinci voltmetrenin sınıfı 2,5, maksimum sapması 30V ve ikinci voltmetrenin sınıfı 1,5 maksimum sapması ise 150 volt ’tur. Eğer birinci voltmetre 29,2, ikinci voltmetre ise 30V göstermiştir. Bu voltmetrelerden hangisi daha doğru ölçme yapmıştır? (Bağıl hatası küçük olan olmalı) 34 ÖZET • Ölçü aletleri ile yapılan ölçmelerde ölçülen değerler, tam olarak gerçek değerler değildir. • Bütün analog ölçü aletlerinde, sürtünme ve ısınmadan kaynaklanan hatalar meydana gelir. Sürtünme hatalarını azaltmak için; hareketli kısımlarının hafif malzemelerden yapılması ve iyi yataklanması gerekir. Isı hataları için ise; kullanılan direnç malzemelerinin ısı katsayılarının düşük olması gerekir. • Bir aletin hassasiyeti, küçük değerlerde bile doğru ölçme yapabilmesidir. Mikro volt ölçen bir voltmetre, mili volt ölçen bir voltmetreden daha hassastır. Örneğin, bir ampermetrenin 1µA’lik kademesi 10mA’lik kademesinden daha duyarlıdır. • Ölçme hatasının az veya çok olması, ölçü aletinin doğruluk sınıflarına göre değişir. Analog ölçü aletleri hassasiyetlerine göre; 0,1- 0,2- 0,5- 11,5- 2,5- 5 olmak üzere yedi grupta sınıflandırılırlar (VDE 410). 45 • Voltmetrenin duyarlılığı, Ohm/Volt orantısı ile tanımlanır. Bu oran büyüdükçe voltmetrenin duyarlılığı yükselir. Volt metrenin duyarlılığı ile maksimum ölçme değerinin çarpımı voltmetrenin iç direncini verir. Ölçme hatalarını azaltmak için aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir. a) Alet, dış manyetik ve elektrik alanlardan uzak tutulmalı, üzerinde bulunan sembollere dikkat edilerek kullanılmalıdır. b) Ölçme sırasında alet, sıcaklık yayan cisimlerden uzakta bulundurulmalıdır. c) Mümkünse ölçme sarsıntılı yerlere yapılmamalıdır. d) Aletimiz analog ise ölçmeye başlamadan önce mutlaka sıfır ayarın düzgün olup olmadığına dikkat edilmelidir. e) Alternatif akım ölçmelerinde ölçü aleti , üzerinde yazılı olan frekanslarda kullanılmalıdır. f) Ölçeceğiniz niteliğe ve niceliğe göre uygun ölçü aleti seçilmelidir. 46 Temel ve Türetilmiş Birimler Ölçme sonucunda elde edilen sayılar, fiziksel büyüklere bağlı olarak çeşitli birimlerle birlikte bir anlam ifade ederler. İlk olarak 1898 yılında bir çok ülkenin gönderdiği temsilcilerden oluşan uluslar arası «Ağırlıklar ve Ölçüler konferansında» temel birimler belirlenmiştir. 1960 yılında, birim, tanım ve semboller güncelleştirilerek; International System of Units (SI) (Uluslar Arası Birim Sistemi ) adını almıştır. Uluslararası Sistem (SI) dışında çeşitli ülkelerin kullandığı özel birim sistemleri de hala kullanılmaktadır. Uluslararası Sistemin kabul ettiği yedi Temel Birim vardır (Tablo 1). Bu temel birimlerin yanında bazı türetilmiş birimler de kullanılır. Türetilmiş Birimler: Temel birimlerin çarpımı veya bölümü ile elde edilen yeni birimlere türetilmiş birimler denir. (tablo 2) 47 TABLO 1. (SI) SİSTEMİNDE TEMEL BİRİMLER BÜYÜKLÜK BİRİMİ SEMBOLÜ 1. Uzunluk Metre (m) 2. Kütle Kilogram (kg) 3. Zaman Saniye (s) 4. Sıcaklık Kelvin derecesi (K) 5. Elektrik akımı Amper (A) 6. Işık şiddeti Candela (cd) 7. Madde miktarı Mol (mol) 48 TABLO 2: (SI) BİRİM SİSTEMİNDE TÜRETİLMİŞ BİRİMLER BÜYÜKLÜK BİRİM ADI AÇIKLMA ALAN metrekare mxm İvme Metre/s² Metre/s² Kuvvet Newton (N) Kütle x ivme İş, enerji, ısı miktarı Joule (J) Newton x metre Güç, ısı akışı Watt (W) Joule/s Elektrik yükü Coulomb (C) Amper x s Gerilik, EMK, potansiyel fark Volt (V) Joule/Coulmb Elektrik alan şiddeti Volt/metre Volt/metre Magnetomotor kuvvet Amper(AS) Akım x Sarım sayısı Elektrik direnci Ohm (Ω) Volt/amper Elektriksel kapasite Farad (F) Coulomb/volt Self (indüktans) katsayısı Henry (H) Volt x s/amper Manyetik akı Weber (Wb) Volt x s 49 TABLO 2: SI BİRİM SİSTEMİNDE TÜRETİLMİŞ BİRİMLER BÜYÜKLÜK BİRİM ADI AÇIKLAMA Manyetik akı yoğunluğu Tesla (T) Weber/m² Manyetik alan şiddeti Amper/metre Amper/metre Aydınlık(ışık akısı) Lümen (Lm) Lümen (Lm) Aydınlatma şiddeti Lüx (Lx) Lümen/m² Frekans Hertz (Hz) 1/peryot Açısal frekans veya hız Radyan/saniye 1/açısal peryot 50 Boyut ve Birimler SI BİRİM SİSTEMİNDE ALT VE ÜST KATLAR ÖN ADI SEMBOLÜ ÇARPANI Eksa E 𝟏𝟎𝟏𝟖 Peta P 𝟏𝟎𝟏𝟓 Tera T 𝟏𝟎𝟏𝟐 Giga G 𝟏𝟎𝟗 Mega M 𝟏𝟎𝟔 kilo k 𝟏𝟎𝟑 centi (santi) c 𝟏𝟎−𝟐 mili m 𝟏𝟎−𝟑 mikro μ 𝟏𝟎−𝟔 nano n 𝟏𝟎−𝟗 piko p 𝟏𝟎−𝟏𝟐 femto f 𝟏𝟎−𝟏𝟓 atto a 𝟏𝟎−𝟏𝟖 51 TEMEL ELEKTRİKSEL BÜYÜKLÜKLER VE TANIMLARI • AMPER (A): Akım şiddeti birimidir. Birim zamanda geçen elektrik yükü miktarına elektrik akımının şiddeti denir. (I) harfi ile gösterilir. 1 Amper; Bir gümüş nitrat eriyiğinden (AgNO3), saniyede 1,118 miligram gümüş ayıran elektrik akım şiddetine 1A denir. 𝑰= 𝑸 𝒕 formülde, Q, q: Elektrik yükü(C), t:zaman(s) 𝐼:akım şiddeti(A) • VOLT (V): Gerilim birimidir. Bir elektrik devresinde akımın geçişini sağlayan etkiye gerilim denir. Duruma göre iki nokta arasındaki potansiyel farkı veya elektromotor kuvveti olarak da ifade edilir ve V, U veya E harflerinden birisi ile gösterilir. 1 Volt: Birim pozitif yükü, potansiyelleri farklı iki nokta arasında; A noktasından B noktasına getirmek için harcanana enerji 1Joule(J) ise, A ve B Arasındaki gerilim 1V’tur denir. 𝑉= • 𝑊 𝑄 formülde, W: Elektrik enerjisi (J), Q, q: Elektrik yükü(C), V: gerilim (V) OHM (Ω): Direnç birimidir. Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir. Direnç, R veya r harfleri ile gösterilir. 1 Ohm: 1 mm² kesitinde, 106,3 cm uzunluğunda, 0°C deki cıva sütununun elektrik akımına karşı gösterdiği zorluğa 1Ω denir. 52 • WATT (W): Elektrik gücü birimidir. (Genellikle P harfi ile gösterilir.) 1 Watt: Bir alıcının uçları arasındaki potansiyel farkı 1 V ve içinden geçen akımın şiddeti 1 A ise, bu alıcının gücü 1 W’dır. P= V .I • V: gerilim(V), I:akım şiddeti(A), P:güç (W) HENRY (H): İndüktans (Self indüksiyon katsayısı veya öz indükleme katsayısı) olarak ifade edilen ve bobinli alternatif akım devrelerinde(AC) karşılaşılan bir büyüklüğün birimidir. İndüktans (L) harfi ile gösterilir. 1 Henry: Üzerinden alternatif akım geçen bir bobinde 1s’de 1A’lik akım değişimi ile 1V’luk gerilim indükleyen bobinin endüktansı 1 Henry’dir. 𝑿 𝒍 𝑳 = 𝟐𝝅.𝒇 = (H) • X l = bobinin indüktif direnci(), f: frekans(Hz) FARAD (F): Kapasite birimidir. Kondansatörler elektrik enerjisini depo etmek için kullanılır ve her kondansatörün depo ettiği enerji miktarı farklılık gösterir. Kondansatörün elektrik enerjisini depo edebilme özelliğine kondansatörün kapasitesi denir. Kapasite (C) harfi ile gösterilir. 1 Farad: Saniyede 1V’luk gerilim değişimi altında 1C elektrik yükü ile yüklenen kondansatörün kapasitesi 1 Faraddır ( veya F olarak kısaltılabilir ). Kapasite; 𝑪= 𝑸 𝑽 = Formülü ile hesaplanır. 53 - - 54 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARAKTERİSTİK SEMBOLLERİ (1) 55 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARAKTERİRTİK SEMBOLLERİ (2) PERŞEMBE 56 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARAKTERİRTİK SEMBOLLERİ (3) Elektromanyetik ölçü aleti Çapraz demirli elektromanyetik ölçü aleti 57 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARAKTERİRTİK SEMBOLLERİ (4) 58 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARAKTERİRTİK SEMBOLLERİ (5) «Eğer size birisi bir şeyi kimin icat ettiğini sorarsa ve siz o şeyi icat edenin kim olduğunu bilmiyorsanız «Nikola Tesla» icat etti deyin, büyük ihtimalle doğru cevap vermiş olursunuz." 59 ELEKTRİK- ELEKTRONİK ÖLÇÜ ALETLERİ Genel olarak ölçü aletlerini dört gruba ayırabiliriz: a. b. c. d. Yapısına göre ölçü aletleri Gösterme şekline göre ölçü aletleri, Kullanma yerine göre ölçü aletleri. Ölçtüğü büyüklüğün doğruluk derecesine göre ölçü aletleri. a. Yapısına Göre Ölçü Aletleri: Yapılarına göre ölçü aletleri; Analog ölçü aletleri ve Dijital ölçü aletleri olmak üzere iki grupta incelenebilir. 1. Analog Ölçü Aletleri: Analog ölçü aletleri, elektrik şebekelerinde sisteme direkt olarak bağlanan; akım, gerilim, frekans, aktif ve reaktif güç vb. AC veya DC büyüklükleri ölçmeye yarayan ve değerleri bir skala taksimatı üzerinde ibre ile gösteren aletleridir. Bu ölçü aletlerinde; ölçülen değerin okunması sırasında okuma tekniğini yeterince bilememekten kaynaklanan okuma hataları yapılabilir. Analog ölçü aletlerinde özellikle küçük değerlerde kademe küçültülerek daha hassas ölçüm yapılabilmek mümkündür. 60 2. Dijital Ölçü Aletleri: Ölçtüğü değeri dijital bir göstergede sayılarla direkt gösteren ölçü aletleridir. Kullanımı kolay olup özellikleri analog ölçü aletlerine göre daha fazladır. Dijital ölçü aletleri de ,analog ölçü aletleri gibi akım, gerilim, frekans, aktif ve reaktif güç vb. değerleri ölçebildiği gibi, daha başka bir çok özellik ve nitelikler ilave edilerek geliştirilmiş türleri de bulunur. Dijital ölçü aletleri ile ölçülen değerler daha kolay okunabildiğinden, okuma hataları en düşük seviyelerdedir. Dijital ölçü aletleri ile ölçülen değerlerin depolanması, bilgisayar ortamına aktarılması ve daha sonra kullanılması gibi ilave işlemler yapılabilmektedir. 61 61 ANALOG VE DİJİTAL ÖLÇÜ ALETLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Analog Ölçü Aletleri: 1. İbrenin gösterdiği değer %1-3 arasında farklı olabilir. 2. Ölçülen değerin okunmasındaki hassasiyet kişiden kişiye değişebilmektedir. 3. Okuma hızı da kişiden kişiye değişir. 4. Elektromanyetik alandan etkilenirler. 5. Mekanik ariza yapma olasılıkları fazladır. 6. Aletin Çalışması için ayrıca bir enerjiye ihtiyaç yoktur. (Ommetre hariç) 7. Üretimi ve onarımı kolaydır ve ucuzdur. 8. Yapım hatasına göre 7 sınıfa ayrılır. Dijital Ölçü Aletler: 1. Ölçmelerde okuma hataları pek olmaz. 2. Yapısından kaynaklanan hata, %0,01 civarındadır. 3. Yükleme etkileri yok denilecek kadar azdır. 4. Elektromanyetik alandan etkilenmeleri çok düşüktür. 5. Mekanik arıza yapmazlar. 6. Üretimi, onarımı, bakımı zordur dolayısıyla daha pahalıdır. 62 b. Gösterme Şekline Göre Ölçü Aletleri : Göstergeli ölçü aletleri: Ölçtükleri elektriksel büyüklüğün o andaki değerini skalasında gösteren ölçü aletleridir. Ölçtükleri değerleri geriye dönük kendi belleğine kaydetme özelliği yoktur, ancak son zamanlarda göstergeli ölçü aletleri de, ölçü aletleri ile bilgi sayar arasında yapılan bağlantı ve bilgisayara yüklenen yazılım ile gösterdikleri değ erler bilgisayar ortamında görüntülenebilmektedir. Kaydedici ölçü aletleri: Ölçülen büyüklüğü, zamana bağlı olarak kağıt üzerine kayıt ederler. Geriye dönük ölçülen değerlerin okunması ve incelenmesi mümkündür. Genellikle elektrik santrallerinde üretilen enerjinin takibi için kullanılır. Toplayıcı ölçü aletleri: Ölçtükleri elektriksel büyüklük değerini zamana bağlı olarak toplarlar. Ekranında okunan değer, ölçüme başladığı andan itibaren ölçtüğü değerdir. Ölçtüğü değeri bir önceki değerin üstüne ilave ederek ölçüm yaparlar. Enerji kesildiğinde ölçülen değer sıfırlanmaz. Elektrik sayaçları bu tip ölçü aletlerine verilebilecek en iyi örneklerden biridir 63 c. Kullanım yerine göre ölçü aletleri: Taşınabilir ölçü aletleri: Çoğunlukla atölye, işletme ve laboratuvar ortamlarında pratik ölçüm yapmak amacı ile kullanılan sabit bir yere monte edilmeyen ölçü aletleridir. Kendine ait bir muhafaza kutusu içerisine alınmış taşınmaya uygun ölçü aletleridir. Çarpma ve darbelere karşı hassas olduklarından kullanımında gerekli özen gösterilmelidir. Pano tipi ölçü aletleri: Pano veya tablo üzerine özel montaj malzemeleri kullanılarak sabitlenen bu ölçü aletleri dik çalışacak şekilde tasarlanır. Pano tipi ölçü aletleri sipariş edilirken gösterme şekli ne olursa olsun (48x48, 72x72, 96x96, 144x144) mm gibi standart ölçülerde imal edilirler. d. Hassasiyetlerine göre ölçü aletlerinin sınıflandırılması: Birinci sınıf ölçü aletleri: Daha çok laboratuvarlarda ve kalibrasyon ve kontrol merkezlerinde etalon(standart) aletler olarak kullanılırlar. Hassas ölçüm yapan ölçü aletleridir. İkinci sınıf ölçü aletleri: Çok fazla hassasiyetin önemli olmadığı yerlerde kullanılırlar. günü birlik bilgi amaçlı ölçüm yapılan 64 ELEKTRİK AKIMI Elektrik Akımının Tanımı: Elektrik akımı, en kısa tanımıyla elektron hareketidir. Bir iletken üzerinden birim zamanda geçen elektron sayısını gösterir. Elektrik akım (I, i) harfi ile ifade edilir. Akım şiddeti birimi Amperdir. Amper; Birim zamanda (1 saniyede) bir iletkenden geçen 1C’luk elektrik yükü miktarına 1 Amper denir. Veya bir devreden, 1 saniyede 624. 1016 adet elektron geçiyorsa o devredeki akımın şiddeti 1 Amperdir denir. Akım şiddeti; 𝑰= 𝑸 𝒕 veya I : Akım şiddeti 𝒊= 𝒅𝒒 𝒅𝒕 formülüyle ifade edilir. Formülde; : Amper (A) Q: Elektrik yükü miktarı : Coulomb (C) t : Zaman : Saniye (s) Elektrik akımının çeşitleri; Birbirlerinden tamamen farklı özelliklere sahip iki elektrik akımı çeşidi vardır. 1. Doğru akım (DC, DA), 2. Alternatif akım(AC. AA) 65 OHM KANUNU OHM VOLT AMP. 66 DOĞRU AKIM Tanım: Zamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir. İngilizce “Direct Current” kelimelerinin kısaltılması ile (DC) veya Türkçe kelimelerinin baş harfleri kullanılarak (DA) harfleri ile gösterilir. Ayrıca tek (―) veya çift (=) çizgi ile de ifade edilebilir. Akımın yönünün üretecin (+) kutbundan, (-) kutbuna doğru olduğu kabul edilmiştir. Kısaca özetlemek gerekirse doğru akım; E (V) I (A) 1-Hep aynı yönde hareket eder. 2-Harcanacak güç değişmedikçe değeri sabittir. 3-Akımın anlık değeri sadece güce bağlı olarak değişebilir. t(s) 0 Doğru akımın grafiği 67 Doğru akımın elde edilmesinde kullanılan belli başlı enerji kaynakları; 1. Kimyasal yolla elektrik enerjisi üreten pil ve akümülatörler, 2. Isı enerjisini elektrik enerjisine çeviren termokupullar, 3. Işık enerjisini elektrik enerjisine çeviren fotoseller, 4. Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren doğru akım jeneratörleri Doğru akımın kullanıldığı yerler: 1. Haberleşme cihazlarında (telekomünikasyonda, Radyo, televizyon, vb.), 2. Doğrultuculu kaynak makinelerinde , 3. Madenlerin saflaştırılması(elektroliz) ve metallerin kaplanmasında(galvano teknik), 4. Elektrikli taşıtlarda (tren, tramvay, metro vb.) , 5. Elektro-mıknatıslarda(demirin elektrik akımı ile mıknatıslanması) 6. Doğru akımla çalışan elektrik motorlarında, 68 Doğru Akım kaynakları: 1. Piller; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara pil adı verilir. En ideal doğru akım kaynağı piller ve akümülatörlerdir. 2. Akümülatörler; piller gibi kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren aynı zamanda elektrik enerjisini kimyasal enerji olarak depo edebilen ve pillere göre daha yüksek akım verme özelliğine sahip doğru akım kaynaklarıdır. Kısaca akü de denir. 3. Doğru akım dinamosu; dinamolar veya jeneratörler mekanik enerjiyi, yani döndürme hareketiyle manyetik yoldan elektrik enerjisi üreten makinelerdir. 4. Doğrultmaç devresi; Alternatif akım elektrik enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren devrelerdir. (redresör, adaptör, DA güç kaynağı vb.) 5. Güneş pili(solar cell); Güneş enerjisini DC elektrik enerjisine çeviren fotovoltaik elemanlara güneş pili denir. Güneş pilleri yarı iletken bir diyot olarak çalışırlar. ilk doğru akım enerji kaynağı olan sıvı Volta pili 1800 lü yıllarda, Alessandro Volta tarafından icat edilmiştir. 69 Çalışma soruları: 1. Aşağıdaki dönüşümleri tamamlayınız. 2. 125nH=…? mH., 345,5kV=….?.mV, 1,6μs=..?ms, 16pF=..? μF 3. Bir elektronun yükü; e=-1,6.10−19 C olduğuna göre,5,67A’lik akım geçen İletkenden saniyede kaç elektronun geçtiğini hesaplayınız. 1. Bir pildeki 3x10−4 C ‘luk elektrik yükü, pilin pozitif ucunda; 6x10−2 J’lük bir enerji oluşturduğuna göre pilin gerilimini hesaplayınız. 2. Bir bakır telden 5 dakikada 0,036 C’luk elektrik yükü aktığına göre, telden geçen akımın değerini miliamper cinsinden hesaplayınız. 3. Bir iletkenden akan ortalama akımın şiddeti 25mA’dir. 30s içinde iletkenden akan elektron sayısını hesaplayınız. 4. 1,5A’lik akım geçen bir direncin akımı, ampermetrenin yükleme etkisi ve alet hatasından dolayı 1,46A olarak ölçülmüştür. Yapılan mutlak ve bağıl hatalar bulunuz. 5. Sınıfları 2 olan ampermetre ve voltmetre ile bir direncin değeri ölçülecektir. Voltmetrenin tam sapma değeri 5V ve ölçülen gerilim 3,8V’tur.Tam sapma akımı 100mA olan ampermetre ile ölçülen akım 62,8mA ‘dir. Direncin değerini ve sınırlarını hesaplayınız. 70 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ GALVANOMETRELER: • • • • Galvanometreler, çok küçük akımları ve gerilimleri ölçebilen aletlerdir. Göstergeli ölçü aletlerinin temelini oluştururlar. DA ampermetresi , DA voltmetresi ve Ommetre gibi aletlerin yapımında kullanılır. DA köprülerinde (Wheatstone Köprüsü gibi) sıfır aleti olarak kullanılır. Galvanometreler, sadece elektriksel büyüklükleri değil, aynı prensip kullanılarak başka değerlerin ölçülmesinde de kullanılabilir. Örneğin taşıtların, hız, yağ ve sıcaklı göstergeleri gibi. 71 GALVANOMETRELER Çalışma prensipleri kullanım amaçlarına göre galvanometreler; 1. Demir paletli galvanometreler, 2. Tanjant galvanometresi, 3. Döner mıknatıslı galvanometreler, 4. Döner bobinli galvanometreler, 5. Balistik galvanometreler, 6. Dijital göstergeli galvanometreler. 7. Thomson ya da lord kelvin galvanometresi. 8. Deprez ve arsonval galvanometresi. ... …………………………………………….. Döner bobinli galvanometreler, DC göstergeli ölçü aletlerinin yapımında en çok kullanılan ölçü aletidir. Uygulamalarda, akım, gerilim, direnç, elektrik miktarı gibi büyüklüklerin değerini, yakın bir duyarlılıkla ölçmelerinden dolayı dersimizde; döner bobinli galvanometreler üzerinde daha çok durulacaktır. 72 DÖNER BOBİNLİ GALVANOMETRELER Aletin Yapısı: U biçimindeki bir kalıcı mıknatısın kutupları arasında silindirik yapıda bir demir nüve bulunur. Bu demir nüve üzerinde bulunana bir alüminyum çerçeveye ince SALI bakır tellerden sarılmış bobin yerleştirilmiştir. Alüminyum çerçeve ve bobin kendi ekseni etrafında dönebilecek konumdadır. Bobin burulma katsayısı olan bir sarmal yay ile asılmıştır. 1. Bobin: Hafif ve manyetik olmayan bir malzeme olan, alüminyumdan dikdörtgen şeklindeki bir çerçeve üzerine sarılmış ince bakır tellerden oluşur. Döner bobin düzeni ya platin-nikel gibi dayanıklı bir askı teli veya şeridine bağlanır ya da sürtünmesi az ve dayanıklı bir mil üzerine yerleştirilir. Bobine bağlı ibre bobinle birlikte döner. İbrenin sapma miktarı bobinden geçen akımla orantılıdır. Sapma yönü akımın yönüne bağlıdır. Düzgün ve kuvvetli bir manyetik alanın temini için, bobin içinde yumuşak demirden silindir şeklinde bir nüve konur. N S Askılı döner bobinli galvanometre 73 2. Sarmal yay (Zemberek): Çok duyarlı galvanometrelerde bobin, iğne yatak üstüne oturtulmaz; bunun yerine, son derece ince, altın ya da bakır zembereklerle bağlanır. Bu zemberekler, gerekli geri döndürme kuvvetini oluşturdukları gibi, elektriği de bobine iletirler. Zembereklerin elmas uçlu iğne yataklardan üstünlüğü, hareket sırasında gösterdikleri çok küçük sürtünme direncinden kaynaklanmaktadır. Zayıf akımlarda daha duyarlı sonuçlar verirler. 3. İbre ve galvanometrede sapmanın gösterilmesi: Sapma, bir ölçek üstünde hareket eden bir ibreyle gösterilir. İbrenin göstereceği değer, ölçme skalasına bakış açısına göre de değişebildiğinde yanlış okunabilir. Ayrıca, ibre ne kadar uzun olursa, duyarlık o kadar artar. Ama bu durum da, ağırlık ve denge sorunları yaratır. Bu güçlük bazı galvanometrelerde, bobin ile askı teli arasına yerleştirilen küçük bir ayna yardımıyla aşılmıştır. Bu aletlere aynalı galvanometre denir. 74 75 4. Çalışma Prensibi: U biçimindeki bir kalıcı mıknatısın kutupları arasında silindirik yapıda bir demir nüve bulunur. Bu demir nüve üzerine, bir alüminyum çerçeveye, ince bakır tellerden sarılmış bobin yerleştirilmiştir. Alüminyum çerçeve ve bobin kendi ekseni etrafında dönebilecek konumdadır. Bobin burulma katsayısı olan bir sarmal yay ile asılmıştır. Ölçülecek akım bobinden geçince, bobinde meydana gelen moment (döndürme kuvveti)’ten dolayı ekseni etrafında dönmeye çalışır. Bobini döndüren manyetik kuvvetlerle, askı telinin burulmasından doğan karşıt kuvvetler denkleşince bobinin dönmesi durur. Oluşan döndürme kuvveti yalnızca, bobinden geçen akımla orantılıdır, bu kuvvet, alanının radyal (yarıçap doğrultusunda) yapısından ötürü, hiç bir biçimde bobinin açısal konumuna bağlı değildir. Dolayısıyla, sapma doğrusaldır. Bu çalışma prensibinden dolayı döner bobinli galvanometreler sadece doğru akım ölçmelerinde kullanılır. «En duyarlı galvanometre askı telli olanıdır. Ancak bu alet hareketli cihazlar için uygun değildir. hareketli cihazlarda döner milli galvano metre tercih edilir.» 76 Sabit Nüve Döner Bobin Döner Bobinli Galvanometre Prensip Şeması 77 Döner Bobinli Galvanometrenin Duyarlılık: 1. Akım Duyarlılığı: Ölçü skalasındaki bir aralık sapma için gerekli olan akım miktarının mikroamper olarak değeridir. 2. Gerilim Duyarlılığı: Galvanometreye seri olarak kritik sönüm direncinin bağlanması halinde, bir aralık sapma sağlayacak gerilim miktarıdır. 3. Omik Duyarlılık: 1 voltluk bir gerilim ile bir aralık sapma elde edebilmek için ilave edilmesi gereken seri direncin değeridir. Omik duyarlılık akım duyarlılığının tersine eşittir. Bundan dolayı ohm/volt olarak ifade edilir. Eğer galvanometrenin akım duyarlılığı 10mA ise, omik duyarlılığı; Omik Duyarlılık = 1 /10µa = 100000 /V olur. Döner Bobinli Galvanometrelerde Duyarlığı Etkileyen Faktörler: a. Döner bobinli galvanometrelerdeki duyarlık sınırını belirleyen etkilerden biri de, bobinin sarım sayısıdır. Bobin, ölçülecek akıma seri bağlandığında, meydana gelen manyetik alan ne kadar büyük olursa, sapma da o kadar büyük olacaktır. Bunu sağlamak için, bobinin sarım sayısı artırılır. Ancak, bu yöntem ağırlığı da artırdığından, çok ince sargı telleri kullanmak gerekir. 78 b. Tel inceldikçe de, elektrik direnci artar. Ölçü aleti, gerçek devrenin direncini değiştirmemelidir. Dolayısıyla, sarım sayısı ile tel kalınlığı arasında bir seçim yapma durumu ortaya çıkar. c. Frenleme yayının sertliği sıcaklıkla azalır, bobin direnci ise sıcaklıkla artar. Bu iki etki ile galvanometre daha az sapar. Bu durum için de bazı tedbirler alınmalıdır. Bobin teline sıcaklıkla direnci az değişen manganin veya benzer metallerden bir direnç teli seri bağlanır. Döner bobinli galvanometrelerin duyarlılığını artırmak için, 1. Çok kuvvetli daimi bir U mıknatısı kullanılmalı 2. Manyetik alanın düzgün ve kuvvetli olması için bibin içine yumuşak demirden silindir bir nüve konulmalı 3. Döner bobinin salınım süresini azaltmak için bobinin boyutlarını fazla büyütmeden sarım sayısı artırılmalı. 4. Karşı kuvvet momentini küçük tutmak için; bobin, gümüş veya platinden uzun ve ince(0,1mm gibi)tellerle veya yassı şeritlerle asmalı 5. Çok küçük sapmaları büyütmek için seçilen optik iyi düzenlenmesi gerekir. 79 PAZARTESİ-SALI DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ AMPERMETRELER VE AKIM ŞİDDETİNİN ÖLÇÜLMESİ Ampermetreler: Elektrik akımının şiddetini ölçen aletlere ampermetre isim verilmektedir. Elektrik devre şemalarında daire içine alınmış olan A harfi ile gösterilerek sembolize edilmektedirler. Alıcı akımın ölçülebilmesi için, akımın tamamının ampermetreden geçmesi gerekir. Bu nedenle ampermetreler akımı ölçülecek alıcıya ya da alıcılara seri bağlanır. Ampermetre, içinden geçen akımı ölçmeli ve akımın geçişine zorluk göstermemelidir. Bir devreye seri bağlanan eleman devrenin toplam direnç etkisi artırır ve gerilimi de direnç değeri oranında böler. Bu nedenle ampermetrenin iç direncinin çok küçük (0-1 om gibi)değerlerde olması gerekir. Pratikte galvanometreler, 100mA veya daha küçük değerlerdeki doğru akımları direkt olarak ölçülebilen küçük akımlı ampermetrelerdir. Daha büyük akımları ölçmek için, ya galvanometre bobinin tel çapı artırılır ya da galvanometreye uygun bir direnç paralel bağlanır. Galvanometreden maksimum bobin akım kadar bir akımın geçmesine izin verilir. Akımın büyük bir bölümü ise bobine paralel bağlanan küçük değerli paralel direnç üzerinde geçer. Galvanometreye paralel bağlanan bu dirence, paralel direnç veya şönt direnç ismi verilir. 80 Ampermetre Tasarımı: Yapıları sebebiyle çok küçük akım şiddetlerini ölçebilen galvanometrelere uygun bir direnç paralel bağlanarak daha büyük akımları ölçebilen ampermetreler tasarlanabilir. Galvanometre bobinin direnci; Rg, paralel direnç 𝑹𝑷 ile gösterilerek; Ohm ve Kirchoff kanunlarından faydalanarak galvanometreye paralele bağlanacak 𝑹𝑷 direncinin değeri aşağıdaki formülle hesaplanır. I 𝑰𝒈 G Rg A G Rg 𝑰𝑷 𝑹𝑷 V Galvanometre 𝑽 𝑹𝑷 = 𝑰 𝒑 , Ampermetrenin prensip şeması 𝑽 = 𝑹𝒈 . 𝑰𝒈 , 𝑹𝑷 = 𝑹 𝒈 . 𝑰𝒈 (𝑰−𝑰𝒈 ) 𝑰𝑷 = 𝑰 − 𝑰𝒈 𝐲𝐚𝐳ı𝐥𝐚𝐫𝐚𝐤; Ampermetre 𝑽 𝑹 𝒈 . 𝑰𝒈 𝒑 𝒈) 𝑹𝑷 = 𝑰 = (𝑰−𝑰 𝑹𝑷 : Paralele direncin değeri(Om) 𝑹𝒈 ∶ Galvanometrenin iç direnci(Om) I : Ampermetrenin tam sapma akımı(A) 𝑰𝒈 : Galvanometrenin tam sapma akımı(A) 𝑰𝑷 : Paralele dirençten geçen akım(A) V: Ampermetre uçlarındaki gerilim(V) 81 Tak kademeli ampermetre tasarımı: 𝑅𝑦ü𝑘 82 Örnek 1: İç direnci 10, tam sapma akımı 1mA, olan bir galvano metre ile maksimum 1A ölçen bir ampermetre yapılacaktır. Galvanometre bobinine paralele bağlanacak direncin değerini ve skala çarpanını hesaplayınız. Çözüm: 𝑅𝑔 . 𝐼𝑔 10 . 0,001 𝐼 1 𝑅𝑝 = (𝐼−𝐼𝑔) = (1−0,001) = 0,01001, 𝑛 = 𝐼 = 0,001 =1000 𝑔 Galvanometrenin skalası, (n) ile çarpılarak yeni skala değerleri elde edilir. Örnek 2: 100µA ve 800 luk bir galvanometre kullanılarak (0-100) mA ölçme alanlı bir ampermetre tasarlanacaktır. Gerekli paralel direncin değerini hesaplayınız. Çözüm: 𝑛= 𝐼 𝐼𝑔 = 100𝑚𝐴 100.10−3 𝑚𝐴 = 1000, 𝑅𝑝 = 𝑅𝑔 = (𝑛−1) 800 (1000−1) =0,8008 Örnek 3: İç direnci 1, tam sapma akımı 1A, olan bir ampermetrenin ölçme alanı maksimum 100A’e yükseltilecektir. Ampermetreye bağlanacak direncin değerini hesaplayınız. Hesaplanan şönt direnç bağlandıktan sonra yapılan ölçmede ampermetrenin ibresi 0,35 gösterdiğine göre ölçülen devre akımı kaç amperdir? Çözüm: 𝐼 100𝐴 𝑅𝑎 1 𝑛 = 𝐼 = 1𝐴 = 𝟏𝟎𝟎, 𝑅ş = (𝑛−1) = (100−1) = 0,01 =10m 𝑔 𝐼 = 𝐼𝑎 𝑥 𝑛 = 0,35𝑥100 = 𝟑𝟓 𝐀𝐦𝐩𝐞𝐫. 83 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Ampermetrelerin ölçme alanlarının genişletilmesi: Bir galvanometreye, paralel direnç bağlanması ile galvano metre akımının (n) katı kadar bir akımın ölçülmesi mümkün olmaktadır. Böylece, mili, mikro amper değerlerinde akım ölçebilen bir ampermetreden, amper hatta kilo amper ölçebilen ampermetreler tasarlanabilir. Elektromanyetik ampermetreler, direkt ölçmeler için istenilen ölçme alanlarında yapılıp kullanıldığı halde; termik, elektrodinamik ve bilhassa döner bobinli ampermetreler yapıları itibari ile daha küçük akımları ölçebilecek durumda tasarlanmaktadır. Döner bobinli ampermetrelerle, daha büyük akımları ölçebilmek için mevcut alete uygun ve paralel (şönt) bir direnç bağlanarak daha yüksek akımları ölçebilecek hale getirilebilirler. Bu işleme aletin ölçme alanının genişletilmesi denir. Ampermetreye bağlanacak şönt direncin hesabında, galvanometreden ampermetre tasarımındaki aynı hesaplama yöntem uygulanır. Ampermetreye bağlanacak bir şönt direncin hesabı için, aşağıdaki bilgilerin tam olarak bilinmesi gerekir. a) Mevcut ampermetrenin iç direnci, b) Ampermetrenin maksimum ölçme alanı, c) Ampermetreye şönt direnç bağlanınca ölçebileceği akımın değeri. 84 ŞÖNT DİRENCİN HESAPLANMASI 𝐼𝑎 A 𝑰𝑷 I 𝑅𝑎 𝑰𝒂 𝑹𝑷 = 𝑹ş 𝑽 = 𝑽𝑷 = 𝑽𝒂 Şönt direnç ve ampermetre devresi 𝑹ş 𝑰𝑷 Şönt direncin ampermetreye bağlanması Dönüştürme oranı (yükseltme katsayısı veya skala çarpanı): 𝑹 .𝑰 𝑅 .𝐼 𝒂 𝒂 𝑎 𝑎 𝑹ş = (𝑰−𝑰 formülünde, 𝐼 = 𝑛 . 𝐼 yazılırsa, 𝑹 = = 𝑎 ş ) (𝑛.𝐼 −𝐼 ) 𝒂 𝑹ş = 𝑹𝒂 (𝒏−𝟏) 𝑎 bulunur. 𝑎 𝑰 𝒏=𝑰 𝒂 𝑅𝑔 𝐼𝑎 𝐼𝑎 = (𝑛−1) 𝑅𝑔 𝑛−1) Formüllerde; I : Yeni akım değeri (A), 𝑰𝒈 : Ampermetrenin tam sapma akımı(A), 𝑰𝑷 : Paralele dirençten geçen akım(A), 𝑹ş : Paralele direncin değeri (Om), 𝑹𝒂 ∶ Ampermetrenin iç direnci (Om), 𝑽𝒂 : : Ampermetrenin gerilimi, 𝑽𝒑 : : Şönt direncin gerilimi, 85 ŞÖNT DİRENÇLER 750A, 75mV Şönt dirençler, genellikle 50 Ampere kadar akımların ölçülmesinde aletin içinde, bundan yüksek akımların ölçülmesinde ise aletin dışında bulunur. Çünkü, ölçülecek akım yükseldikçe buna ait şönt, aletin kutusu içerisine sığdırılamayacak kadar hem büyük olur, hem de şöntün meydana getirdiği ısı, alete etki eder. Aletin dışında kullanılan şöntler, ampermetreleri yapan fabrikalar tarafından aletle birlikte verilir. Bazı ampermetrelerin bir değil birkaç adet şöntleri olabilir, bunlar özel kutular içinde korunarak muhafaza edilir ve gerektiğinde ölçme değerine uygun olanı ampermetreye paralel bağlanırlar. Şönt dirençler, genellikle alçak ısı katsayılı konstantan veya manganin gibi metallerden yuvarlak çubuk şeklinde veya lama şeklinde yapılırlar. Lama şeklinde olanlar daha az ısındıklarından genellikle yüksek akımlı ampermetrelerle kullanılırlar. Şönt direnç değerleri, standart olup, şönt direnç elemanının üzerinde; 300 A/60mV, 50 A/ 300 mV şeklinde yazılı olur. 86 Şönt dirençlerle ilgili bilinmesi gereken bazı önemli hususlar : Şönt direncin değeri, sıcaklıkla değişmemelidir. Alet devreye bağlı kaldığı sürece; ampermetre iç direncinin, şönt dirence oranı sabit kalmalıdır. Şöntlerle ampermetre bağlama vidaları iyi sıkıştırılmalıdır. Şöntlerin alete bağlanması da çok önemlidir. Şekilde gösterilen bağlantılarda, doğru ve yanlış bağlantılar görülmektedir. a Doğru b Yanlış c Yanlış 87 ÇALIŞMA SORULARI: 1. 100µA ve 800’ luk galvanometre kullanılarak (0-100) mA ölçme alanlı yeni bir ampermetre için gerekli paralel direncin değerini hesaplayınız. (Cevap:800m) 2. Nominal akımı 5mA ve iç direnci 30 olan bir mili ampermetre ile 150A’lik akımı ölçmek için gerekli olan şönt direncin değerini hesaplayınız. (Cevap: 1m) 3. İç direnci 0,2 ve maksimum akımı10A olan bir ampermetre ile 500A’lik akımın ölçülmesi için gerekli olan paralel direnci ve ampermetre iç direnci ile paralel dirençteki gerilim düşümlerini hesaplayınız.( Cevap:0,004, 2V, 2V) 4. Maksimum akımı 1A olan galvanometreye 0,5’luk bir direnç paralel bağlanarak 5A’lik bir ampermetreye dönüştürülmüştür. Galvanometrenin iç direncini hesaplayınız. (Cevap:2) 5. Maksimum akımı 1A ve iç direnci 0.08 olan bir ampermetreye 0,03’luk bir şönt bağlanıyor. Ampermetre ibresi 0,9’u gösterdiğinde akım kaç amperdir? (Cevap. : ≈3,3A) 6. Bir ampermetrenin iç direnci 0,2, maksimum akımı 0,5A ve skalası 100 taksimatlıdır. Bu alet ile 25A ölçmek için gerekli olan şöntün değerini hesaplayınız. Bu şönt bağlandıktan sonra ampermetrenin ibresi 60 taksimat kadar sapmış ise ölçülen akım kaç amperdir? (Cevap: 4m .15A) 7. İç direnci 10, tam sapma akımı 1mA, olan bir galvano metre kullanılarak maksimum 1A ölçen bir ampermetre yapılmıştır. Şekli yan tarafta verilen bu aletin şönt dirençlerinden R2‘nin değeri kaç omdur? (Cevap:30m) G R1=15mΩ R2=? 