ELEKTRİK ÖLÇME TEKNİĞİ DERS İÇERİĞİ

Transkript

1 Hafta 1 2 ELEKTRİK ÖLÇME TEKNİĞİ DERS İÇERİĞİ Konular Uzunluk Ölçümü, Kütle Ölçümü, Alan Ölçümü ve Hacim Ölçümü Akışkan Ölçümü, Sıcaklık Ölçümü ve Eğim Ölçümü, Kesit ve Çap Ölçümü 3 Hız ve Devir Ölçümü, Basınç Ölçümü 4 Işık Ölçümü, Ses Ölçümü 5 Ölçme ve Ölçü Aletleri, Birimler ve Dönüşümler 6 Ölçme ve Ölçü Aletleri (Analog ve Dijital Ölçü Aletleri) 7 Temel Elektriksel Ölçmeler (Direnç Ölçümü) 8 Temel Elektriksel Ölçmeler (Bobin ve Kondansatör Ölçümü) 9 Elektronik Devre Elemanlarının Ölçümü 10 Akım ve Gerilim Ölçmeleri (DC ve AC Ölçüm) 11 Osilaskop ile Ölçme 12 İş, Güç ve Enerji Ölçmeleri 13 İş, Güç ve Enerji Ölçmeleri 14 Ölçü Trafoları 1

2 2 ELEKTRİK ÖLÇME TEKNİĞİ

3 Ölçme ve Birim Nedir? Ölçme: Bilinmeyen bir büyüklüğü kendi cinsinden bilinen bir büyüklük ile karşılaştırılmasıdır. Birim: Ölçme sonucunda elde edilen sayılar birimleriyle beraber bir anlam ifade ederler. Her büyüklük ölçü sayısı ve birim olmak üzere iki kısımdan oluşur. Birimler çok eski zamanlardan beri uluslarca kullanılmıştır. SI Birim Sistemine Göre 7 Temel Birim Uzunluk için 2 metre Kütle ölçümü için 10 kilogram Zaman için 3 saniye Akım şiddeti 1,6 Amper Sıcaklık 273,15 Kelvin Işık Şiddeti 0,15 Kandela Madde Miktarı 10 Mol 3

4 Birimler Sistemi (Système International d'unités) Ölçülecek büyüklükler değiştikçe bunlara ait birimler de değişmektedir. Yalnız bu büyüklüklerin ölçülmesinde, birlik ve beraberliğin sağlanması amacıyla uluslararası standart hale getirilen Birimler Sistemi kullanılır. Uluslararası Birimler Sistemi (Système International d'unités) ismi ve tüm dillerde geçerli olmak üzere SI kısaltması, 11. CGPM (Ölçü ve Tartılar Genel Konferansı, Conférence Générale des Poids et Mesures) konferansında kabul edilmiştir. Birim sistemlerinden uluslararası anlaşmalarla kabul edilmiş olan ve en çok kullanılan dört tanesi; CGS Mutlak Birimler Sistemi, MKS Mutlak Birimler Sistemi, Gravitasyonel MKFS Birimler Sistemi Uluslararası Birim Sistemidir (SI) 4

5 Birim Sistemleri İngiliz Birim Sistemi (FPS Sistemi) İngiliz birim sisteminde kütle, uzunluk ve zaman birimleri sırasıyla libre-kütle (libre-mass), ayak (foot, ft) ve saniye (s) ile ifade edilir. İngiliz birim sisteminde uzunluk, kütle ve hacim birimleri 5

6 CGS Birim Sistemi Uzunluk, kütle ve zaman temel kavramları üzerine kurulmuştur. Bu üç temel kavram için temel birim olarak santimetre(cm), gram(g) ve saniye(s) kabul edildiğinden santimetre, gram, saniye veya kısaca CGS sistemi adını alır. MKS Birim Sistemi Bu sistemde temel kavramlar yine uzunluk, kütle ve zamandır. Elektrikte, akım şiddeti de temel kavramlar arasına girer. Temel birimler olarak, uzunluk için metre(m), kütle için kilogram(kg), zaman için saniye(s) ve akım için amper(a) kabul edildiğinden kısaca MKS veya MKSA sistemi olarak bilinir. 6

7 MKFS Birim Sistemi Kütle yerine kuvveti temel kavram kabul eden bu sistemde, temel birimler uzunluk için metre(m), kuvvet için 1 kg kütleye Paris te etkiyen yerçekimi olan kiloforce (kf) ve zaman için saniyedir(s). 1kg kütleye etkiyen yerçekimi her yerde aynı olmadığı için bu sistem mutlak bir birim sistemi değildir. Bu sistem daha çok mühendislikte ve halk arasında kullanılmaktadır. MKFS sisteminde kütle için özel bir birim yoktur. 1MKFS kütle birimi 9,81kg olup, 1 kilogram kuvvetin etkisiyle 1m/s2 lik ivme kazanan cismin kütlesi olarak tanımlanır. 7

8 SI Birim Sistemi Uluslararası Ölçüler Konferansı nın 1971 de yaptığı toplantıda, en temel büyüklüklerden (uzunluk, kütle, zaman) başka, dört temel büyüklüğün daha birimlerini içine alan uluslararası birim sistemi tanımlanmıştır. Uluslararası birim sistemi, MKS birim sistemini kapsar. SI birim sistemi en önemli birim sistemidir. Her bir büyüklük için diğerlerinden apayrı bir birim tanımlamaya da gerek yoktur. Çünkü bütün büyüklükler uzunluk, kütle (veya teknikte kuvvet) ve zamanın bir fonksiyonu olarak ortaya çıktığından, bunlara ait birimlerle ifade edilebilirler. Bu büyüklüklere Temel Büyüklükler denir. Temel büyüklüklerden türetilen büyüklüklere de Türetilmiş Büyüklükler denir. Çok değişik fiziksel büyüklükler olmasına rağmen yedi tanesi temel birim olarak kabul edilmiştir. Diğer büyüklükler ise 8 temel büyüklükler cinsinden ifade edilirler.

9 BÜYÜKLÜK GÖSTERİLİŞ BİRİMİ KISALTMASI Uzunluk l Metre m Kütle m Kilogram kg Zaman t Saniye s Sıcaklık T Kelvin Derece K Elektrik Akımı I, i Amper A Işık Akım Şiddeti I Kandela cd Madde Miktarı n Mol mol 