88 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Ampermetrenin devreye bağlanması ve akım ölçmek: • Devreye enerji verilmeden önce ampermetrenin kademesi en yüksek değere ayarlanmalıdır. Ampermetre akım şiddeti ölçülecek alıcıya seri bağlanmalıdır. • Enerji altında, ampermetrenin bağlantısı yapılmamalı ve yapılmış bağlantıya müdahale edilmemelidir. P N A Yük R_ Ampermetrenin Devreye Bağlanması Akım ölçme işleminde dikkat edilmesi gereken en önemli husus, ölçümü yapılacak akıma uygun ampermetre seçmek ve ampermetreyi devreye seri bağlamaktır. 89 Kademeli ampermetreler: Yukardaki açıklamalarımızda bir ampermetrenin, bir şönt ile ölçme alanının nasıl değiştirildiğini gördük. Uygulamada çeşitli kademelerdeki akım değerlerini bir ampermetre ile ölçüp okumak gerektiği zaman aynı alete, birden fazla şöntler bağlanarak imal edilirler. Bu tip aletlere, kademeli ölçme alanlı ampermetreler denir. Böyle aletlerin üstünlükleri şunlardır. • • Bir ölçü aleti ile, çeşitli kademelerdeki akım büyüklüklerinin ölçülmesi, Her kademedeki büyüklüğü, geniş bir kadran taksimatı üzerinde daha hassas ve doğru okuyabilmek imkânının mevcut olması, • Duruma göre birkaç ölçü aletinin yerine, bir ölçü aleti kullanarak ekonomik olması. Bu tip aletlerin; ölçme alanlarının değiştirilmesinde kullanılan şöntlerin bağlantı uçları alet muhafazası üzerine ya iki uç olarak veya her şöntün ucu ayrı ayrı olarak çıkarılmıştır. İki bağlama uçlu olan kademeli ampermetrelerin ölçme alanı, aletin üzerinde bulunan ve değerleri üzerinde yazılı seçici bir anahtar (komütatör) yardımı ile değiştirilir. Her şönte ait uçlan dışarı çıkarılan çok uçlu kademeli ampermetrelerde de, bu uçların hangi akımda kullanılacağı yine yanlarına yazılmış olup bağlantılan da ona göre yapılır. 90 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Kademeli ampermetreler: Ampermetreler ihtiyaca göre tek kademeli ve çok kademeli olarak tasarlanabilirler. Bir galvanometreye, değişik değerli dirençler veya direnç grupları paralel bağlanarak kademeli ampermetre elde edilir. Kademeli ampermetrelerde şönt dirençler yada direnç grupları iki şekilde bağlanırlar. 𝑅𝑔 1. Paralele şöntlü ampermetreler G 2. Aytron şöntlü ampermetreler, 𝑅𝑃1 𝑅𝑃2 1. Paralel şöntlü ampermetreler 𝑅𝑃3 Bir galvanometre ve değişik değerli paralel 𝑅𝑃4 dirençler ile bir seçici kademe anahtarı şekildeki gibi bağlanarak çok kademeli ampermetre elde edilir. Yandaki şekilde dört kademeli bir ampermetre devresi + verilmiştir. Bu ampermetrelerde kademe anahtarı konum değiştirirken, kısa bir süre paralel direnç devreden çıkmaktadır. Bu aralıkta girişe uygulanan akımın tamamı galvanometreden geçeceğinden galvanometre zarara görebilir. Bundan dolayı pratikte Aytron Şöntlü ampermetreler tasarlanmıştır. 91 Paralel şöntlü ampermetre tasarımı: Direnç değerleri farklı ve aralarında paralel bağlı dirençlerin kademeli olarak devreye alınması ile kademeli ampermetreler elde edilir. Bu sayede ampermetrenin ölçme sınırları genişletilebilir. Kademe dirençlerinin hesaplanmasında; 𝑅𝑔 𝑅𝑝 = (𝑛−1) veya 𝑅𝑔 . 𝐼𝑔 𝑅𝑝 = (𝐼−𝐼𝑔) formüllerinden birisini kullanabilirsiniz. 92 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Örnek: Yedi kademeli bir ampermetre devresi Şekil’de gösterilmiştir. Buradaki galvanometre 1mA ve 10Ω’luktur. Şönt direnç değeri hesaplanırsa, tabloda verilen sonuçlar elde edilir. 93 ÇÖ𝒁Ü𝑴: 𝑰 1. kademe: 𝒏 = 𝑰 = 𝒂 KADEME 𝟏𝟎𝒎𝑨 𝟏𝒎𝑨 = 𝟏𝟎 , 𝑹 𝟏𝟎Ω 𝒂 𝑹𝒑 = (𝒏−𝟏) =(𝟏𝟎−𝟏) = 𝟏, 𝟏𝟏 Ω n Rp 1. 0-1mA 1 2. 0-10mA 10 10/9 = 1.11 Ω 3. 0-100mA 100 10/99 = 0.101 Ω 4. 0-1A 1000 10/999 = 0.0101 Ω 5. 0-10A 10000 10/9999 = 0.001 Ω 6. 0-100A 100000 10/99999 = 0.0001 Ω 7. kısa devre - -- Sıfır Yedi kademeli bir ampermetrenin hesaplanan şönt direnç değerleri 94 Ödev: İç direnci 50 Ohm olan 2 mA’lik bir galvanometre kullanılarak, 10 mA, 100 mA, 2A ve 10 Amper kademelerinde ölçme yapacak kademeli bir ampermetre tasarımı yapılacaktır. Gerekli kademe şönt dirençlerini hesaplayınız. Cihazın komütatör bağlantısını çiziniz. (Cevap: Dirençler sırasıyla; 12,5 ; 1,02 ; 0,1002 ; 0,01 om ) 95 Rg G Aytron Şöntlü ampermetre ve devre devre şeması. 2. Aytron şöntlü kademeli ampermetreler: Aytron Şöntlü veya üniversal şöntlü ampermetrelerde, her kademede galvano metre devresine paralel gelen direnç değişmektedir. Ancak, her kademede galvanometreden maksimum sapma akımı kadar bir akım geçer. 96 Aytron (üniversal) şöntlü kademeli ampermetreler: Örnek: Şekildeki kademeli ampermetrenin kademe dirençlerini hesaplayınız. 10mA’lik kademede; 𝐼𝑔 =100µA 𝑅𝑃 =𝑅1 +𝑅2 +𝑅3 = 𝑅𝑃 10𝑚𝑎 n= 100.10−3 = 100 𝑅𝑔 1000 𝑅3 𝑅2 𝐼𝑔 (𝑅𝑔 +𝑅1 +𝑅2 +𝑅3 )=𝐼 𝑅2 +𝑅3 𝑅𝑃 𝑅1 100mA 100mA’lik kademede; 𝐼𝑔 . 𝑅𝑔 + 𝐼𝑔 𝑅1 = 𝐼 𝑅2 +𝑅3 - 𝐼𝑔 𝑅2 − 𝐼𝑔 𝑅3 𝑅𝑔 = 1k 𝐼𝑝 𝑹𝑷= (𝑛−1) = (100−1) = 𝟏𝟎, 𝟏𝟎 𝐼𝑔 (𝑅𝑔 +𝑅1 )= (𝐼- 𝐼𝑔 ) 𝑅2 +𝑅3 yazılarak, G 1A 10mA I Üç Kademeli Aytron Şöntlü Ampermetre 𝐼𝑔 (𝑅𝑔 +𝑅𝑝 = 𝐼 𝑅2 +𝑅3 𝑅2 +𝑅3 = 𝐼𝑔 (𝑅𝑝 +𝑅𝑔 ) 𝐼 elde edilir . 97 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Ig =100µA R3 G Rg = 1k R2 𝑅2 +𝑅3 = R1 Ip 𝑹𝟐 +𝑹𝟑 = 100mA 1A 10mA I 𝐼𝑔 (𝑅𝑝 +𝑅𝑔 ) 𝐼 den,. 100𝑥10−6 (10,1+1000) =1,0101 0,1𝐴 𝑹𝟏 =𝑅𝑝 − (𝑅3 +𝑅2 ) =10,1-1,0101=9,0899 𝟏 𝑨𝒎𝒑𝒆𝒓′ 𝒍𝒊𝒌 𝒌𝒂𝒅𝒆𝒎𝒆𝒅𝒆; 𝐼𝑔 𝑅𝑔 + 𝑅2 + 𝑅1 = (𝐼− 𝐼𝑔 )𝑅3 , 𝐼𝑔 𝑅𝑔 + 𝐼𝑔 𝑅2 + 𝐼𝑔 𝑅1 = 𝐼𝑅3 − 𝐼𝑔 𝑅3 𝐼𝑔 𝑅𝑔 + 𝐼𝑔 𝑅2 + 𝐼𝑔 𝑅1 + 𝐼𝑔 𝑅3 = 𝐼𝑅3 𝐼𝑔 (𝑅𝑔 +𝑅1 + 𝑅2 +𝑅3 ) = 𝐼𝑅3 𝑅3 = 𝐼𝑔 (𝑅𝑝 +𝑅𝑔 ) 𝐼 𝑹𝟑 = 100𝑥10−6 (10,1+1000) = 1𝐴 0,101 𝑹𝟐 =(𝑅3 +𝑅2 ) − 𝑅3 =1,0101-0,101= 0,9091 , 𝑹𝟏 =9,0899, Kontrol: 𝑹𝟐 = 0,9091 𝑹𝟑 =0,101 , Hesaplandı. 𝑹𝒑 = 8,99+ 0,9091 + 0,101=10,1 98 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Ampermetrenin Yükleme Etkisi: İdeal ampermetrenin iç direnci sıfır kabul edilir. Kullanılan ampermetrelerde, mikro amper kademesinin iç direnci 1k veya daha büyük, amper kademesinde ise 1 den küçüktür iç dirençlere sahiptir. Akım ölçmek için devreye seri bağlanan bir ampermetrenin iç direnci kadar esas devreye seri bir direnç ekleniyor demektir. Bu duruma ampermetrenin yükleme etkisi denir. Olabilecek ölçme hatası, devrenin gerçek direncinin, ampermetrenin iç direncine oranı ile ifade edilir. I E + _ 100V I R 100 E + _ 100V A R= 1,1 R 100 99 Örnek: İç direnci 78Ω olan bir ampermetre, aşağıdaki devrenin akım şiddetini ölçmek için kullanılmıştır. Ampermetrenin yükleme etkisi ile oluşan bağıl hatayı hesaplayınız. 𝐼2 R1=1k R1=1k 𝐼1 = 3 (1+0,5)103 𝐼2 = 3 −(2.10−3 .1 .103 ) 1. 103 = 2.10−3 = + _ 3V 𝐼1 = A 1.10−3 A 𝐼2 = 3 1𝑥1,078 1+( ) 1+1,078 103 R= 78 = 1,975.10−3 A 3−(1.103 .1,975 .10−3 ) = 1. 103 1,025.10−3 A 𝐼3 = 𝐼1 - 𝐼2 𝐼3 = 𝐼2 =1.10−3 A Bağıl hata: E 𝐼2 𝐼3 R3=1k 3V A R2=1k R3=1k R2=1k E + _ 𝐼1 𝐼3 𝐼1 𝐼3 =1,975.10−3 - 1,025=0,95.10−3 A 𝟏−𝟎,𝟗𝟓 𝟏 𝜷= = 0,05, 𝜷 = %𝟓 100 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Akım şiddeti ölçülürken aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir: Akım çeşidine uygun(AC-DC) ampermetre seçilmelidir. Ampermetrenin ölçme sınırı, ölçülecek akım değerinden mutlaka büyük olmalıdır. Alternatif akım ölçmelerinde ampermetreye bağlanan giriş ve çıkış uçları farklılık göstermezken doğru akımda “+” ve “–“ uçlar doğru bağlanmalıdır. Aksi takdirde analog ölçü aletlerinde ibre ters sapar dijital ölçü aletlerinde ise, aletin gösterdiği değer önünde negatif işareti görünür. Ölçülecek akım değerine uygun hassasiyete sahip ampermetre seçilmelidir. μA seviyesindeki akım, amper seviyesinde ölçüm yapan bir ampermetre ile ölçülmemelidir. Ampermetrenin iç direnci çok küçük olduğundan; gerilim kaynağına doğrudan bağlanamaz, bir almaç üzerinden sisteme seri bağlanır. Kademeli olanlarda , enerji vermeden önce en yüksek kademeye alınmalıdır. 101 VOLTMETRELER VE GERİLİM ÖLÇMEK VOLTMETRELER: Elektrik devrelerinde gerilim ölçmeye yarayan ölçü aletlerine voltmetre denir. Voltmetreler devreye paralel bağlanır ve “ V ” sembolü ile gösterilirler. V Voltmetre, bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki potansiyel farkını (gerilimi) ölçmek için kullanıldığından, gerilim kaynağının iki ucuna doğrudan bağlanır. Bu bağlama şekline paralel bağlama denir. Voltmetreler devreye paralel bağlandıklarından almacın gerilimini düşürecek kadar akım çekmemelidirler. Bu da voltmetrelerin iç direncinin yüksek olmasını gerektirir. Elektrik devrelerinde voltmetrenin yanlışlıkla seri bağlanması durumunda iç direnci çok yüksek olduğundan kaynak geriliminin büyük bir kısmı voltmetre üzerinde düşeceğinden alıcı düzgün olarak çalışmaz, voltmetre ise kendi iç direncindeki gerilimi gösterir. Eğer alıcı yüksek akımlı ise bu durumda da voltmetre bobini yanabilir. 102 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ VOLTMETRE TASARIMI: Galvanometre akım şiddeti ölçmesine rağmen, bobin devresine seri bir ön direnç bağlanarak voltmetreye dönüştürülebilir. Voltmetre VV 𝑅𝑦ü𝑘 Döner bobinli bir galvanometrenin voltmetre olarak kullanılması 103 Galvanometre kullanarak voltmetre tasarlama 𝑉 = 𝐼𝑔 (𝑅𝑠 + 𝑅𝑔 ), + I Rs 𝑅𝑠 = Rg G V 𝑉 𝐼𝑔 𝑅𝑠 = 𝑉−𝐼𝑔 𝑅𝑔 𝐼𝑔 veya; - 𝑅𝑔 formülü ile 𝑹𝒔 hesaplanır. 𝐼𝒈 : Galvanometrenin tam sapma akımı 𝑹𝒔 ∶ Galvanometreye seri ön direnç 𝑹𝒈 : Galvanometrenin içdirenci - n : Dönüştürme oranı (n = Voltmetre Veya; 𝐼𝑔 = 𝐼𝑠 = 𝑉𝑔 𝑅𝑔 = 𝑉𝑠 , 𝑅𝑠 𝑉𝑔 𝑅𝑔 = 𝑉𝑠 𝑅𝑠 , 𝑉 = 𝑉𝑠 +𝑉𝑔 den, 𝑉𝑠 = 𝑉 − 𝑉𝑔 , 𝑅𝑠 = 𝑅𝑔 (. 𝑉 𝑉𝑔 - 𝑉𝑔 𝑉𝑔 ) 𝑉𝑠 .𝑅𝑔 𝑅𝑠 = Düzenleyerek ve 𝑉 𝑉𝑔 ) Şekildeki seri devreden; 𝑉𝑔 𝑅𝑠 = 𝑅𝑔 . 𝑉 𝑉𝑔 (𝑉−𝑉𝑔 ). 𝑉𝑔 denklemi, = n yazılırsa ; 𝑹𝒔 = 𝑹𝒈 (n-1) (Ω) formülü ile de 𝑹𝒔 hesaplanabilir. 104 Voltmetrenin Yükleme Etkisi • Herhangi iki nokta arasındaki gerilim ölçülürken, voltmetre bu iki noktaya paralel bağlanır. • İki direncin paralel eşdeğeri her bir direncin değerinden daha küçük olur. • Bu yüzden bu iki nokta arasındaki gerilim, voltmetre bağlandıktan sonra daha küçük olur. Bu değişikliğe voltmetrenin yükleme etkisi denir. • Voltmetre giriş (iç) direncinin çok büyük olması halinde yükleme etkisi azalır. Yani voltmetre devreden çok az akım çeker. • Voltmetre giriş direnci , voltmetre duyarlılığına bağlıdır. • Her hangi bir kademede voltmetre uçlarındaki toplam direncin kademe gerilimine olan bölümüne ( Ω/V) volt metrenin duyarlılığı denir. • Bu değer voltmetrenin bütün kademeleri için aynı olup sabittir ve aşağıdaki gibi tanımlanır. • O halde voltmetrenin herhangi bir kademesindeki iç direnç, 𝑹𝑽𝒊 = 𝒅𝒖𝒚𝒂𝒓𝒍𝚤𝒍𝚤𝒌( Ω/V)𝒙 𝒗𝒐𝒍𝒕𝒎𝒆𝒕𝒓𝒆 𝒌𝒂𝒅𝒆𝒎𝒆𝒔𝒊 (𝑽𝒎𝒂𝒌𝒔 ) 105 Örnek: Duyarlılığı 1000 Ω/V olan bir voltmetrenin 10V kademesindeki iç direncini yazınız. ÇÖZÜM: 𝑅𝑉𝑖 = 𝑑𝑢𝑦𝑎𝑟𝑙𝚤𝑙𝚤𝑘 𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 𝑘𝑎𝑑𝑒𝑚𝑒𝑠𝑖 = (1000 Ω/V)𝑥 10𝑉 = 𝟏𝟎𝟎00 Ω Örnek: İç direnci 100 om, tam sapma akımı 100µA olan galvanometreden; ölçme alanı (0-1)V olan bir voltmetre yapılacaktır. Gerekli seri direncin değerini bulunuz. ÇÖZÜM: 𝑅𝑠 = 𝑉 𝐼𝑔 𝑉 𝑛=𝑉 = 𝑔 1𝑉 - 𝑅𝑔 = 100.10−6𝐴 − 100Ω =9900Ω = 9,9kΩ 1𝑉 100Ω.100.10−6 𝐴 veya diğer formülle ; = 100 𝑅𝑠 = 𝑅𝑔 (n-1)=100Ω(100-1)=9900Ω= 9,9kΩ 106 Ödev: Aşağıda şekli verilen devrede, R2 direncinin gerilimini ölçmek için iki farklı voltmetre kullanılıyor. Birinci voltmetre; duyarlılık = 1k/V, ölçme sınırı = 10V. İkinci voltmetre; duyarlılık = 20k/V, ölçme sınırı = 10V. a) Voltmetre bağlanmadan önce R2 direncinin uçlarındaki gerilimi, b) Birinci voltmetre ile ölçülen R2 direncinin uçlarındaki gerilimi, c) ikinci voltmetre ile ölçülen R2 direncinin uçlarındaki gerilimi, d) Her bir voltmetre için bağıl hataları hesaplayınız. 𝐼𝑣 I R1=25k 𝐼𝑅2 − 30V R2= 5k E + _ 𝑉 107 Gerilim ölçme işlemlerinde aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir. Gerilim çeşidine uygun(AC-DC) voltmetre seçilmelidir. Seçilecek voltmetrenin ölçme sınırı, ölçülecek gerilimin değerinden büyük olmalıdır. Doğru akımda, polariteye dikkat edilerek(+ ve – uçlar) bağlanmalıdır. Aksi takdirde analog ölçü aletlerinde ibre ters sapar, dijital ölçü aletlerinde ölçülen değerin önünde (─) işareti görünür. Ölçülecek gerilim değerine uygun hassasiyet ve yapıya sahip voltmetre seçilmelidir. Voltmetre devreye paralel bağlanmalıdır. Voltmetrenin duyarlılığı, /V olarak ifade edilir. Voltmetrenin giriş direncinin çok büyük olması, yükleme etkisini azaltır. Mümkünse iç direnci büyük olan voltmetreler seçilmelidir. 108 DOĞRU AKIM ÖLÇMELERİ Voltmetrelerin devreye bağlanması ve gerilim ölçmek: • Devreye enerji verilmeden önce voltmetrenin kademesi en yüksek değere ayarlanmalıdır. Voltmetre gerilimi ölçülecek kaynak veya alıcının uçlarına paralel bağlanmalıdır. • Voltmetrelerin bağlantısı asla Enerji altında yapılmamalı ve yapılmış bağlantıya müdahale edilmemelidir. Ancak taşınabilir ve proplar ile ölçüm yapılabilecek voltmetreler ile gerekli önlemler alındıktan sonra ölçme yapılabilir. P N V 𝐑 𝐲ü𝐤 Voltmetrenin Devreye Bağlanması 109 Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Voltmetreler, gerilimi ölçülecek devreye paralel bağlanacağını biliyoruz. Voltmetreler de direkt olarak küçük gerilimler (1, 10, 100, 1000 V gibi) ölçebilecek şekilde yapılırlar. Daha büyük gerilimlerin ölçülebilmesi için alete, yüksek değerli bir direnç seri bağlanarak ölçme alanları genişletilebilir. Bu dirence; ön direnç veya seri direnç denir. Ön dirençler de, ampermetrelerde kullanılan şönt dirençler gibi değerleri sıcaklıkla değişmeyen ve düşük ısı katsayılı konstantan, manganin veya bakır–nikelli iletkenlerden yapılır. Genellikle 600V’a kadar ölçmeler yapan voltmetrelerin ön dirençleri; aletin muhafazası içine, konurken daha yüksek gerilimlerin ölçülmesinde, kutular içine konur alete dışardan bağlanırlar. Ön dirençlerde, şöntler gibi aleti üreten firmalar tarafından alet ile birlikte verilir. Özel kutular içindeki ön dirençlerin kullanılacağı gerilim ve akım değerleri üzerlerinde yazılıdır (60V/50 mA, 600V/5mA gibi). Alete bağlanan ön direnç değerinin hesaplanması için, Kirchoff (Kirşof) Kanunu ve seri bağlı dirençlerde kullanılan kurallar dikkate alınır. 110 Voltmetreye bağlanacak ön direncin hesaplanması: Galvanometreden voltmetre tasarımı için açıklanan formüller, küçük ölçme alanlı voltmetreden büyük gerilimler ölçebilecek voltmetre tasarımında da aynen geçerlidir. Voltmetreye bağlanacak ön direnç (veya seri) direnç; 𝑹ö = 𝑽 𝑰𝒈 - 𝑹𝒈 veya 𝑹Ö = 𝑹𝑽 (n-1) formüllerinden birisi ile hesaplanabilir. Rö Rv Rö Vv Vö V Voltmetrenin eşdeğer devresi ve voltmetrenin devreye bağlanması. Şekillerdeki semboller; V : Devreye uygulanan gerilim (V) Vö : Ön dirençteki gerilim (V). Vv : Voltmetrenin maksimum gerilimi(V). Rv : Voltmetrenin iç direnci (Ω) Rö : seri bağlanan Ön direnç (Ω) Iv : Voltmetreden geçen akım(A) 111 Kademeli Voltmetreler: Kademeli ölçme alanlı ampermetrelerde olduğu gibi, voltmetreler de ihtiyaca göre kademeli olarak yapılabilirler. Kademeli voltmetreler, çeşitli büyüklükteki gerilimlerin tek bir alet üzerinden ölçülmesini sağlar. Bu işlem, farklı değerlerdeki ön dirençlerin bir kademe anahtarı yardımı ile voltmetreye seri bağlanarak gerçekleştirilmektedir. Rg G _ + Kademeli bir voltmetrenin devre şeması 112 Ödev: Şekilde verilen galvanometre ile çok kademeli bir voltmetre tasarımı yapılmak istenmektedir. Rg=100Ω ve 𝐼𝑔=1mA olduğuna göre verilen kademe değerleri için bağlanması gereken kademe dirençlerini ve skala çarpanlarını hesaplayınız. 250kΩ 200kΩ 40kΩ 9,9kΩ n1= 100, n2=500, n3=2500, n4=500 113 DİRENÇ ÖLÇMELERİ VE OHMMETRELER DİRENÇ : Elektroteknikte pasif devre elemanlardan birisi de dirençtir. Bütün elektrik ve elektronik devrelerde belirli bir direnç vardır. Bu dirençlerin değerlerine göre devrenin tasarımı yapılır. Devrede bulunan dirençler, bazen ısı elde etmeğe bazen akımı sınırlamaya, bazen de gerilimi bölmeye yararlar. Bunun gibi daha bir çok etkileri olan dirençlerin değerini bilmek önemlidir. Bunun için direnç çeşitli yöntemlerle hesaplanır veya direkt olarak uygun bir alet ile ölçülür. Direnç değerinin hesaplanması: Direnç; devre akımı ve gerilimi bilinirse, Ohm Kanunu’ndan faydalanılarak: 𝑹= 𝑽 𝑰 formülü ile, V: gerilim(Volt) , I: akım şiddeti (Amper) Bir iletkenin direnci, iletkenin fiziksel boyutları dikkate alınarak; 𝑹= 𝝆. 𝑳 𝑨 𝟏 veya K= 𝝆 yazarak; 𝑹 = 𝑳 𝑲.𝑨 formüllerin birisi ile hesaplanabilir. Formüllerde; R: direnç (), A: kesit(𝒎𝒎𝟐 ), : öz direnç (.𝒎𝒎𝟐 /𝒎), L: uzunluk(m) K: öz iletkenlik (m/.𝒎𝒎𝟐 veya Siemens.metre, Sm), 114 Ölçme tekniğinde dirençler büyüklüklerine göre üç grup ayrılır: a. Küçük Dirençler: 0 – 1 Ω arasındaki dirençlerdir. Ampermetrelerin şönt dirençleri ve büyük güçlü dinamoların endüvi dirençleri vb dir. Bu değerdeki dirençler; Thomson tipi ommetre veya ampermetre – voltmetre yöntemi ile ölçülebilir. b. Orta büyüklükteki Dirençler: 1 - 100.000 (0,1 M )arasındaki dirençlerdir. Bu değerdeki dirençler; çeşitli ommetreler ile ve ampermetre – voltmetre yöntemi ile ölçülebilir. c. Büyük Dirençler: 0,1 M’ dan daha büyük olan dirençlerdir. Elektronik devrelerde kullanılan bazı dirençler ile yalıtkan maddelerin dirençleri bu gruba girerler. Büyük dirençler; seri ommetrelerle veya MEGER olarak isimlendirilen mega ommetrelerle ölçülebilir. Direnç ölçme Metotları: a. Ommetrelerle direnç ölçmek, b. Çeşitli köprü yöntemleri ile direnç ölçmek (Wheatsone, Kelvin Köprüleri) c. Ampermetre -Voltmetre Metodu d. Karşılaştırma Metodu 115 a) Ommetreler ve ommetrelerle direnç ölçmek: Doğrudan doğruya direnç ölçen ölçü aletlerine, ommetre denir. Ommetre esas itibariyle akım ölçen, döner bobinli bir galvanometredir. Direnç ölçmek için tasarlanmış galvanometrelerin kadranı akım şiddeti yerine, doğrudan doğruya direnci gösterecek şekilde, Om (Ω), kilo om (kΩ) veya mega om (MΩ) olarak ölçeklendirilmiştir. Ommetreler esas itibari ile döner bobinli ölçü aletleri olduğundan, doğru akım elektrik enerjisi kullanarak direnç ölçme işlemini gerçekleştirebilirler. Bu yüzden her ommetrenin kendi kutusu içinde bir pil veya pil bataryası bulunur. Direnç ölçmede, en çok kullanılan ommetreler; 1. Seri tip ommetreler, 2. Paralel tip ommetreler, 3. Çapraz bobinli ommetreler . 4. Veston tipi ommetreler, 5. Kelvin (Thomson) tipi ommetreler, 116 1. Seri tip ommetreler: En basit ommetre çeşididir. Fazla doğruluk istenmeyen orta büyüklükteki dirençlerin kabaca ölçülmelerinde, kısa devre ve açık devre kontrollerinde, elektrikli cihazların arızalarının araştırılmasında kullanılırlar. Seri tip ommetreler; bir pil bataryası, seri bir ayarlı direnç ve om taksimatlı döner bobinli bir mikro ampermetre yani galvanometreden meydana gelir. (Şekil a) da R1 direnci sabit ve R2 direnci değişkendir. Ölçülecek direnç (Rx)A-B uçlarına bağlanır. A-B uçları kısa devre edilip, R2 direnci ayarlanarak galvanometre ibresinin maksimum sapması sağlanır. İbrenin maksimum sapması A-B arasındaki direncin sıfır olması demektir. Skalada ibrenin gösterdiği nokta ommetrenin sıfır noktası olarak belirlenir. (Şekil b) A-B uçları boşken, galvanometreden akım geçmeyeceğin ibre sapmaz. Bu durum A-B arasındaki direncin sonsuz olduğu anlamına gelir. Skaladaki bu nokta ommetrenin en büyük direnç değeri olan sonsuz noktası olarak belirlenir. (Şekil b) 117 Ölçülecek Rx direnci A-B arasına bağlandığında alet sıfır ile sonsuz arasında bir değer gösterecektir. Usulüne uygun olarak yapılan taksimat düzenlemesi yapılarak direnç değeri okunacaktır. Böylece, mikro ampermetre olan bir galvanometreden direnç ölçmede kullanılacak seri bir ommetre gerçekleştirilmiş olur. Seri tip ommetre devresi ve prensip şeması: B A 𝑅1 E + _ 𝑅𝑥 a) Seri ommetre devresi 𝑅2 𝑅𝑔 𝐼𝑔 G ∞ 0 a) Seri ommetre skala düzeni 118 Ommetre Galvanometre Seri ommetre skalası Seri bir ommetrenin kadran taksimatının düzenlenmesi: 1. Aletin çıkış uçları kalın bir iletkenle kısa devre edilir. 2. 𝑅𝑠 ayarlı direnci yardımı ile aletin göstergesinde en büyük sapma sağlanarak durduğu yer sıfır noktası olarak belirlenir. 3. Aletin uçlarındaki kısa devre kaldırılarak yerine değeri kesin bilinen standart(etalon) dirençler sıra ile bağlanır. Her direnç değeri için göstergenin durduğu yer işaretlenir. 4. Göstergenin en büyük sapması sağlanıncaya kadar aynı işlemlere devam edilir. 5. Aletin uçları açıkken göstergenin durduğu yer sonsuz direnç olarak işaretlenir. 119 Seri ommetre devresinde A-B arasına bağlanan 𝑹𝒙 direncin formülü; B A I E 𝑅𝑥 𝑅1 𝑅2 + _ 𝐼𝑔 𝑅𝑔 G A-B uçları kısa devre iken; 𝑅𝑠 = 𝑅1 + 𝑅2 yazılırsa; 𝐸 𝐼𝑔 = (𝑅 +𝑅 ) , 𝑠 𝑔 A-B uçlarına ölçülecek (𝑹𝒙 ) direnci bağlanınca : 𝐸 𝐼 = (𝑅 +𝑅 +𝑅 ) , (𝐼𝑔 > 𝐼), 𝑠 𝑔 𝑥 𝐼 I ve 𝐼𝑔 akımların oranı yazılırsa ; 𝑛 = 𝐼 = 𝑔 (𝑅𝑠 +𝑅𝑔 ) 𝑛 = (𝑅 𝑠 +𝑅𝑔 +𝑅𝑥 ) ‘ den 𝑹𝒙 çekersek; 𝑬 (𝑅𝑠 +𝑅𝑔 +𝑅𝑥 ) 𝑬 (𝑅𝑠 +𝑅𝑔 ) 𝑹𝒙 = (𝑹𝒔 +𝑹𝒈 ) 𝒏 (𝑅𝑠 +𝑅𝑔 ) = (𝑅 𝑠 +𝑅𝑔 +𝑅𝑥 ) − (𝑹𝒔 + 𝑹𝒈 ) bulunur. 120 Örnek 1: İç direnci 100 om ve tam sapma akımı 1mA olan galvanometre ile 3V’luk pil kullanarak seri bir ommetre tasarlayınız ve skalasını ölçekleyiniz. Çözüm: B A A-B uçları kısa devre edilirse seri direncin değeri; (yani tam sapmayı sağlayan akımdaki seri direnç) 𝐸 𝑅𝑥 I E 𝑅1 + _ 𝑅2 𝐼𝑔 𝑅𝑔 G 3 𝑅𝑠 = 𝐼 − 𝑅𝑔 = 10−3 − 100 = 𝟐𝟗𝟎𝟎 , 𝑅𝑠 =𝑅1 + 𝑅2 𝑔 𝑹𝒔 direnci bağlanınca devredeki toplam direnç, ommetrenin iç direnci olacaktır. 𝑅𝑖ç = 𝑅𝑠 + 𝑅𝑔 = 2900 + 100 = 3000 𝑹𝒊ç= 3k 𝒐𝒍𝒖𝒓. Seri ommetrenin A-B uçlarına , 𝑹𝒙 =3000 luk bir direnç bağlandığında galvanometreden geçecek akım ( 𝑹𝒙 = 𝑹𝒊 ); 𝐸 3𝑉 𝐼𝑔 = 𝑅 +𝑅 = 3000+3000 = 0,0005𝐴 = 0,5𝑚𝐴. ( Buradan , 𝑹𝒙 = 𝑹𝒊 olduğunda 𝑖 𝑥 aletin ibresinin %50 sapma yapacağı anlaşılmaktadır.) Ommetrenin skalasının en küçük direnç noktası «0» ve en büyük direnç, «∞» noktalarını biliyoruz. Şimdi diğer aralıkları belirleyelim: 121 A-B uçlarına ne kadarlık bir Rx direnci bağlanırsa, İbre %10 sapar? 10 İbrenin %10, 𝑛 = 100 =0,1 anlamına gelir. Daha önce hesaplanan 𝑹𝒙 = 𝑅𝑥 = (𝑹𝒔 +𝑹𝒈 ) − (𝑹𝒔 + 𝑹𝒈 ) formülünde rakamlar yerlerine yazılırsa; 𝒏 (2900+100) 0,1 − (2900 + 100)=27000. 𝑹𝒙 =27k Benzer yöntem kullanılarak, değişik sapma oranları için gerekli olan Rx dirençleri hesaplanarak skala üzerine işaretlenir ve ölçeklendirme yapılabilir. SONUÇ: Skala üzerindeki değer ile ilgili bir özellik de, %50 sapmayı sağlayan Rx direnci ommetrenin iç direncine eşit olmaktadır. Ommetre skalasının başlangıç noktası(0), maksimum noktası (∞) ve %50’lik noktaları kolayca belirlenebilir. Seri ommetrelerin skalaları lineer değildir. Skalanın başlangıç kısmında geniş, sonsuza doğru gittikçe sıklaşır. Seri ommetrelerin 𝐑 𝐬 dirençleri bir komütatör anahtar yardımı ile değiştirilerek, farklı değerlerdeki dirençleri ölçebilecek şekilde kademeli ommetre yapılabilir. 122 PAZARTESİ Örnek 2: Bir ommetre, tam sapma akımı 1mA olan bir galvanometre ve gerilimi 1,5V olan bir pil kullanılarak tasarlanmıştır. Pil gerilimi 1,3V’ta düşmesi halinde %50 sapmada oluşacak hatayı hesaplayınız. Ommetrenin 1mA (maksimum sapma) da toplam iç direnci; 𝑅𝑖 = 𝐸 𝐼 = 1,5 1.10−3 = 1500 = 1,5k. 𝑅𝑖 = 𝑅𝑠 +𝑅𝑔 = 𝑅1 +𝑅2 + 𝑅𝑔 = 1,5k. 𝑅𝑖 = 𝑅𝑥 iken galvano metre ibresi %50 sapıyordu. Pil gerilimi 1,3V’ta düşünce, maksimum sapma için toplam iç direnç; 1,3 𝑅𝑖 =1.10−3 = 1300=1,3k . 𝑅𝑖 = 𝑅𝑥 = 1,3k da galvano metre ibresi %50 değer gösterecek demektir. (1,5k’luk dirençle elde edilen sapma, 1,3k’luk direnç ile sağlanacak demektir.) 𝛽= 1,5−1,3 1,5 = 0,133 (%13,3) olur. 123 Seri bir ommetre ile ölçmenin yapılışı: Bu aletlerle ölçme yapmadan önce AB uçları direnci küçük olan bir iletkenle kısa devre edilerek , ayarlanabilen 𝐑 𝐬 direnci yardımı ile sıfır ayarı yapılır. Sonra kısa devre kaldırılarak ölçülecek 𝐑 𝒙 direnci bağlanır skala üzerinden direncin değeri okunur. Her direnç ölçme işleminde sıfır ayarı mutlaka yapılmalıdır. ÖDEV: Maksimum sapma akımı 50μA , iç direnci 3kΩ olan bir galvanometreden seri tip ommetre tasarlanıyor. Doğru akım kaynağı olarak gerilimi 3V olan bir batarya kullanılıyor. Buna göre; a) Galvanometreye bağlanacak seri direncin değerini (Rs = ?), b) Ölçü aletinin A-B uçlarına bir direnç bağlandığında aletin skalası 40μA‘i gösterdiğinde ölçülen direncin değerini (Rx = ?) c) Ölçü aletinin A-B uçlarına 40 kΩ‘luk bir direnç bağlandığında ölçü aleti skalası kaç μA gösterir? Hesaplayınız. 124 Çok kademeli seri ommetre: Tek kademeli ommetre çok geniş sınırlar arasındaki dirençleri ölçemez. Ommetrenin ölçü sınırlarını genişletmek amacıyla çok kademeli ommetre kullanılır. • Rx1 kademesinde 10Ω’luk direnç galvanometreye paralel bağlanır. Bu kademedeki ommetre iç direnci 10 ∕∕ (28000+2000)≅10Ω olur. Bu kademede galvanometre ibresi 𝑅𝑥 =10Ω’luk direnç ile %50 sapma oluşturur. (𝑅𝑥 =𝑅𝑖ç ) • Rx10 kademesinde iç direnç 100Ω ∕∕ 30kΩ ≅100Ω olur. %50 lik sapma 𝑅𝑥 =100Ω luk direnç bağlanınca sağlanır. Skalanın orta noktası 10Ω olarak işaretlendiğinden, çarpan katsayısı da 10 olduğundan ölçülen direnç 100Ω olur. • Rx100 kademesinde iç direnç 1kΩ ∕∕ 30kΩ ≅1kΩ olur. 1kΩ’luk direnç ile %50 sapma elde edilir. Çarpan katsayısı 100 olduğundan ölçülen direnç 1kΩ olarak bulunur. 125 Dört kademeli seri ommetre: 126 2. Paralel (şönt) tip ommetreler: Paralel tip ommetreler daha ziyade küçük değerdeki dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. Bu tip ommetrelerin devre şeması seri ommetrelerle aynıdır. Yalnız ölçülecek olan direnç galvanometreye paralel bağlanmaktadır. ∞ 0 0 Seri tip ommetre skalası ∞ Paralel tip ommetre skalası Paralel tip ommetrelerde değerler, soldan sağa doğru okunur. Yani sıfır rakamı; kadranın sol başında, sonsuz noktası ise sağ baştadır. Çünkü aletle ölçme yapılmazken (AB uçlan açık iken), galvanometreden en yüksek akım geçer ve göstergede en büyük sapmayı yapar. Devreye ölçülecek direnç bağlanınca bağlanan direncin değerine göre göstergenin sapma değeri azalır. Çalışması: A-B uçları kısa devre edilirse yani direnç sıfır iken, galvanometrenin ibresi hareket etmez, yani; sıfırı gösterir. Çünkü galvanometre üzerinden akım geçmez. A-B uçları açıkken devreye gerilim uygulanarak 𝐑 𝟐 ayarlı direnci ile aletin maksimum sapması sağlanır, bu sırada 𝐑 𝐱 = 0’dır. I Bataryanın ömrünü uzatmak için, K butonu yalnız ölçme yapılırken kapatılır. K E + _ R s = R1 + R 2 𝐼𝑔 A G B A-B uçları boşken (açıkken) 𝐑 𝟐 direnci ile aletin sıfır ayarı yapıldıktan sonra ölçülecek direnç A-B uçlan arasına bağlanıp K butonuna basılırsa ommetre doğrudan doğruya direncinin değerini gösterir. Paralel tip ommetrelerin de kadran taksimatı eşit aralıklı olmayıp baş tarafta geniş, sona doğru aralıklar gittikçe sıklaşır. 128 𝜴 Paralel tip bir ommetrenin kadran taksimatının düzenlenmesi: 1. Direnci sıfır kabul edilebilecek bir iletkenle A-B uçları kısa devre edilerek göstergenin durduğu yer sıfır direnç olarak işaretlenir. 2. Ommetrenin A-B uçları açıkken 𝑅2 ayarlı direnci yardımı ile göstergenin en büyük sapması sağlanarak durduğu noktaya sonsuz işareti konur. 3. Seri ommetrenin aksine, büyük değerlerden küçük değerlere doğru değerleri önceden değerleri kesin bilinen standart dirençler sırası ile bağlanır ve ibrenin göstereceği yerler işaretlenir. 4. Ommetrenin ölçü sınırlarını genişletmek amacıyla çok kademeli paralel ommetre tasarlanabilir. 129 Çok kademeli paralel tip ommetreler: Ommetrelerin de ölçme alanının genişletilmesi ve birden çok ölçme alanlı yani kademeli yapılmaları mümkündür. Kademeli dirençler bir komütatör anahtar ile ayarlanarak kademeli ommetreler tasarlanabilir. 130 Örnek: iç direnci 1k 𝜴 , maksimum sapma akımı 0,1mA olan bir mili ampermetreden 1,5V’luk bir gerilim kaynağı kullanılarak bir paralel ommetre yapılacaktır. Ommetrenin 𝐑 𝐬 direncini ve A-B uçlarına 1000 𝜴 direnç bağlandığında ibrenin göstereceği noktanın aletin skalasının yüzde kaçı olacağını hesaplayınız. ÇÖZÜM: 𝑅𝑠 = 1,5−1.103 𝑥 0,1.10−3 0,1.10−3 1,5 1,5 𝐼𝑔 = 𝐼𝑥 = 0,1034.10−3 2 = 14. 103 Ω , I E A B 𝑅𝑔 𝑥𝑅𝑥 𝑔 +𝑅𝑥 1000𝑥1000 == 1000+1000 = 500Ω I = 𝐼𝑔 + 𝐼𝑥 , = 0,52. 10−3 𝐴. Veya; 𝑉𝑔 = 1,5 − 14. 103 𝑥 0,1034. 10−3 = 0,052𝑉 , 𝑹𝒈 = 𝑹𝒙 𝒊𝒔𝒆, olacaktır. 𝐼𝑔 G + _ 𝑅𝑝 = 𝑅 𝐼 = 14000+500 = 14500 = 0,1034. 10−3 𝐴, R s = R1 + R 2 K 𝐼𝑥 = 𝑰𝒈 = 𝑰𝒙 Olacağından, ommetrenin 0,052𝑉 1000Ω = 0,52. 10−3 𝐴 skalasındaki sapma %50 131 Örnek : Şekildeki paralel ommetre devresinde kullanılan galvanometrenin iç direnci 5, maksimum sapma akımı 10mA ve pil gerilimi E=3V’tur. A-B uçlarına bağlı Rx=0,5 𝜴′ luk direnç için yarı sapma oluşturacak paralel direncin değerini hesaplayınız. 𝑹𝟐 𝑹𝟏 𝑰 1.Galvanometrenin yarı sapma akımı: 𝐼𝑔 2 = 10 2 = 5𝑚𝐴. (%50 sapma) E 2.Galvanometre gerilimi: −3 𝑅𝑠 = 𝑅𝑝1 + 𝑅2 K 𝑰𝒑 𝑰𝒈 𝟐 𝑹𝒑 + _ 𝑰𝒙 G 𝑹𝒈 −3 𝑉𝑔 = 5. 10 𝐴 𝑥 5 =25.10 V = 𝑉𝑝 = 𝑉𝑥 Paralel direnç ve galvanometre direnci; 𝑅𝑝 // 𝑅𝑔 = 𝑅𝑔𝑡 kabul edilirse; Yarı sapma da; 𝐼𝑔𝑡 = 𝐼𝑥 olmalı 3. Kol akımları: 𝐼𝑥 = 25.10−3 𝑉 0,5Ω 𝐼𝑔 ve (𝐼𝑃 + 2 ) = 𝐼𝑥 , = 50. 10−3 A= 50mA , 𝐼 4. Devrenin toplam akımı: 𝐼=(𝐼𝑃 + 2𝑔 ) + 𝐼𝑥 , 𝐼𝑝 = 𝐼𝑥 - A B 𝐼𝑔 2 𝐼𝑃 = 50mA−5mA= 45mA. 𝐼 = 45 + 5 + 50 = 100𝑚𝐴. 𝟐𝟓𝒎𝑽 5. Paralele direncin değeri: 𝑹𝒑 = 𝟒𝟓𝒎𝑨 = 𝟎, 𝟓𝟓𝟓 Ω. 6. Rs direncinin gerilimi: 𝑉𝑠 =3000mV-25mV=2975mV , 𝑹𝒔 = 𝟐𝟗𝟕𝟓𝒎𝑽 𝟏𝟎𝟎𝒎𝑨 = 𝟐𝟗, 𝟕𝟓Ω 132 Çapraz Bobinli ommetreler: Çapraz bobinli ölçü aleti, at nalı şeklindeki bir daimi mıknatısın N-S kutupları arasına yerleştirilmiş ve birbirine çapraz, rijit bir şekilde bağlanmış iki bobinden oluşur. F1 F2 N ϴ S X 1. Bobin X F1 F2 2. Bobin Bobinler; akım verilince, N-S kutuplarının oluşturduğu manyetik alan içinde hareket ederler. Bobinlerin hareketini engelleyen fren sistemi yoktur. Bobinlerden belirtilen yönlerde akım geçince, bunlara şekilde gösterilen yönlerde manyetik kuvvet etkir. Bobinin ekseni etrafında dönme hareketi(tork) oluşur. RİJİT CİSİM; mühendislik terimi olarak hiçbir etkiye maruz kalmayan, sürtünmesiz ortamda, kuvvet ya da moment etkisi altında şekil değiştirmeyen, formunu koruyan durumlara denir. 133 Çapraz Bobinli ommetreler: Demir göbek Çalışması: K butonuna basıldığında 1. ve 2. bobinler birlerin akım yönlerine göre ters bağlı olduklarından oluşturdukları momentlerde bir birine terstir. Yani 1. bobin sağa dönmek isterken 2. bobin sola dönmek ister. İki bobinin döndürme momentleri dengeye geldiklerinde gösterge belirli bir değer gösterir. Kutup papucu Üretecin emk’ti değişse bile iki bobinde aynı derecede etkileneceğinden bobinlerin denge durumlarında bir değişiklik olmaz. Çünkü gösterge, bobinlerden geçecek olan akımların oranına göre sapar. Bu oran ise dirençlerin oranına eşittir. S N 1 2 - 𝑰𝒔 𝑰𝒙 + K 𝑹𝒔 𝑹𝒙 𝑹𝒔 𝑹𝒙 A = 𝑰𝒔 𝑰𝒙 , 𝑹𝒙 = 𝑅𝑠 . 𝐼𝑠 𝐼𝑥 B 𝑹𝒔 direncinin değeri sabit olduğundan, gösterge doğrudan doğruya 𝑅𝑥 direncinin büyüklüğüne göre sapar. Aletin kontrol yayı olmadığından, alet çalışmazken göstergenin kadran üzerinde belirli bir yeri yoktur. 134 Çapraz bobinli ommetrelerle; 0,001’ dan 10 M’ kadar olan dirençleri doğrudan ölçebiliriz. 0,001 ’dan 100 ’a kadar dirençleri ölçmek için 3 Voltluk bir pil yeterlidir. 10k ’dan, 10M ’a kadar olan dirençleri ölçmek için 500V’luk bir doğru akım üreteci gerekebilir. Manyetik kuvvetin yönünün «Sağ el kuralı» ile bulunması: Sağ elin başparmağı akım yönünü, diğer dört parmak manyetik alanın yönünü gösterecek şekilde birbirilerine dik tutulursa, avuç içinin gösterdiği yön manyetik kuvvetin yönünü gösterir. 135 b) Çeşitli köprü yöntemleri ile direnç ölçmek 1. Wheatstone Köprüsü ile Direnç Ölçmek : Orta büyüklükteki dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. Ommetrelerle %3-5 doğrulukta ölçme yapılırken, wheatstone köprüsü yöntemi ile %0,1 veya daha yüksek doğrulukta direnç ölçmeleri yapılabilir. Wheatstone köprüsünde; DA kullanılırsa, bu köprüye DA köprüsü, AA kullanılırsa AA köprüsü denir. Wheatstone köprüsü ile 0,05Ω ’dan 60000Ω ’a ve hatta 11MΩ kadar dirençler ölçülebilir. Daha büyük dirençlerin ölçülmesinde duyarlılık azalır. Wheatstone köprüsü ile çok küçük dirençlerin ölçülmesinde bağlantı iletkenlerinin de etkisi olacağından, çok küçük dirençlerin ölçülmesinde Kelvin Köprüsü yöntemi kullanılır. 136 Wheatstone Köprüsü : Şekildeki devrede; E geriliminden dolayı dirençler üzerinden 𝐈𝟏 ve 𝐈𝟐 akımları geçer. (a-b) arasında potansiyel farkı olursa galvanometreden akım geçer. Potansiyel farkı olmazsa galvanometre sıfır gösterecektir. Bu duruma köprü dengede denir. Denge durumunda; 𝑹𝒙 . 𝐼1 = 𝑅3 . 𝐼2 𝑅2 . 𝐼1 = 𝑅4 . 𝐼2 ve = 𝑅3 𝑅4 . 𝐼2 . 𝐼2 , 𝑹𝒙 𝑅2 + = 𝑅3 𝑅4 E elde edilir. _ a I1 G 𝑅2 𝑹𝒙 . 𝑅4 = 𝑅2 . 𝑅3 Bağıntısı elde edilir. Eşitlikten 𝑹𝒙 çekilirek; 𝑅3 𝑹𝒙 Formülleri oranlarsak; 𝑹𝒙 . 𝐼1 𝑅2 . 𝐼1 I2 I1 b 𝑅4 I2 𝑹 𝑹𝒙 = 𝑹𝟑 . 𝑹𝟐 elde edilir. 𝟒 Wheatstone tipi ommetre ile direnç ölçmek: Wheatstone tipi ommetrelerde; 𝑹𝟑 𝑹𝟒 oranı önceden belirlenen bir değerde seçilir. 𝑹𝟐 için ise, ayarlanabilir standart bir direnç kullanılır. Köprünün (a-b) noktaları arasına duyarlılığı yüksek bir galvanometre bağlanır. Galvanometreye seri olarak bağlanan bir buton ile kısa aralıklarla köprünün dengede olup olmadığı kontrol edilir. Bu tip aletlerde genellikle 4,5V’luk bir DC gerilim kaynağı kullanılır. 𝑹𝟐 direnci ile ayarlama 𝑹 yapılarak denge durumu sağlanır. 𝑹𝟑 oranı ve 𝐑 𝟐 değeri çarpılarak 𝑹𝒙 heaplanır. 𝟒 137 Ölçmenin Yapılışı: 1. Ölçme yapmadan önce galvanometrenin sıfır edilmelidir. alet üzerindeki ayarı kontrol Direnç ölçme noktaları Sıfır ayar vidası Galvanometre 2. Komütatör anahtar en yüksek değere getirilir ve butona basılarak göstergenin maksimum sapma yapıp yapmadığına bakılır. Maksimum sapmıyorsa kaynak gerilimi yetersizdir. G Butonu B Seçici Anahtar 3. Ölçülecek direnç (X) yazan uçlara bağlanır. 4. A ve B seçici anahtarları en yüksek değerinde iken butona basılır. Gösterge hızlı bir şekilde sağa sapıyorsa direncin değeri için B anahtarı yüksek seçilmiştir. Seçici anahtar kademeleri değiştirilerek butona basılmak suretiyle galvanometrenin sıfırı göstermesi sağlanır B Ayarlı Disk Harici gerilim girişi Wheatstone Tipi Ommetre 5. Sonuç olarak A ve B kademe anahtarlarının gösterdikleri değerler çarpılarak ölçülecek direnç belirlenmiş olur. 138 2. Kelvin (Thompson) Köprüsü : Kelvin köprüsü, Thompson Köprüsü olarak da bilinir ve 𝟏𝟎−𝟔 (1μ) ila 1 arasındaki dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. Kelvin köprüsü ile direnç ölçme sisteminde bağlantı iletkenlerinin dirençleri sonucu etkilememektedir. Bu nedenle 1 ’un altındaki dirençler Kelvin Köprüsü yöntemi ile ölçülmesi daha doğrudur. Bu köprünün esası: ölçülecek dirençle değeri bilinen dirençleri karşılaştırmaktır. Kelvin Köprüsü, esas itibari ile iki kısımdan meydana gelmiştir. Birinci kısım, ölçülecek 𝑹𝒙 direnci; değeri bilinen ayarlı standart direnç 𝑹𝒏 ve devre akımını düzenleyen 𝑹𝒔 dirençleri ile seri bağlanarak üretece bağlanan devredir. Bu kısım köprünün ana devresini oluşturur. İkinci kısım ise, bu devrenin üzerinde değerleri kesin olarak bilinen 𝑹𝟏, , 𝑹𝟐 , 𝑹𝟑 , 𝑹𝟒 ; dirençleri ve galvanometrenin bağlanması ile oluşturulan ikinci devredir. Ana devre üzerindeki 𝑹𝒔 ayarlı direnci devre akımını sabit tutmak için konmuştur. Ölçülecek dirençle ayar dirençlerinin çok küçük olmalarından dolayı üzerlerindeki gerilim düşümleri de çok küçük olur. Ölçmenin hassasiyeti bakımından bu gerilimlerin büyük olması gerekir. Bu da devre akımının yüksek olmasını gerektirir. Bu sebeple Kelvin Köprüsünde yüksek akım verebilecek harici bir pil bataryası kullanılır. 𝑹𝒏 ve 𝑹𝒙 dirençlerinin değerleri de bir birine yakın değerlerde olmalıdır. 139 Ölçmenin yapılışı: Bu tip köprülerde ölçmede kolaylık sağlamak için, 𝑹𝟏 𝑹𝟑 = oranları uygun seçilir. 𝑹𝒏 direnci ile 𝑹 𝑹 𝑹𝟐 𝟒 gerekli ayarlama yapılarak galvanometrenin sıfırı göstermesi sağlanarak köprü dengeye getirilir ve denge durumunda, 𝑹𝒙 𝑹𝒏 = 𝑹𝟏 𝑹𝟐 = 𝑹𝟑 𝑹𝟒 𝑹 𝑹𝒙 =𝑹𝒏 . 𝑹𝟏 𝟐 olacağından 𝑹𝒙 direnci; veya, 𝑹 𝑹𝒙 =𝑹𝒏 . 𝑹𝟑 𝟒 𝑹𝟏 𝐊𝐛 𝑹𝟒 A den hesaplanır. 𝑹𝒏 𝑹𝒔 𝐑𝐱 C B 𝐊𝐚 + 𝟐 G D _ Kelvin Köprüsü Prensip Şeması 𝑹𝟏 𝑹𝟐 𝑹 = 𝑹𝟑 oranları; 𝟒 0,01 - 0,1 – 1 – 10 ve 100 değerleri arasında olup bu değerler alet üzerindeki seçici bir anahtar yardımıyla sağlanır. 𝑹𝒏 standart direnci ise ; iki bölümden meydana gelir. A tarafında 9 kademeli ayarlanabilen, B tarafı da yine daha hassas ayarlanabilecek şekilde tasarlanmış bölümlerdir . Küçük değerli dirençlerin ölçülmesinde kullanılan Kelvin-Thompson Köprüsü kullanışlı bir muhafaza içerisine alınarak portatif hale getirilmiştir bir ommetredir. 140 Kelvin (Thompson) Köprüsü ile direnç ölçmek : Pontavi-Thompson ismi de verilen bu tip ommetrelerle; küçük dirençlerin ölçmesi güvenilir doğrulukta yapılabilir. Aletin 6 bağlantı ucu bulunur. Xi ve XE uçlarına ölçülecek 𝑹𝒙 direnci, + ve - işaretli uçlara da 2V’luk bir DC gerilim uygulanır. Ölçme sırasında aletin yaklaşık 2,5A kadar akım çekebileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Alet üzerinde; 4 kademeli (W) komütatör anahtarı ile 0,001- 0,01-0,1-1 değerlerini, (S) ayarlı diski ile de, 0,2 den 2,2 ye kadar olan seçenekleri ile ölçme yapılır. Şekli verilen ommetrenin ölçme alanı; 0,0002 ila 2,2 om arasındadır. Aletin küçük bölümlerdeki ölçme hatası; ± % 1, büyük bölümlerde ise ± % 0,5 kadardır. Ölçmenin Yapılışı: Ölçülecek 𝑹𝒙 direnci Xi ve XE uçlarına bağlanır. Ölçme sırasında bağlantı uçlarının birbirine temas etmemesi, 6 ucun karıştırılmadan doğru bağlanması ve bağlantı iletkenleri olarak aletin kendi özel iletkenlerinin kullanılması gerekir. Bağlantılar yapıldıktan sonra G butonuna basılarak, seçici anahtar (W) ve ayarlı disk (S) ile ayarlanarak galvano ibresinin sıfır göstermesi sağlanır. Sonuçta bu iki ayarın ölçüm sahasına giren rakamların çarpılması ile (𝑹𝒙 ) direncinin değeri ölçülmüş olur. 141 BUTON W seçici komütatör anahtar S ayarlı disk 𝑹𝒙 2V DC kaynak THOMPSON TİPİ OMMETRE 142 DİRENÇ ÖLÇMELERİ VE OHMMETRELER c) Ampermetre-Voltmetre Metodu ile direnç ölçmek: Ampermetre voltmetre metoduyla direnç ölçümü dolaylı ve basit bir yöntemdir. Bu metotla direnç ölçmede devreye bir ampermetre ve bir de voltmetre bağlanarak akım ve gerilim değerleri ölçülür. Bilinmeyen direncinin değeri ( 𝑹𝒙 ), Ohm Kanunu’ndan faydalanarak; 𝑹𝒙 = 𝑽 𝑰 Formülü ile hesaplanır. Bu yöntemle direnç ölçmede; sonuç kesin olmayıp, yaklaşık değerdedir. Yani biraz hatalıdır. Bu hatanın sebebi, devreye bağlanan ampermetrenin ve voltmetrenin yükleme etkilerinden dolayıdır. Ampermetre -Voltmetre Metodu ile yapılan direnç ölçmelerinde, ölçme hatalarını azaltmak için iki çeşit bağlantı metodu kullanılır. 1. Ampermetrenin voltmetreden önce bağlanması, 2. Ampermetrenin voltmetreden sonra bağlanması. 143 DİRENÇ ÖLÇMELERİ VE OHMMETRELER 1) Ampermetrenin önce bağlanması: 𝐼 𝐸 + _ A 𝑅𝑎 𝐼𝑣 𝐼𝑥 V 𝑅𝑣 𝑅𝑥 𝑹𝒂 : Ampermetrenin iç direnci, 𝑹𝒗 : Voltmetrenin iç direnci, 𝑹𝒙 : Direncin gerçek değeri, 𝑹′𝒙 : Direnin ölçülen değeri, 𝑹𝒙 ≪ 𝑹𝑽 dir. Ampermetrenin önce bağlanması Direncin değeri ohm kanunundan: 𝑅′𝑥 = 𝑉 𝐼 • Bu bağlantıda voltmetreden geçen akım, 𝑹𝒙 direncinden geçen akıma nazaran çok küçük olmalı ki, ölçmede en az hata olsun. • 𝑹𝒙 akımının voltmetre akımına nazaran büyük olması, direnç değerinin küçük olması demektir. • Ampermetrenin önce bağlanması metodu, küçük dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. 144 Yukarıdaki devrenin, ohm ve Kirchoff (Kirşof) kanunları ile açıklanması: Ölçülmek istenen 𝑹𝒙 direnci, voltmetre iç direnci ile paralel bağlıdır. Bu sebepten ampermetre, yalnız 𝑹𝒙 direncinden geçen akımı değil aynı zamanda voltmetreden geçen akımı da birlikte ölçmektedir. 𝑹𝒙 direncinden geçen net akımın değerini hesaplayalım: 𝐼 = 𝐼𝑉 + 𝐼𝑥 ve 𝑰𝒙 = 𝑰 − 𝑰𝒗 olur ve 𝑅𝑥 direncinin değeri; 𝑉 𝑽 𝑅𝑥 = 𝐼 den, 𝑹𝒙 = 𝑰−𝑰 olur. Buradan, 𝑥 𝒗 𝑹′𝒙 ≪ 𝑹𝒙 olacağı anlaşılır. 𝑹′𝒙 : Yaklaşık olarak ölçülen direnç değeri, 𝑹𝒙 : Ölçülen direncin gerçek değeri . Voltmetreden geçen akım; 𝑹𝒙 = 𝑽 𝑽 𝑰− 𝑹 𝑽 𝑰𝒗 = 𝑹 Yazılarak, son formülde yerine konulursa; 𝒗 elde edilir. 𝒗 Ampermetrenin önce bağlanmasındaki direnç ve bağıl hata: 𝛽= 𝑅 ′ 𝑥 −𝑅𝑥 𝑅𝑥 = ∆𝑅𝑥 𝑅𝑥 veya, 𝛽 =− 𝑅𝑥 𝑅𝑥 +𝑅𝑉 formülleri ile hesaplanabilir. Sonuç : Bu bağlantı küçük dirençlerin ölçülmesinde kullanılır (0 - 1) 145 Ek bilgi: Ampermetrenin önce bağlanmasında direnç ve bağıl hata ifadesinin çıkarılması: Voltmetre iç direnci (Rv) ile (Rx) direnci paralel bağlı olduğundan toplam direnç durumundaki (Rx’) için; 𝑅 ′ 𝑥 = 𝛽= 𝑅𝑣 . 𝑅𝑥 𝑅𝑣 +𝑅𝑥 𝑅𝑣 . 𝑅𝑥 −𝑅𝑥 𝑅𝑣 +𝑅𝑥 𝑅𝑥 yazılır ve 𝑅 = ′ 𝑥 , 𝑅𝑣 . 𝑅𝑥 −𝑅𝑥 (𝑅𝑣 +𝑅𝑥 ) 𝑅𝑣 +𝑅𝑥 𝑅𝑥 𝛽= =− 𝑅′ 𝑥 −𝑅𝑥 𝑅𝑥 formülünde yerine yazılırsa; 𝑅𝑥 𝑅𝑥 +𝑅𝑉 Rx . Direncin gerçek değeri 𝜷=− 𝑹𝒙 𝑹𝒙 +𝑹𝑽 Rx’: Hesaplanan(ölçülen) değer 𝜷 : Direnç ölçmedeki bağıl hata 146 DİRENÇ ÖLÇMELERİ VE OHMMETRELER 𝐼 2) Ampermetrenin sonra bağlanması : 𝑹𝒂 : Ampermetrenin iç direnci, 𝑹𝒗 : Voltmetrenin iç direnci, 𝑹𝒙 : Ölçülecek direnç (𝑹𝒙 ≫ 𝑹𝒂 ) A 𝑉𝑎 , 𝑅𝑎 𝐸 + _ V 𝑅𝑣 𝑉𝑥 𝑅𝑥 Bu bağlantıda ampermetrede okunan değer, dirençten geçen akımdır. Ancak voltmetrede okunana gerilim, direnç ve ampermetre iç direncinde düşen gerilimlerin toplamıdır. Ampermetrenin iç direnci çok küçük olduğundan, üzerindeki gerilim düşümü de çok küçük olur. Ölçmede, ampermetre iç direncindeki gerilim düşümü (𝑉𝑎 ) ne kadar küçük olursa, ölçme hatası da o kadar az olur. Bundan dolayı da, ampermetrenin voltmetreden sonra bağlanması ile büyük dirençlerin ölçülmesinde daha doğru ölçmeler yapılabilir. 147 Ampermetrenin sonra bağlanması durumunun, ohm ve Kirşof kanunları ile açıklanması: 𝑽 Ohm Kanunu’ndan: 𝑹′𝒙 = 𝑰 formülü ile hesaplanır. Ampermetrenin iç direncinde düşen gerilimi, voltmetreden okunan değerden çıkardıktan sonra hesaplama yapılarak gerçek direnç değeri elde edilebilir. 𝑉 = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑥 , 𝑉𝑥 = 𝑉 − 𝑉𝑎 ve 𝑅𝑥 = 𝑉−𝑉𝑎 𝐼 = 𝑉−(𝐼.𝑅𝑎 ) 𝐼 = 𝑉 𝐼 − 𝑅𝑎 Bu ifadelere göre; ölçülen direnç 𝑹𝒂 kadar olur ve 𝑹′𝒙 ≫ 𝑹𝒙 dır. Ampermetrenin sonra bağlanmasında direnç ı ve bağıl hata hesabı: 𝑹′𝒙 = 𝛽= 𝑽 𝑰 , 𝑅 ′ 𝑥 −𝑅𝑥 𝑅𝑥 𝑅𝑥 = = 𝑉 𝐼 ∆𝑅𝑥 𝑅𝑥 − 𝑅𝑎 , = 𝑹𝒙 = 𝑹′ 𝒙 − 𝑹𝒂 𝑅𝑥 +𝑅𝑎 −𝑅𝑥 𝑅𝑥 = 𝑅𝑎 𝑅𝑥 , 𝜷= 𝑹𝒂 𝑹𝒙 148 Ampermetre-Voltmetre Metodu ile direnç ölçmede yükleme etkisini önlemek için bir bağlantı metodu: Ampermetre-voltmetre yöntemi ile direnç ölçmede, ölçü aletlerinin yükleme etkilerinden kaynaklanan hataları önlemek için aşağıdaki bağlantı kullanılarak dirençten geçecek akım şiddeti ve direncin gerilimi ayrı ayrı ölçülebilir. A + E _ 𝑹𝒙 V Voltmetreyi bağlı değilken 𝑅𝑥 direncinin çektiği akım ölçülür. Sonra devredeki anahtar kapatılarak voltmetre bağlanır ve direncin uçlarındaki gerilim ölçülerek 𝑽 aletlerin yükleme etkilerinden arındırılmış direnç; 𝑹𝒙 = ile hesaplanabilir. 𝑰 149 Örnek 1: Ampermetre voltmetre metodu ile bir direncin gerçek değeri ölçülecektir. Devredeki ampermetrenin iç direnci 0,04, voltmetrenin iç direnci 10k dur. Devreye uygulanan gerilim bir reostası ile ayarlanarak dirence 210V uygulanmış ve ampermetreden 3A okunmuştur. 𝑅 Buna göre 𝑥 direncinin değerini ve bu ölçmelerdeki bağıl hataları; a) Ampermetrenin önce bağlanması, b) Ampermetrenin sonra bağlanması yöntemlerine göre ayrı ayrı hesaplayınız. Çözüm 1-a: Ampermetrenin önce bağlanması metodu 𝑅′𝑥 = 𝑅𝑥 = 𝛽= 𝑉 𝐼 = 𝑉 𝑉 𝐼−𝑅 𝑣 210 3 = = 𝟕𝟎 210 210 3−10000 70,49−70 = 70,49 = 𝟕𝟎, 𝟒𝟗 𝑅𝑚 𝑉 + _ A 𝑅𝑎 V 𝑅𝑣 𝑅𝑥 0,00695 𝜷 = %𝟎, 𝟔𝟗𝟓 150 Çözüm 1-b : Ampermetrenin sonra bağlanması: 𝑅′𝑥 = 𝑅𝑥 = 𝛽= 𝑉 𝐼 𝑉 𝐼 = 210 3 = 𝟕𝟎 𝑅𝑚 − 𝑅𝑎 = 70 − 0,04 = 𝟔𝟗, 𝟗𝟔 70−69,96 = 69,96 0,00057 , 𝐸 + _ A 𝑅𝑎 V 𝑅𝑣 𝑅𝑥 𝜷 = %𝟎, 𝟎𝟓𝟕 SONUÇ: Ampermetrenin önce bağlanmasında yapılan % 0,695 lük bağıl hata büyük olduğundan ihmal edilemez. Büyük değerli dirençlerin ölçülmesinde önce bağlantı yapılırsa ölçmedeki hata oranı fazla olur. Ampermetrenin sonra bağlanmasında bağıl hata daha küçük olmuştur. Örnekteki %𝟎, 𝟎𝟓𝟕 lik bağıl hata küçük olduğundan ihmal edilebilir. Büyük dirençlerin ölçülmesinde sonra bağlama metodu bağlantı yapılırsa ölçmedeki hata oranı daha az olur. 151 ÖRNEK 2: Ampermetre-voltmetre yöntemi ile bir ısıtıcının direnci ölçülecektir. İç direnci 10kΩ olan voltmetre ile gerilim 200V, iç direnci 0,05Ω olan ampermetre ile akım şiddeti 1A ölçülmüştür. Her iki bağlantı yöntemi ile de direncin değerini ve bağıl hataları hesaplayınız. Çözüm 2-a) Ampermetrenin voltmetreden sonra bağlanması: 1A RV = 10000 Ω RA = 0,05 Ω U = 200 V I=1A 𝑹′𝒙 = 𝑉 𝐼 𝑉 = 200 1 A 𝑹𝑨 220V ~ V 𝑅𝑣 𝑅𝑥 = 200 , İç direnç dikkate alındığında; 𝑹𝒙 = 𝐼 − 𝑅𝑎 = 200 1 0,05=200-0,05= 199,95 200 − 199,95 𝛽= = 0,00025 199,95 𝜷 = %𝟎, 𝟎𝟐𝟓 152 Örnek 2, b) Ampermetrenin önce bağlanması: 𝑅′𝑥 = 𝑉 𝐼 = A 200 =200 1 1A 𝑅𝐴 = 0,05Ω Voltmetreden geçen akım(𝑰𝒗 ) dikkate 220V 200V V 𝑅𝑥 𝑅𝑣 =10kΩ alındığında; 𝑉 𝑹𝒙 = 𝐼−𝐼 = 𝑣 Bağıl hata; 200 200 = 204,08. 𝜷= 200−204,08 204,08 1−10000 = 𝟎, 𝟎19 𝜷 = %𝟏, 𝟗 olur. SONUÇ: Ampermetrenin önce bağlanmasında yapılan % 1,9 lük bağıl hata büyük olduğundan ihmal edilemez. Ampermetrenin sonra bağlanmasında bağıl hata : %𝟎, 𝟎𝟐𝟓 ile daha küçük olduğundan ihmal edilebilir. Büyük dirençlerin ölçülmesinde sonra bağlama metodu bağlantı yapılırsa ölçmedeki hata oranı daha az olur. 153 ÖRNEK 3: Ampermetre-voltmetre yöntemi ile bir direncin değeri ölçülecektir. İç direnci 1kΩ olan bir voltmetre ile 3V, iç direnci 0,01Ω olan ampermetre ile 5A ölçüldüğüne göre, her iki bağlantı yöntemi ile ölçülen dirençteki hata oranını hesaplayınız. Rv=1k, Ra=0,01 , V=3V, I=5A Önce bağlama metodu uygulanırsa; 𝑅′𝑥 = 𝑉 𝐼 V 3 = 5= 0,6 , Voltmetre akımı(𝐈𝐯 ) dikkate alındığında; 𝑉 𝑅𝑥 = 𝐼−𝐼 = 𝑣 200 3 = 0,60036 , 𝛽 = 1−1000 0,60036−0,6 0,60036 Sonra bağlama metodu uygulanırsa; Ampermetrenin iç direni dikkate alınarak, 𝛽= 0,6−0,59 0,59 = 1,69 = 0,0006 𝑉 𝜷 = %0,06 3 𝑅𝑥 = 𝐼 − 𝑅𝑎 = 𝐼 − 0,01 = 𝟎, 𝟓𝟗 𝜷 = %𝟏, 𝟔𝟗 Ölçülecek direncin değeri küçük olduğundan sonra bağlama metodunda yapılan hata önce bağlama metodunda yapılan hatadan çok daha büyüktür. 154 Ödev: Küçük olduğu bilinen bir direncin değerini ölçmek için, devreye 3,6 voltluk bir üreteç bağlanıyor. Kullanılan voltmetrenin iç direnci, 2k, ampermetrenin iç direnci 0,2ohm dur. Yapılan ölçmede deneyinde akım şiddeti; 5A, gerilim 2,2V ölçülmüştür. Uygun direnç ölçme bağlantısını seçerek, direncin değerini ve bu ölçmede yapılan bağıl hatayı hesaplayınız. 155 YALITKANLAR Elektrik akımını iletmeyen cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik gibi malzemeler yalıtkanlar grubuna girerler. Yalıtkanların elektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdır. Bu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 'e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadır. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girdiği için elektron alıp verme gibi bir istekleri yoktur. Bu sebeple de elektriği iletmezler. En dış yörüngedeki serbest elektron miktarı dörtten fazla olan maddelerin elektronları atom çekirdeğine sıkı sıkıya bağlıdır. Dolayısıyla elektriği iletmezler. Ancak her yalıtkan belirli şartlar altında belirli bir iletkenlik gösterirler. Yalıtkan malzemelerin yalıtkanlık dereceleri, ısı, yüksek değerli elektriksel basınç, rutubet etkisi veya yabancı cisimlerle etkileşim sebebiyle değişebilir. YALITKAN DELİNMESİ: Aslında elektrik akımını hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalıtkan olarak bilinen maddeler de "çok az" bir akım geçirirler. Yalıtkana uygulanan gerilim arttıkça geçirdiği akım da artmaya başlar. Belli bir gerilim seviyesinden sonra yalıtkan tamamen iletken olur. Buna yalıtkanın delinmesi. denir. 156 YALITKAN CİSİMLERİN ÖZELLİKLERİ : 1. Sızıntı akımlarına karşı dayanım: Bir yalıtkanın dış yüzeyinde mevcut olan yabancı maddeler sızıntı akımı olarak adlandırılan bir akım akışına neden olurlar. Yalıtkanın sızıntı akımının oluşmasına karşı gösterdiği dirençliliğe sızıntı akımı dayanımı denir. 2. Dielektrik dayanım: Bir yalıtkan malzemeyi iletken hale sokmaksızın birim kalınlığı başına uygulanacak en büyük gerilim değeri dielektrik dayanımı olarak adlandırılır. kV/mm birimi kullanılır. 3. Elektriksel direnç değerleri: Gerilim altında bulunan yalıtkan bir malzemenin göstermiş olduğu direnç değeridir. Ölçülen izolasyon direncinden yararlanılarak, birim boyut başına hesaplanan değere, o yalıtkanın özgül direnci denir. Birimi Ω.cm’dir. 157 4. Yalıtkanların ark dayanımları: Elektriksel ark; elektrik akımı iyonlaşan hava üzerinden iletildiği anda oluşan kıvılcımdır. Elektrik arkı etkisine maruz kalan bir yalıtkanın ne ölçüde akım geçireceği ve nasıl bir değişime uğrayacağı ancak test yapmakla anlaşılabilir. 5. Dielektriksel kayıp faktörü: Yalıtkan malzemelerde ısı olarak açığa çıkan kayıplardır. Bu kayıplar, gerilimin büyüklüğüne, sıcaklığa ve frekansa bağlı olarak değişirler. Genellikle yüksek frekanslarda artan bir değer gösterirler. Bu nedenle yüksek frekanslarda çok özel yalıtkanlı (polietilen vb.) kablolar kullanılır. Şebeke gerilimi değerleri; 1. Alçak gerilim (AG); 0 - 1 kV arası, 2. Orta gerilim (OG); 1kV - 35kV arası , 3. Yüksek gerilim (YG); 35kV – 154kV arası, 4. 154kV’tan yüksek olan gerilimlere de çok yüksek gerilim denir. 158 BÜYÜK DİRENÇLERİN ÖLÇÜLMESİ 0,1 M’dan daha büyük olan dirençler büyük direnç olarak sınıflandırılmıştı. Elektronik devrelerde kullanılan bazı dirençler ile yalıtkan maddelerin dirençleri bu gruba girerler. Bazı Büyük Değerli Dirençler: • Yalıtkan malzemelerin yüzey dirençleri ve hacim dirençleri • Çeşitli elektrik malzemelerinin ve cihazlarının izolasyon dirençleri • FET, MOSFET gibi bazı güç transistörlerin dirençleri • Kondansatörlerin kaçak dirençleri Büyük dirençler; seri ommetrelerle veya mega ommetrelerle ölçülebilir. Mega ommetreler, pratik uygulamalarda «MEGER» olarak bilinir ( Bu isim özel bir firma tarafından marka olarak kullanılmıştır). Büyük dirençlerin ölçülmesinde, galvanometrenin gösterebileceği bir akım elde etmek için 100V’tan daha büyük DC gerilimlerin uygulanması gerekir. Ölçü aleti olarak hassas bir galvanometre veya bir mikro ampermetre gereklidir. 159 YALITKANLARIN DİRENÇLERİNİN ÖLÇÜLMESİ Yalıtkanlık direnci; yalıtkan maddenin içinden veya yüzeyinden olabilecek kaçak veya sızıntı akımlarına karşı yalıtkanın gösterdiği dirençtir. Yalıtkanların dirençleri MEGER isimli ommetrelerle ölçülür. Pratik uygulamalarda; yalıtkanın sızıntı akımı, 1mA geçmemesi istenir(VDE) . İletkenlerle taşınan akımın, canlılara zarar vermemesi için her iletkenin üzeri yalıtkan bir madde (izolasyon maddesi) ile kaplanır. Elektriksel izolasyon (elektriksel yalıtkan): İzolasyon; elektrik enerjisinin yalnızca ilgili iletken üzerinden geçmesini sağlamak, oluşabilecek kısa devre akımlarını önlemek ve canlıların güvenliğini sağlamak için yapılan bir yalıtım işlemidir. İletkenlerin üzerine kaplanan özellikler; a) b) c) d) izolasyon (yalıtkan) maddelerde aranacak bazı İletkenin kullanılacağı akımın cinsine, Uygulanana gerilimin büyüklüğüne, İletkenin taşıyacağı akımın büyüklüğüne, İletkenin bulunacağı ortama bağlıdır. 160 İzolasyon Direnci: Kabloların yalıtkan kısımları ile akım taşıyan iletkenler ve topraklama iletkeni arasındaki dirençlerine izolasyon direnci denir. Elektrik kablolarının dış yalıtkan kısımlarının dirençlerinin çok büyük değerlerde olması gerekir. • İzolasyon dirençlerinin ölçülmesinde 1kV ve üzeri gerilimler kullanılır. Burada kullanılacak galvanometre, 0,1- 1nA’e kadar sızıntı akımlarını bile ölçebilirler. • İzolasyon direnci ölçümü hemen hemen her elektrikli ürün ve cihaz için gerek olan, üretim aşamasında ve servis aşamasında yapılması gereken bir testtir. • Büyük güçlü ve yüksek gerilimli elektrik motorlarının, jeneratörlerinin ve transformatörler in izolasyon direnci testlerinin mutlaka yapılması gerekir. • Alçak gerilim (AG), orta gerilim (OG) ve yüksek gerilim (YG) kablolarının da üretim aşamasında ve gerektiğinde izolasyon direnci testleri yapılmalıdır. • Meger ile yapılan izolasyon direnci ölçme işleminde, gerilimi yüksek olan doğru gerilim üreteçleri kullanılır. 161 MEGERLER Yalıtkanlık direncini direkt olarak ölçen ölçü aletlerine MEGER denir. MEGERİN YAPISI: Meger; çalışması için gerekli olan yüksek gerilimin üretildiği bir üreteç kısmı ve ölçme işleminin gerçekleştiği bir ölçme (galvanometre) kısmı olmak üzere iki ana bölümden meydana gelir. ÜRETEÇ KISMI: Çok yüksek değerli dirençlerin ölçümünde pil, galvanometre ibresinin sapmasını sağlayacak akımı veremez. Megerle direnç ölçmek için daha yüksek doğru gerilime ihtiyaç vardır. Bunun için, eski tip megerlerde endüvisi dışarıdan el ile döndürülebilen kollu ve yüksek gerilim üreten bir DA jeneratörü kullanılır. Yeni tip megerlerde ise alet içindeki pilin gerilimini yükselten elektronik konvertörlü devreler bulunmaktadır. Yeni tip megerlerin içinde bulunan üretecin gerilimi, önce konvertör yardımı ile alternatif akıma çevrilir. Daha sonra transformatörle yükseltilerek tekrar DA’ a dönüştürülerek ölçme işlemi gerçekleştirilir. Genel olarak megerin içinde bulunan üreteçler, 100, 250, 500, 625, 1000, 1250, 2500, 5000 Volt DC gerilim kaynaklarıdır. 162 ÖLÇME KISMI: Megerlerin ölçme kısmı, ya analog veya dijital göstergeli bir galvanometredir. Analog göstergeli olanı çapraz bobinli bir galvano metredir. Çapraz bobinlerden birisi akım bobini, diğeri gerilim bobini olarak isimlendirilir. Seçici anahtar: Megerlerde, uygun gerilimin seçilebileceği bir anahtar bulunur. Bu anahtar yardımıyla; alçak gerilim sinyal kabloları için 500V, alçak gerilim güç kabloları için 1000V ve orta gerilim sistemlerinde, 5000V gibi gerilim kademeleri seçilerek ölçüm yapılabilir. Uygulamada en çok kullanılan meger çeşitleri: • Manyetolu, analog göstergeli megerler: Üzerine kadranlar bulunan ve analog ölçüm yapan meger tipine analog meger denir. • Konvertörlü, analog göstergeli megerler: Sadece üreteç kısmı elektronik yapıda olan analog tip megerdir. • Konvertörlü dijital tip megerler: Üzerinde dijital bir ekran olan ve üreteci elektronik yapıdaki meger tipine elektronik meger denir. 163 MEGER Manyetolu Analog Yapıda bir Meger Dijital Meger 164 perşembe MEGER ÇALIŞMASI PRENSİBİ A-B uçları açık devre iken; 1.bobinden akım geçmez. Bu durumda 2 . bobinden akı geçer ve ibre sol tarafa doğru sapar ve sonsuz işaretini gösterir. Generatör + - A-B uçları kısa devre edilirse; 1. bobin akımı çok fazla olacağından ibre sağa doğru sapar ve sıfırı gösterir. A-B uçlarına bir 𝑹𝒙 direnci bağlandığında: 1.bobinden geçen akım, ibreyi sağa yönde sapmaya zorlar. 2. bobin de ters yönde hareket oluşturur. Sonuçta ibre, bu iki bobinin bileşkesi oranında sapma yapar. 𝑹𝒙 : Değeri ölçülecek direnç, 1 nolu bobin: Akım bobini, 2 nolu bobin : Gerilim bobini, 2 1 A B Megerin Prensip şeması 165 MEGER MEGERİN ÇALIŞMASI: Aletin dış bağlantı noktaları açıkken megerin manyetik kolu çevrilirse üretilen akım, devrede olan gerilimi bobini üzerinden geçer. Çünkü akım bobinin uçları açıktır. Gerilim bobinin meydana getirdiği manyetik alan ölçü aletindeki bobin grubunu alan dışına iteceğinden, ölçü aleti değer olarak ∞ değer gösterir. Bu değer, en büyük direnç demektir. Aletin uçlarını kısa devre ederek manyeto kolunu çevirirseniz, yüksek dirençli gerilim bobininden akım geçmez. Üretilen akım, akım bobininden geçerek devresini tamamlar. Akım bobininde üretilen manyetik alan ölçü aletinin bobin grubunu alan içine doğru çeker. Bu çekme hareketi göstergenin sıfır göstermesini sağlar. Aletin uçlarına direncini ölçebileceğimiz bir 𝑹𝒙 direnci bağlanırsa manyeto kolunu çevirdiğimizde aletin hem akım hem de gerilim bobininden geçen akımın oluşturacağı manyetik alanlar zıt yönlüdür. Bobinlerde meydana gelen zıt momentli manyetik alanların dengelendiği oranda bir fark alan oluşarak, ölçü aletinin göstergesine bir değer olarak yansır. 166 Meger ile bir elektrik tesisatının izolasyon direncinin ölçülmesi Meger ile testten önce; Tesisatın enerjisini kesiniz. Tüm alıcıları devreden çıkarınız. Her linyenin sigortasını açınız. Linye 1 Linye 2 Linye 3 Koln hattı 167 MEGER İzolasyon test sonuçlarının değerlendirilmesi : Meger ile yapılan hatlar arası, hat toprak, bara – pano vb. arası yapılan ölçümler sonucu elde edilen direnç değerleri not edilir. Bu değerlerin yüksek çıkması ile tesisatın izolasyonunun iyi olduğuna karar verilir. Normal şartlarda izolasyon direncinin, (Çalışma Gerilimix1000Ω) değerinden küçük çıkmaması gerekir. Aksi halde sistemin izolasyonu sağlıklı değildir. Mutlaka hatalar tespit edilerek gerekli tamir ve bakım işlemlerinden sonra izolasyon ölçümü tekrar yapılmalıdır. İzolasyon direnci standartların altında olan bir tesise enerji verilmesi sistemi ve çalışanları tehlikeye atacağından, gerekli arıza çalışmaları yapılmadan sisteme asla enerji verilmemelidir. Yalıtkanlık direncinin değeri şebeke geriliminin 1000 katından küçük olmamalıdır. Yani: 380 Voltluk bir şebekede 380.000Ω, 220 Voltluk bir şebekede 220.000 Ω’ dan yüksek yalıtkanlık direnç değerinde olmalıdır. 168 TOPRAKLAMA VE TOPRAK DİRENCİNİN ÖLÇÜMÜ Topraklama; elektrikle çalışan cihazların ve elektrik sistemlerinin belirlenen noktaları ile toprak elektrotu arasında iletken bir bağlantı kurmak olarak tanımlanabilir. TOPRAKLAMANIN ÖNEMİ: Topraklama, cihazlar ile toprak arasında iletken bir bağlantı kurarak, cihaz gövdesinin toprakla irtibatlanmasıdır. Topraklama ile cihazlarda meydana gelebilecek yalıtım arızaları ve bazı nedenlerde meydana gelebilecek kaçak akımlar topraklama elektrotu üzerinden toprağa akması sağlanır. Eğer sistemde herhangi bir topraklama tesisatı mevcut değil ise, cihazların herhangi birinde bir kaçak olursa, hata akımı bu cihaza dokunan insan üzerinden akacağından, bu akımın seviyesine bağlı olarak ölüm olayları meydana gelebilir. Topraklama tesisatı sayesinde, kaçak akımlar güvenli bir şekilde toprağa yönelir ve sigorta atması veya varsa otomatik bir açma sistemi ile elektrik kesilir. Topraklama sistemleri canlıların hayatını korumada önemli olduğu gibi, cihazların ve tesislerin korunması anlamında da çok önemlidir. Topraklama kanuni bir zorunluluktur, 169 TOPRAKLAMA: Topraklama; Elektrikle çalışan tüm cihazların ve üzerinde elektrik bulunan sistemlerin belirlenen noktaları ile toprak elektrotu arasında iletken bir bağlantı kurmak olarak tanımlanmıştı. Topraklama elektrik ile çalışan tüm cihazların herhangi bir elektrik kaçağı durumunda elektriğin doğrudan toprağa iletilmesini sağlar. Özellikle kaçak elektrik durumlarında, elektrikle çalışan cihazlar insan hayatını riske atabilir. Topraklama elektrotları; en az 3mm kalınlığında galvanizli saç, 2mm kalınlığında bakır levhalarla veya özel topraklama çubukları ile yapılır. Toprak elektrotlarının toprakla temas edecek olan yüzey alanları en az (0,5m²) olmalıdır. Bir Toprak elektrotu, toprağa yerleştirilir ve toprak elektrotu ile tesisat arasında elektriksel bir bağlantı gerçekleştirir. Eğer herhangi bir toprak elektrotu sistemde mevcut değilse insanların güvenliği tehlikededir. Cihazların veya ekipmanların da zarar görme ihtimali mevcuttur. Buna rağmen toprak elektrotu tek başına can güvenliği sağlayamaz. Sistemin sağlıklı çalışması için düzenli ölçmeler ve kontrollerin yapılması şarttır. 170 TOPRAKLAMA DİRENCİ NEDİR? Topraklama elektrotunun yayılma direnci ile topraklama iletkenin dirençlerinin toplamına sistemin topraklama direnci denir. Toprak direnci : Toprak direnci; toprağın, elektrik akımını karşı gösterdiği tepkidir. Toprak, aslında iyi bir iletken değildir. Ancak, akımın toprakla temas alanı yeteri kadar büyük olursa, direnç azalarak toprak iyi bir iletken haline gelebilir. Toprak direncini etkileyen bir çok etken vardır. Bunlardan en önemli olanları; toprağın yapısı, nem durumu ve toprak öz direncinin küçük olmasıdır. 1m³ toprağın direncine toprağın özdirenci (özgül direnç) denir. Topraklama direnci «toprak direnci test cihazı olan toprak megeri ile ölçülür. Meger ile toprak direncinin ölçümü ve hesaplamaları, ilk defa 1915 yılında , ABD Standart Bürosu’ndan Dr. Frank Wenner tarafından yapılmıştır. Topraklama direnç değeri genel olarak 10 omun altında olması istenir. Ancak zaman içerisinde direnç yükselmesi olabileceğinden 5Ω olması daha doğrudur. Tesisin topraklama tipine, tesisin durumuna (bina, endüstriyel kurum, şehir, kırsal alan vs) göre birçok topraklama direnci ölçme metotları vardır. 171 TOPRAK LAMA DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ Gerilim düşümü metoduyla toprak direncinin ölçülmesi: Aşağıdaki şekilde yerleştirilmiş elektrotlar yardımıyla gerekli ölçmeler yapılarak om kanunu formülünden direnç hesaplanır. sabit T: Toprak elektrotu, Hareketli sabit A ve B: Yardımcı elektrotlardır. T ve B elektrotları sabit, A elektrotu hareket ettirebilir durumdadır. Böylece değişik durumlarda hesaplamalar yapılabilir. İyi bir sonuç elde etmek için A ve B elektrotları bir birine uzak olmalıdır. Ayrıca ölçümler farklı aralıklarda tekrarlanarak aynı sonuç elde edilmeye çalışılmalıdır. 172 TOPRAK DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ Megerin toprak test cihazı olarak kullanılması: Toprak direncinin ölçülmesinde megerlerin geliştirilmiş şekli olan özel toprak test cihazları kullanılır. Bu cihazlarda, diğer megerlerden farklı olarak, dönen akım dönüştürücü ve doğrultucu bulunur. Bu iki eleman DA jeneratörünün miline bağlı (L) şeklinde 4’der fırçalı anahtarlardır. Aynı anda her bir fırçanın karşılıklı ikisi devreye bağlanır. Jeneratör mili döndükçe her an fırça çiftlerinden birisi devreye bağlanır. Toprak test cihazı kendi ürettiği DA ile çalışmasına karşılık, seçici anahtar sayesinde ölçme şebeke frekansından farkı olan bir AA’da yapılır. Bunun sebebi toprağa DA uygulandığında, elektrolitik etki ile toprakta bir kutuplanma oluşur. AA’da böyle bir etki olmaz. Toprak test cihazında; P1, P2, C1 ve C2 olarak isimlendirilen dört adet bağlantı uçları bulunur. Toprak test cihazının gösterdiği değer, gerilim bobinine (P1-P2)uygulanan gerilimin, akım bobininden (C1-C2) geçen akıma oranı kadardır. Toprak direnci, aletin ibresinin gösterdiği değere göre doğrudan okunur. 173 TOPRAK DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ Toprak test cihazı topraklama direncinin ölçülmesi: Direnci ölçülecek topraklama levhasından 20’şer metre ara ile gerilim elektrotu ile yardımcı elektrot toprağa çakılır. Yalnız burada ölçmenin doğru yapılabilmesi için yardımcı elektrotun topraklama levhasından en az 40m uzakta olmasına dikkat edilmelidir. Büyük boyutlu topraklama levhaları için uzaklık yeterli gelmez ise bu mesafe topraklama tesisinin en büyük boyutunun en az beş katı alınmalıdır. Toprak test cihazında; P1, P2 potansiyel uçları ve C1, C2 olarak akım uçları olarak isimlendirilen dört adet bağlantı uçları bulunur. Bunlar, aşağıdaki sıraya göre bağlanır. • P1 ve C1 uçları kısa devre edilerek toprak elektrotuna bağlanır. • P2 ve C2 uçları A ve B yardımcı elektrotlarına bağlanır. Toprak test cihazının kolu dakikada , 130-160 dönme hızı ile çevrilir. Jeneratörün ürettiği doğru akım, aletin akım bobininden geçtikten sonra dönüştürücü ile alternatif akıma çevrilip C1 ve C2 uçları ile toprağa verilir. Topraklama levhası ile gerilim elektrotu arasındaki aynı frekanslı alternatif gerilim P1 ve P2 uçları yardımıyla ölçü aletine uygulanır. Topraktan alınan bu gerilim dönüştürücü ile tekrar doğru akıma çevrilerek aletin gerilim bobinine uygulanır. Megerin gösterdiği değer, bu akım ve gerilim arasındaki oran yani toprak direncidir. 174 Toprak test cihazı ve topraklama direncinin ölçülmesi gerilim 𝐂𝟏 Topraklama levhası 𝐏𝟏 Gerilim elektrotu Yardımcı elektrot 175 C1 P1 Topraklama Levhası P2 Gerilim Elektrotu C2 Yardımcı Elektrot 176 Dijital toprak test cihazı ile topraklama direncinin ölçülmesi: Toprak megerleri; E, P ve C olmak üzere üç adet elektroda sahiptir. Bunlar; E: Toprak elektrotu, C: Akım elektrotu, P: Potansiyel elektrotudur. Ölçmede; E ve C elektrotlarına sabit akım uygulanarak E ile P arasında potansiyel farkı elde edilir. Cihaz, V/I orantısı ile toprak direnci olan R ölçebilmektedir. En yaygın yöntem, 2 kazıklı (3 problu) ölçüm şeklidir. P ve C elektrotları toprağa derinlemesine çakılır. Bu elektrotlar arasındaki mesafe 5-10 m olmalıdır. Yeşil kablo mevcut topraklama elektrotuna bağlanır. Sarı kablo, potansiyel elektrotuna (P), kırmızı kablo ise akım elektrotuna (C) bağlanır. Eğer toprak kuruysa su dökülerek nemlendirmelidir. Elektrotların yerleştirildiği toprağın nemli olması, elektrotların kolay çakılmasını sağlarken toprak direncinin daha düşük çıkmasını sebep olabilir. Takip eden slaytta dijital bir toprak test megerinin prensip şeması verilmiştir. “Topraklama direnci ölçümleri; SMM belgeli elektrik mühendisleri tarafından ölçülerek raporlanmaktadır.” 177 Toprak elektrotu Potansiyel ve akım elektrotları Dijital toprak test cihazı ile topraklama direncinin ölçülmesi 178 Toprak direnci test cihazı 179 EK BİLGİ: Toprak direnç değeri olarak ilgili normlarda 10 Omun altı ideal kabul edilmektedir. Ancak zaman içerisinde ki direnç artışı göz önünde tutularak 5 omun altına indirgenmesi hedeflenmelidir. Topraklama sistemlerinde kontrol periyotları Elektrik üretim, iletim, dağıtım tesisleri : 2 yıl Enerji nakil ve dağıtım hatları : 5 yıl Sanayi tesisleri ve iş merkezleri: 1yıl Topraklama tesisleri ile ilgili diğer kontroller: 2 yıl Sabit işletme elemanları : 1 yıl Yeri değişebilen işletme elemanları: 6 ay Parlayıcı, patlayıcı, tehlikeli ve zararlı maddelerle çalışılan işyerleri ile ıslak ortamlarda çalışılan işyerleri için kontrol periyotları 1 yılı aşamaz. Araştırmalarda kuru ve nemsiz koşullarda güvenli olarak belirlenen en yüksek gerilim seviyesi, AA’da 50V, DC’da 120V olarak belirlenmiştir. İnsan hayatı için tehlikeli akım sınırı 50mA’den başlar. 80mA kesin ölüme sebep olur. 180 Kablo arıza yerinin tespit edilmesi: Wheatstone köprüsünün önemli uygulamalarından biri de; yer altına değişik amaçlar için döşenen yeraltı kablolardaki arıza noktalarının tespit edilmesidir. Bu kablolarda olabilecek arızalar; • İletken ile toprak arasında kaçak olması, • İki iletken arasında kısa devre olması, • İletkenlerde kopma olması, • İletken ile koruyucu kılıf(zırh) arasında temas olması. Ommetrelerle de, bu tür arızaları olup olmadığı araştırılıp tespit edilebilir. Ancak, arıza noktasının kaçıncı metrede/kilometrede olabileceği Wheatstone köprüsü yöntemi ile bulunur. Temel bağlantı olarak Wheatstone köprüsünden türemiş olan Murray-Varley köprüleri, genellikle yer altına döşenen elektrik ve telefon iletim hatlarında meydana gelen arıza yerlerinin belirlenmesi için kullanılır. Gelişen teknoloji ile birlikte yoğun, yorucu ve hata yapma olasılığı yüksek olan hesaplamaların rafa kalktığını ve çeşitli arıza tespit cihazları ile arızaların kolayca tespit edilebildiği ve hangi noktada bulunduğu belirlenebilmektedir. 181 Avometre ile basit arıza araştırma yöntemleri: 1. Kısa devre arızasının aranması: Arızalı olan hat, bağlı bulunduğu bütün noktalardan ayrılır ve tüm uçları açık hale getirilir. avometrenin om kademesi yardımıyla hattın bir başından iki damar iletken arasında direnç ölçüm yapılır. ohmmetre Arıza olmayan hatta normalde sonsuz bir değer okunması gerekir. Eğer sonsuz değer yerine herhangi bir değer okunuyorsa bu iki iletken arasında bir kısa devre olduğu tespit edilmiş olunur. 2. Kopukluk arızasının aranması: Kısa devre arızası aranması sonucu sonsuz bir değer okunuyor ve herhangi bir sonuç alınamadı ise bu defa kabloda kopukluk olup olmadığına bakılır. Bu noktada ölçüm yapılan ohmmetre uçların dışında ki diğer uçtaki iki kablo bir biri ile köprülenir ve yine ommetre ile ölçüm yapılır. Ölçüm sonucunda yine sonsuz değer okunuyor ise bu hatta kopukluk olduğu anlaşılır 182 3. Toprak kaçağı arızası aranması Normal şartlarda toprak ile iletken arasında olması gereken direnç değeri sonsuzdur. Ancak toprak ile iletken arasında yapılan ölçüm sonucu herhangi bir değer okunuyorsa iletkenden toprağa kaçak olduğu anlaşılabilir. ohmmetre Bu arızaların tespit edilmesinden sonra kilometrelerce uzunluktaki kablonun hangi noktasında arıza olduğu da çok önemlidir. Klasik yöntemde çeşitli hesaplamalar ile arızalı noktalar tespit edilmektedir. Kısa devre arızasının hangi noktada olduğunun tespitinde; Wheatstone köprüsü ile üç adet ölçme yöntemi uygulanarak, toprak kaçak arızasını üç bilinmeyenli denklem ile, kopukluk arızasını ise kapasite (C) ve endüktans (L) ölçümü ile arıza tespiti yapılabilmektedir. 183 Kablo arıza tespitinde kullanılan arıza tespit cihazları: TW-8800 ve TW-82 enerjili ve enerjisiz kabloları yer altından tespit edebilirler. TDR-410 çeşitli kablolarda arızanın ne olduğunu ve kaçıncı metrede meydana geldiğini tespit edebilen cihazdır.(Katalogdan alınmıştır) 35 kV AG ve OG Yer Altı Kablolarının Hatalarını Bulan Taşınabilir Cihaz 184 Kablo arıza tespitinde kullanılan arıza tespit cihazları: SYSCOMPACT 3000 KABLO TEST CİHAZI: Sistem 19" renkli dizaynı ile tamamen kapalı, alçak ve orta gerilim kablolarındaki her türlü, arıza çeşitleri için ön ve noktasal tespit sistemidir. SYSCOMPACT 3000 tercihen alçak ve orta gerilim şebekelerinde 200 km'ye kadar kablo arıza ön tespiti ve noktasal tespit yapabilmektedir (Katalogdan alınmıştır). 185 MULTİMETRELER VE AVOMETRELER MULTİMETRELER Gerilim, akım ve direnç ölçen aletlere mültimetre denir. Bu aletler doğru akımda ve alternatif akımda ölçmeler yapabilirler. Multimetreler aynı zamanda avometre olarak ta anılan kombine ölçü aletleridir. Avometrelerin analog ve dijital tipleri mevcut olup analog olanları yapı olarak döner bobinli ölçü aletleridir. Multimetreler ile akım, gerilim ve direnç dışında, frekans, sıcaklık, kapasitans, indüktans, ölçümleri ve transsistör, diyotların testleri de yapılabilir. Multimetreler alçak gerilim seviyesinde ölçüm yaptıkları için yüksek gerilimlerde bazı yöntemler ile yüksek gerilim, alçak gerilim seviyesine düşürerek ölçüm yapabilir. Bir multimetrenin genel görünümü 186 MULTİMETRELER MULTİMETRE (AVOMETRE) Dijital multimetrelerde ölçüm hatası temel iki sebepten meydana gelir. Bu hatalar; o dijital multimetrede kullanılan analog ve dijital çeviricilerden ve kademelerin oluşturulması için kullanılan gerilim bölücü direnç gruplarından kaynaklanır. Bu hata miktarı ± % 1 civarındadır. Multimetrelerde ölçme işlemi; «probe» adı verilen birisi siyah, diğeri kırmızı olan iki bağlantı kablosuyla yapılmaktadır. Bu kablolar elelektrolitik bakır olmalıdır. iletkenlerden yapılır ve dirençleri küçük Multimetre ile ölçmeye başlamadan önce proplarının sağlamlığı da kontrol edilmelidir. Bunun için multimetrenin seçici anahtarı buzzer (ses) konumuna alınıp kablolar birbirine dokundurulduğu anda ses gelmelidir. Sesin gelmesi kabloların sağlam olduğunu gösterir. Multimetrenin giriş terminalinde, 4 farklı fonksiyon için giriş uçları bulunur. Bunlar; COM, V, Ω, Hz (volt, ohm, frekans), mA (miliamper) ve A(Amper) uçlarıdır. Multimetre de kablolar, ölçülecek olan fonksiyona göre uygun girişlere takılmalıdır. 187 GİRİŞ TERMİNALİ: 1. Ortak uç,(Siyah Kablo) her zaman 3 numaralı girişe takılır. 2. Gerilim, direnç gibi geri kalan özellikler ölçülürken kırmızı kablo 4 numaralı girişe takılır. 3. Maksimum 20 amper akım ölçülürken kırmızı kablo 1 numaralı girişe takılır. 4. Akım mili amper mertebesinde ölçülürken kırmızı kablo 2 numaralı girişe takılır. 188 SEÇİCİ ANAHTAR Fonksiyon Seçim Düğmesi 1. OFF konumu: Cihazı kapatma. 2. V konumu: Alternatif veya Doğru gerilimi ölçme 3. Ω/Buzzer konumu: Direnç ölçme veya test yapma. 4. Diyot/C konumu: Diyot kontrol veya kapasite ölçme. 5. mA konumu: AA veya DA’da (mili amper ) ölçme. 6. 20A konumu: AA veya DA’da (20 amper) ölçme. 7. Hz konumu: Frekans ölçme. 189 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile gerilim ölçmek 1. Ölçülecek gerilimin çeşidine göre kademe anahtarı AC veya DC konumuna alınır. Öneriler: Multimetrelerde AC-DC seçimi kademe seçimi ile yapılabildiği gibi özellikle dijital multimetrelerde AC-DC seçimi için ayrı bir anahtar bulunabilir. Bazıları otomatik olarak da seçim yapabilir. 2. Multimetreyi ölçülecek gerilim değerine göre uygun kademeye getirilir. Öneriler: Gerilim ölçümünde seçilecek kademe kesinlikle ölçülecek gerilim değerinden büyük olmalıdır. Ölçülecek gerilim değerinin ölçü aletinin ölçme sınırında olduğunu biliyor; ancak tam değerini kestiremiyorsanız en büyük kademeyi seçerek ölçüme başlanır ve gerekiyorsa kademe küçültülür. 3. Gerilim değeri ölçülecek noktalara problar dokundurulur veya sabit bağlanır. Öneriler: Gerilim ölçmeleri yapılırken propların metal kısımlarına kesinlikle dokunulmamalıdır. Proplar kademe seçimi kontrol edildikten sonra bağlanmalıdır. 190 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile akım ölçmek: 1. Ölçülecek akımın çeşidine göre kademe anahtarı AC veya DC konumuna alınır. Öneriler: Multimetrelerde AC-DC seçimi kademe seçimi ile yapılabildiği gibi özellikle dijital Multimetrelerde AC-DC seçimi için ayrı bir anahtar bulunabilir. Bazıları otomatik olarak da seçim yapabilir. 2. Multimetreyi ölçülecek akım değerine uygun kademeye getirilir. Öneriler; Akım ölçümünde seçilecek kademe kesinlikle ölçülecek akım değerinden büyük olmalıdır. 3. Ölçülecek akım μA, mA düzeyinden büyük ise kademe anahtarını Amper kademesine alınız ve probu yüksek akım soketine bağlayınız. Öneriler; Amper düzeyindeki akımlar ölçülürken problardan birinin COM bağlantı noktasında, diğer probun yüksek akım soketine bağlı olması gerektiğini unutmayınız. 191 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile direnç ölçmek: 1. Kırmızı probu “V/Ω” terminaline siyah probu COM terminaline takınız. Fonksiyon anahtarını gerekli kademeye getiriniz. 2. Eğer direnç değeri okunamıyorsa; anahtarı maximum kademeye doğru adım adım değer okununcaya kadar çeviriniz. Direnç kırmızı. Siyah 192 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile indüktans ölçmek: 1. Anahtarı gerekli kademeye getirip “LC” butonuna basınız. 2. Eğer indüktans değeri ölçülmüyorsa maximum kademeye doğru adım adım uygun değer okununcaya kadar çeviriniz. 3. Çoklu amaç soketini seçiniz veya bu ölçüye göre test kliplerini seçiniz. 4. İndüktansın uçlarını test ediniz ve iki ucu “mA” ve “V/Ω” terminallerine takınız ve ölçümü yapınız, ekranda indüktansın değerini bir kez daha göreceksiniz. Bobin 193 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile kapasite ölçümü: 1. Anahtarı “C” konumuna getirip “LC” butonuna basınız. 2. Eğer kapasite değeri ölçülmüyorsa maximum kademeye doğru adım adım uygun değeri görünceye kadar çeviriniz. 3. Çoklu amaç soketini seçiniz veya bu ölçüye göre test kliplerini seçiniz. 4. Kapasitansın uçlarını test ediniz ve iki ucu “mA” ve “V/Ω” terminallerine takınız ve ölçümü tekrarlayınız. Kapasitansın değerini bir kez daha göreceksiniz. 5. Doğruluğu sağlamak için genellikle düşük kapasitans kademesi 20nF seçilir, doğru okuma devrenin açık devreden farkı olmalıdır. Kondansatör 194 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile Frekans Ölçümü: 1. 2. 3. 4. Kırmızı probu “V/Ω” terminaline, siyah probu COM terminaline takınız. Anahtarı uygun kademeye alınız. Bu kademe otomatik kademedir ve ekranda frekans değerini gösterir. Mümkün olduğu kadar her iki probun da temasını sağlayınız ve sonunda test sinyali alınız. AC sinyal veya şebeke 195 MULTİMETRE (AVOMETRE) Multimetre ile sıcaklık ölçümü: 1. 2. Siyah temperature probunu “mA” terminaline kırmızı olan probu “V/Ω”terminaline takınız. Fonksiyon anahtarını “TEMP” kademesine getiriniz ve sıcaklığı ölçünüz. 196 Aşağıdaki ölçme uygulamalarında hangi büyüklükler ölçülmektedir? 197 POTANSİYOMETRE DEVRELERİ Potansiyometrenin Gerekliliği: Ölçü aletlerinin yükleme etkilerinden dolayı, ölçülen büyüklükler etkilenmektedir. Bu etkilenme, özellikle küçük güçlü devrelerde veya yüksek duyarlılığın gerektiği hallerde fazla olmaktadır. Gerilim ölçmelerinde giriş dirençleri yüksek olan bir voltmetre kullanılsa dahi, çekeceği küçük değerli akımdan dolayı yükleme etkisi oluşarak çekilen akım ve kaynak iç direncinin çarpımı kadar bir iç gerilim düşümü olacaktır. I Yükleme etkisini gerilimi ölçülen bir kuru pilde görmek mümkündür. Şekilde E, Pil içindeki 𝑅𝑠 I elektrokimyasal reaksiyona ait elektromotor + 𝐸 V kuvvetini, 𝑹𝒔 pilin iç direncini V, pilin − 𝑅𝐿 uçlarındaki gerilimi ve 𝑹𝑳 pile bağlı yükü veya voltmetre iç direncini göstermektedir. Bu devrede akım; 𝑬 𝑰 = 𝑹 +𝑹 olur. Yük olarak bir voltmetre bağlanmışsa 𝑹𝑳 ≫ 𝑹𝒔 olur. Buradan; 𝑳 𝑽 𝑰=𝑹 𝑳 𝒔 yazılabilir. 𝑽 = 𝑬 – (𝑰. 𝑹𝒔 ) formülünden; 𝑽 = 𝑬 – 𝑽 . 𝑹𝒔 ) 𝑹𝑳 bağıntısı elde edilir. Bu bağıntıdan görüleceği gibi iç gerilim düşümü (𝑰. 𝑹𝒔 )’ nün küçük olması için 𝑹𝑳 ’nin büyük seçilmesi gerekir. 198 Yükleme etkisini ortadan kaldırmak amacı ile ters yönde ikinci bir gerilim kaynağı kullanılır. Her iki kaynağın vereceği akımlar birbirini yok edeceğinden iç gerilim düşümü sıfır olur. Bunun için standart bir gerilim kaynağı ile standart bir potansiyometre gerekmektedir. Bu şekilde oluşturulan devreye potansiyometre devresi denir. Potansiyometre devresi ile bilinmeyen gerilimler çok doğru bir şekilde ölçülebilir. Bu devrede de Wheatstone köprüsünde olduğu gibi sıfırlama veya dengeleme tekniği kullanılır. Bu devreler ile DC voltmetrenin ve ampermetrenin kaliprasyonu yapılabildiği gibi, çok doğru olarak direnç ölçümü de yapılabilmektedir. Pratikte kullanılan bu ölçme metodunun doğruluğu %0,05 olup, bu devreye «REFERANS» kutusu adı verilir. 199 Yüksüz (boş) bir kuru pilin elektromotor kuvveti ve gerilimi; Ölçülen büyüklükler, cihazlarının yükleme etkisinden dolayı etkilenebilmektedir. Bu etkilenme özellikle küçük güçlü devreler veya yüksek duyarlılığın gerektiği hallerde daha fazla önem kazanmaktadır. Gerilim ölçmelerinde iç dirençleri yüksek voltmetreler kullanılsa bile çekeceği küçük bir akımdan dolayı güç kaynağının kendi iç direncinde (Iv . Riç) kadar bir gerilim düşümü olur. 𝐾𝑢𝑟𝑢 𝑝𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑟𝑒𝑠𝑖 𝐸 𝐼 + 𝐼 = 𝐼𝑣 𝑅𝑖ç _ 𝑰=𝑹 𝑅𝑣 𝐸≅𝑉 V 𝑬 𝒊ç +𝑹𝒗 𝑹𝒗 ≫ 𝑹𝒊ç olacağından; 𝑬 𝑰 ≅ 𝑹 𝑜𝑙𝑢𝑟. 𝒗 𝑹𝒊ç : Pilin iç direnci, E: Pilin (emk)’ti 𝑹𝒗 : Voltmetrenin iç direnci, V :Pilin gerilimi 200 Yük bağlandığında, bir kuru pilin elektromotor kuvveti ve gerilimi; Kuru pil devresi I 𝑅𝑖ç I 𝐸 𝑰=𝑹 𝑬 𝒊ç +𝑹𝑳 V 𝑅𝐿 Yük + − V 𝑹𝒊ç : Pilin iç direnci 𝑹𝑳 : Yükün direnci E : Pilin (emk)’ti V : Pilin gerilimi (pilden çekilen akım, 𝐼𝑣 ihmal edilmiştir) 𝑽 = 𝑰 . 𝑹𝑳 (Yük direncinin gerilimi) 𝑽𝒊ç = 𝑰 . 𝑹𝒊ç (pilin iç direncinde düşen gerilim) 𝑽 = 𝑬 – (𝑰. 𝑹𝒊ç) (Yüklü durumdaki pil gerilimi) SONUÇ: Pilin, boştaki elektromotor kuvveti ile bir yük bağlandığındaki geriliminin eşit olmadığı görülmüştür. 201 TEMEL POTANSİYOMETRE DEVRESİ: Hassas ölçmelerde; voltmetrenin yükleme etkisini ortadan kaldırmak için, ters yönde ikinci bir gerilim kaynağı kullanılır. Devredeki iki gerilim kaynağının akımları birbirini ifna edeceğinden iç gerilim düşümü sıfır olur. Bunun için standart bir gerilim kaynağı ve standart bir potansiyometre ile aşağıdaki şekildeki devre kurulur ve emk’ti küçük olan üreteç gerilimleri doğru bir şekilde ölçülebilir. Temel potansiyometre devresi ile referans gerilimlerinden daha küçük gerilimler (ısıl çift gerilim kaynakları vb.) ölçülebilir. 𝑰 𝑹𝟏 - 𝑬 𝑳𝟏 + _ 1.göz 𝑹𝟐 𝑳𝟐 - 𝑰𝟏 𝑅𝑔 G 𝑰𝒈 𝑰𝟐 2.göz 𝒆𝒎𝒌′ 𝒔𝚤 ö𝒍çü𝒍𝒆𝒄𝒆𝒌 ü𝒓𝒆𝒕𝒆ç 𝑹𝒊ç 𝑬𝒙 + _ 𝑻𝒆𝒎𝒆𝒍 𝑷𝒐𝒕𝒂𝒏𝒔𝒊𝒚𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒆 𝑫𝒆𝒗𝒓𝒆𝒔𝒊 202 Şekildeki potansiyometre devresinin, 1. ve 2. gözlerine, Kirchhoff (kirşof)’un Gerilim Kanunu uygulanırsa; 𝑬 = 𝑰𝟏 . 𝑹𝟏 + 𝑰𝟐 . 𝑹𝟐 ve 𝑬𝒙 = 𝑰𝒈 . (𝑹𝒈 +𝑹𝒊ç ) + 𝑰𝟐 . 𝑹𝟐 eşitlikleri yazılır. Potansiyometrenin sürgü kolu ayarlanarak galvanometrenin sıfır (𝐼𝑔 =0) göstermesi sağlanırsa yukarıdaki denklemlerden, I yerine yazılırsa 𝑰𝟏 = 𝑰𝟐 = 𝑰 = 𝑬𝒙 = 𝑬. 𝑹𝟐 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 𝑬 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 olur. İkinci taraf için; 𝑬𝒙 = 𝑰 . 𝑹𝟐 = 𝑬 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 . 𝑅2 olarak, net üreteç gerilimi ölçülmüş olur. (𝑬 standart gerilim kaynağı gerilimi) Potansiyometrenin direnci boyu ile lineer (doğrusal) olarak değiştiği için R1 ve R2 yerine skala üzerindeki uzunluklar (𝑳𝟏 , 𝑳𝟐 ) kullanılarak, Ex geriliminin değeri uzunluklara bağlı olarak da yazılabilir. 𝑬𝒙 = 𝑬. 𝑳𝟐 𝑳𝟏 + 𝑳𝟐 formülü ile de hesaplanabilir. «Bu şekildeki gerilim ölçme metodunda yükleme etkisi yoktur. Sadece potansiyometrenin doğruluk ve hassasiyetine bağlı olarak bir hata oluşabilir. Bu yöntemle çok küçük gerilim kaynaklarının emk’leri ölçülebilir.» 203 PRATİK POTANSİYOMETRE DEVRESİ: Temel potansiyometre devresi ile referans gerilimlerinden daha küçük gerilimler ölçülebilir. Daha büyük gerilimleri ölçmek için, «Pratik Potansiyometre Devresi» kullanılır. 𝐾𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠𝑦𝑜𝑛 anahtarı Referans çalışma gerilimi + _ 𝑅2 -𝐿2 -𝑅1 𝐿1 𝐸 𝐼1 A1 Akım sınırlama 𝐼2 direnci A3 A2 Ölçme G 𝑲𝒂𝒍. + Referans _ gerilimi + Ölçülecek _ 𝑬𝒙 gerilim 𝑷𝒓𝒂𝒕𝒊𝒌 𝑷𝒐𝒕𝒂𝒏𝒔𝒊𝒚𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒆 𝑫𝒆𝒗𝒓𝒆𝒔𝒊 E gerilim kaynağı, büyük değerli çalışma referans gerilimidir. A1 anahtarı açıkken, A2 kapatılıp, A3 anahtarı da (Kal.) pozisyonuna alınarak devreye referans gerilim uygulanır. Sürgülü ve ölçekli olan potansiyometre hareket ettirilerek denge sağlanır. Sonra, A1 kapatılarak tekrar hassas denge elde edilir, A3 anahtarı (Ölç) pozisyonuna getirilerek bilinmeyen gerilim devreye bağlanır ve bunun için benzer şekilde denge sağlanarak ölçekli potansiyometrenin seviyesi not edilir. Referans seviye ile karşılaştırma yapılarak bilinmeyen gerilim hesaplanır. 204 ÖLÇÜ ALETLERİNİN KALİBRASYONU: Bir cihazın ölçtüğü büyüklüğün, standart bir büyüklük ile karşılaştırılması yapılarak cihazın doğruluğunun belirlenmesi işlemlerine kalibrasyon denir. Bütün ölçü aletleri köprü devreleri ve osiloskoplar kalibre edilmiş olsalar dahi zamanla duyarlılıklarında değişmeler olur. Ölçü aletlerinin peryodik olarak doğruluklarının kontrol edilmesi ve kalibrasyonlarının yapılması gerekir. Potansiyometre kullanılarak bir ölçü aletinin %0,1 veya daha yüksek doğrulukta kalibrasyonunu yapmak mümkündür. (Bu dersin kapsamında, ampermetre ve voltmetrenin kalibrasyonları açıklanacaktır. Bunun için iki yöntem üzerinde durulacaktır.) 1- Potansiyometre ile kalibrasyon. 2- Karşılaştırma metodu. 205 1- POTANSİYOMETRE İLE KALİBRASYON: Potansiyometre devresi ile bir voltmetrenin kalibrasyonu: Aşağıdaki şekilde bir DA voltmetresinin kalibrasyonunu yapılacaktır. Kalibrasyonu yapılacak voltmetre, R2 direncinin gerilimini ölçmektedir. Burada R1 direnci ayarlanarak birkaç farklı ölçme yapılır. Her farklı ölçmedeki değerler potansiyometre ile de ölçülür. Elde edilen değerler bir tabloya kaydedilir ve bunun grafiği çizilir. Böylece, potansiyometredeki gerçek değerlerle kalibre edilecek aletin gösterdiği değerler karşılaştırılarak gerekli düzeltmeler yapılır. 𝐸 + _ 𝑅1 𝑅2 𝑉1 V 𝑃 Potansiyometre devresi ile bir voltmetrenin kalibrasyonu 206 Kalibrasyon Eğrisi: Potansiyometre ile elde edilen standart değerler ile, kalibre edilecek ölçü aletinde okunan değerler arasındaki fark bu noktadaki düzeltme faktörünü verir. Benzer şekildeki, diğer noktaların düzeltme faktörleri bulunarak aşağıdaki kalibrasyon eğrisi elde edilir. Böyle bir ölçü aletinde, okunan değere düzeltme faktörü kadar bir büyüklük ilave edilerek gerçek değer bulunur. 207 Bir Doğru Akım ampermetresinin potansiyometre devresi ile kalibrasyonunu: Ampermetreden geçen akımın gerçek değeri; değeri bilinen standart bir direnç olan 𝑹𝟐 üzerinde düşen gerilim, potansiyometre ile doğru olarak ölçülerek ohm kanunu ile gerçek akım şiddeti hesaplanır. Ampermetreden farklı akım değerlerinin ölçülmesi 𝑹𝟏 ayarlı direnci ile sağlanır. Elde edilen değerler bir tabloya kaydedilir veya bunun grafiği çizilerek gerekli düzeltmeler yapılır. A 𝐸 + _ 𝑅1 𝐴1 𝑅2 𝑃 𝑃𝑜𝑡𝑎𝑛𝑠𝑖𝑦𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 𝐷𝑒𝑣𝑟𝑒𝑠𝑖 𝑖𝑙𝑒 𝑏𝑖𝑟 𝐷𝐴 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑖𝑛 Kalibre Edilmesi 208 2- KARŞILAŞTIRMA METODU: Karşılaştırma metodunda; kontrol edilecek ampermetre veya voltmetre, doğruluğu bilinen standart bir ampermetre veya voltmetre ile karşılaştırılır. Aşağıdaki şekilde, iki ampermetre aralarında seri bağlı olduğu için her ikisinden de aynı akım geçer. Burada, 𝑨𝟏 kalibre edilecek ampermetre, 𝑨𝟐 ise karşılaştırma yapılacak olan standart ampermetredir. 𝑹𝟏 ve 𝑹𝟐 dirençleri akım sınırlama dirençleridir. 𝑹𝟏 Potansiyometresi ile 𝑨𝟏 ampermetresinin tam sapması sağlanır. Okunan bu değer ile 𝑨𝟐 ampermetresindeki sapma miktarı karşılaştırılır. Bu karşılaştırma ölçü skalasındaki bir çok nokta için yapılır. Sonuçlar bir tablo veya grafik ile gösterilir. Her noktadaki düzeltme faktörleri belirlenir. 𝐴1 : kalibre edilen ampermetre + 𝐸_ 𝐴2 : standart ampermetre 𝑅1 A 𝑨𝟏 𝑅2 A 𝑨𝟐 209 Voltmetrenin karşılaştırma metodu ile kalibrasyonu: Kalibrasyonu yapılacak voltmetre (𝑽𝟏 ) ile standart bir voltmetre (𝑽𝟐 ) paralel bağlanır. 𝑽𝟏 voltmetresi tam sapma yapacak şekilde E gerilim kaynağı ve 𝑹𝟏 direnci ile ayarlanır. 𝑽𝟏 Değeri ile standart voltmetrede okunana 𝑽𝟐 değeri karşılaştırılarak sonuçlar bir tablo kaydedilir veya grafik ile gösterilir. Her noktadaki düzeltme faktörleri belirlenerek gerekli düzeltmeler yapılır. 𝑉1 : kalibre edilen voltmetre + 𝑉2 : standart voltmetre 𝐸 _ 𝑅1 V 𝑉1 V 𝑉2 𝑅2 Döner bobinli galvanometre ile gerçekleştirilen ommetrelerin doğrulukları çok değişik sınırlar arasındadır. Ommetrelerin kontrolleri standart direnç ölçmeleri ile yapılır. 210 Bilinmeyen bir direncin değerini büyük bir doğrulukla ölçmek : Bunun için, standart bir direnç (𝑹𝒓 ) ile bir potansiyometre devresi kullanılır. Ölçülen değerler arasında karşılaştırma yapılır. Aşağıdaki ölçme devresinde; dirençlerden aynı akım geçeceği için, ölçülen gerilimin ilgili dirence oranı olarak elde edilen eşitlikten bilinmeyen direnç aşağıdaki formülle bulunur. I 𝑅𝑥 = 𝑉𝑥 𝑉𝑟 + . 𝑅𝑟 𝐸 𝑅𝑥 𝑉𝑥 Potansiyometre 𝑅𝑟 𝑉𝑟 Potansiyometre _ BÖLÜM SONU 211 ALTERNATİF AKIM Bu bölümde, alternatif akım ve alternatif gerilimlerin ölçülmesi ve bunlarla ilgili cihazlar anlatılacaktır. DA’da yalnız genlik değişkeni önemli iken, AA’da frekans değişkenini de göz önüne almak gerektiğinden, ölçü aletlerinde farklılıklar vardır. ALTERNATİF AKIM (AC, AA, ): Değeri ve yönü zamanla periyodik olarak değişen akıma alternatif akım adı verilir. Bu çeşit akımlar periyod denilen bir zaman sonunda tekrar aynı değeri alırlar ve aynı yönde akarlar. Bir alternatif gerilim kaynağının uçlarından birinin potansiyeli toprağa göre sıfır (0)iken diğer ucun potansiyeli sürekli artı (+) ve eksi (- )şeklinde farklı değerler almaktadır. Kaynağın sıfır potansiyelli ucu nötr olarak adlandırılırken diğer uç faz ya da canlı uç olarak adlandırılmaktadır. Alternatif akımın değişimi sinüs eğrisi şeklindedir. Ancak bazı özel uygulamalarda üçgen ve kare…vb. gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. 212 ALTERNATİF AKIM Bu bölümde, alternatif akım ve alternatif gerilimlerin ölçülmesi ve bunlarla ilgili cihazlar anlatılacaktır. DA’da yalnız genlik değişkeni önemli iken, AA’da frekans değişkenini de göz önüne almak gerektiğinden, ölçü aletlerinde farklılıklar vardır. ALTERNATİF AKIM (AC, AA, ): Değeri ve yönü zamanla periyodik olarak değişen akıma alternatif akım adı verilir. Bu çeşit akımlar periyod denilen bir zaman sonunda tekrar aynı değeri alırlar ve aynı yönde akarlar. Bir alternatif gerilim kaynağının uçlarından birinin potansiyeli toprağa göre sıfır (0)iken diğer ucun potansiyeli sürekli artı (+) ve eksi (- )şeklinde farklı değerler almaktadır. Kaynağın sıfır potansiyelli ucu nötr olarak adlandırılırken diğer uç faz ya da canlı uç olarak adlandırılmaktadır. Alternatif akımın değişimi sinüs eğrisi şeklindedir. Ancak bazı özel uygulamalarda üçgen ve kare…vb. gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. 213 214 ALTERNATİF AKIMA AİT BAZI TERİMLERİN TANIMLARI : i, e + Maksimum 00 900 1800 2700 3600 T α, t Alternans Peryot (T) - Maksimum Alternatif akım eğrileri Sinüs dalgası : Alternatif akım ve gerilim zamanın bir fonksiyonu olarak sürekli sinüs açısının eğrisi şeklinde değişir. Saykıl: Sinüs eğrisinin başlangıç ve bitiş noktaları arasında kalan dalga şekli bir tam saykılı gösterir. Tam bir saykıl bir peryoda eşittir. 3600 elektriki derecedir. Alternans: Bir tam sinüs dalgasının yarısına (0-1800 aralığına) denir. 215 SALI-ÇARŞAMBA ALTERNATİF AKIMA AİT BAZI TERİMLERİN TANIMLARI : Periyot (T): Bir saykılın tamamlanması için geçen zamana periyot denir. T harfi ile 𝟏 gösterilir. Birimi saniyedir. Frekanstan faydalanarak, 𝑻 = 𝒇 formülü ile hesaplanır. Frekans (f): Saniyedeki periyot sayısına frekans denir. Birimi, Hertz(Hz), periyot/saniye(P/s), Cycle/saniye(C/s) dir. Ülkemizde ve Avrupa ülkelerinde frekans; 𝟏 50Hz, A.B.D ve Kanadaʼda 60Hz dir. Periyot ile frekans arasında; 𝒇 = 𝑻 ilişkisi vardır. Alternatif Akımın aldığı Değerler: Ani değer(i,v) : Alternatif akım veya gerilimin herhangi bir andaki değerine ani değer denir. Bir saykılda sonsuz sayıda ani değer vardır. Ani değer; 𝒊 = 𝑰𝒎 𝒔𝒊𝒏𝝎𝒕 , 𝒗 = 𝑽𝒎 𝒔𝒊𝒏𝝎𝒕 şeklinde ifade edilir ve osiloskopla ölçülür. Maksimum (tepe) değer (Im ,Vm): Maksimum (tepe) değer, ani değerlerin en büyüğüdür. Bir peryotta , bir defa pozitif ve bir defa da negatif yönde olmak üzere iki maksimum nokta vardır. Tepeden tepeye değer (𝑽𝒕𝒕 ): Alternatif akım sinüs eğrisinin en üst noktası ile en alt noktası arasındaki değer tepeden tepeye değer olarak ifade edilmektedir. Tepeden tepeye değer maksimum değerin 2 (iki) katıdır. 216 Ortalama değer (Io ,Vo ) Alternatif akımın bir peryotdundaki pozitif ani değerlerin sayısı, negatif ani değerlerin sayısına eşit ve aynı büyüklükte olduğundan alternatif akımın ortalama değer sıfırdır. Ancak; Alternatif akım, DA akıma dönüştürüldüğünde, elde edilen doğru akımın değeri, AA’mın ortalama değeridir. Doğrultulan tam sinüs dalgasının ortalama değeri: 𝑽𝒐𝒓𝒕. = 𝟎, 𝟔𝟑𝟔 𝒙 𝑽𝒎𝒂𝒌𝒔. , 𝑰𝒐𝒓𝒕. = 𝟎, 𝟔𝟑𝟔 𝒙 𝑰𝒎𝒂𝒌𝒔. Yarım sinüs dalgasının doğrulmasında ; 𝑽𝒐𝒓𝒕. = 𝟎, 𝟑𝟏𝟖 𝒙 𝑽𝒎𝒂𝒌𝒔. , 𝑰𝒐𝒓𝒕. = 𝟎, 𝟑𝟏𝟖 𝒙 𝑰𝒎𝒂𝒌𝒔. Etkin (efektif) değer (I, V): Doğru akım ile aynı dirençte, aynı zamanda, eşit miktarda ısı açığa çıkaran alternatif akımın değerine; alternatif akımın etkin (veya effektif) değeri denir. Etkin değer, AA’mın iş yapan değeridir. Etkin değer için, «Root Mean Square» kelimelerinin baş harfleri kullanılarak «RMS veya rms» değeri olarak ta kullanılır. Etkin değer aşağıdaki formüllerle hesaplanır. 𝑽= 𝑽𝒎𝒂𝒌𝒔. 𝟐 = 𝟎, 𝟕𝟎𝟕. 𝑽𝒎𝒂𝒌𝒔. , 𝑰 = 𝑰𝒎𝒂𝒌𝒔 𝟐 = 𝟎, 𝟕𝟎𝟕. 𝑰𝒎𝒂𝒌𝒔. 217 Frekansın Dirence Etkisi • AC (alternatif akım) uygulanan bir devrede kullanılan dirençlerin, yüksek frekanslarda ihmal edilemeyecek derecede endüktif ve kapasitif etkileri söz konusudur. • Bu etki DC dirence seri olarak eklenmiş bir endüktans ve paralel olarak eklenmiş bir kapasite şeklindedir. • Alternatif akımda omik direnç ile endüktif direncinin birlikte gösterdikleri ortak etkiye empedans denir, Z ile gösterilir. Endüktans Omik direnç Kapasite AC. Akım taşıyan iletkendeki direnç etkileri Deri etkisi; elektrik akımının iletkende homojen olarak dağılmaması iletkenin dış yüzeyine doğru yoğunlaşması durumudur. Sadece AC sistemlerde görülen deri etkisi frekans arttıkça artar. Bir başka deyişle frekans arttıkça akım iletkenin merkezinden uzaklaşarak dış yüzeyine daha fazla yoğunlaşır. Deri etkisinin bir sonucu olarak iletkenin akım taşıyan kesiti küçüldüğü için etkili direnç değeri artar. Frekansın dirence etkisi Bir bobine DC veya AC gerilimler uygulandığında bobinin akıma karşı göstereceği direnç değerleri farklıdır. 𝐗𝐋 R R Bobin Bobin DC Bobinin doğru akımdaki direnci (Omik direnci): Ohm Kanunu’na göre DC deki direnç: 𝑽 𝑹 = 𝑰 () Bir iletkenin fiziksel değerlerine göre direnci; 𝑹= 𝝆 𝒙𝑳 𝑨 𝑳 () veya , 𝑹 = 𝑲𝒙𝑨 () ile hesaplanır. AC Bobinin alternatif akımdaki direnci (Empedansı) Ohm Kanunu’nundan bobinin empedansı; 𝒁= 𝑽 𝑰 … (), Empedans(Z); omik (R) ve indüktif (𝑋𝑙 )direçlerin vektörel toplamıdır. 𝒁= 𝑹𝟐 + 𝑿𝒍 𝟐 … (), 𝑿𝒍 = 𝒁𝟐 − 𝑹 𝟐 𝑿 𝒍 𝑿𝒍 = 𝝎. 𝑳 = 𝟐𝝅𝒇𝑳 …(), 𝑳 = 𝟐𝝅𝒇 =. . 𝐇) 219 Çalışma Soruları 1. Şekildeki voltmetrenin bobin direnci 5, seri direncin değeri145, ve voltmetrenin maksimum gerilimi 1,5V’tur. Bu voltmetre, 1A akım şiddetini ölçebilen bir ampermetreye dönüştürülecektir. Gerekli direnç değerini hesaplayınız . Ampermetre halinin prensip şemasını durumunda çiziniz.(𝐂𝐞𝐯. 𝐑 𝐩 =1,52 ) Rs V Rv Voltmetre 2. 36V tam dalga doğrultulmuş gerilim elde etmek için kullanılacak transformatörün sekonder tarafı çıkış gerilimi kaç volt olmalıdır? Hesaplayınız.(Cev. V=39,6V) R 1 3. Şekildeki devreye 220V. Gerilim uygulanıyor. Kullanılan voltmetrelerin doğruluk sınıfları 1 ve ölçme alanları (0-250)V tur. R1 direncine bağlı olan V1 voltmetresi 180V gösterdiğinde R2 direncinin gerilimini, V, V1 ve R2 direncine ait gerilimin ölçülmesindeki bağıl hataları hesaplayınız.( Cev. β1= %1,39 , %β2 =%12,5 ) V1 V R2 V2=? 4. 50Hz, AA ile beslenen bir bobinin indüktansını ölçmek için devresine; ampermetre, voltmetre ve vatmetre bağlanarak I=5A, V=60V ve P=75W değerleri alınmıştır. Kullanılan ölçü aletlerinin yükleme etkilerini ihmal ederek bobinin Omik, indüktif dirençlerini ve öz indükleme katsayısını(indüktansını) hesaplayınız. Bobinin, ölçü aletleri ile birlikte devre bağlantı şemasını çiziniz. (Cev. L=𝟎, 𝟎𝟑𝟕𝑯) 5. Maksimum akımı 2mA olan bir galvanometre ile şekildeki ommetre devresi tasarlanmıştır. Pil gerilimi 4,5V’tur. A-B ucu kısa devre edildiğinde RP direnci ayarlanarak galvanometrenin maksimum sapması sağlanıyor. B ucuna bir RX direnci bağlandığında galvanometre 0,8mA gösterirse, RX direnci kaç om ’dur. (Cev. RX =3375 Ω ) G A RP RX E B 6. Bir fazlı 110V’luk bir devreden çekilen gücü ölçmek için kullanılan vatmetrenin, gerilim bobinin 150V, akım bobinin 5A’lik kademelerine bağlanmıştır. Vatmetrenin skalası (0-75)W taksimatlıdır. Vatmetrenin ibresi 40’ı gösterdiğine göre ölçülen güç kaç vattır? ( Cev. P= 400W) 220 7. Tek skala taksimatlı, 2A, 5A, 10A ölçebilen kademeli bir ampermetrenin skalasında eşit aralıklı 10 taksimat çizgisi bulunmaktadır. Seçici anahtar 2A kademesinde yapılan ölçmede gösterge 5. Çizgi üzerinde iken ölçülen akımın şiddeti kaç amperdir. (Cev. I=1A) 8. 220V, 75W’lık bir lamba flamanı için 0,01mm2 kesitinde 115 metre Wolfram tel kullanılmıştır. Telin öz A direncini hesaplayınız.? (Cev. Ρ= 0,056 mm2/m) 9. Şekildeki devredeki I1,I2 ve I3 akımlarını ölçmek için; A1 ve A3 döner bobinli, A2 elektromanyetik özelliğindeki ampermetreler kullanılmıştır. A ve B noktaları arasına sırasıyla; 50V Doğru gerilim, Etkin değeri 100V olan alternatif gerilim ve tepe değeri 100V olan alternatif gerilim, yarı doğrultulmuş olarak uygulandığında, Ampermetrelerin göstereceği akımları bulunuz. , (Cev. V=50V I1=I2=2,5A, I3=5A V=100V I1=0, I2=5A, I3=4,5A B V= 100V yarı doğ; I1= I2=1,59A, I3=3,18A) I3 I1 I2 20 20 10 A1 A3 A2 10. Bir direnç ölçme işleminde; 0,2 sınıfından, ölçme alanı (0-6) Amper olan bir ampermetre ve 0,5 sınıfından, ölçme alanı (0-300)volt olan bir voltmetre kullanılmıştır. Yapılan ölçmede, I=2A, V=120V okunmuştur. Direnç ölçme işlemi için yapılan bağıl hatayı bulunuz. (Cev. %1,85) G 11. İç direnci 10, tam sapma akımı 1mA, olan bir galvano metre ile maksimum 1A 12. ölçen bir ampermetre yapılacaktır. Şekildeki R2 direncinin değerini ve tasarlanan ampermetrenin skala çarpanını hesaplayınız.(Cev. R2 =30m, n=1000) R1=15mΩ R2=? 12. Bir pildeki 3.10-4 C’luk elektrik yükü, pilin pozitif ucunda; 6.10-2J’lük bir enerji oluşturduğuna göre, pilin gerilimini bulunuz? (Cev. V=200V) 13. Şekil 2’deki köprü devresinde; R3=1k ve diğer iki kolda ise, 0,5-2k arasında ayarlanabilen dirençler kullanılmıştır. Bu veston köprüsü ile ölçülebilecek dirençlerin maksimum ve minimum değerlerini belirleyiniz? (Cev. Rx = 0,25-4k ) Rx E + _ R3 G R2 R4 221 ÖLÇÜ ALETLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİPLERİNE GÖRE ÇEŞİTLERİ I. ELEKTROMANYETİK ÖLÇÜ ALETLERİ 1. Yumuşak demir göbekli ölçü aletleri 2. Döner demirli ölçü aletleri a) Çekici tip döner demirli ölçü aleti b) İtici tip döner demirli ölçü aleti II. DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ a) Döner bobinli ölçü aleti b) Doğrultmaçlı ölçü aleti III. DÖNER MIKNATISLI ÖLÇÜ ALETLERİ IV. ELEKTRODİNAMİK ÖLÇÜ ALETLERİ a) Demirsiz elektro dinamik ölçü aletleri b) Demirli elektrodinamik ölçü aletleri 222 ÖLÇÜ ALETLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİPLERİNE GÖRE ÇEŞİTLERİ(DEVAM) V. TERMİK ÖLÇÜ ALETLERİ a) Elektro termik ölçü aletleri b) Bimetal ölçü aletleri c) Termokupl ölçü aletleri d) Pirometreler VI. ELEKTROSTATİK ÖLÇÜ ALETLERİ a) Göstergeli elektrostatik voltmetreler b) Işık izli elektrometreler VI. İNDÜKSİYON ÖLÇÜ ALETLERİ a) Döner tamburlu indüksiyon ölçü aleti b) Döner diskli indüksiyon ölçü aleti VIII. TİTREŞİMLİ ÖLÇÜ ALETLERİ 223 I. ELEKTROMANYETİK ÖLÇÜ ALETLERİ Akım işareti : Sembolü: Bu aletlerin çalışması; manyetik alanın demir bir nüveye yaptığı mekanik etkiye dayanmaktadır. Bu etki çekme veya itme olmak üzere iki şekilde olur. Elektrik akımının manyetik etkisinden istifade edilerek çalışan bu ölçü aletleri; 1. Yumuşak Demir Göbekli, 2. Döner Demirli olmak üzere iki ayrı tipte yapılırlar. Nüve 224 1. Yumuşak Demir Nüveli Ölçü Aleti Yumuşak demirli ölçü aletlerinin yapısında; sabit bir mıknatıs bobini ve bu bobininin içine yerleştirilmiş olan bir demir nüve bulunur. Demir nüvenin üst kısmı şekilde görülen K yayı aracılığı ile ölçü aletinin gövdesine bağlanır. Aletin ölçtüğü değer, demir nüveye tutturulan gösterge ve bu göstergenin karşısında bulunan taksimatlı cetvel aracılığı ile okunur. Demir nüveli ölçü aleti çalışma prensip şeması 225 2. Döner demirli ölçü aletleri: Yukarıda açıklanan yumuşak demir göbekli ölçü aletinin geliştirilmiş halidir. Sabit bibin ve hareketli nüvenin şekli silindirik değil yassıdır. a) Çekici tip döner demirli ölçü aleti: Çekici tip ölçü aletlerinin yapısında; sabit bir bobinin manyetik etki alanı içine haraketli, yumuşak demirden bir levha(nüve) bulunur. Hareket edebilen bu levha merkezden uzakta bobin boşluğunun hemen yakınına konmuştur. Bobininden bir akım geçirildiğinde, meydana gelen manyetik alan, hareketli levhayı içine doğru çeker. Bu levha ile aynı eksene bağlı olan göstergede çekmenin etkisi ile devreden geçen akımın değerini gösterir. Çekici tip döner demirli ölçü aleti kesit şeması 226 Nüvenin çekilme miktarı, bobinden geçen akımın karesi ile orantılı olduğundan skala taksimatı eşit aralıklı değildir. Demir levhanın çekilmesi bobinden geçen akımın yönüne de bağlı olmadığından döner demirli aletler hem DC ve hem de AC akımlarda kullanılabilir. Bu aletlerde havalı amortisman sistemi kullanılır. Aletin, dik durması, sarsıntılı yerlerde sağlıklı ölçme yapamaması ve sarfiyatlarının fazla olması gibi önemli sakıncalarından dolayı hemen hemen kullanılma özelliğini kaybetmişlerdir. 227 b) İtici Tip Döner Demirli Ölçü Aleti: Aletin yapısı, çok sarımlı bir bobin içinde, birisi sabit diğeri hareketli iki demir plakadan oluşurlar. Hareketli plakaya ibre bağlanmıştır. Bobine akım uygulanınca, oluşan manyetik alanın etkisiyle plakalar mıknatıslanır. Mıknatıslanan plakalarda oluşan aynı isimli kutuplanmadan dolayı plakalar birbirini iter. İtilen hareketli plakaya bağlı ibre bir değer gösterir. Plakalardan biri bobin çerçevesine bağlıdır. Diğer plakadaki veya buna bağlı ibredeki sapma miktarı bobinden geçen akımın karesi ile orantılıdır. Bir frenleme ve kontrol yayı ile ibrenin geri dönüşü sağlanır. İbrenin sapma miktarı akımın karesi ile orantılı olduğundan, bu cihaz da bobinden geçen AC akımın efektif değerini ölçer. Sapma hep aynı yönde olup bobinden geçen akımın yönüne bağlı değildir. Bu cihazlarla doğru akım da ölçülebilir. Ancak doğru akımın oluşturacağı kalıcı İtici tip döner demirli mıknatıslanmadan dolayı hata oluşur. Bu ölçü aleti nedenle doğru akım uygulamaları için pek kullanışlı değildirler. 228 İtici tip döner demirli ölçü aletleri (devamı); Bu tip aletlerin maliyetleri düşüktür. Büyük güçlü ve alçak frekanslı alternatif akım ve gerilim ölçümlerinde kullanılabilirler. Güç ve frekans sınırlaması, bobin endüktansının ve kaçak kapasitelerin büyük değerli olmasındandır. Güvenilir ve doğru ölçme yapılabilecek frekans sınırları 25-125 Hz arasındadır. Elektromanyetik ölçü aletleri grubundan olmasına rağmen bu aletler, daha çok alternatif akım ölçmelerinde kullanılır. İtici tip döner demiri ölçü aletleri fazla hassas olmadıklarından ikinci sınıf aletler grubuna girer. 229 ELEKTROMANYETİK ÖLÇÜ ALETLERİNİN ÖZELLİKLERİ Üstünlükleri: 1. Bu tip aletler ampermetre ve voltmetre olarak yapılıp kullanılırlar. 2. Yapımları kolay, ucuz ve sağlamdır. 3. Akımın yönünün değişmesi ile hareket ettirici momentin yönü değişmediği için, hem doğru akımda ve hem de alternatif akımda kullanılabilirler. 4. Aletin skalası, başlangıç kısmı hariç düzenli aralıklıdır. 5. Bobin teli kesiti artırılmak suretiyle büyük akımlara karşı dayanımları artırılabilir. Sakıncaları: 1. AA ölçmelerinde, histeresiz ve fuko kayıpları sebebiyle ölçme hataları oluşur. Ancak, özel demirli tip ölçü aletlerinde bu kayıplar azaltılmıştır. 2. Bu aletler dış manyetik alanlardan etkilenirler. 3. Ölçmelerde, gösterge son bölüm üzerine geldiğinde Alet ampermetre olarak çalışıyorsa 5W, voltmetre olarak kullanılmışsa 10W kadar kayıp yapar. 230 II. DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ Akım İşareti: Sembolü: Aletin Yapısı: Bu aletin ölçme kısmı, içinden ölçülecek akım geçen ve kuvvetli bir daimi mıknatısın alanı içinde dönen bir bobinden meydana gelir. Aslında bu aletler döner bobinli galvanometrelerin geliştirilmiş halidir. Aletin en büyük parçası, at nalı şeklindeki bir daimi mıknatıstır. Bu mıknatısın uçlarına yumuşak demirden ve silindir parçası şeklinde iki kutup pabucu yerleştirilmiştir. Aletin döner kısmını teşkil eden alüminyum çerçeve üzerine ince bakır telle sarılmış bir bobin, bu kutupların arasına yerleştirilmiştir. Düzgün ve kuvvetli bir manyetik alan sağlayabilmek için, bu bobinin ortasına yumuşak demir bir nüve, aletin gövdesine sabit olarak tutturulmuştur. Bobinin serbest bir şekilde dönebilmesi için nüve ile kutup pabuçları arasında 1mm kadar hava aralığı bırakılmıştır. Döner bobine akım, birbirine zıt yönde sarılı ve fosforlu bronzdan yapılmış iki spiral yaylar yardımı ile verilir. Bu yaylar aynı zamanda kontrol momenti görevini de görürler. Aletin göstergesi, döner bobinin eksenine tespit edilmiştir. 231 II. DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ A. B. C. D. Daimi mıknatıs Kutup pabucu Bobin Demir nüve S. Spiral yay K. Bobin ekseninde çubuk L. Gösterge Döner Bobinli Ölçü Aletlerinin Yapısı Ve Prensip Şeması 232 II. DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ Aletin çalışması: Akım veya gerilim ölçmek amacıyla döner çerçeve üzerinde sarılı bulunana bakır bobine enerji verildiğinde; bobinde meydana gelen manyetik alan ile bobinin içinde bulunduğu daimi mıknatısın manyetik alanlarının etkileşimi sonucu bibin kendi ekseni etrafında döner. Bu dönme etkisi kontrol yaylarının frenleme etkisi altındadır. Dönme kuvveti bobinden geçen akım şiddeti ile doğru orantılıdır. Aletin çalışmasını sağlayan bir daimi mıknatıs olduğundan dış manyetik alanlardan fazla etkilenmezler. Bu aletler, hassasiyetleri yüksek ve en doğru ölçmeyi gerçekleştiren aletlerdir. Bu tip aletlerin en büyük sakıncası AA. da kullanılamamalarıdır. Çünkü akım yönü değiştikçe dönme momentinin yönü de değişmektedir. 233 II. DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ Döner Bobinli Ölçü Aletlerinin Özellikleri: 1. Bu aletin esası döner bobinli bir galvanometredir. 2. 3. Bu tip aletler sadece doğru akım ölçmelerinde kullanılırlar. Aletin çalışmasını sağlayan manyetik alan sabit bir mıknatıs tarafından sağlandığından, çok küçük akımlarda dahi duyarlılıkları yüksektir. 4. Doğruluk derecesi diğer aletlerden üstündür. 5. Alet aşırı yüklenmelerde fazla dayanıklı değildir. 6. Alet dış manyetik alanlardan fazla etkilenmez. 7. 8. Hassas aletlerden olduğu için kullanım alanları da oldukça geniştir. Bu alet ile alternatif akımlarda da, ölçülecek AA doğru akıma dönüştürülerek ölçmeler yapılabilir (doğrultuculu döner bobinli ölçü aletleri). 234 DOĞRULTUCULU DÖNER BOBİNLİ ÖLÇÜ ALETLERİ Akım İşareti: Sembolü: Alternatif akım sinyalinin ortalama değeri sıfır olduğundan döner bobinli aletlerle doğrudan alternatif akım ve gerilimler ölçülemez. Ancak alternatif akım, doğrultularak döner bobinli ölçü aletleri ile AA da akım şiddeti ve gerilim ölçmeleri yapılabilir. AA doğrultmak için yarım dalga veya tam dalga doğrultma devreleri kullanılır. Bir doğrultma elemanı olan diyot( ) )AA’mın yarım periyodunda akım geçirir. Ölçü aletinin göstereceği değer, doğrultulan akımın pozitif veya negatif yarım dalgalarının aritmetik ortalama değerleri ile orantılıdır. Bu sebeple alet tam sapma yapamaz, dolayısı ile yapılan ölçme de hassas olmaz. Diğer bir ifade ile doğrultulan akım sinüs eğrisi şeklinde olan ve devreye uygulanan gerilimin efektif değeri ile orantılıdır. Gerilim sinüs eğrisi şeklinde olmazsa yapılan ölçme hatalı olur. 235 + AC Giriş D - Yarım dalga doğrultma devreli döner bobinli ölçü aleti AC Giriş + D - Tam dalga doğrultma devreli döner bobinli ölçü aleti 236 Yarım Dalga Doğrultmaçlar: V,I Doğrultucunun girişine uygulanan AC sinyali t(s) 𝐸𝑒𝑓 𝐸𝑒𝑓 V,I t(s) Doğrultucunun çıkışındaki DC sinyali 𝐸𝑚𝑎𝑥 = 0,318. 𝑬𝒎𝒂𝒙 𝜋 𝐸𝑜 = 0,318(1,41. 𝐸𝑒𝑓 ) = 0,45 . 𝐸𝑒𝑓 , 𝐸𝑜 𝐸𝑒𝑓 = = 2,22. 𝐸𝑜 0,45 𝐸𝑜 = 𝑬𝒎𝒂𝒙 = 𝟏, 𝟒𝟏. 𝑬𝒆𝒇 𝑬𝒐 = 𝟎, 𝟒𝟓 . 𝑬𝒆𝒇 𝑬𝒆𝒇 = 𝟐, 𝟐𝟐. 𝑬𝒐 Yukarıdaki formülde yer alan 2,22 değerine yarım dalga doğrultmaçta form faktörü denir. Doğrultulan değer, AA’mın ortalama değerine eşit olmaktadır. 237 Yarım Dalga Doğrultuculu AA Voltmetresi: Örnek 2: Şekildeki 10V’luk tek kademeli yarım dalda doğrultuculu AA Voltmetresinin 𝑅𝑠 kademe direncini bulunuz. 𝑅𝑠 𝐸𝑜 = 0,45 . 𝐸𝑒𝑓 = 0,45 . 10 = 4,5𝑉 𝐸𝑜 = 𝐼𝑔 (𝑅𝑠 + 𝑅𝑔 ) = 1. 10−3 (𝑅𝑠 + 300) 4,5 − 0,3 𝑅𝑠 = = 4200Ω 1. 10−3 ~ E=10V + Rg =300Ω G 𝐼𝑔 =1mA - Yarım dalga doğrultuculu bir AC voltmetre devresi Yukarıdaki sonuçlardan, yarım dalga doğrultuculu devrede 10V’luk bir DA gerilim tam sapma oluştururken, etkin değeri 10V olan alternatif gerilim voltmetrede 4,5V’luk bir sapma oluşur. Diğer bir ifadeyle, 4,5V’luk doğru gerilimin oluşturacağı sapma, 10V’luk alternatif gerilimin oluşturacağı sapmaya eşittir. Yani AA voltmetresi, DA voltmetresi kadar duyarlı değildir. Sayısal olarak yarım dalga doğrultuculu voltmetre, AA’mın yaklaşık olarak %45’i kadar sapar. 238 161 Örnek 1: Şekil a’daki 1V’luk AA voltmetresi için kullanılacak olan diyotun akım-gerilim karakteristiği şekil b’de verilmiştir. a) Rs kademe direncini, b) Galvanometreden 20μA geçirecek olan gerilimi c) Diyot karakteristiğinin lineer olmamasından dolayı bağıl hatayı bulunuz. Çözüm : Galvanometrenin tam sapma akımı 100µA olduğundan, bu noktadaki diyotun statik direncini diyot grafiğinden faydalanarak hesaplayalım. Grafikten; a) 𝐼𝐷 =100µA için grafikten; 𝑉𝐷 = 0,1V, 𝑅𝐷 = 0,1 100.10−6 = 1000, 239 Seri direnç; 𝑅𝐷 = 1000 𝐸0 = 0,45 . 𝐸𝑒𝑓 (Doğrultulacak gerilim) 𝐸0 = 𝐼𝑔 𝑅𝑠 + 𝑅𝐷 + 𝑅𝑔 (Voltmetre gerilimi) 𝑅𝑠 = 𝐸𝑜 𝐼𝑔 − 𝑅𝐷 + 𝑅𝑔 = 0,45 .1 100.10−6 𝐸𝑒𝑓 = 1𝑉 − 1000 + 200 = 4500 − 1200 =3300 ,𝑹𝒔 = 𝟑, 𝟑𝒌 bulunur. b) Diyottan 20µA geçtiğinde, diyotun statik direnci hesaplanırsa; 0,04 𝑅′𝐷 = 20.10−6 = 2000 = 2𝑘 olur. 𝑅𝑇 =𝑅𝑠 + 𝑅′𝐷 + 𝑅𝑔 = 3,3 + 2 + 0,2 = 5,5𝑘. Diyot direncinin değişmesi halinde 20µA’i için giriş gerilimi; Volt metrenin iç direnci; 4,5k 𝐸′𝑖 =20µA .4,5k= 0,09𝑉 𝑦𝑒𝑟𝑖𝑛𝑒, 𝐸𝑖 = 20µA .5,5k = 0,11𝑉 olur. Diyot karakteristiğinin lineer olmamasından dolayı yapılan bağıl hata; c) 𝛽 = 𝐸 ′ 𝑖 −𝐸𝑖 𝐸′ 𝑖 = 0,09−0,11 0,9 = 0,22 (%22) 240 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Yarım dalga Doğrultuculu AC Voltmetresinin Eksiklikleri: 1. Tasarlanana AC voltmetresi sinüzoidal AC’mın efektif değerine göre tasarlanmıştır. Farklı işaretlerdeki AC akımlarda yeniden kalibre edilmesi gerekir. 2. Yarım dalga doğrultmada, diyot yarım sinüs boyunca iletimde olduğundan pozitif ve negatif yarım periyotlarda farklı yükleme etkileri oluşabilir. 3. Küçük AC gerilimlerde yapılan ölçmelerde diyot karakteristiğinin lineersiziği etkili olur. 4. Diyot kapasitesinin yüksek frekanstaki kısa devre etkisi hatalı ölçmelere neden olur. 5. Diyot karakteristiğinin sıcaklıkla değişmesi( tasarımdaki sıcaklık dışındaki ortamlarda) 241 Tam Dalga Doğrultmaçlar: + 𝐸𝑒𝑓 (a) _ 𝐸𝑒𝑓 + _ _ (b) a) Orta uçlu doğrultma, b) Köprü Tam dalga doğrultma devresi ve grafiği 𝐸𝑜 = 2 𝐸𝑚𝑎𝑥 𝜋 = 0,636. 𝐸𝑚𝑎𝑥 , 𝐸𝑜 = 0,636. 1,41. 𝐸𝑒𝑓 = 𝟎, 𝟗. 𝑬𝒆𝒇 , 𝐸𝑚𝑎𝑥 = 1,41. 𝐸𝑒𝑓 olduğundan; 𝐸 𝐸𝑒𝑓 = 0,9𝑜 = 1,11 . 𝐸𝑜 𝑬𝒆𝒇 = 𝟏, 𝟏𝟏 . 𝑬𝒐 ; «Tam dalga doğrultmaçlarda form faktörü; f=1,11 dir.» 242 Tam Dalga Doğrultuculu AA Voltmetresi: Şekil a’da bir tam dalga doğrultuculu AA voltmetresinin temel devresi verilmiştir. Doğrultucu olarak bir diyot köprü devresi kullanılmıştır. Peryot yarı yarıya düştüğü için ortalama değer iki katına çıkar. e, i + - + + + G t T/2 T a b Tam dalga doğrultuculu ölçü aletleri daha yüksek duyarlılıklı olur. Böyle bir voltmetrede 10V’luk AA gerilimin oluşturacağı sapma, 9V’luk DA gerilim tarafından oluşturulmaktadır. Bu sapma miktarı uygulanan AA gerilimin %90 olur. Başka bir deyişle AA duyarlılık DA duyarlılığın %90 dır. 243 Örnek 3: Şekilde tam dalga doğrultuculu AA voltmetresinde, 10V’luk kademe için 𝑅𝑠 kademe direncini hesaplayınız. 𝑅𝑠 10V(rms) 𝐼𝑔 =1mA 𝑅𝑔 = 500Ω G Bir kademeli bir tam dalga doğrultuculu AC voltmetre 𝐸𝑜 = 0,9 . 𝐸𝑒𝑓 = 0,9 .10 = 9𝑉 𝐸𝑜 = 0,9 . 10 = 1. 10−3 (𝑅𝑠 + 500) 𝐸𝑜 = 𝐼𝑔 (𝑅𝑠 + 𝑅𝑔 ) 9 − 0,5 𝑅𝑠 = = 8500Ω 1. 10−3 244 Doğrultuculu Döner Bobinli Aletlerin Özellikleri: 1. Doğrultuculu döner bobinli ölçü aletleri ancak sinüzoidal akımlarda doğru ölçme yapabilirler. Doğrultma işleminde ne kadar kaliteli bir sistem kullanılırsa, o kadar iyi ölçme sonucu elde edilir. 2. Doğrultuculu döner bobinli ölçü aletleri, döner bobinli aletler kadar hassas olmadıklarından ancak 0,5 sınıfına kadar yapılabilirler. Çünkü, frekans ve ısı etkileri doğrultmacı olumsuz etkiler. Kadran taksimatları lineerdir. 3. Bu aletler AA’mın etkin değerini ölçecek şekilde tasarlandıklarından skala taksimatları ona göre düzenlenmiştir. 4. Doğrultuculu aletler genellikle, orta ve alçak frekanslı gerilim ve akımların ölçülmesinde kullanılır. Normal şartlarda 500Hz İçin ± %1,5 hatalı ölçme yapar. 5. Doğrultuculu aletler genellikler; doğru ve alternatif, akım ve gerilimleri ölçen kademeli kombine aletler olarak yapılırlar. 245 III.DÖNER MIKNATISLI ÖLÇÜ ALETLERİ Akım işareti: Sembolü: Aletin Yapısı: Döner bobinli ölçü aletinin tersine çevrilmiş şeklidir. Döner bobinli ölçü aletinde; mıknatıs, bobin dönmektedir. Döner mıknatıslı aletlerde ise bobin sabit, mıknatıs dönmektedir. Demirden ve hava aralığı bulunan elektromıknatısın kutupları arasına, göstergesi bulunan küçük bir daimi mıknatıs yerleştirilmiştir. Aletin bobininden akım geçirildiği zaman mıknatıs çubuğu ve ona tespitli gösterge, elektromıknatısın kutupları arasında dönerek kadran üzerinde bir değer gösterir. Döner mıknatıslı ölçü aleti 246 Kontrol Kuvveti Daimi Mıknatısla Temin Edilen döner Mıknatıslı Ölçü Aleti: Kontrol kuvveti yay yerine daimi mıknatısla temin edilen ve yine çalışma prensibi aynı olan başka bir döner mıknatıslı ölçü aleti aşağıda açıklanmıştır. Şekildeki sistemde, bobin içine küçük bir mıknatıs yerleştirilmiştir. Bobinden akım geçince, manyetik eksenler aynı oluncaya kadar mıknatıs döner. Mıknatısa bağlı ibre de dönerek kadran üzerinde değer gösterir. Bu aletler de kontrol yayı bulunmaz. Bu görevi bobin dışına yerleştirilmiş ikinci bir daimi mıknatıs yapar. Bobinin akımı kesilince dıştaki mıknatıs döner mıknatısı çekerek ibrenin tekrara sıfıra gelmesini sağlar. Döner mıknatıslı ölçü aleti 247 Döner Mıknatıslı Ölçü Aletlerinim Özellikleri; 1. Yapılışları basit, ucuz ve sağlam aletlerdir. Çevre sıcaklığından etkilenmezler. Dış alanlardan etkilendiklerinden madeni bir muhafaza içine yerleştirilirler. (Elektriksel ekranlama) 2. Ani ve aşırı yüklenmelere karşı dayanıklıdırlar. 3. Aletin döner kısmına akım verilmediğinden yükleme etkileri düşüktür. 4. Skala taksimatları düzgün değildir. Ortadan sıfırlı aletlerdir. 5. Bu aletler sadece DA ölçmelerinde kullanılır. 6. Doğrulukları ve hassasiyetleri pek fazla olmadığından, ikinci sınıf aletler grubuna girer. Sınıfları 1-5 arasındadır. 7. Aletin bazı tiplerinde, kontrol kuvveti sabit mıknatısla sağlandığından, yay kullanılmaz. 8. Genellikle havalı amortisman sistemi kullanılmakla beraber, bazı tiplerinde fuko akımlı amortisman sistemi kullanılır. 248 IV. ELEKTRODİNAMİK ÖLÇÜ ALETLERİ Akım işareti: ~ Sembolü: Aletin Yapısı: Elektrodinamik ölçü aletleri esas itibariyle aralarında seri bağlı; birisi sabit, diğeri hareketli iki bobinden meydana gelmiştir. 249 Çalışma Prensibi: İçinden akım geçen iletkenlerin meydana getirdikleri manyetik alanların birbiri üzerine uyguladıkları kuvvet etkisine dayanır. Aşağıdaki şekilde; Sabit akım bobininin A-B uçlarından gerilim uygulandığında, A’-A’’ akım bobininden geçen akım manyetik alan meydana getirir. Bu bobine seri bağlı, B’-B’’ gerilim bobininden de aynı akım geçeceği için, manyetik alanı içinde bulunan gerilim bobininde bir dönme moment oluşur. Oluşan dönme momenti, hareketli bobinden geçen akımın şiddetine ve sabit bobinin oluşturduğu manyetik alanın değerine bağlıdır. Üzerlerinden aynı akımın geçtiği bobinlerden dolayı oluşan moment akımın karesi ile orantılıdır. A’-A’’ : Sabit akım bobinleri B’-B’’ : Hareketli gerilim bobinleri 250 Her iki bobinden geçen akımın yönü aynı anda değişecek olursa alan yönü de değişir, fakat döndürme kuvveti yönü değişmez. Bundan dolayı bu aletler hem DA ve hem de AA ölçmelerinde kullanılabilir. Bu aletler AA’mın etkin değeri ölçer. Döndürme kuvveti akımın karesi ile değiştiğinden skala taksimatı baş tarafta sık, sonlara doğru seyrekleşir. Bu tip ölçü aletlerinde hareketi doğuran elektrodinamik kuvvetin değeri, sabit veya hareketli bobinlerden birinin içinden geçen akıma bağlı olduğundan, bu aletler; aktif güç, reaktif güç, güç faktörü ve frekans gibi büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılır. Aletin DA ölçmelerinde güç kaybına sebep olduğundan, bu aletler daha çok AA ölçmelerinde kullanılır. Elektro dinamik ölçü aletleri ampermetre, voltmetre ve daha çok wattmetre olarak yapılırlar. Voltmetrelerde sabit ve hareketli bobinlere ön dirençler ilave edilir. Elektrodinamik ampermetrelerde 5 ampere kadar akımların ölçülmesinde bobinler seri bağlanır. Daha büyük akımların ölçülmesinde ise bobinler paralel bağlanır. Büyük akımların ölçülmesinde her iki bobine de, direnci sıcaklıkla değişmeyen seri direnç bağlanır. 251 Wattmetre olarak kullanılacak elektrodinamik ölçü aletlerinde, sabit bobin kalın telli az sarımlıdır. Gücü ölçülecek devreye seri bağlanır. Bu bobine “akım bobini” adı verilir. Hareketli bobin ise ince telli çok sarımlıdır. Buna “gerilim bobini” adı verilir ve devreye paralel bağlanır. Akım ve gerilim bobinleri kademeli olarak yapılabilir. Elektrodinamik ölçü aletleri demirli ve demirsiz elektrodinamik olmak üzere iki tipte yapılırlar. Bir elektrodinamik voltmetrenin prensip şeması Bir elektrodinamik ampermetrenin prensip şeması 252 Örnek 1: Voltmetre yapmak üzere kullanılan bir elektrodinamik ölçü aletinin tam sapma akımı Ig= 1mA dir. Ölçü aletinin iç direnci Rg= 50Ω olduğuna göre, 10 voltluk kademe için seri direnci hesaplayınız. ÇÖZÜM: Elektrodinamik ölçü aletlerinin hem AC’yi hem de DC’yi aynı kalibrasyonda ölçebilme özelliği olduğundan DC’de ölçme yapılacakmış gibi hesap yapılır. 𝑅𝑠 Çözüm: Ölçü aletinde 10V ile tam sapma elde edilebilmesi için seri bağlanacak kademe direncinin değeri Kirşof kanununa göre; 10𝑉 = 𝐼𝑔 𝑅𝑔 + 𝑅𝑠 yazılarak, 𝑅𝑠 çekilirse; Elektrodinamik voltmetrenin prensip şeması 10 𝑅𝑠 = 10 − 𝐼𝑔 𝑅𝑔 den, 𝑅𝑠 = 10−3 − 50 = 9950 Ω , hesaplanır. 253 Örnek 2 Tam sapma akımı 10mA olan bir elektrodinamik ölçü aleti ile 1A’ lik bir ampermetre yapılacaktır. Hareketli bobinin direnci 40Ω olduğuna göre, paralel bağlanacak direncin değerini hesaplayınız. ÇÖZÜM: Elektrodinamik ölçü aletlerinin hem AC’yi hem de DC’yi aynı kalibrasyonda ölçebilme özelliği olduğundan DC’de ölçme yapılacakmış gibi hesap yapılır. 𝑛= 1𝐴 10−3 𝐴 𝑅𝑔 𝑅𝑝 = 1000, 𝑅𝑝 = (𝑛−1) = 40 1000−1 = 0,4 Ω Elektrodinamik Ampermetrenin prensip şeması 254 Demirsiz Elektrodinamik Ölçü Aletleri : sembolü: Sistemin manyetik devresi üzerinde demir olmadığından, manyetik alanı ve dolayısıyla döndürme kuvveti zayıftır. Gerekli döndürme kuvvetinin temini için, bobindeki sarım sayısının fazla olması gerekir ki bu da aletin sarfiyatını artırır (10 Watt kadar). Meydana gelen alan zayıf olduğu için, alet dış manyetik alanlardan etkilenir, dolayısıyla duyarlılığı da o oranda azalır. Ampermetrelerde en küçük ölçme değeri 30mA, voltmetrelerde ise 15V. tur. Demir, hatalara sebebiyet verdiğinden, doğruluk derecesi yüksek olması istenen yerlerde bu tip aletler demirsiz olarak yapılırlar. Demirsiz elektrodinamik ölçü aletleri, doğru ölçme yaptıklarından laboratuvarlarda, bilhassa kontrol aleti (etalon alet) olarak kullanılırlar. Bu tip aletlerin çalıştırıcı momentlerinin küçük olmasından ve sürtünmenin de az olması hesaba katılarak yatık tipte imal edilirler. Yani; dik eksenli, yatay göstergeli olarak yapılırlar . Demirsiz elektrodinamik ölçü aletleri genellikle voltmetre olarak yapılıp kullanılırlar. 255 Demirsiz Elektrodinamik Ölçü Aletlerinin Özellikleri: • Manyetik alanın zayıf olmasından aletin duyarlığı azdır, döndürücü momentinin kuvvetli olması için, bobin sarım sayılarının artırılması gerektiğinden güç sarfiyatları o oranda artar. • Bu aletler, dış manyetik alanlardan çok etkilenirler. • Dış manyetik alanların etkisini azaltmak için, bu aletler ya ferromanyetik • madenlerle ekranlama yapılır veya astatik olarak imal edilirler. • Doğruluk derecesi çok yüksek olup laboratuvarlarda etalon alet (karşılaştırma aleti) olarak kullanılırlar, • Alet demirsiz yapıldığından dayanıklılık temini güç olup maliyeti yüksektir, • Alet ampermetre, voltmetre, watmetre olarak yapılır. 256 Demirli Elektrodinamik Ölçü Aletleri: sembolü: Bu tip ölçü aletleri, demirli olarak yapıldığı taktirde aynı akımda daha kuvvetli bir alan meydana geldiğinden aletin duyarlığı o oranda artar ve dış manyetik alanlardan etkilenmez. Buna karşın, aletin doğru ölçmesi azalır. Çünkü, demirin bulunması fuko ve histeresiz kayıplarına sebebiyet vereceğinden aletin doğru ölçmesine etki eder. Bu yüzden demirli ölçü aletleri; ampermetre, voltmetre yapmağa elverişli değildirler. Buna karşın wattmetre, fazmetre, frekans metre gibi ölçü aletleri olarak yapılıp kullanılır. Demirli elektrodinamik ölçü aletlerine aynı zamanda “ferro- manyetik” ölçü aletleri de denilebilir. Aletin sabit bobini, ince özel sac levhalardan yapılmış bir kısım içine konmuş olup, hareketli bobinin ortasına da yumuşak demirden, sabit bir göbek yerleştirilmiştir. Bu tip ölçü aletlerine dış manyetik alanların etkisini azaltmak için alet, ya ferromanyetik muhafaza altına alınır veya astatik olarak yapılır. 257 Demirli Ölçü Aletlerinin Özellikleri: • Bu alete, dış alanların etkisi azdır. • Alet demirli olduğundan duyarlığı, demirsizlere oranla daha fazla olmakla beraber hatalı gösterir (Bu sebepten, 1 ve 1,5 sınıfı aletler grubundandır). • Bu tip aletlerde, fuko ve histeresiz kayıpları olduğundan ölçmeler çok hassas değildir. • Demirli elektrodinamik ölçü aletleri, ampermetre ve voltmetre yapımında hemen hemen hiç kullanılmaz. Genellikle Watmetre ve özellikle de çapraz bobinli olanları, Cosinüsfi metre, Frekans metre ve Om metre yapımında daha çok kullanılır. 258 Elektrodinamik ölçü aletlerinin temel özellikleri şunlardır. • Hem DC hem de AC devrelerde kullanılabilir. • Aletin duyarlılığı azdır fakat doğruluğu ( %0.1 ) yüksektir. • Doğruluk derecesi yüksek olduğundan etalon alet olarak kullanırlar. • Uygun seri ve şönt dirençler bağlanarak ampermetre veya voltmetre yapılabilirler. • Bir ve üç fazlı voltmetre, sayaç, cosinüsfi metre ve faz metre yapımında kullanılırlar. • Elektrodinamik ölçü aletlerinin bobinlerinin endüktif reaktansları frekansla artığından 200 Hz’ in altında özellikle 50 Hz’lik devrelerde kullanılır . • Skala taksimatı baş tarafta sık, sonlara doğru seyrektir. 259 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Akım işareti: ~ _ TERMİK ÖLÇÜ ALETLERİ: Elektrik akımı, bir iletkenden geçtiği zaman; iletkenin ısınır, iletkenin boyu uzar ve iletkenin direncini artırır. Elektrik akımının bu özelliklerinden faydalanarak yapılan ölçü aletleri şunlardır. 1. Elektro termik (ısıl) ölçü aletleri 2. Bimetalli ölçü aletleri 3. Termokupul (ısıl çift) ölçü aletleri 1. Elektro termik (sıcak telli) ölçü aletleri: Sembolü: Elektro termik ölçü aletlerinin duyarlılıkları az, aşırı yüklere dayanıksız ve ısınan telin sarsıntı yerlerde kopması gibi dezavantajları vardır. Bu nedenle bu aletler genellikle, yüksek frekanslı akımların ölçülmesinde kullanılırlar. Telin ısınması, akımın yönüne bağlı olmadığından alet hem doğru hem de alternatif akım ölçmelerine uygundur. 260 Aletin yapısı : İçinden akım geçen iletkenin ısınıp uzaması özelliğine dayanır. Aletin prensip şeması aşağıda gösterilmiştir. a-b noktaları arasına erime derecesi yüksek olan “platin iridyumlu” bir tel gergin olarak konmuştur. Bu telin c noktası ile aletin içten yalıtılmış d gövdesi arsına, fosforlu bronzdan yapılmış bir k teli gerilir. e noktasına bağlanan ham ipek ipliği, alet göstergesinin gerili olduğu g makarasına bir defa dolandıktan sonra h çelik yayına bağlanmıştır. Bu tip aletlerin amortismanı fuko akımlı düzeneklerle sağlanır. c c' k e' tel e 261 Aletin çalışması: Alete akım uygulandığında, a-b telinden geçen akım, bu telinin ısınmasına sebep olur ve uzar. Telin ısınıp uzaması k telinin gevşemesine neden olur. g makarasına sarılı gergin ipek ipliği h yayı aracılığıyla çekildiğinden makara göstergeyi hareket ettirir. Bu durumda, c noktası c‘ ne, e noktası da e’ durumuna gelmiş olur. (a-b telinin uzunluğundaki küçük bir değişme ile gösterge büyük bir sapma olacak şekilde tasarlanmıştır.) Göstergenin ölçümden sonra sıfıra geri gelmesini a-b telinin gerginliği sağladığından ölçme bittiğinde, göstergenin sıfıra gelmesi için bir müddet telin soğumasını beklemek gerekir. Bu ölçü aleti ile DC ve yüksek frekanslı AC akımın efektif değeri ölçülebilir. Ancak boyutların büyük ve hantal olması, ortam sıcaklığından etkilenmesi, çok yüksek akımların ölçülememesi ve mekanik darbelerden etkilenmesi gibi sebeplerle günümüzde kullanım alanları sınırlı kalmıştır. 262 Elektrotermik ölçü aletlerinin özellikleri: 1. Isınan telin ısınması akımın yönüne bağlı olmadığından hem DC’de ve hem de AC’de kullanılabilir. 2. Isınan telin sıcaklığı yüksek olduğundan(3000 C) dış sıcaklıklardan fazla etkilenmez. 3. Isınan tel, mekanik etkilere dayanıklı, ergime derecesi yüksek ve oksitlenmeyen cinsten olmalıdır. 4. Termik ölçü aletlerinin skala taksimatları eşit aralıklı değildir, başlangıç noktalarında sık, sonlara doğru seyrekleşir. 5. Alet çok yüksek olmayan dış manyetik alanlardan etkilenmez. 6. Alet, akım geçen telin hemen ısınmayacağından dolayı göstergesi hemen değer göstermez, biraz beklemek gerekir. 7. Elektro termik ölçü aletleri; dalganın şekline bağlı olmaksızın yüksek frekanslı AC ölçmelerinde kullanılır. Doğrulukları bakımından 1. sınıf aletler olarak yapılırlar. 263 2. Bimetalli Ölçü Aletleri Isı ile uzama katsayıları farklı, iki ayrı metalin (demir-pirinç gibi) birbirlerine kaynak edilmesinden meydana gelen şeride bimetal denir. Bimetaller ısıya karşı çok hassas olduklarından endüstride ölçme tekniği ile sıcaklık, kontrol devrelerinde çok kullanılırlar. Bu elemanlara da kullanılacağı yere göre şekil verilir (düz şerit, U ve helis gibi). Ölçü aletinin yapısı ve çalışması: Bimetal şerit, silindir biçiminde sarılıp spiral bir yay yapıldıktan sonra; bu yayın iç ucu, göstergeye bağlı yataklı bir mile, dış ucu da aletin gövdesine tespit edilmiştir. Şekilde; T yayından ölçülecek akım geçtiği zaman bu yay ısınıp uzar ve açılmaya çalışır. Bu hareket aynı eksene bağlı E göstergesine taşınır. Bimetal yaydan akımın geçmesiyle oluşan ısıdan göstergenin hareketi sağlanmış olur. 264 Bimetalli ölçü Aletlerinin özellikleri: 1. Bimetalli ölçü aletleri akımın ısı etkisinden yararlanarak çalışırlar. 2. 3. Aletin yapısı basit, sağlam ve maliyeti ucuzdur. Doğruluk derecesi (ölçmedeki hata sınırları) ±0,03 kadar olup 1,5 ve 2,5 sınıfı aletlerdir. 4. 5. Ölçmedeki kayıplar 4-6VA kadardır. Skala taksimatları lineer değildir. Çalıştırıcı momentleri, diğer ölçü aletlerine oranla büyük olup kaydedici ve noktalama aleti olarak kullanılır. Alet, akım ve gerilim ölçmelerinde ölçülen değeri, hemen göstermez bir süre beklemek gerekir (8-15 dakika) 6. 265 3. Termokupul (ısıl çift) ölçü aletleri: İki ayrı cins (demir ve bakır gibi) iletkenin birer uçları birbirlerine kaynak edilip ve sıkıca birleştirilip bu birleştirme noktası ısıtılırsa, soğuk kalan diğer uçlarında bir emk oluşur. Bu olaya volta olayı, iletkenlerde meydana gelen gerilime «termo elektrik gerilim», iki değişik metalin teşkil ettiği bu sisteme «termoelektrik çift», bu çiftin devresinden geçen akıma da termoelektrik akımı denir. Termokupul yerine ısıl çift de denilmektedir. Isıl çiftler bazı durumlarda ısıtıcıya temas eder, bazı durumlarda da etmez. Isıl çiftin ortam sıcaklığımdan bağımsız olarak yalnız ısıtıcının sıcaklığını izlemesi isteniyorsa, temaslı tip ısıl çift kullanılır. Temassız ısıl çiftler, elektriksel olarak ısıtıcı ile izole edilmişlerdir. Temassız ısıl çiftler daha büyük akımların ölçülmesinde kullanılırlar. Yukarıda açıklanan yöntemle elde edilen emk’nın değerinin çok küçük olmasına rağmen duyarlı bir ölçü aletini çalıştırabilirler. Termoelektriğin geriliminin sıcaklığa ve çifti meydana getiren metallerin cinsine bağlıdır. Sıcaklık arttıkça gerilimde artar. Pratikte üretilen termoelektrik gerilimi 010 mV gibi küçük bir gerilimdir. 266 Termo Kupulların Seri Bağlanması: e.m.k.’yı artırmak için ısıl çiftler, pil gibi seri bağlanırlar. Elde edilen bu gruba termoelektrik pil adı verilir. Aşağıda demir-bakır çiftinden oluşmuş bir termopil devresi görülmektedir. Çiftlerin seri bağlanması ile emk artar. Ancak, termopilin iç direncide artmış olur. Dolayısıyla fazla akım çekilmez. Termoelektrik pillerinden elde edilen emk’nın verimin çok düşük, maliyetinin de yüksek olması nedeniyle endüstride üreteç olarak kullanılmaktadır. 267 Aletin yapısı: Isıl çift ölçü aleti, ince telden yapılmış bir ısıtıcı eleman, bir ısıl çift ve bir galvanometreden meydana gelir. Bu aletlerle AC ve DC ölçmeleri yapılabilir. Alternatif akımda; çok yüksek frekanslı (100MHz veya daha fazla)gerilimler büyük bir doğrulukla ölçülebilir. Termokupul ölçü aletlerinde genellikle bakır-konstandan çift kullanılır. Aletin çalışması: Prensip şeması verilen yandaki şekilde, T iletkeninden akım geçerse iletken ısınır. T iletkeninin yanında bulunan termoelektrik çiftin ab uçlarında meydana gelen doğru akım aletin bobininden geçerek çalışmasını sağlar. Termokupulda doğan emk’nın değeri T iletkenin ısısı ile orantılıdır. Bu nedenle alet her iki cins akımlarda da kullanılabilir. Ancak, yüksek frekanslı alternatif akım ve gerilimlerin ölçülmesinde daha elverişlidir. Termokupul ölçü aleti prensip şeması 268 Isıtıcı tel ile termoelektrik çiftin temaslı olduğu durumda yüksek frekanslı akımlar ölçülürken ısıtıcı T teli ile termoelektrik çifti arsında bir kapasite oluşur. Bu kapasite üzerinden büyük akımlar geçeceğinden hatalı ölçmelere neden olur. Bu nedenle termoelektrik çift cam bir tüp içerisine alınarak ısıtıcı telden yalıtılır. Termokupul ölçü aletlerine paralel (şönt) direnç bağlayarak akım ölçme sınırını, seri direnç bağlayarak gerilim ölçme sınırını arttırabiliriz. 269 Yüksek frekanslı işaretlerin ölçümünde ısıl çift ile devrenin geri kalan kısmı arasında oluşacak kapasitif etkiyi azaltmak için temassız tip ısıl çift ve uygun izolasyon yöntemleri kullanılır. Ancak 100mA’e kadar akımlarda temaslı ısıl çiftler daha hassastırlar. Aşağıda, köprü tipi bir ısıl ölçme sistemi görülmektedir. Bu sistemle akım ve gerilim değerleri yükseltilerek daha duyarlı bir ölçme sistemi amaçlanmıştır. Köprü tipi ölçü aletinin duyarlılığı vakumlu ısıl çiftten daha yüksektir. Köprü tipi ısıl çift ölçü aleti 270 ÖRNEK: 5,10 ve 25V’luk üç kademeli ısıl voltmetre yapmak için iç direnci 200Ω, tam sapma akımı 𝐼𝑔 = 50μA olan bir galvanometre kullanılacaktır. Burada kullanılacak olan ısıtıcının Akım- Sıcaklık Karakteristiği ve ısıl çiftin Sıcaklık Gerilim Karakteristiği verilmiştir. Gerekli kademe dirençlerini hesaplayınız. Isıtıcının Akım- Sıcaklık Karakteristiği Isıl çiftin Sıcaklık Gerilim Karakteristiği Isıtıcının Akım- Sıcaklık Karakteristiğinden 5mA lik akım şiddetinin ısıl çift sıcaklığını 2000 𝐶 çıkardığını ve ısıl çiftin Sıcaklık Gerilim Karakteristiğinden de 2000 𝐶 sıcaklık için 10mV gerilim elde edildiği anlaşılmaktadır. 271 ÇÖZÜM: Galvanometrenin iç direnci 200Ω, ısıl çiftten galvanometreye uygulanacak gerilim 10mV olduğuna göre galvanometreden geçecek akım: 𝐼𝑔 = 𝐸 𝑅𝑔 𝑅5 = 𝐸 𝐼𝑚 . = . = 𝐸 𝑅25 = 𝐼 10𝑚𝑉 200Ω 5𝑉 5.10−3 𝐴 𝑅10 = − 200 = 800Ω 𝐸 𝐼𝑚 . = 10𝑉 5.10−3 𝐴 − 200 = 1800Ω 25𝑉 𝑚. = 5.10−3𝐴 − 200 = 4800Ω 𝑅25 𝑅10 𝑅5 5V = 50ϻ𝐴 olur. (Galvanometrenin maksimum sapma akımıdır.) 10V 𝑹𝟓 = 800Ω 5mA 𝐼𝑔 =50μA 25V 𝑅𝑔 = 200Ω 𝑹𝟏𝟎 = 𝟏𝟖𝟎𝟎Ω 𝑹𝟐𝟓 = 𝟒𝟖𝟎𝟎Ω Isıtıcı 𝟐𝟎𝟎𝜴 Isıl voltmetrenin devre şeması 272 Termokupul (ısıl çift) Ölçü Aletlerinin Özellikleri: 1. Termokupulun uçlarına döner bobinli bir oluşturulmuş bir ölçü aletidir. ölçü aleti bağlanması ile 2. Skala taksimatları düzgün aralıklı değildir. 3. Bu aletler hem DA ve hem de AA ölçmelerinde kullanılabilirler. 4. Dış manyetik alanlardan ve sıcaklıklardan çok fazla etkilenmezler. 5. Genellikle; 1, 1,5 ve 2,5 sınıfı ölçü aletleri olarak yapılırlar. 6. Isıl ölçü aletlerinin en önemli özellikleri; frekanstan ve AA’mın dalga şeklinden bağımsız olarak akım ve gerilim ölçmelerinde kullanılabilmeleridir. 7. Bu aletlerin tek sakıncaları fazla yüklenmeye uygun olmamalarıdır. 273 PİROMETRELER Genellikle yüksek sıcaklıkların kolay ve doğru ölçülmesinde kullanılan cihazlara pirometre denir. Çalışma şekline göre üç çeşit pirometre vardır. 1. Dirençli pirometreler: Bir iletkenin direncinin sıcaklıkla değişmesi esasına göre çalışır. Elektrik makinelerinin sargı sıcaklıklarının belirli sınırlarda çalışmasının kontrolünde kullanılırlar. 2. Elektriksel pirometreler: Termokupul kullanılarak yapılan ve sıcaklık ölçmekte kullanılan bir ölçü aletidir. 3. Optik pirometreler: Kızaran lamba telinin oluşturduğu aydınlığının bir mercekle birlikte kullanılması ile yapılan bir alettir. Çok yüksek sıcaklıkların (700-3500˚C) ölçülmesinde kullanılabilirler. 274 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ ELEKTROSTATİK ÖLÇÜ ALETLERİ Akım işareti: ~ Sembolü: Çalışma Prensibi: Birbirlerine göre yalıtılmış ve aralarında potansiyel farkı bulunana iki levhanın, birbirlerini itmesi veya çekmesi esasına göre çalışır. Levhaların birbirlerine olan bu etki gerilimin karesi ile orantılı olduğundan bu aletler sadece gerilim ölçmekte kullanılırlar. Elektrostatik voltmetreler daha çok yüksek gerilimlerin ölçülmesinde kullanılırlar. Özel olarak tasarlanan ve elektrometre adı ile anılan cinsleri ile 0,1mV gibi küçük değerleri de doğru ve hassas bir şekilde ölçen tipleri de vardır. Bu aletler laboratuvarlarda kullanılırlar. Gene çalışma prensipleri itibari ile, dairesel ve doğrusal hareketli olmak üzere iki çeşit elektrostatik voltmetre vardır. 275 1. Dairesel hareketli Elektrostatik Voltmetre Daha güncel ve yaygın olarak kullanılan elektrostatik voltmetre dairesel hareketli voltmetrelerdir. Bu voltmetreler iki veya daha fazla birbirine geçme yarım daire şeklindeki plakalardan oluşur. Şekilde gösterildiği gibi büyük çaplı olan plaka sabit, küçük çaplı olanı hareketlidir. Hareketli plakaya tutturulan ibre ile gerilim okunur. Buradaki plakalarda biriken yükün oluşturduğu çekme kuvveti dönme hareketine dönüşür. Sabit levhanın hareketli levhayı az veya çok çekmesi levhalarda toplanan elektrik yüküne bağlıdır. Skala V Hareketli Plaka Sabit Plaka Dairesel hareketli Elektrostatik Voltmetre 276 2. Doğrusal Hareketli Elektrostatik Voltmetre: Şekilde gösterildiği gibi doğrusal hareketli elektrostatik voltmetre biri sabit, diğeri de hareketli iki düzlem iletken plakadan oluşur. Sabit plaka daha büyüktür. Küçük olan hareketli plaka üzerinde bir gösterge ibresi bulunur. Bu ölçü aleti ile gerilim doğrudan, akım şiddeti dolaylı olarak ölçülebilir. DC gerilim için sonsuz giriş direnci gösterir. Dolayısıyla bu aletlerin yükleme etkileri yoktur. AC’da işaretin dalga şeklinden bağımsız efektif değerini ölçer. Hareketli Plaka V Sabit Plaka Doğrusal hareketli Elektrostatik Voltmetre 277 Elektrostatik Ölçü Aletlerinin Özellikleri: 1. Bu aletler DA ve AA devrelerinde yalnız voltmetre olarak kullanılır. 2. 1. ve 2. sınıf alet olarak yapılabilirler. 3. Bu aletlerle en az 5 Volta kadar gerilimler doğrudan doğruya ölçülebilir. Doğruluk dereceleri yüksek gerilimlerde daha fazladır. 4. Aletin çektiği akım küçük olduğundan yükleme etkisi de küçüktür. 5. Alet kondansatör gibi çalıştığından güç kaybı hemen hemen yok gibidir. 6. Elektrostatik aletler aşırı yüklenmelere dayanıklı değildir. 7. Elektrostatik ölçü aletleri; direnç, kapasite, güç, elektrik yükü ve frekans gibi büyüklüklerin ölçülmesi için özel olarak imal edilebilirler. 278 İNDİKSİYON ÖLÇÜ ALETLERİ Akım işareti: ~ Sembolü: İndüksiyon ölçü aletleri döner alan prensibine göre çalışırlar. Döndürme momenti şebek frekansı ile orantılı olduğundan bu aletler sabit mıknatıslı AA’ da kullanılır. Bu tip aletler genellikle elektrik sayacı, frekans metre, wattmetre ve kaydedici ampermetre olarak kullanılırlar. Döner diskli indüksiyon ölçü aleti 279 İndüksiyon sayaçları: İndüksiyon sayaçları yapı itibariyle watt metrelere benzemektedir. Manyetik alanı ve indüksiyon olayını meydana getirmek için İki bobin kullanılır. Kalın kesitli az sarımlı olanı akım bobini, ince kesitli çok sarımlı olanı gerilim bobini olarak isimlendirilir. Akım bobinlerinin dirençleri küçüktür ve alıcıya seri bağlanır. Gerilim bobinlerinin dirençleri büyüktür ve alıcıya paralel bağlanır. Prensip olarak indüksiyon motoruna benzeyen aktif sayaçta disk, sayıcı eleman, gerilim bobini, akım bobini ve daimi mıknatıs bulunmaktadır. Akım bobininden geçen akımın ve gerilim bobininde düşen gerilimin oluşturduğu manyetik alanın alüminyum disk üzerinde oluşturdukları döndürme momentine göre çalışır. Bir fazlı indüksiyon sayacının bağlantı şeması 280 İndüksiyon Ölçü Aletlerinin Özellikleri: 1. İndüksiyon ölçü aletlerine döner alanlı ölçü aletleri denir. 2. Döner alan prensibi AA’da söz konusu olduğundan bu aletler yalnız AA devrelerinde kullanılmak üzere, ampermetre, voltmetre, frekans metre ve indüksiyon sayacı olarak yapılırlar. 3. Bu aletin amortismanı, fuko frenli düzeneklerle sağlanır. 4. Döndürme momenti, ölçülen akım veya gerilimin karesi ile orantılı olduğundan; ampermetre ve voltmetrelerin skala taksimatları karesel, watt metrelerinki ise lineerdir. 5. Sıcaklık ve frekans değişimleri büyük ölçme hatalarına sebep olduğundan bu tip aletler ancak 1,5 sınıfına kadar yapılırlar. 6. İndüksiyon ölçü aletlerinin iç kayıpları fazla, imalatları da pahalıdır. 281 GÜÇ ÖLÇMEK 1. DC ve AA da Güç, 2. Güç tanımları, 3. Güç Ölçmeleri, 4. Wattmetreler, 5. 1-fazlı Devrelerde Güç Ölçme, 6. Güç Ölçme Deneyleri 282 GÜÇ ÖLÇMEK Güç: Birim zamanda harcanan enerjiye veya üretilen enerjiye güç denir. Yani iş yapabilme hızının bir ölçüsüdür. Kısaca, Birim zamanda yapılan işe güç denir. Elektrikte güç P harfi ile gösterilir ve birimi Watt'tır ve kısaca (W) yazılarak ifade edilebilir. Birim zamanda (t) cismin harcadığı enerji W ise güç; Güç = Yapılan iş /işi yapmak için geçen zaman , P=W / t SI sisteminde iş= joule, zaman ise saniye ile ifade edilir. Güç birimi ise joule/saniye olacaktır. Bunun da SI sistemindeki karşılığı Watt'tır. Watt’ın üst katları; kilowatt(kW), Mega watt(MW) ve Gigawatt (GW) olarak kullanılır. Mekanikte ise watt yerine beygir gücü (BG) ifadesi kullanılır. 1 BG=736 watt'tır. (BG= HP= Horse Power veya, BB=BuharBeygiri) Elektrik gücü, akımın şekline göre iki ayrı şekilde ölçülür. I. Doğru Akım Devrelerinde Güç Ölçmek II. Alternatif Akım Devrelerinde Güç ölçmek 283 I. DOĞRU AKIM DEVRELERİNDE GÜÇ ÖLÇMEK: Elektrik gücü, bir devreye uygulanan gerilim ve çekilen akımla doğru orantılıdır. Elektriksel güç; devreye seri bağlı ampermetre ile ölçülen akım şiddeti ve paralel bağlı voltmetrede okunan gerilim ile doğru orantılıdır. Aşağıdaki ifade ile hesaplanır. P = V x I = I². R = V²/R formülleri ile hesaplanır. Formüllerde; P= Elektriksel güç (watt), V= Gerilim (Volt), I= Akım (Amper) R= Direnç(om) değerlerini ifade eder. DC devrelerde güç iki şekilde ölçülür: 1- Ampermetre – Voltmetre metodu ile güç ölçmek , 2- Wattmetre ile güç ölçmek . «Watt biriminin kullanılmasının nedeni ise buhar makinesini icat eden İskoçyalı bilim adamı James Watt'tan dolayıdır.(1736-1819)» 284 AMPERMETRE VE VOLTMETRE YARDIMI İLE GÜÇ ÖLÇMEK Büyük güçlerin ölçülmesinde kullanılan ampermetre ve voltmetrenin harcayacağı güç ihmal edilebilir. Fakat küçük güçlü alıcılarda, voltmetrenin çekeceği güç sonucu etkileyeceğinden, devreye yükleme etkisi en az olan (direnci sonsuz) dijital voltmetreler kullanılmalıdır. Ampermetre ve voltmetre metodu ile güç ölçmek için aletler devreye iki şekilde bağlanır. Büyük güçlü devrelerde ampermetre önce, küçük güçlü devrelerde ampermetre sonra bağlama metodu kullanılır. 1- Ampermetreyi Önce Bağlama Metodu: 𝐼 Güç: P = V.I (W) ile hesaplanır. Yalnız burada hesaplanan güç, sadece yükün gücü değildir. Çünkü; ampermetre, hem yükün çektiği akımı hem de voltmetreden geçen akımı gösterdiğinden, hesaplanan güç, alıcıların gücünden biraz fazla olur. 𝐸 𝐼𝑦 𝐴 𝑅𝑣 + _ V V 𝐼𝑣 Ampermetrenin Önce Bağlanması metodu. 285 Ampermetreyi Önce Bağlama Metodu: Ampermetrenin Önce Bağlanmasına ait devreye, Ohm ve Kirşof kanunlarını uygulayarak gerçek güç ifadelerini yazalım; 𝑰𝒚 =Yükün akımı, 𝑰𝒗 = Voltmetrenin akımı olarak gösterirsek; Ampermetrede ölçülen akım 𝑰 = 𝑰𝒚 + 𝑰𝒗 dir. 𝑷 = 𝑉. 𝐼 olan güç formülünde, yazarsak; akım şiddetini ( 𝑰 = 𝐼𝑦 + 𝐼𝑣 ) olarak yerine 𝑷 = 𝑉. 𝐼𝑦 + 𝐼𝑣 = 𝑉. 𝐼𝑦 + 𝑉. 𝐼𝑣 elde edilir. Burada; 𝑷𝒚 = 𝑉. 𝐼𝑦 , Yükün gerçek gücü, 𝑷𝒗 = 𝑉. 𝐼𝑣 Voltmetrede harcanan gücünü ifade eder. Ölçülen akım ve gerilimden hesaplanan güç; 𝑷 = 𝑃𝑦 + 𝑉. 𝐼𝑣 dir. Buradan gerçek güç; 𝑷𝒚 = 𝑷 − 𝑷𝒗 = 𝑷 − 𝑽. 𝑰𝒗 olacaktır. Voltmetreden geçen akım için; 𝑰𝒗 = 𝑽 𝑹𝒗 yazarak, P = 𝑷 − 𝑽. 𝑰𝒗 ifadesinde yerine konursa; 𝑷𝒚 = 𝑃 𝑉 −𝑅 𝑣 .𝑉 = 𝑃 − 𝑉2 𝑅𝑣 ve 𝑷𝒚 = 𝑷 − 𝑽𝟐 𝑹𝒗 formülünden gerçek yükün gücü bulunur. Burada; 𝑷𝒗 = 𝑽𝟐 𝑹𝒗 = 𝑽. 𝑰𝒗 ifadeleri voltmetrede harcanan güçtür. 286 Ampermetreyi Önce Bağlama Metodu: Ampermetrenin önce bağlanması ile güç ölçme metodunda; Büyük güç ölçmelerinde, voltmetrenin harcayacağı güç ihmal edilebilir (yani; 𝑽𝟐 / 𝑹𝒗 ≅ 0 kabul edilir) . Bu durumda ampermetre ve voltmetreden okunan değerlerin çarpımı, yükün gücünü verecektir. Devrenin gücü çok küçük ise ve hassas bir ölçme isteniyorsa o zaman voltmetredeki güç kaybının hesaplanması gerekir. Özet olarak gerilim sabit kaldığı sürece bütün değişik ölçmelerde voltmetrelerdeki güç kaybı her an sabit kalacağından devrenin gücünü de hassas olarak belirleyebiliriz. Bu çeşit bağlantılar daha çok yüksek akım ve küçük gerilimli alıcı güçlerinin ölçülmesinde kullanılabilir. Çünkü, voltmetredeki kayıp güç gerilimin karesi ile değişmektedir. Şayet, devreye bağlanan voltmetre; dijital veya statik bir voltmetre ise, voltmetre kaybını hesaplamaya gerek kalmaz. Çünkü bu tip aletlerin yükleme etkisi yoktur. 287 2- Ampermetreyi Sonra Bağlama Metodu: Bu bağlantıda da doğrudan ölçü aletlerinden okunan akım ve gerilim değerlerinin çarpımı devrenin gücünü verir. Ancak voltmetre, hem yük uçlarındaki gerilimi hem de ampermetrede düşen gerilimi gösterdiğinden, hesaplanan güç yükün net gücü değildir ve ampermetrede harcanacak güç değeri kadar fazla olacaktır. 𝐴 𝐸 + _ 𝑅𝐴 𝐼 𝑉𝐴 V 𝑉𝑦 Ampermetrenin Sonra Bağlanması Bu metotta yapılan hata, ampermetrenin harcadığı güç kadardır. Büyük güç ölçmelerinde, ampermetrenin harcayacağı güç dikkate alınmayabilir. Çünkü, ampermetrenin iç direnci (𝑹𝑨 ) çok küçük olduğundan, ampermetre üzerinde düşen gerilim ihmal edilebilir. Bu durumda ampermetre ve voltmetreden okunan değerlerin çarpımı, yükün gücün kabul edilir. 288 Bu bağlantı ile ölçülecek güç küçük ise, gerçek gücü bulmak için, ampermetre üzerinde harcanan kayıp güç dikkate alınmalıdır. Bunun için, yukarıdaki deveye Ohm ve Kirşof kanunlarını uygulayarak yükün gerçek gücü hesaplanabilir. Voltmetrede ölçülen gerilim; 𝑽 = 𝑉𝑦 + 𝑉𝐴 , Ampermetrenin gerilimi; 𝑽𝑨 = 𝑰. 𝑹𝑨 P =V .I de gerilim ifadeleri yerine yazılırsa; 𝑷 = 𝑉𝑦 + 𝑉𝐴 𝑰 = 𝑉𝑦 . 𝐼 + 𝑉𝐴 . 𝐼 elde edilir. Burada: 𝑷𝑨 = 𝑽𝑨 . 𝑰 Ampermetrede harcanan gücü, 𝑷𝒚 = 𝑽𝒚 . 𝑰 yükün gerçek gücünü ifade eder. Yükün net gücü: 𝑷𝒚 = 𝑉𝑦 𝐼, veya; 𝑷𝒚 = 𝑷 − 𝑷𝑨 = 𝑷 − 𝑽𝑨 . 𝑰 olur. Ampermetrede harcanan, 𝑷𝑨 = 𝑉𝐴 . 𝐼 güç ifadesini ampermetrenin iç direncini dikkate alarak yazarsak yükte harcanan gerçek güç formülü; 𝑷𝒚 = 𝑃 − 𝑉𝐴 . 𝐼 = 𝑃 − 𝐼 . 𝑅𝐴 . 𝐼 = 𝑃 − 𝐼 2 . 𝑅𝐴 𝑷𝒚 = 𝑷 − 𝑰𝟐 . 𝑅𝐴 yazılabilir. Bu ölçme metodunda oluşacak hatanın mümkün mertebe küçük olması için yük akımının küçük olması gerekmektedir. Çünkü kayıp güç(𝑷𝑨 ) yük akımının karesi ile doğru orantılıdır. Bu bağlantı küçük akımlı yani küçük güçlerin ölçülmesinde kullanılır. 289 Ampermetreyi Önce Bağlama Metodu: Ampermetrenin sonra bağlanması ile güç ölçme metodunda; Küçük güç ölçmelerinde, ampermetrenin harcayacağı güç ihmal edilebilir (yani; 𝑰𝟐 . 𝑹𝑨 . ≅ 0 kabul edilir) . Bu durumda ampermetre ve voltmetreden okunan değerlerin çarpımı, yükün gücünü verecektir. Devrenin gücü çok büyük ise ve hassas bir ölçme isteniyorsa o zaman ampermetredeki güç kaybının hesaplanması gerekir. Özet olarak akım sabit kaldığı sürece bütün değişik ölçmelerde ampermetredeki güç kaybı her an sabit kalacağından devrenin gücünü de hassas olarak belirleyebiliriz. Bu çeşit bağlantılar daha çok yüksek gerilim ve küçük akımlı alıcı güçlerinin ölçülmesinde kullanılabilir. Çünkü, ampermetredeki kayıp güç akımın karesi ile değişmektedir. Şayet, devreye bağlanan voltmetre; dijital veya statik bir voltmetre ise, voltmetre kaybını hesaplamaya gerek kalmaz. Çünkü bu tip aletlerin yükleme etkisi yoktur. 290 Ampermetre ve voltmetrelerin yükleme etkilerini kaldırarak güç ölçme işlemi aşağıdaki bağlantı ile gerçekleştirilebilir. Kullanılan ölçü aletleri dijital ise, ampermetreyi önce veya sonra bağlamada ölçülen değerler açısından bir fark olmaz. Ampermetre ve voltmetrenin gösterdiği değerlerin çarpımı doğrudan yükün gücünü verir. 291 WATTMETRELER: Doğrudan doğruya güç ölçen ölçü aletlerine Wattmetre denir. DC devrelerde güç P = V.I (W) olduğundan, güç ölçümünde aynı anda akım ve gerilimin ölçülmesi gerekir. Bu aletler gücü, Watt, kiloWatt ve megaWatt cinsinden ölçüp gösterecek şekilde üretilmişlerdir. Aletleri katranları üzerinde; W, kW, MW yazılıdır. Yapılarına göre Wattmetre çeşitleri: 1- Elektrodinamik Wattmetreler, 2- Dijital Wattmetreler , 3- İndüksiyon Wattmetreleri , 4- Elektrostatik Wattmetreler . Wattmetre Sembolü ve Bağlantı Uçları «Pratik uygulamalarda; İndüksiyon ve Elektrostatik watmetrelerinin kullanma alanları kısıtlıdır. Çoğunlukla ELEKTRODİNAMİK WATTMETRELER kullanılmaktadır.» 1kW= 1000 W, 1MW= 1000 kW =1000000W, 1GW= 1000MW=1000000kW=𝟏𝟎𝟗 𝑾 292 Wattmetreler ve güç ölçmek • Elektrodinamik wattmetreler hem DC de hem de AC de güç ölçümü yapabilirler. • Dijital Wattmetreler; AC güç ölçmeleri için genelde bir fazlı devrelerde çalışacak şekilde yapılmıştır. Dijital wattmetrelerde kademe anahtarı ayarlandıktan sonra ölçülen değer doğrudan ekranından okunur. • Analog Wattmetrelerde ise, ibrenin gösterdiği değer; wattmetre üzerindeki kademelere göre belirlenen çarpma katsayısı ile çarpılarak belirlenir. • Wattmetrelerde akım ve gerilim bobinlerinin ölçme alanları genişletilmiştir. Ölçü aleti hangi akım ve gerilim kademesinde çalışıyorsa, ibrenin gösterdiği değeri buna göre okumak gerekir. • Elektrostatik ve indüksiyon tipi wattmetrelerin kullanım sahaları azdır. • Endüksiyon tipi wattmetreler, sadece alternatif akımda güç ölçümünde kullanılır. • Güç, wattmetre ile ölçüldüğünde de, ampermetre-voltmetre metodundakine benzer yükleme hataları meydana gelebilir, ancak okuma hatası yarıya iner. Bu sebeple, akım veya gerilimin durumuna veya gücün büyüklüğüne göre, akım ve gerilim bobinler arasında önce veya sonra bağlama durumları dikkate alınmalıdır. 293 ELEKTRODİNAMİK WATTMETRELER Yapısı: Elektrodinamik Wattmetreler; akım ve gerilim bobini olmak üzere iki bobinden meydana gelmiştir. Sabit ola akım bobini, kalın kesitli, az sarımlıdır ve yüke seri bağlanır. Hareketli olan gerilim bobini ise, ince kesitli, çok sarımlıdır, yüke paralel bağlanır. Elektrodinamik Wattmetrenin prensip şeması 294 Çalışması; Ölçü aleti devreye bağlandığı zaman, akım ve gerilim bobinlerinin elektromanyetik kuvvetlerinin etkisinden dolayı alet içerisinde bir döndürme kuvveti meydana gelir. Hareketli bobin ve buna bağlı gösterge, bu iki alanın etkisi altında kalarak döner. Her iki bobinin alan şiddeti arttırılırsa döndürme kuvveti de artar. Göstergenin sapma değeri hem akım hem de gerilimle orantılıdır. Gerilim bobininin uçları doğrudan doğruya şebekeye bağlandığından, bu bobinin meydana getirdiği manyetik alan şiddeti sabittir. Akım bobininin meydana getirdiği manyetik alan şiddeti ise, alıcının çekmiş olduğu akıma bağlıdır. Akım ve gerilim bobinlerinin oluşturduğu manyetik alanlar birbirine paralel olmaya çalışacaklarından, devrenin gücüne göre ibre saat ibresi yönünde sapar. Elektrodinamik wattmetrenin gerilim bobinine genellikle seri olarak bir direnç bağlanır. Bu direncin iki önemli faydası vardır. 1. Gerilim bobini devresi toplam direncinin artması, çekeceği akımı azaltır güç kaybı azalır. 2. Gerilim bobini hareketli olduğundan ağırlığının azalmasını (bobin akımı azaldığı için iletken tel kesiti daha küçülür.) sağlar. 295 Wattmetrelerle İle Güç Ölçmek: Wattmetre ile güç ölçmede, Ampermetre-Voltmetre Metodu ile güç ölçme metoduna göre sadece okuma hatası yarıya iner, diğer hatalar aynen mevcuttur. Wattmetrenin akım ve gerilim bobinleri, ampermetre-voltmetre metodunda olduğu gibi gücü ölçülecek alıcı devresine iki şekilde bağlanırlar. 1. Akım bobinin gerilim bobininden önce bağlanması 2. Akım bobinin gerilim bobininden sonra bağlanması Büyük akımlı, büyük güçlü devrelerde akım bobini önce, küçük akımlı, küçük güçlü devrelerde ise akım bobini sonra bağlanır. Böylece ölçme hatası en aza indirilmiş olur. Akım bobini önce bağlı devrede hata, gerilim bobininde harcanan güç kadar fazladır. Akım bobinin sonra bağlı devrede hata, akım bobinde harcanan güç kadar fazladır. Hassas ölmelerde, akım ve gerilim bobinlerinde harcan güçler tespit edilip wattmetrenin gösterdiği değerden çıkarılarak gücün gerçek değeri bulunabilir. Küçük güçlü ölçme yapılacak wattmetrelerde akım veya gerilim bobininde harcanan gücün ölçü aletinde görülmemesi için kompanze edilmiş wattmetre de geliştirilmiştir.. 296 Laboratuvar tipi wattmetreler, çeşitli akım ve gerilim değerlerinde ölçme yapabilecek şekilde kademeli olarak yapılmışlardır. Bu kademelerin akım ve gerilim değerleri karşılarına yazılmıştır. Ölçülecek gücün akım ve gerilim değerlerine göre uygun kademeler seçilmelidir. Böylece ölçme daha duyarlı yapılmış olur. Ancak seçilen çeşitli gerilim ve akım kademelerinde ölçüm yaparken iki skala taksimatı arasına güç değeri, seçilen kademeye dikkat ederek okunmalıdır. 297 1- Akım Bobinin Gerilim Bobinden Önce Bağlanması: Wattmetrede okunan güç; yükün gücü ile gerilim bobininde harcanan gücün toplamına eşittir. Büyük güçlü, yüksek akımlı devrelerde bu bağlantı kullanılırsa, wattmetreden okunan değer gerçek güç olarak kabul edilebilir. Wattmetrede okunacak güç: 𝑷 = 𝑉. 𝐼 , P (+) Yükün gerçek gücü: 𝑷𝒚 = 𝑉. 𝐼 - 𝑉2 𝑅𝑣 Gerilim bobininde harcanan güç; 𝑷𝒗 = 𝑉2 𝑅𝑣 dir. 𝐼 𝐈 𝐕 W 𝐼𝑣 𝐼 Yük N (-) Wattmetre ile Büyük Güçlerin Ölçülmesi (Akım bobini önce bağlı) Büyük güçlü , küçük gerilimli devrelerdeki güç ölçmelerinde; 𝑷𝒚 ˃˃ 𝑷𝒗 olacağından gerilim bobininde harcanan güç ihmal edilebilir. Bu durumda ölçülen güç, wattmetreden direkt okunan değerdir. 298 2- Akım Bobinin Gerilim Bobinden Sonra Bağlanması: Bu bağlantıda; wattmetrede okunan güç, alıcının gücü ile akım bobininde harcanan gücün toplamına eşittir. Küçük akımlı, yüksek gerilimli devrelerde bu bağlantı kullanılırsa, wattmetreden okunan değer gerçek güç olarak kabul edilebilir. 𝐈 Wattmetrede okunacak güç: 𝑷 = 𝑉. 𝐼 , Yükün gerçek gücü: 𝑷𝒚 = 𝑉. 𝐼- 𝐼 2 . 𝑅𝐴 Akım bobininde harcanan güç: 𝑷𝑨 = 𝐼 2 . 𝑅𝐴 P (+) 𝐕 I W 𝑉 𝑅𝐴 Yük N (-) Wattmetre ile Küçük Güçlerin Ölçülmesi (Akım bobini sonra bağlı) Küçük güçlü ve düşük akımlı devrelerdeki güç ölçmelerinde; 𝑷𝒚 ˃˃˃ 𝑷𝑨 olacağından akım bobininde harcanan güç ihmal edilebilir. Bu durumda ölçülen güç, wattmetreden direkt okunan değerdir. 299 Güç Ölçme ile ilgili Sorular: 1. Ampermetre- voltmetre metodu ile yapılan bir güç ölçme deneyinde, akım şiddeti 2A, ölçülen gerilim 110Vtur. Voltmetrenin iç direnci 5kΩ olduğuna göre ölçülen gerçek güç ne kadardır? 2. Ampermetre- voltmetre metodu ile yapılan bir güç ölçme deneyinde, akım şiddeti 1A, ölçülen gerilim 60Vtur.Ampermetrenin iç direnci 0,5Ω olduğuna göre ölçülen gerçek güç ne kadardır? 3. 220V, 50HZ’lik bir fazlı bir şebekede 4A akım çeken omik bir yük bağlanmıştır. Yükün çektiği gücü ölçmek için, akım kademeleri; 2A, 5A, 10A ve gerilim kademeleri; 150V, 300V, 600V olan ve skalası (0-150) taksimatlı bir wattmetre kullanılıyor. a) Gerekli bağlantı şemasını çiziniz. b) Wattmetrenin hangi kademeleri kullanılmalıdır? c) Wattmetrenin ibresi 80’ni gösterdiğine göre, ölçülen gücü yazınız. 4. Gerilimi 110V, akımı 5A olan bir yükün gücü elektrodinamik wattmetre ile ölçülecektir. Wattmetrenin kademeleri, 150V ve 5A olup akım bobinin direnci 0,2Ω’dur. (Yapılan bağlantıda gerilim bobinin yükleme etkisi yoktur.) a) Bu ölçmedeki bağlantı şemasını çiziniz, b) Bu ölçmede yükün gerçek gücünü hesaplayınız. 300 Önek: Bir elektrik ocağında harcanan gücün ölçülmesi için; sınıfı 1,5 ölçme alanı (0300)V olan bir voltmetre ile 220V ölçülüyor. Sınıfı 2,5 ve ölçme alanı (0-500)A olan bir ampermetre ile 350A ölçülüyor. Elektrik ocağının gücünü ve bu ölçmedeki bağıl ve mutlak hataları hesaplayınız. ÇÖZÜM: Elektrik ocağının ölçülen gücü: P = 350A x 250V = 77000W Voltmetrenin gösterme hatası : ΔV = 300V x 1.5/100 = 4,5V Ampermetrenin gösterme hatası: ΔA = 500A x 2.5/l00 = 12,5A Ölçü Aletlerinin bağıl hataları: % βA = 12,5A/350A x 100 = %3,57, % βV=4,5V/220V x 100 = %2,05 Toplam bağıl hata: Σ% β = βA + βV = %(3,57+2,05)=%5,62 Σβ = ±0,0562 Ölçülen gücün mutlak hatası: ΔP = Σβ X P = 0,0562X 77000 = 4327 W Ölçülen güç: P=( 7700 ± 4327)W. P = 77000+4327 = 81327W ile P= 77000- 4327 =72673W arasındadır. 301 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ OSİLASKOPLAR Osiloskop, Periyodik ve periyodik olmayan elektriksel işaretlerin gözlenmesi ve ölçülmesini sağlayan gelişmiş elektronik bir ölçü aletidir. AC-DC sinyallerin ölçülmesinde ve çeşitli elektronik devrelerinin test işlemlerinde kullanılır. Osiloskop, devrelerin farklı noktalarındaki sinyalleri görünür hale getirerek, dalga şekillerinin kolayca incelenmesini sağlar. Osiloskop giriş direnci bakımından, gerilim ölçen bir ölçü aletidir. Yani giriş direnci bakımından voltmetreye benzer ve büyük değerlidir. Ayrıca büyük dirence paralel küçük değerli kapasite de vardır. Osiloskop ile ölçülebilen bazı büyüklükler; • AC ve DC akım ve gerilimlerin ölçülmesi, • Periyot, faz farkı ve dolaylı olarak frekansın ölçülmesi, • Yükselme zamanı ve düşme zamanının ölçümü. • Transdüser kullanarak, basınç, gerilme, yer değişimi, ışık, sıcaklık gibi elektriksek olmayan büyüklükler gerilime dönüştürülerek dolaylı ölçümü. Osilaskop kullanımı ile ilgili video: https://youtu.be/Ajw6oJnyAiU 302 Osiloskoplar Üç Grupta İncelenebilir; 1. Analog osiloskoplar, 2. Dijital osiloskoplar, 3. Taşınabilir Osiloskoplar 1. Analog Osiloskop ve Önemli Parçaları: 1. Katot ışınlı tüp CRT (Cathode Ray Tube), 2. Düşey ve yatay amplifikatörler(Yükselteçler), 4. Tarama osilatörü, 5. Tetikleme devresi, 6. Zayıflatıcı, 7. Çeşitli besleme devreleri. 2. Dijital Osiloskop: Osiloskop kanalına uygulanan gerilim sinyalini içinde bulunan analog/dijital dönüştürücü (ADC) sayesinde analog bilgiler dijital bilgiye dönüştürür. Bu sayede gerilim bilgisi ardışık örneklenmiş şekilde elde edilir. Yeterli örnek elde edilinceye kadar bu veriler hafıza biriminde depolanır. Depolanan bu veriler dalga şekline dönüştürülerek LCD veya LED ekranda görüntülenir. 3. Taşınabilir Osiloskoplar (Cep Osiloskopları): Taşınabilir osiloskoplar da dijital osiloskop ailesindendir. Dijital osiloskoptan farkları içinde şarj edilebilir pil bulunması ve bu sayede portatif olarak kullanılabilmeleridir. 303 1. KATOT IŞINLI TÜP (CATHODE RAY TUBE- CRT) temel parçası olan katot ışınlı tüp(CRT), televizyon tüpüne benzer. Katot ışınlı tüp Osiloskopun, havası boşaltılmış cam bir tüp olup ön iç yüzeyi fluoresant (Fosfor) maddesi ile kaplanmıştır. Fosforun cinsine göre farklı renklerde ışık elde edilebilir. Ekrandaki görüntünün parlaklığı, ekrana çarpan elektronların hızı ve saniyedeki sayısıyla doğru orantılıdır. İç yapı, elektron üretimini sağlayan flaman ve elektron demetini fosforlu ekrana doğru odaklayıp hızlandıran düzeneklerden meydana gelir. Burada odaklama ve saptırma elektrostatiktir. Yüksek gerilim dışındaki tüm bağlantılar tüp soketi üzerinden yapılır. Katodu dolaylı olarak ısıtılan flamana 6,3V’luk AC gerilim uygulanır. Flaman etrafındaki katodu ısıtır. Isınan katot serbest elektronlar ortaya çıkarır. Katodun etrafında bulunan silindirik yapıdaki kontrol ızgarasına negatif gerilim(-70V) uygulanır. Bu gerilim, osiloskop panelindeki parlaklık ayar düğmesi ile değiştirilebilir. Kontrol ızgarasının ucundaki küçük delikten yoğunluğu artırılmış elektronlar, pozitif gerilimle beslenen ön hızlandırma anoduna geçer. Ön hızlandırma anodundan katoda göre 150-500V civarında pozitif gerilim uygulanan odaklama anoduna ve 13kV civarında pozitif gerilimle beslenen odaklama anoduna ve ekrana doğru gider. 304 Çeşitli CRT Tüpler 305 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Aşağıdaki şekilde CRT tüpün yapısı ve elemanlarının yerleri gösterilmiştir. Havası boşaltılmış cam tüp CRT tüpün yapısı ve elemanlarının yerleri 306 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Elektron Tabancası: Flamandan başlayarak; Katot, kontrol ızgarası, ön hızlandırma anodu, odaklama anodu ve hızlandırıcı anodun oluşturduğu düzene elektron tabancası denir. Elektron tabancası, elektronların meydana gelmesini ve kontrolünü sağlamaktadır. Elektron tabancasının katodu, yüksek sıcaklıkta elektron yayar. Izgara gerilimlerinin kontrolüyle ekrana düşen elektron demetinin ışık şiddeti ayarı yapılabilmektedir. Bu durum, ızgaraya negatif gerilim uygulanarak sağlanmaktadır. Anotlar pozitif gerilimle beslenirler. Bu nedenle elektron demetinin odak ayarı ve hızlandırılmaları, anot ile sağlanmaktadır. Elektron tabancasından, şiddeti ayarlanmış, odaklanmış ve hızlandırılmış olarak çıkan elektronlar, düşey ve yatay saptırma levhalarının arasından geçerek ekranın iç yüzeyine ulaşırlar. Ekranın iç yüzeyindeki fluoresant madde nedeniyle, iç yüzeye çarpan elektron demeti ekranın dışında yeşil bir ışık noktası (spot) olarak görünür. (İnsan gözünün en duyarlı olduğu renk yeşildir.) Düşey ve yatay plakalara hiçbir gerilim uygulanmamışken ışıklı nokta ekranın tam ortasına gelir. Bu levhalara 20-50V arası gerilimler uygulanarak ışıklı nokta ekranın istenilen bir noktasına getirilebilir. 307 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ 2. DİKEY VE YATAY YÜKSELTEÇLER (AMPLİFİKATÖRLER): Osiloskopta, ölçülmek istenen büyüklükler çok küçükse; ekranda çok küçük bir şekil görülmektedir. Ölçülmek istenen işaretin ekranda uygun bir büyüklükte görülebilmesi için, işaret önce kuvvetlendirilir, daha sonra levhalara uygulanır. Böylece osiloskopla küçük genlikli işaretlerin ölçülmesi de sağlanmış olmaktadır. Dikey Yükselteç (amplifikatör): Normal çalışmada osiloskobun ekranında elde edilecek olan işaret osiloskopun düşey girişlerine uygulanır. Bu işaret bir gerilim işareti olup mili volt seviyesinden birkaç yüz volt seviyesinde değişik değerlerde olabilir. Dikey amplifikatörlerin çıkışı dikey saptırma plakalarına uygulanır. Dikey zayıflatıcı amplifikatör girişine uygulanan tüm frekanslar aynı kazanç ve faz etkisi oluşturması gerekir. Yani tüm frekanslar için lineer bir karakteristiğe sahip olması istenir. Osiloskobun göstereceği en yüksek frekansa osiloskobun bant genişliği denir. Bant genişliği osiloskobun maliyetine en çok etki eden parametrelerden birisidir. Dikey amplifikatörün frekans sınırı veya bant genişliğine bağlı olarak osiloskoblariki gruba ayrılır. 1. Alçak frekanslı osiloskoplar, 2. Yüksek frekanslı osiloskoplar 308 Yatay Tarama Devresi; Osiloskobun önemli kısımlarından birisidir. Bu kısım, testere dişi şeklinde bir AC işaret (gerilim) üreten bir osilatördür. Bu gerilim osiloskopun yatay saptırma levhalarına uygulandığında, (dikey levhalarda bir gerilim yokken) ışıklı nokta ekranın ortasında yatay düz bir çizgi (zaman ekseni) olarak görülür. Eş zamanlı olarak düşey levhalara da zamanla değişen bir işaret verildiğinde, ekranda dikey bir çizgi görülmektedir. Yatay plakalara testere dişi gerilim, dikey plakalara da zamanla periyodik olarak değişen bir gerilim (sinüzoidal, üçgen, kare dalga, vb) uygulandığında ekranda dikey levhalara uygulanan gerilim görülmektedir. Düşey ve yataya uygulanan işaretler birlikte senkron olurlarsa, ekrandaki işaret duruyormuş gibi görünür. Aksi halde ekrandaki işaret sürekli olarak sağa ya da sola doğru kayar. Osiloskopun Güç Kaynağı: Osiloskopun çalışmasını sağlayan iki farklı DC gerilim kaynağı vardır. Bunlardan biri 10kV’ un üzerinde gerilim üretir ve katot ışınlı tüpünü çalışmasında kullanılır. Diğeri ise, alçak gerilim kaynağı olup, osiloskop kuvvetlendiricileri ile tarama gerilimi devrelerini beslemek için kullanılır. 309 Yatay saptırma plakalarına uygulanan gerilim(Ts: Tarama zamanı, Tr: Geri dönüş zamanı) Üretilen rampa sinyal t(ms) t(ms) t(ms) Ölçülecek sinyal Ekrandaki görüntü (İki sinyalin toplamı) Osiloskop Ekranında İşaretin Oluşması 310 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Spot AC/DC anahtar Osiloskopun Genel Prensip Şeması 311 Osilaskop girişindeki anahtarın konumları ve görevleri; AC konumu: girişten sadece AC sinyaller geçebilir. Bu pozisyonda, özellikle büyük bir DC sinyal ile küçük bir AC sinyalin bulunması durumunda AC bileşen ayıklanıp kuvvetlendirilerek görünmesi sağlanır. DC konumu: DC+ AC her iki sinyalde geçer. GND konumu: Osilaskop girişi toprağa (şaseye) bağlanır. Osilaskop Probu aslında bir gerilim bölücü olarak görev yapar. 312 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ OSİLASKOPUN ÇALIŞTIRIL MASI: Flaman tarafından ısıtılan katot, serbest elektronlar yayar. Pozitif gerilime sahip hızlandırma anotu tarafından çekilen elektronlar, kontrol ızgarasının ve odaklama anotunun deliğinden geçerek hızlandırıcı anot sonunda ışın demeti haline gelir. Elektron tabancasından çıkan elektronlar düşey ve yatay saptırma plakaları arasından geçer. Plakalara uygulanan gerilim ile elektron demetinin sapma miktarı ayarlanır. Ekran yüzeyine hareket eden ve büyük kinetik enerjiye sahip elektronların ekrana çarpması ile enerjileri ışık enerjisine dönüşür. Elektronlar yatay ve dikey saptırma plakalarına uygulanan gerilimin fonksiyonu olarak hareket eder. Yatay saptırma plakalarına, osilaskopun içinde üretilen rampa veya testere dişi sinyal uygulanır. Yatay saptırma plakalarına uygulanan gerilimin tarama zamanı (Ts) boyunca elektron noktası ekranın solundan sağına doğru kayar. Tarama zamanı(Ts) (time/div) düğmesi ile ayarlanır. Ts değeri küçüldükçe ışın demeti yatay eksende düz bir çizgi görünümü verir. 313 Yatay saptırma plakalarına uygulanan gerilimin geri dönüş zamanı (Tr) boyunca elektron noktası hızlı bir şekilde ekranın sol tarafına kayar. Geriye dönüş süresince, kontrol ızgarasına uygulanan gerilim ile elektron akışı durdurularak ekranda herhangi bir iz görülmez. Dikey saptırma plakalarına ölçülmek istenen sinyal dikey amplifikatör (yükselteç)’den geçirilerek uygulanır. Bu amplifikatörün kazancı Volt/div düğmesi ile ayarlanır. Yatay saptırma plakalarına, osilaskopun içinde üretilen rampa veya testere dişi sinyalin uygulanması ile elektron demeti ekranda soldan sağa doğru lineer hareket ederken, dikey saptırma plakalarına ölçülecek sinüs sinyali uygulandığında; elektron demeti artık aynı zamanda aşağı yukarı da hareket eder. Bu iki hareketin vektörel toplamı ekranda görünen sinyal olacaktır. 314 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ OSİLOSKOP KONTROL DÜĞMELERİ VE AYARLARI Osiloskobun Ekranı: Osiloskobun ekranı genelde, her biri 1cm’den oluşan yatay ve dikey karelerden (10 kare yatayda, 8 kare dikeyde) oluşmaktadır. Osiloskop ekranın ortasında X ve Y eksenleri vardır. Bu eksenlere osiloskobun skalası adı verilir. Yatay eksen zaman (Time), dikey eksen ise gerilimdeki değişimleri ifade etmektedir. Osiloskop ekranındaki düşey aralıkların değeri volt/division (volt/cm) olarak ölçeklendirilmiş olan kazanç ayar düğmesi ile belirlenir. Yatay aralıkların değeri time/division (zaman/cm) olarak ölçeklendirilmiş olan zaman ayar düğmesi ile belirlenir. Yatay ve düşey aralıklar 1cm genişliğindedir. Her bir aralık 5 alt parçaya ayrılmıştır. Herhangi bir aralık 1 cm’deki büyüklüğün 0,2 katı olur. Eğer düşey olarak 3 tam ve 2 ondalık kadar sapma olmuş ise, 3,4 cm’lik bir büyüklük olmuş olur. Volt/division anahtarı 1 V/cm. konumunda ise; Ölçülen gerilim, 3,4 cm. 1 V/cm = 3,4 V olur 315 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Osiloskop Ekranı 316 Osilaskop Üzerinde Bulunan Tuş ve Düğmeler: Osiloskopun, düşey ve yatay kuvvetlendiricilerinin kuvvetlendirme katsayıları VOLTS/DIV, TIME/DIV düğmeleriyle ayarlanabilmektedir. Gerilim ve zaman okumasında hata olmaması için bunlarla ilgili düğmelerin kalibrasyon konumunda olmasına dikkat edilmelidir. Osiloskop ile birkaç mV değerinden birkaç yüz volt seviyesine kadar olan gerilim sinyalleri ölçülebilir. Kanal sayısına göre (CH1, CH2,..) birden fazla işaret aynı anda ekranda gözlenebilir. Osilaskoplarda kullanılan her tuş ve anahtarın ayrı ayrı görevleri olduğu gibi, birden çok işlevi de bulunabilir. Çeşitli marka ve modeldeki osilaskoplarda kullanılan ön paneldeki kontrol düğmeleri hemen hemen aynıdır. 317 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ BİR OSİLASKOPUN ÖN PANEL GÖRÜNTÜSÜ 318 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ TİME/DİV: Bu düğmenin görevi, yatay saptırıcılara uygulanan testere dişi(Time base) sinyalin periyodunu değiştirmektir. Şekilde görüldüğü gibi düğme üzerinde s (saniye), ms (mili saniye) ve μs (mikro saniye) kademeleri vardır. Buna göre kademe hangi değeri gösteriyor ise, ekranda görülen yatay karelerden her birinin değeri bu değere eşittir. Time/Div Düğmesi Örneğin; Time/div = 1ms seçeneğinde iken ekranda görülen şeklin bir periyodu 4 kareye sığıyorsa, her bir kare 1ms’ye eşit olduğundan sinyalin periyodu; 4 kare x 1 ms = 4 ms olur. Düğme üzerindeki kırmızı daire ile gösterilen ve CAL diye tarif edilen kısım ise, Time/div düğmesinin kalibrasyonunun yapıldığı yerdir. Eğer ölçülen değerin doğruluğundan emin olmak istiyorsak, öncelikle değeri bilinen güvenilir bir kaynak osilaskop girişine bağlanır ve ekranda bilinen değer okununcaya kadar CAL düğmesi ile ayar yapılır, bundan sonra bu ayar sabit bırakılıp diğer ölçme işlemlerine geçilebilir. 319 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ VOLT/DİV: Bu düğmenin görevi, ölçülecek sinyali farklı oranlarda yükselterek veya düşürerek, dikey saptırıcılara uygulamaktır. Buradan ekran üzerinde bulunan her bir dikey karenin, bu düğmenin gösterdiği değere eşit olacağı anlaşılabilir. Örneğin bu düğme 10mV değerini gösterirken, ekranda görülen sinyalin genliği dikey karelerden üçüne sığıyor ise, bu sinyalin gerilim değeri; 3 kare x 10mV = 30mV olur. Volt/Div Düğmesi Düğmenin ortasında kırmızı daire ile gösterilen kontrol ise gerilim kalibrasyonu yapmak için kullanılır. Bir osilaskopta kanal sayısı kadar Time/Div düğmesi bulunur. Osiloskobun iki kanallı olması durumunda; iki ayrı girişten verilen iki ayrı sinyali aynı ekranda gösterebilir. Dolayısı ile her bir giriş için ayrı bir Volt/div düğmesi vardır. Bu iki girişin yatay saptırıcılarına aynı testere dişi sinyal uygulandığından Time/div düğmesi bir tanedir. Bu iki giriş kanalından birincisi CH1 (1.Kanal), ikincisi de CH2 (2. Kanal) olarak gösterilir. 320 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ X-POS Düğmesi ve Kontrol Alanı: Bu düğmenin görevi; ekranda görünen şekli, X ekseni boyunca sağa veya sola doğru hareket ettirmektir. Böylece sinyali istediğimiz bir bölgede görebilir veya istediğimiz kareler ile çakıştırabiliriz. Y-POS Düğmesi ve Kontrol Alanı: Bu düğmenin görevi; ekranda görünen şekli, Y ekseni boyunca aşağı veya yukarı hareket ettirmektir. Böylece sinyali istediğimiz bir bölgede görebilir veya istediğimiz kareler ile çakıştırabiliriz. DC/AC/GND Seçici Anahtarı: Bu anahtarın görevi; BNC soketlerden girişe verilen sinyalin hangi koşullarda osilaskopa uygulanacağının tespitidir. Örneğin GND (Ground – Toprak) seçili ise bu durumda girişten verilen sinyal iptal edilir ve giriş toprağa (osiloskobun şase seviyesine) bağlanır. Böylece bir referans noktası (sıfır noktası) belirlenir ve bundan sonraki ölçümler bu referans noktasına göre yapılır. 321 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ INTENSTY ve FOCUS Düğmeleri : Bu düğmelerin görevi; ekranda görülen şeklin netlik ve parlaklığının ayarlanmasıdır. Intensty (Yoğunluk) düğmesi katottan çıkan elektron demetinin yoğunluğunu değiştirerek, şeklin ekranda daha parlak görünmesine yardımcı olur. Focus (odaklama) düğmesi ile de, elektron demetini ekranda odaklayarak netlik ayarı yapılabilir. CH1 ve CH2 Girişleri : Dışarıdan ölçmek istediğimiz sinyal osilaskopa bu soket yardımı ile uygulanır. Bu tip soket özel bir yapıya sahiptir ve BNC soket olarak anılır. Bu sokete ölçme uçları da denilen osiloskop probu takılır. FUSE: Osilaskopun besleme sigortası 322 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Tetikleme (Trigger) kontrol Düğmeleri: Osilaskop ekranında görünen sinyal ile tetikleme sinyali arasındaki uyumu (senkronizasyon) sağlarlar. Eğer ekranda görünen şekil sabit kalmıyor ve daima kayıyorsa bu düğmeler ile ayarlamalar yapılarak, ekranda sabit olarak kalması sağlanır. Normalde AT/NORM seçici anahtarı AT (Automatic) konumuna getirilerek, osiloskop içerisinde bulunan elektronik devrelerin bu işi otomatik olarak yapması sağlanır NORM (Normal) konumu seçilirse bu işi dışarıdan kullanıcı manuel (elle ayar) olarak yapabilir. EXT düğmesi ile de, tetikleme sinyali dışarıdan TRIG INP BNC soketi yoluyla osilaskopa uygulanabilir. Tetikleme sağlandığında TRIG ışığı yanar. 323 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Kanal Seçici Anahtarlar: Bu düğmeler sayesinde 1. ve 2. kanallardan verilen sinyallerin ekranda nasıl görüntüleneceği seçilebilir. CHI/II düğmesine, basılı iken sadece 2.kanaldan, basılı değilken ise sadece 1. kanaldan verilen sinyal ekranda görünür. DUAL düğmesine basılırsa, her iki girişten verilen sinyal ekranda aynı anda görüntülenir. Bu görüntüleme yatay tarama sinyalinin bir alternansında bir kanal, diğer alternansında diğer kanal olacak şekildedir. ADD düğmesi ile, her iki girişten verilen sinyallerin toplamı ekranda tek bir sinyal olarak görüntülenir. CHOP düğmesi aktif iken, her iki girişten verilen sinyal ekranda aynı anda ve eşzamanlı olarak görüntülenir. 324 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Kalibrasyon Çıkışları : Osiloskop ile ölçüm yapmadan önce yatay ve düşey kazanç anahtarlarının, ince ayar düğmelerinin kalibresi (ayarlanması) gerekir. Bunun nedeni, eğer osiloskopun ayarı bozulmuş ise, ölçmelerde hata oluşabilir. Bu yüzden osiloskopun doğru ölçüm sonuçlarını verdiğinden emin olmak için kalibrasyon işlemi yapılır. Kalibrasyon için, değeri bilinen bir kaynağa ihtiyaç vardır. Genlik değeri 0,2 Volt veya 2 Volt olan kare dalga şekli seçilerek ve seçilen sinyal osiloskopa uygulanarak, osiloskobun kalibrasyonu yapılabilir. Kalibrasyon için, Volt/div ve Time/div düğmeleri üzerinde bulunan CAL ayar düğmeleri kullanılır. Osilaskopların kaliprasyonu için kendi içinde kare dalga üreten bir bölümü vardır. Bu işaret kalibrasyon probu ile osilaskopa verilir. Time/Div ve Volt/Div düğmeleri kalibrasyon konumuna alınır. Gerekli ayarlamalar yapılarak ekranın %60’nın dolması sağlanır. Verilen sinyalin genliğinin ekranda tam okunması için kalibrasyon ayarı yapılır. Kullanılan prob kompanzasyonlu ise, bunun da kalibrasyonun osilaskopla birlikte yapılması gerekir. 325 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek : Osiloskoba uygulanan bir işaret için (x(t)=2sinωt) volt/div anahtarının farklı değerler aldığı durumlarda ekranda gözlenecek görüntüler aşağıda verilmiştir. (a) volt/div=2V (b) volt/div=1V (c) volt/div=0.5V 326 OSİLASKOP PROBLARI: Ölçülecek olan işaret bir prob ve koaksiyel kablo ile osiloskobun düşey girişine bağlanır. Bu bağlantı ölçülecek sinyale etki etmemeli ve işareti bozmamalıdır. Bu şartları sağlamak için aktif ve pasif problar kullanılır. Osiloskop probları, osiloskop giriş direncini artırmak veya etkin giriş kapasitesini azaltmak için kullanılır. Üzerlerinde; giriş empedansları ve kapasite değerleri (10 MΩ, 30 pF gibi) ile bu girişlerden osiloskoba zarar vermeden ölçülebilecek maksimum gerilim değerleri (400 Vp) yazılıdır. 1. 1x1 lik prob: İşareti olduğu gibi iletir. DC ve AC’de alçak frekanslarda kullanılır. 2. Kompanze edilmiş zayıflatıcı prob: Yükleme etkisini azaltmak için kompanze edilmiş zayıflatıcı problardır. Zayıflama oranına bağlı olarak (10x1, 50x1 ve 100x1) lük şeklinde isimlendirilirler. İşaretin genliğini 10, 50 ve 100 kat zayıflatarak iletir. 3. Yüksek gerilim probu: Genel amaçlı osiloskoplarda düşey girişe uygulanabilecek maksimum gerilim 600V civarındadır. Daha yüksek gerilimlerin ölçülmesinde yüksek gerilim probu kullanılır. 4. Modilatör probu: Radyo alıcılarının kontrolünde kullanılırlar. 5. Aktif prob: Küçük genlikli yüksek frekansların ölçülmesinde kullanılır. 6. Akım probu: Büyük akımların ölçülmesinde kullanılan özel bir probtur. 327 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ OSİLOSKOP PROBLARI: 328 OSİLOSKOPTA BULUNAN FONKSİYON TUŞ LARI VE ANAHTARLARI Sık kullanılan menüler Çok amaçlı kontrol topuzu (sağa sola dönebilir ve üzerine basılabilir.) Operasyon kontrolü Trigger Kontrol volts/div y pos. x pos. Prob kalibrasyonu için sinyal çıkışı sinyal girişleri analları Time/div 329 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ ANALOG BİR OSİLOSKOPTA BULUNAN FONKSİYON TUŞ LARI VE ANAHTARLARI (1) POWER (ON-OFF): Açma-kapama INTENSITY: Ekrandaki ışık çizgisinin parlaklığını ayarlar. FOCUS: Ekrandaki ışık çizgisinin kalınlığını ayarlar. SCALE (İLLUM): Ekran ışığını ayarlar. TRACE ROTATION: Yatay ışık çizgisinin, yatayla olan açısını ayarlar. X POSITION: Işıklı sinyalin yatayda hareketini sağlar. Y POSITION: Işıklı sinyalin dikeyde hareketini sağlar. AC: Alternatif akım ölçümlerinde kullanılır. DC: Doğru akım ölçümlerinde kullanılır. GND: Girişi şaseye bağlar ve osiloskop sinyal almaz. UNCAL: Seçtiğimiz kısmın sınırını aştığımızda ikaz eder. VOLTS/DIV: Ekrandaki bir karenin kaç volt olduğunu belirtir. TIME/DIV: Ekrandaki bir karenin, periyod için geçen zamanını ifade eder. 330 (2) TRIG-LEVEL: Ekranda kayan sinyalin durmasını sağlar. CAL(1 kHz; 0,5V): Kalibrasyon için kare dalga test sinyal çıkışı. NORM: Sınırlamasız frekans tetiklemesi yapar. VARIABLE PULL X5 MAG: a) Basılı ise, anahtarının her kademesinin kalibresini yapar ve sinyalin ekrana oturmasını sağlar. b) Basılı değilse, volt/dıv anahtarına ait her kademesinin değerini 5 kat büyüterek hassasiyetini arttırır. DUAL: Çift ışınlı osiloskoplarda, iki kanal girişinin ekranda aynı anda görünmesini sağlar. ALT: Her iki kanalda sinyalleri hızlı bir şekilde görüntüler. EXT-TRIG: Kendi tetiklemesini keser. INVERT: Sinyal çıkışını tersler. SLOPE (±): Sinyalin (+) veya (-) kısmını seçmek için kullanılır. BEZEL: Ekrana kamera monte etmek için kullanılır. 331 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ OSİLASKOP İLE ÖLÇMELER Osilaskopla gerilim ölçmek: • Osilaskop ile alternatif akım doğru akım ve yüksek frekanslı sinyaller en fazla 400V’a kadar gerilimler direkt olarak ölçülebilir. • Osilaskop ile gerilim ölçme işleminde VOLTS/DIV anahtarı ölçülecek gerilime uygun konuma getirilir. Ölçüm yapılacak girişe göre AC-DC seçimi yapılır. • Osilaskopun probu gerilim ölçülecek uçlara bağlanır. Ekrandaki gerilimin genliği rahat okunabileceği değere kadar VOLTS/ DIV kademesi ile ayar yapılmalıdır. • Ekrandaki görüntüde kayma var ise TİME/DIV anahtarı ile ekrandaki görüntü sabitlenir. Bu işlemler yapıldıktan sonra gerilimin osilaskopta görülen sinyalin yüksekliği (H) tespit edilir. Bu andaki VOLTS/DIV anahtarının gösterdiği değer (D), V/cm veya mV/cm cinsinden okunur. Bu değerler yardımı ile ölçülen gerilimin değeri aşağıdaki formüllerle hesaplanır. 332 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Tepeden tepeye gerilim (𝑽𝒕𝒕 ) : 𝑽𝒕𝒕 = Genlik x VOLTS/DİV kademe değeri veya, 𝑽𝒕𝒕 = Prob duyarlılığı x Dikeydeki kare sayısı x VOLTS/DİV kademe değeri. 𝑽𝒕𝒕 = H (cm) x D (V/cm) Volt, 𝑽𝒎 = 𝑽𝒕𝒕 𝟐 Volt, V= 0,707 x 𝑽𝒎 Volt. Formüllerde; 𝑽𝒕𝒕 : Ölçülen gerilimin tepeden tepeye değeri 𝑽𝒎 : Ölçülen gerilimin maksimum değeri. V : Ölçülen gerilimin etkin değeri. Tepeden tepeye genlik : Örnek 1: Dikeydeki kare sayısı (tepeden tepeye) 4 cm, prop x 100 kademesinde, VOLTS/DİV komütatörü 50 mV/cm kademesinde olduğuna göre, gerilimin maksimum (tepe) değerini, efektif değerini ve ortalama değerini hesaplayınız . Volt/Div = 50 mV/cm = 0,05 V/cm 𝑉𝑡𝑡 = 100. 4. 0,05 = 20V, V= 0,707.Vt = 0,707.10 = 7,07 V 𝑉 20 𝑉𝑡 = 2𝑡𝑡 = 2 = 10𝑉. 𝑉𝑜 = 0,636.Vt = 0,636.10 = 6,36 V 333 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek 2: Dikeydeki kare sayısı 3cm, VOLTS/DİV komütatörü 50mV/cm, prob kademe değeri x100 olduğuna göre, DC gerilimin değerini hesaplayınız. VOLTS/DİV = 50 mV/cm = 0,05 V/cm VDC = Dik. kare say. x VOLTS/DİV kademesi x Prop kad. = 3. 0,05. 100 = 15 V Örnek 3: Dikeydeki kare sayısı 2 cm, VOLTS/DİV komütatörü 10 V/cm, prob kademe değeri x 10 olduğuna göre, DC gerilimin değerini hesaplayınız. VDC = Dikey kare sayı x VOLTS/DİV kad. x Prop kademesi = 2. 10. 10 = 200V Örnek 4: Dikeydeki kare sayısı 2,5 cm, VOLTS/DİV komütatörü 2 V/cm, prob kademe değeri x1 olduğuna göre DC gerilimin değerini hesaplayınız. VDC = Dikey kare say. x VOLTS/DİV kad. x Prop kademesi = 2,5. 2. 1 = 5 V 334 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek 5: Ölçülmek istenen gerilimim yüksekliği, H=6,6cm ve VOLT/DİV anahtarının konumu, D=5V ise; Osiloskopta ölçülen gerilimin etkin değerini bulunuz. 𝑽𝒕𝒕 = H (cm) x D (V/cm) =6,6 x 5=33 Volt. 𝑉𝑚 =33/2=16,5V. V=0,707.16,5= 11,665V. Ödev: Analog osiloskop ekranında görülen sinüs sinyalinin tepe değerini bulunuz. (volt/div= 0.1V, prob=10x1) 335 OSİLASKOP İLE FREKANS ÖLÇMEK: Osiloskoplarda frekans yerine önce periyot ölçülmektedir. Periyot ölçümleri X (yatay) ekseninden yapılır. Dalga şeklinin bir periyodunun X ekseni yönündeki uzunluğu kareler sayılarak belirlenir. Time/div butonun gösterdiği değerle kare sayısını çarparak zaman birimi cinsinden periyot elde edilir. Ancak sinyali zayıflatan bir prob kullanılmışsa, prop zayıflatma katsayısı da dikkate alınmalıdır. Periyot ölçüldükten sonra frekans hesaplanarak dolaylı yoldan osilaskop ile frekans da ölçülmüş olur. PERİYOT ÖLÇMÜ (T) : Birim: Saniye T= L (cm) x (Time/ div ). L: yatay eksen üzerindeki kare sayısı Prop katsayısı frekans değerini de etkiliyorsa (özel durum); T = yataydaki kare Sayısı x (Time/ div )x Prop katsayısı. FREKANS ÖLÇÜMÜ ( f ): f= 1 / T Hz ile hesaplanır. 336 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Osilaskopla Frekans Ölçmek: • • • • • • Her osiloskopun bir frekans ölçme sınırı vardır. Yüksek frekanslar ölçülürken bu sınıra dikkat edilmelidir. Ölçülecek frekans değerine uygun osilaskop seçildikten sonra frekans ölçülecek noktaya osilaskop bağlantısı yapılır. Ekrandaki frekans genliği rahat okunana kadar VOLTS/DIV kademesi küçültülür veya büyültülür. Ekrandaki sinyal hareketli ise TIME/DIV anahtarı ile uygun kademe seçilerek sinyal sabitlenir. Bu anda ekrandaki bir periyodun boyu (L), ekrandaki karelerden faydalanılarak tespit edilir. Bu anda TIME/DIV anahtarının seçilmiş olan değeri (TC) s/cm, ms/cm veya μs/cm cinsinden tespit edilir. Ölçülen frekans değeri : T= L (cm) x Tc (s/sn) saniye T: Ölçülen gerilimin periyodu (saniye) f= 1 / T Hz ifadeleri ile hesaplanır. f: Ölçülen gerilimin frekansı (Hertz) 337 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek 1: Ölçülen frekansın ekrandaki bir periyodunun boyu: L=2,3cm ve TIME/DIV ‘da Tc= 50 μs/cm dir. Frekansın değerini bulunuz. Buna göre ölçülen frekans değeri: T= L (cm) x Tc (μs/cm) = 2,3 x 50 =115 μs T= 115 10-6 saniye f = 1 / T = 1 / 115 x 10-6 = 8695,65 Hz L=2,3cm Ödev 2: Analog osiloskop ekranında görülen sinüs sinyalinin periyodunu ve frekansını bulunuz. (time/div= 10ms) 338 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek 3: Tarama hızı 1 ms/div, sinyalin periyodu yatay eksende 4 aralığa yayıldığına göre, periyodu ve frekansı hesaplayınız. Time/Div = 1 ms/div (ms/cm) = 1. 10−3 sn/cm , L=4 Div/cm 𝑇 = Time/Div 𝑥𝐿 = 1. 10−3 x 4 = 4. 10−3 s = 0,004s 1 1 𝑓= = 250𝐻𝑧 𝑇 0,004 339 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Akım Şiddeti ölçmek: • Osiloskobun giriş direnci çok büyük olduğundan ampermetre gibi kullanılmaz. Bundan dolayı osiloskopta akım ölçümü dolaylı olarak yapılır. • Devre akımı ölçülecek ise; Devre kapalı veya karmaşık ise değeri belli olan küçük bir direnç akımı ölçülecek devreye seri bağlanır. Bu direncin uçlarındaki 𝑽 gerilim osiloskop ile ölçülerek akım; 𝐈 = 𝑹𝒔 den hesaplanır. Herhangi bir direncin akımı okunacak ise o direncin üzerindeki gerilim değeri osiloskop ile ölçülerek, gerilim değeri direncin değerine bölünerek direncin akımı elde edilmiş olur. 340 ALTERNATİF AKIM ÖLÇMELERİ Örnek 1 : Osiloskopla 0,1Ω’luk direnç üzerinde düşen gerilim ölçümü için alınan değerler, dikeydeki kare sayısı = 3cm , VOLTS/DİV kademe değeri = 20 mV/sn , Prop duyarlığı = x1 olduğuna göre dirençten geçen akımın etkin değerini hesaplayınız. Vt = Prop duyarlığı x Dikeydeki kare sayısı x VOLTS/DİV kademe değeri Vt = 1. 3. 20.10−3 = 0,06 V , I= V=0,707.0,06=0,0042 0,0042 = 0,042𝐴 0,1 341 ALTERNATİF AKIMDA ÖLÇÜ ALETLERİNİN ÖLÇME ALANLARININ GENİŞLETİLMESİ VE ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ, Uygulamadaki birçok elektrik tesisleri, alternatif akım enerjisi ile çalışır. Bu tesislerin kontrol ve koruma devrelerinde kullanılan ölçü aletleri ve röleler, yüksek gerilim şebekelerine ve büyük akım çeken devrelere doğrudan doğruya bağlanmaları sırasında bazı zorluklarla karşılaşılır. Çünkü ölçü aletlerinin yüksek gerilimden yalıtılması ve büyük akımlara dayanacak kapasitede yapılması zordur. Böyle devrelerde standart olarak yapılmış, ölçü aletleri ve kontrol cihazlarının elektrik tesislerine güvenle bağlantısını sağlayan özel transformatörler kullanılır. AA devrelerinde, akımı veya gerilimi belli oranlarda küçülterek ölçü aletlerinin ölçebileceği değere getiren bu özel transformatörlere ölçü transformatörleri denir. Ölçü transformatörlerinin sekonder uçlarına, ampermetreler, voltmetreler, wattmetreler, sayaçlar, çeşitli röleler ve bazı kontrol aletleri bağlanabilir. Ölçü transformatörlerinin yükleri ölçü aletleri olduğu için güçleri küçüktür. Ölçü transformatörleri, ölçü aletlerinin ölçme alanlarını genişletmek ve ölçme yapan kişiyi yüksek gerilimden korumak için kullanılır. 342 + _ + _ 343 ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ Ölçü transformatörlerinin kullanım amaçları; 1. Ölçü aletleri ve koruma rölelerini primer geriliminden izole ederek güvenli çalışma imkanı sağlar. 2. Değişik primer değerlerine karşılık, standart sekonder değerleri verirler. 3. Ölçü transformatörlerinin kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine imkan verir . 4. Büyük değerlerin ölçmesinde daha ekonomik çözümdür. Özet olarak ölçü transformatörleri; Ölçme, Koruma, Kontrol, Kumanda , yalıtım (İzolasyon) kolaylıkları sağlar. Transformatörler; kısaca trafo olarak da yazılır ve söylenebilir Ölçü transformatörleri iki çeşittir. 1. Akım transformatörleri, 2. Gerilim transformatörleri, 344 1- AKIM TRANSFORMATÖRLERİ Alternatif akım devrelerinde şönt direnç kullanarak ampermetrenin ölçme alanını genişletmek, güç kayıplarına sebep olduğundan ve yüksek gerilimde yalıtma zorluğu çıkardığından dolayı tercih edilmez. Alternatif akım devrelerinde kullanılan ampermetrelerin ölçme alanlarını genişletmek için akım transformatörleri kullanılır. Akım transformatörleri, bağlı oldukları devreden geçen akımı gerekli oranlarda küçülterek ampermetrelerle ölçülmesini sağlarlar. Ölçü transformatörlerinin hemen hemen hiç güç kayıpları yoktur. Akım transformatörünün prensip şekli 345 Alçak ve yüksek gerilim devrelerinde kullanılan akım transformatörlerinin, primer ve sekonder sargıları aynı nüve üzerine bulunur. Primer sargısından, ölçülmesi istenen yüksek akım, sekonder sargısından ise ölçü aletlerinin akımları geçer. Bu nedenle primer sargı kalın telli, az spirli, sekonder sargı ince telli, çok spirli olarak sarılır. Bu iki devre sargıları birbirlerine göre çok iyi izole edilmiş olup, nüvesi kaliteli silisli çelik saçlardan yapılır. Primer sargı uçları akımı ölçülecek devreye seri bağlanır ve sekonder sargı uçları ölçü aletinin giriş uçlarına direkt bağlanır. Akım transformatörünün primerinden ne büyüklükte akım geçerse geçsin, sekonderinden bu akımla orantılı küçük değerde (1A, 2A, 5A, 10A gibi) akım geçer. Akım transformatörü aracılığı ile ölçme yapan ampermetrelerin ölçme alanı akım trafosunun sekonder akımına uygun olmalıdır. Primer devre akımının ( I1 ) sekonder devre akımına( I2 ) bölünmesi ile bulunan sayıya, akım trafosunun dönüştürme oranı denir. 𝒏= 𝐈𝟏 𝐈𝟐 ( 50/1, 50/5, 300/5, 600/5, 1000/5, 1600/5 gibi), 346 Örnek 1: Üzerinde 50/5 A oranı yazılı bir akım transformatörünün sekonderine bağlı olan ampermetre 3A‘i gösteriyorsa primerden geçen yük akımını hesaplayınız. (Bu transformatörünü primerinden 50A geçtiğinde, sekonderine bağlı ampermetre 5 A‘i gösterecek demektir) 𝐼 𝑛 = 𝐼1 = 2 50 5 = 10 , I = 3. n = 3. 10 = 30A. Örnek 2: Üzerinde 100/5 A oranı yazılı bir akım transformatörünün sekonderine bağlı olan ampermetre 4A‘i gösteriyorsa primerden geçen yük akımını hesaplayınız. (Bu transformatörünü primerinden 100A geçtiğinde, sekonderine bağlı ampermetre 5 A‘i gösterecek demektir) 𝐼 𝑛 = 𝐼1 = 2 100 5 = 20 , I = 4. 20= 80A 347 Primer Sargı Uçları Ülke Standart Sekonder Sargı Uçları Giriş Uçları Çıkış uçları Giriş Uçları Çıkış uçları Alman K L k l Amerikan H1 H2 X1 X2 Türkiye P1 P2 S1 S2 Akım transformatörü bağlantı uçlarının standartları 348 Akım Transformatörleri İle İlgili Bazı Önemli Özellikler; 1. Akım transformatörlerinin sekonderlerine bağlanan elemanların iç dirençleri çok küçük olduğundan, transformatör kısa devre durumunda çalışır Bunun için Sisteme bağlı akım trafosunun sekonder ucu asla açık devre şekline olmamalıdır. Aksi durumda akım trafosu zarar göreceği gibi istenmeyen durumlar meydana gelebilir. 2. Akım transformatörünün sekonder sargı uçları açık bırakılacak olursa, sekonder sargının manyetik alanı oluşmayacağından primer sargının manyetik alanı hem demir nüveyi ısıtır hem de özellikle ani akım darbelerinde sekonder sargı üzerinde yüksek gerilim indükler. Bunun sonucunda hem transformatör yanabilir hem de oluşan yüksek gerilim sargıların izolesini patlatır ve ölçme yapanları tehlikeye sokabilir. 3. Bu nedenle, akım transformatörü gerilim altında iken sekonder sargı uçları kesinlikle sekonder sargı uçları açık bırakılmayacağı gibi bu devreye sigorta da konulmaz. 4. Onarım veya ölçü aletinin değiştirilmesi gibi nedenlerden dolayı sekonder devrenin açılması gerekirse ya primer akımı kesilir ya da sekonder uçları önce bir kablo ile kısa devre edilir sonra açılır. Bunun için kısa devre anahtarı konabilir. Ayrıca yüksek gerilim tehlikelerine karşı (k )ucu daima topraklanır. 349 5. Akım transformatörleri; • • • • Primer ve sekonder akımlarına göre; 50/5A- 300/5A, Güçlerine göre; 10VA-20VA, Hassasiyetlerine göre; 1.sınıf, 2.sınıf, Gerilimlerine göre; alçak veya yüksek gerilim akım transformatörü olarak isimlendirilirler. 5. Primer sargı yapısına göre, sargı tipi ve bara tipi akım transformatörleri olarak sınıflara ayrılır. 6. Akım transformatörleri; (0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 – 3) sınıflara ayrılmıştır. 7. Akım transformatörleri tam yük akımlarına yakın değerlerde (1,2xIn - 0,8xIn) normal çalışırlar. Çok küçük akım değerlerinde hataları artar. 8. Akım transformatörleri bir fazlı olarak yapılır ve standart primer akımları; 10-1520-30-50-75-100-150-200-300-400-600-800-1000-1500-2000-3000-4000-60008000-10000-20000-30000-40000-60000-80000 A değerleririndedir. 9. Sekonder akımları ise genellikle, 5A dir. (1A, 2A, 10A ’likleri de vardır.) 10. Alçak gerilimli devrelerinde 100A den sonra akım transformatörü kullanılır. Alçak gerilimde akım redüktörü olarak da isimlendirilebilir. 350 Bazı akım transformatörlerinin ortasından yuvarlak veya dikdörtgen kesitli bara geçer. Bu bara primer sargı devresini oluşturur. Alçak gerilim devrelerinde kullanılan, sargılı veya baralı olarak yapılan akım transformatörlerine akım redüktörleri (Bara tipi akım transformatörleri) denir. Akım transformatörü sargısı, ve baralı ve barasız tip akım transformatörleri 351 PENS AMPERMETRESİ Alçak gerilim devrelerinde, ölçme kolaylığı sağlamak için bazı akım transformatörleri, ölçü aletleri ile aynı gövde içine alınarak imal edilmiştir. Bu aletlere pens ampermetresi denir. Pens ampermetresi geliştirilerek pens avometreleri yapılmıştır. Bu ölçü aletleri ile ölçme yaparken akım ölçülecek iletken, primer iletkenini oluşturmakta olup pens içine alınır. Böylece içinden geçen akım kolaylıkla ölçülür. Yalnız akım ölçmelerinde kullanılan pens ampermetreler aynı zamanda gerilim ölçmelerine göre de yapılırlar. Bunun için aletin gövdesi üzerine ayrıca iki gerilim ucu çıkarılarak 150- 300 ve 600 V’luk gerilimler ölçülür. 352 GERİLİM TRANSFORMATÖRLERİ 600V’a kadar olan gerilimlerde ön direnç kullanılarak ölçü aletlerinin ölçme alanları genişletilmektedir. Ancak 600V’un üzerindeki alternatif akım devrelerinde güç kaybının artması ve gerilimi yalıtma zorluğu gibi problemler nedeniyle ölçü aletlerinin ölçme alanlarını genişletmek ve ölçü aletleri ile ölçme yapan kişiyi bu yüksek gerilimden yalıtmak amacıyla gerilim transformatörleri kullanılır. Gerilim transformatörlerine gerilim redüktörü de denir. Gerilim transformatörlerinin primer sargısı ince kesitli çok sarımlıdır ve uçları (U-V) ile gösterilir. Sekonder sargısı ise, kalın kesitli ve az sarımlıdır ve uçları (u-v) ile gösterilir (Alman standartı). Primer sargı uçları, gerilimi ölçülecek yüksek gerilim tarafına, sekonder sargı uçları ise ölçü aletine yani voltmetre veya çeşitli rölelere bağlanır. Gerilim transformatörlerinin primer gerilimleri ne olursa olsun sekonder gerilimleri, 100–120V arasındadır. Bu nedenle sekondere bağlanan voltmetrenin ölçme alanı, bu gerilimi ölçebilecek değerde seçilir. 353 Bu transformatörler, akım transformatörlerinin aksine açık devreye yakın durumda çalıştıklarından dolayı sekonder uçlarının açık kalmasında hiçbir sakınca yoktur. Fakat kısa devrelere karşı hem primer hem de sekonder ucuna sigorta konurken, yüksek gerilime karşı korumak için sekonderin (v) ucu ile gövde topraklanır, diğer ucu (U) da aşırı yüklenmelere ve ters topraklanmalara karşı sigortalanır. Primer geriliminin sekonder gerilimine oranına dönüştürme oranı denir. 𝒏= 𝑽𝟏 𝑽𝟐 (10/1 – 40/1 – 100/1 gibi) Ölçü aletlerinin skalası primer gerilimine göre düzenlenmiş ise, okunan değer direkt olarak primer gerilimidir. Aksi halde aletten okunan değeri (n) ile çarpılarak primer gerilimi bulunur. Primer gerilimi 4000V olan bir gerilim transformatörünün sekonder gerilimi 100V olduğuna göre bu transformatörün dönüştürme oranı, 𝑛= 𝑉1 𝑉2 = 4000 100 = 40 Bu değer okunana değer ile çarpılırsa primerin nominal gerilimi bulunmuş olur. 354 Gerilim transformatörlerinin kullanım amaçları: • Ölçü aletlerini ve koruma rölelerini primer geriliminden izole ederek güvenli çalışmaya imkân sağlar. • Değişik primer değerlerine karşılık standart sekonder değerler elde edilir. • Ölçü transformatörlerinin kullanılması ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine imkân verir. • Büyük gerilimleri ölçmede daha ekonomik bir çözümdür. Primer Sargı Uçları Ülke Standart Sekonder Sargı Uçları Giriş Uçları Çıkış uçları Giriş Uçları Çıkış uçları Alman U V u v Amerikan H1 H2 X1 X2 Türkiye P1 P2 S1 S2 Gerilim transformatörü bağlantı uçlarının standartları 355 Gerilim transformatörlerinin özellikleri: • Sekonder çıkışları, açık devre gibi çalışırlar. • Bağlantısı yapılırken polaritesine dikkat edilmelidir. • Primer sargıları ince telli çok sarımlıdır. Sekonder sargıları ise kalın telli ve az sarımlıdır. Gerilim transformatörlerinin bazı ölçü aletleri ile bağlantısında polaritesi önemlidir. Aynı gerilim transformatörü birkaç ölçü aleti için kullanılabilir. • Gerilim transformatörlerinin ölçme hassasiyetlerine göre sınıfları: 0,1 - 0,2 -0,51 ve 3 olmak üzere sınıflandırılır. • Koruma devrelerinde 3 sınıfı, sayaçlarda 0,2 - 0,5 sınıfı, ölçü aletlerinde 1 sınıfı gerilim transformatörleri kullanılır. • Gerilim transformatörlerinin sekonder uçlarından birine, mutlaka sigorta konmalıdır. • Gerilim transformatörleri nominal akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilir. • Primer anma gerilimleri, genellikle; 0,3-6,3-10,5-15-30-34,5-60-66-154-380 kV değerleridir. Sekonder gerilimleri ise, 100-110-115-120 Volt ’tur. 356 Çeşitli gerilim transformatörlerinin iç yapıları Gerilim transformatörü prensip şeması 357 Kombine Ölçü transformatörü Yüksek gerilimde kullanılan gerilim transformatörleri 358 + _ + _ 359 Örnek 1: 10kv’luk bir iletim hattına bağlı olan yükler yaklaşık olarak 40A’lik akım çekmektedir. Elimizde 10kV/100V ‘luk bir gerilim transformatörü ile 50/5A’lik bir akım transformatörü vardır. Kullanılacak olan wattmetrenin gerilim kademesi 100V, akım kademesi 5A ve maksimum skala taksimatı 250’dir. a)Güç ölçme devresini çiziniz. b)Wattmetre 200 skala taksimat saptığına göre ölçülen gücü bulunuz. P1 P2 ÇÖZÜM: a) S1 P1 S2 S1 S2 P2 b) Akım trafosu çarpanı: 50/5 =10, Gerilim trafosu çarpanı= 10000/100=100 Wattmetre kademeleri: V=100V, I=5A kademelerine göre maksimum güç; Pm= (100.100) x (5.10) =500000W. Wattmetre skala çarpanı= 500000/250= 2000 Pö= 200x2000=400000W =400kW Ölçülen Güç: 400kW 360 Örnek 2: Bir fazlı bir şebekeye 100/5 ‘lik akım ve 3000/100’lük gerilim transformatörü ile 120V, 5A’lik bir elektrodinamik watmetre bağlanmıştır. Maksimum skala taksimatı 150 ve Wattmetrenin gösterdiği değer 80 taksimat ise çekilen gücü hesaplayınız. Devre bağlantı şemasını çiziniz. R Çözüm: Akım tr. çarpanı: 100/5 =20, Akım bobini Gerilim tr. çarpanı= 3000/100=30 V Wattmetrenin; Gerilim bobini V=120V, I=5A kademelerine göre Ölçülebilecek maksimum güç; Wattmetre 0 Pm= (120.30) x (5.20) =360000W. Wattmetrenin skala çarpanı= 360000/150= 2400 Ölçülen güç: Pö= 80x2400=192000W Veya: Pm=120x5=600w a= 600/150=4 Pw= 80x4=320W Pö= 320x(100/5) x(3000/100)= 192000W. 361 ELEKTRİK-ELEKTRONİKTE TEMEL DEVRE ELEMANLARI VE ÖLÇÜMLERİ 1. Dirençler ve Direnç Ölçümü, 2. AA’ da direnç etkisi, Direnç renk kodları 3. Endüktans ve Endüktans Ölçümü 4. Empedans, relüktans tanımı ve hesabı, 5. Kapasite ve Kapasite Ölçümü, 362 DEVRE ELEMANI OLARAK DİRENÇ Direnç (Resistor) : 1 Krom-Nikel direnç 2 Taş dirençler (direnç;1,2,3) 3 Karbon direnç Direnç, elektronikte en çok kullanılan bir devre elemanıdır. Direncin en önemli özelliği adından da anlaşılacağı üzere üzerinden akan akıma karşı koyması ve güç harcamasıdır. Elektronik devrelerde kullanılan direncin boyutu ile harcadığı güç miktarı birbiri ile doğru orantılıdır. Dirençler güçlerine göre; 2W’ın altında olanlara küçük güçlü, 2W’ın üstünde olan dirençler büyük güçlü dirençler olarak gruplanır. Düşük güçlü dirençler genellikle çeyrek wattlık (0,25W), yarım wattlık (0,5W) ve bir wattlık (1W) direnç şeklinde sınıflandırılırlar. Bu değerler, bir direncin üzerinde harcanabilecek maksimum güç değerini gösterir. Bu değerin üstünde güç harcanmaya zorlanırsa, direnç elemanı ısınır ve yanar. Dirençler; güçlerine göre değil, akıma karşı gösterdikleri zorluğa yani ohm cinsinden dirençlerine göre ifade edilirler. DİRENÇLERİN GRUPLANLANDIRILMASI: I. Dirençler güçlerine göre; 2W’ın altında olanlara küçük, 2W’ın üstünde olan dirençler büyük güçlü dirençler olarak gruplanır. II. Ohm değerlerine göre direnç grupları: Küçük değerli dirençler: 0 – 1 Ω arasında değişen dirençlerdir. Orta değerli dirençler: 1 – 100.000Ω (100K)arasında değişen dirençlerdir. Yüksek değerli dirençler: 100.000Ω (100K)’dan daha büyük olan dirençlerdir. III. Yapılışlarına ve kullanma yerlerine göre direnç çeşitleri: 1. Sabit dirençler, Telli veya taş direnç(10Ω - 100kΩ güçleri; 30w’a kadar olabilir), Karbon direnç(1Ω-22MΩ güçleri ; 1/4, 1/2, 1, 2, 3w) Özel dirençler(Film dirençler, ve entegre dirençler) 2. Ayarlı dirençler: Reosta, Potansiyometre, Trimpot 3. Değişken dirençler; Termistörler: NTC ve PTC gibi ısı ile değeri değişen özel dirençler Foto dirençler ( LDR): Işık ile değeri değişen özel dirençler 364 Sabit dirençler -T (NTC) , +T (PTC) direnç ve sembolleri Değişken dirençler LDR direnç ve Sembolü 365 DİRENÇ DEĞERİNİN BELİRLENMESİ VEYA ÖLÇÜMÜ Üzerinde yazmıyorsa, pratikte bir direncin değeri iki yöntem ile belirlenir. 1. Ommetre ile ölçmek, 2. Renk kodlarından faydalanarak değerinin okunması 1. Ommetre ile Direnç Ölçümü: Ommetre ile direncin nasıl ölçüleceğini önceki konularımızdan biliyoruz. Bunun için bir avometreden faydalanabiliriz. Avometrenin kademe tuşunu “Ω” kademesine ayarlarız (bu durumda ekranın kenarında Ω işareti görülmelidir), daha sonra elimizdeki iki probdan siyah olanı COM çıkışına, kırmızı olanı ise “V, Ω” çıkışına bağlarız. Artık avometre direnç ölçümü için hazır hale gelmiştir. Bazı dirençlerin değeri çok büyük olabilir. Bu durumda ekranın kenarında “kilo (k)”, “mega (M)” gibi harfler görünecektir. Ayrıca gerekiyorsa uygun direnç kademesi seçilerek ölçme yapılmalıdır. 2. Renk Kotları ile Direnç Değerinin Belirlenmesi: Genellikle karbon yapılı ve küçük güçlü ve üzerinde renk bantları bulunan dirençlerin değerini belirlemek çok kolaydır. Direncin gövdesi üzerinde değişik sayıda “renk bandı” olarak adlandırılan renkli şeritler bulunur. 366 En çok kullanılan dirençler, dört ve beş renk bantlı dirençlerdir. Ancak, kullanım alanları sınırlı da olsa iki, üç ve altı renk bantlı dirençlere de rastlanır. Renk bandı bulunan dirençlerde bantların anlamı 367 Direnç renk kotları Siyah Kahverengi Kırmızı Turuncu Sarı Yeşil Mavi Mor Gri Beyaz Altın Gümüş TOLERANS OLARAK KULLANILAN RENKLER RENK TOLERANS Kahverengi %1 Kırmızı %2 Yeşil Mavi %0,5 %0,25 Mor %0,1 Altın %5 Gümüş %10 Tolerans bandı kısmında renk yoksa tolerans: %20 369 Direnç renk kotlarının kolayca akılda kalmasını sağlayan metot: Renk kotlarının kolay ezberlenmesi için bir heceleme metodu geliştirilmiştir. • Renk çarpanı altın (x0,1)veya gümüş (x0.01)seçilerek ondalıklı veya yüzdelikli direnç değerleri elde edilir. • Tolerans için renk bandı kullanılmaz ve direncin gövde rengi tolerans renklerinden birisi ise , tolerans olarak direncin gövde rengi alınır. 371 Dört renk bandı bulunan direnç örnekleri 372 373 Değeri üzerinde yazılı dirençler: Büyük güçlü dirençlerde veya bazı üreticiler renk kodu yerine direnç değerlerini direncin üzerine yazmayı tercih etmektedirler. Bunlardan bir kısmı doğrudan direnç değerini ve toleransını yazdığı gibi, bazıları da harf kodu kullanmaktadır. Direnci gösteren harfler: R : Ohm(Ω), K : Kiloohm(kΩ), Tolerans harfleri: F : ±%1, G : ±%2, J = ±%5, M :Megaohm(MΩ) K : ±%10, M : ±%20 Kodlamada; • R 'den önce gelen sayı "Ohm" olarak direnci gösterir. • R 'den sonra gelen sayı direncin ondalık bölümünü gösterir. • En sondaki harf toleransı gösterir. Kodlama üç şekilde olmaktadır; I. 1000 Ohm 'a kadar olan dirençler için R harfi kullanılır. Örnek: 6R8J = 6,8 ±%5 Ω, R45G = 0,45 ±%2 Ω II. 1KΩ 'dan 1MΩ'a kadar olan dirençler için "K" harfi kullanılır. Örnek: 3K0K = 3±%10 KΩ, 2K7M = 2,7±%20 KΩ III. 1MΩ 'dan yukarı dirençlerde ise, "M" harfi kullanılır. 374 BOBİNLER VE İNDÜKTANS Kendi aralarında izole edilmiş bakır(Cu) veya alüminyum(Al)’dan oluşan ve halkalar halinde, ortası boş veya demir bir malzeme yerlertirilmiş özel bir kalıp üzerine sarılan iletkenler topluluğuna bobin denir. Bobinler, doğru akımda sadece telin omik (R) direnci kadar bir direnç etkisi gösterirken, alternatif akımda daha büyük bir direnç etkisi gösterir. Bir bobinin alternatif akıma karşı göstermiş olduğu zorluk iki çeşit direnç etkisinden dolayıdır. Alternatif akımda, hem omik ve hem de indüktif direnç (XL) etksi vardır. AA’daki bobinin toplam direnç etkisine empedans denir ve (Z) harfi ile gösterilir. 375 HENRY: Öz indükleme katsayısı birimidir. Üzerinden alternatif akım geçen bir bobinde 1s’de 1A’lik akım değişimi ile 1V’luk gerilim indükleyen bobinin endüktansı 1 Henry’dir. Fiziksel olarak, bir bobinin indüktansı, bobinin sarım sayısı, nüvenin manyetik geçirgenliği ve nüvenin fiziksel boyutlarına bağlıdır. Bir bobinin omik direnci ile endüktif direncinin birlikte gösterdikleri ortak etkiye empedans denir, Z ile gösterilir. 𝒁= 𝑹𝟐 + 𝒙𝒍𝟐 R: bobinin omik direncidir ve 𝑹 = 𝒍.𝝆 𝒔 = 𝒍 𝑲.𝑺 Formülleri ile hesaplanır. XL : bobinin indüktif direncidir. Endüktif reaktans da denir. Birimi () ve XL = ω .L = 2π.f.L formülü ile hesaplanır. Burada; f : Frekans (Hz) L :Endüktans, öz indükleme katsayısı (Henry) Z: Empedans, bobinin AA’daki doplam direnç etkisi, 𝒍 : Bobinin toplam uzunluğu(m), .𝒎𝒎𝟐 𝝆 : Bobin telinin öz direnci ( 𝒎 ), S : Bobin telinin kesiti (𝒎𝒎𝟐 ). 376 BOBİN ENDÜKTANSININ ÖLÇÜLMESİ 1. Ampermetre-voltmetre Metodu İle Öz İndükleme Katsayısını Ölçmek: Alternatif akımda herhangi bir bobinin direnci, omik ve endüktif dirençlerden oluşur. Yani, bobin direnci saf endüktif değildir bir R-L seri devresidir. Bu nedenle önce bir ohmmetre ile bobinin omik direnci ölçülür. Öz indükleme katsayısı ölçülecek bobine; ampermetre ve voltmetre ile birlikte, frekansı belli bir alternatif gerilim uygulanarak, bu gerilimin bobinden geçirdiği akım şiddeti ölçülür. Ohm kanuna göre, bir bobinden geçen akım, uçlarına uygulanan gerilimle doğru , bobinin empedansı ile ters orantılıdır. 𝒁= 𝑽 𝑰 () 𝑿𝒍 = 𝒁𝟐 − 𝑹 𝟐 𝒁= 𝑹𝟐 + 𝑿𝒍 𝟐 𝑿𝒍 = 𝝎 . 𝑳 = 𝟐𝝅. 𝒇. 𝑳 𝑿 𝒍 𝑳 = 𝟐𝝅.𝒇 (H) 377 2. Karşılaştırma Metodu (Köprü Yöntemi) İle Öz İndükleme Katsayısını Ölçmek: Bu ölçme sistemi, öz indükleme katsayısı bilinen bir bobin ile öz indükleme katsayısı bilinmeyen bir bobinin karşılaştırılması esasına dayanır. Köprüye önce DC gerilim uygulayıp, R1 ve R2 dirençleri ayarlanarak galvanometrenin sıfırı göstermesi sağlanır. Köprünün denge durumunda bilinmeyen öz indükleme bobininin omik direnci bulunmuş olur. Köprüye AC gerilim uygulanır, R1 ve R2 dirençleri ayarlanarak galvanometrenin sıfırı göstermesi sağlanır. Köprü dengede olduğunda, karşılıklı kolların kompleks empedanslarının çarpımları birbirine eşittir. 𝑳𝒙 𝑳𝒏 𝑹 𝑹 = 𝑹 𝟏 ⟹ 𝑳𝒙 = 𝑳𝒏 . 𝑹 𝟏 𝟐 𝟐 𝐿𝑛 : Değeri bilinen öz indükleme (self) katsayısı, 𝐿𝑥 : Ölçülecek öz indüleme katsayısı 𝑅1 , 𝑅2 : Ayarlanabilen dirençler 378 3. Endüktans değerinin ölçü aleti ile doğrudan ölçülmesi: Endüktans değeri de aynen dirençlerde olduğu gibi LCR metre veya endüktans ölçme özelliğine sahip multimetreler ile ölçülebilmektedir. Endüktans ölçerken aynen direnç ölçümündeki yöntemler uygulanmaktadır. Yalnız burada dikkat edilmesi gereken husus, bu özelliğe sahip multimetrelerde endüktansı ölçülecek bobin, problara değil LX olarak gösterilen bağlantı noktasına bağlanmalıdır. LCR metreler ile endüktans ölçülürken ölçülecek endüktans değerine uygun kademe seçilir, eğer endüktans değeri için seçilen kademe küçük ise değer ekranında “1”, kademe büyük ise “0” değeri görülür. Bu durumlarda seçilen kademe büyütülerek ya da küçültülerek ölçüm tamamlanır 379 KONDANSATÖRLER VE KAPASİTE ÖLÇMEK Yalıtkan bir madde ile birbirinden ayrılmış iki iletken levhadan oluşmuş elemana kondansatör denir. Bu iki levhanın arasındaki yalıtkan madde hava, kağıt, cam, mika, yağ gibi herhangi bir dielektrik (yalıtkan) madde olabilir. Kondansatörler elektrik enerjisini depo etmek için kullanılır ve her kondansatörün depo ettiği enerji miktarı farklılık gösterir. Kondansatörün elektrik enerjisini depo edebilme özelliğine (kondansatörün toplayabileceği enerji miktarına) kondansatörün kapasitesi denir. Kapasite (C) harfi ile gösterilir, birimi Farad (F) dır. Kondansatörün Kapasitesi: Bir kondansatörün levhalarına aldığı elektrik yükünün(Q), levhalar arasındaki potansiyel farkına (V) oranına, kondansatörün kapasitesi veya sığası denir. Kapasitenin formülü; 𝑪= 𝑸 𝑽 𝑪𝒐𝒖𝒍𝒐𝒎𝒃/𝑽𝒐𝒍𝒕 (veya Farad ). (𝑪/𝑽 ) veya (F) olarak kısaltılabilir. FARAD: 1 V’luk gerilim altında bir kondansatörün levhalarında 1 kulonluk elektrik yükü toplayan kondansatörün kapasitesi 1 Farad’dır. Kapasitesi 1F olan bir kondansatörün fiziki ölçüleri çok büyüktür. Bu nedenle 1F’ın kullanılışı genel olarak tarif ve hesaplamalarda kalır. Pratikte Farad’ın askatları olan mikrofarad (μF), nanofarad (nF) veya pikofarad (pF) birimleri kullanılır. 380 Kondansatör doğru akım devrelerinde, akım geçirmez. Alternatif akım devrelerinde ise akım geçirir ama akımın geçişine karşı zorluk gösterir. Kutupsuz kondansatörlerin alternatif akıma karşı gösterdikleri zorluğa kapasitif direnç (reaktans) denir. Kapasitif direnç (𝑿𝒄 ) sembolü ile ifade edilir. 𝑽 𝟏 𝑿𝒄 = 𝑰 = 𝝎𝑪 = 𝒄 𝟏 𝟐𝝅𝒇𝑪 () formülleri ile hesaplanır. Kondansatörlerin kullanma yerleri : Doğrultucu devrelerinde, bir fazlı motorların ilk hareketini sağlamada, güç katsayılarının düzenlenmesinde, kuplaj devrelerin akım ve gerilim arasında faz kaydırılmasında, Gerilim katlayıcı devrelerde, zamanı geciktirme devrelerinde vb. yerlerde kullanılır Kutupsuz kondansatör sembolleri Kutuplu kondansatör sembolleri 381 382 KAPASİTE ÖLÇMEK 1- Ampermetre-Voltmetre Metodu İle Kapasite Ölçmek : Herhangi bir kondansatörün kapasitesini (C), o kondansatörün kapasitif direncini (Xc) ölçerek bulabiliriz. Kondansatöre frekansı belli bir alternatif gerilim uygulayarak, bu gerilimin kondansatörden geçirdiği akım şiddeti ölçülür. Kondansatöre uygulanacak gerilim, üzerinde yazılı olan değerden fazla olmamalıdır. Ohm kanununa göre, bir kondansatörden geçen akım, kondansatörün kapasitif direnci ile ters, uçlarına ile uygulanan gerilimle doğru orantılıdır. 𝑽 𝟏 𝑿𝒄 = 𝑰 = 𝝎𝑪 = 𝒄 𝟏 𝟐𝝅𝒇𝑪 () 𝑿 𝒄 𝐶 = 𝟐𝝅𝒇 Farad(F) 383 2- Karşılaştırma metodu(köprü yöntemi) ile kapasite ölçmek: Bu ölçme sistemi, kapasite değeri bilinen bir kondansatör ile kapasitesi bilinmeyen bir kondansatörün karşılaştırılması sistemine dayanır. Telli weston köprüsüne frekansı belli bir alternatif gerilim uygulanır. Reosta ile galvanometrenin sıfırı göstermesi sağlanır. Böylece köprü dengeye getirilir. Köprü dengede olduğunda karşılıklı dirençlerin çarpımları birbirine eşittir. 𝑪𝑽 𝒙 𝑹𝟐 = 𝑪𝒙 𝐱 𝑹𝟏 ⟹ 𝑪𝒙 = 𝑪𝑽 𝐱 𝑹𝟐 𝑹𝟏 (F) 𝑪𝑽 : Değeri bilinen kondansatör kapasitesi 𝑪𝒙 : Değeri hesaplanacak kondansatör kapasitesi 𝑹𝟏 , 𝑹𝟐 :Ayarlı dirençler 3. Doğrudan doğruya kapasite ölçmek : Kondansatör kapasitesi değişik ölçü aletleri ve teknikler ile ölçülebilir. Bunlardan en pratik olan yöntem LCR metre(İNKAVİ ölçü aleti) ya da kapasite ölçümü yapabilen multimetreler kullanılabilir. 384 LCR Metre ile Kapasite Ölçümü: • LCR metrelerde kapasite ölçümü, endüktans ölçümünden farklı değildir. Kapasite ölçümü yapılırken burada da ölçülecek değere uygun kademeyi seçmek ve ölçümü bundan sonra başlatmak hızlı ve doğru bir ölçüm yapılmasını sağlayacaktır. • Kademe seçiminden sonra ölçüm yapıldığında değer ekranında kapasite değeri yerine “1” ifadesi görmeniz aynen direnç ve endüktans ölçümünde olduğu gibi küçük bir kademe, “0” ifadesinin görülmesi büyük bir kademe seçildiğini gösterir. • Aynı zamanda okunan değerde hassasiyet arttırılmak isteniyorsa (100 μF yerine 99,2 μF gibi bir değer okunması gerekiyorsa) kademe küçültülerek bu hassasiyet arttırılabilir. • Ayrıca sadece kapasite ölçümü yapan kapasite metrelerde bulunmaktadır. Bu ölçü aletlerin hepsinde de kademe seçimi ve ölçme tekniği aynı olup direnç ve endüktans ölçümünde olduğu gibi uygun kademe seçimi yapılır 385 KONDANSATÖR KAPASİTESİNİN OKUNMASI: 1. Kondansatörlerin direkt olarak üzerinden okunması : • Kondansatörlerin kapasite değerleri ve çalışma gerilimleri genellikle üzerinde yazılıdır. Yazılı değilse renklerle veya rakamlarla ifade edilebilir. • Elektrolitik kondansatörlerde kapasite, kutup uçları ve gerilim değerleri üzerinde yazılmıştır. (100μF/50V, 470μF/250 V gibi) . • Seramik ve mikalı kondansatörlerde, kondansatörün değeri üzerine rakamla yazılır (4n6=4,6n, 2n2=2,2n gibi). • Üç rakamlı ise, ilk iki rakam sayıyı, üçüncü rakam ise çarpanı belirtir. Çıkan değer pikofarad olarak okunur. Ayrıca seramik ve mikalı kondansatörlerin bazılarında çalışma gerilimleri de belirtilmektedir. (10n, 35V gibi) 2. Kondansatör Üzerindeki Renklerin Okunması Kondansatörlerin kapasite, gerilim ve tolerans değerleri renk bantları ile de ifade edilebilir. Dirençlerde olduğu gibi, kondansatörler için de satandart renk kotları kullanılır. Okunan değerler pF birimindedir. 386 2,2 nF, 50V 10.0000 pF 0,68pF, 100V 0,05 µF 0,1 µF Seramik ve mikalı kondansatörlerin kapasitelerinin okunması 387 Çalışma Soruları 1. Aşağıdaki tabloda renk kotları verilen dirençlerin değerlerini yazınız. Sıra Örnk. Direnç Renkleri Gri-Siyah-Altın-Altın 1 Kırmızı-Kırmızı-Siyah -Gümüş 2 Kahverengi- Siyah -Siyah -yok 3 Kahverengi - Siyah - Altın )- Altın 4 K.rengi - Siyah - Gümüş - Gümüş 5 Kırmızı - Gri - Yeşil - Altın - Altın 6 Kırmızı -Kırmızı - Gümüş -Altın 7 Kırmızı- Mor- Sarı-Altın 8 Sarı-Mor-Kahverengi-Altın 9 Yeşil-Mavi-Siyah-Siyah-K.rengi 10 Yeşil- Mavi- Mavi- Gümüş- yok Direnç Değeri 80x10−1 5=85 Değer Aralığı 7,6-8,4 388 2. Aşağıdaki tabloda verilen dirençlerin renk kotlarını yazınız. Sıra No Direnç Değeri Tolerans 480M %5 1 258 %0,5 2 22k %2 3 37,5M %0,05 4 10k %0,1 5 7,8 %20 6 560 Ω (beş renk) ±%1 7 390 kΩ ±%1 8 12 kΩ %0,25 9 22 Ω %5 10 0,1 Ω ± % 10 Örnek. Direnç renkleri Sarı-gri-Mor-Altın 389 DİJİTAL ÖLÇÜ ALETLRİ Yaşadığımız dünyada, fiziksel olaylar analog formda cereyan etmektedir. Bu büyüklüklerin dijital cihazlarla ölçülmesi için , önce dijitale dönüştürülmesi gerekir. Elektronik ölçü aletleri analog ve dijital olmak üzere iki temel gruba ayrılır. Bazı çihazlarda hem analog hem de dijital devreler bulunur. Böylece cihazlar, dijital cihaz ve dijital göstergeli cihaz diye iki kısımda incelenebilir. Analog giriş İşaret şekillendirici Analog- dijital dönüştürücü İşaret işleyici Dijital gösterge Dijital cihaz blok diyağramı Analog giriş İşaret şekillendirici İşaret işleyici Analog- dijital dönüştürücü Dijital gösterge Dijital cihaz göstergeli blok diyağramı 390 Dijital Cihazların Analog Cihazlara Göre Üstünlüğü: Daha hızlı çalışırlar Daha doğru ölçme yaparlar Çözünürlükleri yüksektir Okuma hataları azdır. Bu cihazlarla otomatik ölçme yapmak mümkündür. Bilgisayarlar ve diğer sistemlere bağlanabilirler. Gürültülere karşı dayanıklıdırlar. Aynı anda çık sayıda değişik parametreleri ölçebilirler. Bu cihazların boyutları küçük olabilir. 391 DİJİTAL ÖLÇÜ ALETLERİ Dijital Ölçü Aletlerin de Bilinmesi Gereken Özellikler: Dijit (Digit) Counts(Hane sayısı) Çözünürlük (Resolution) Doğruluk (Accuracy) Range(Ölçüm Kademeleri) Etkin Değer (RMS-RootMeanSquare) RMS Ölçüm (AC True) AC, DC ve True RMS Ölçüm Koruma Yöntemleri 392 Dijital Ölçü Aletlerinde Bazı Kavramlar: 1 Dijit(Digit): Dijital ölçü aletleri ölçüm sonucunu sayısal bir göstergede onluk sayı sistemi ile gösterir. Dijital ölçü aletlerinin en büyük avantajı ölçülen değerin direk olarak her hangi bir işlem uygulanmadan okunabilmesidir. Digit sayısı, dijital ölçü aletinde okunabilecek maksimum değeri ifade eder. Üretimde kullanılan digit değerleri 3½, 4½ gibi sayılarla ifade edilir. Bu değerler büyüdükçe ölçü aletinin hassasiyeti artar. 3½DIGIT=1999 4½DIGIT=19999 2. Counts: Ölçü aletinin üretiminde 3½, 4½ sayılarına ek olarak 3¾, 4¾ sayılarıyla ifade edilen dijital ölçü aletleri üretilmeye başlamıştır. Karışıklığı ortadan kaldırmak için hane sayısını gösterecek en büyük sayıya Counts ifadesi kullanılması tavsiye edilmiştir. Counts ne kadar büyük ise ölçü aleti o kadar iyidir. 393 3½ DIGIT = 2000 COUNTS (0-1999arasıgösterir) 3¾ DIGIT = 4000 COUNTS (0-3999arasıgösterir) 3¾ DIGIT = 6000 COUNTS (0-5999arasıgösterir) 4½ DIGIT = 20000 COUNTS (0-19999arasıgösterir) 4¾ DIGIT = 40000 COUNTS (0-39999arasıgösterir) 5½ DIGIT = 120000 COUNTS (0-119999arasıgösterir) 5½ DIGIT = 200000 COUNTS (0-199999arasıgösterir) 6½ DIGIT = 1200000 COUNTS (0-1199999arasıgösterir) Tamsayı, 10’a (0-9) kadar gösterebilirken, ½-digit sadece maksimum değeri 1 olan iki rakamı gösterebilir.¾-digit özelliğine göre; 0, 1, 2, 3, 4 ve 5 şeklinde dört rakamı gösterebilir. 394 3. Çözünürlük(Resolution): Dijital ölçü aletinin ölçebileceği en küçük değişim değerini gösterir. Çözünürlük arttıkça ölçü aleti daha küçük değişimleri ölçebilir hale gelir. Bunun için seçilen kademenin ölçüm sonucuna mümkün olduğunca yakın seçilmesi gereklidir. Düşük kademeli ölçü aletleri ile küçük ölçümler hassas olarak yapılabilir. 4. Doğruluk(Accuracy): Ölçü aletinin yapabileceği en büyük hata değeridir. Dijital ölçü aletlerinde hatalar A/D Çeviriciler ve Gerilim Bölücü dirençlerinden kaynaklanır. Ölçü aletlerinde ±%1, ±%0,0035 gibi değerler olarak verilir 395 5. Etkin Değer (RMS) AC ölçmelerinde kullanılan bir değerdir. Tanım olarak DC değere eşit iş yapan AC değeridir. Multimetrelerde hata payları ölçülen değerin frekansı ilede ilgilidir. Alt düzeyde ölçü yapacak olan ölçü aletleri 50-60Hz’lik frekanslarda üretilirler. Üst düzeydeki ölçü aletleri için frekans aralığı daha yüksek değerlerdedir. 6. AC True RMS Ölçümü AC sistemlerde sinüs, kare, üçgen, testere dişi gibi çok değişik dalga şekilleri olabilir. Sinüsoidal gerilimleri ölçmek kolaydır ancak devrede bulunan bobin ve kondansatör gibi elemanların etkisiyle cosφ’nin değişimi ölçümün sonucunu etkileyebilir. Örneğin bir transformatörün çektiği akım TrueRms olmayan bir ölçü aleti ile ölçüldüğünde sonuç yanlış olacaktır. Bu durumda doğru ölçüm için ölçü aletinde AC-DC çeviricinin True RMS çevirici olması zorunludur. 396 KAYNAKLAR 1. Elektrik ve Elektronik Ölçmeleri. Prof. Dr. Halit PASTACI., Nobel akademik yayıncılık, ISBN 978-605-320-012-3. 2. Mesleki Eğitim ve Öğretim Sistemini Güçlendirme Projesi (MEGEP) Elektrik ve Elektronik ölçmelerle ilgili dökümanlar. http://www.megep.meb.gov.tr › 3. Elektrik Ölçü Aletleri ve Elektriksel Ölçmeler., Kadir Anasız., MEB ., Devlet Kitapları. 4. Ölçme Tekniği Ders Notu ., Öğr. Gör. Figen ALTINTAŞ ., Bülent Ecevit Üniversitesi Alaplı Meslek Yüksek Okulu. 5. Osiloskop Kullanımı ., Arş. Gör. Kemal Kalaycı., https://www.youtube.com/watch?v=Ajw6oJnyAiU 6. Elektrik ve Elektronik Ölçmeleri. Prof. Dr. Halit PASTACI, Doç. Dr. Halil İ. ABBASOĞLU, Yıldız Teknik Üniversitesi, No:206, İstanbul 1996. 397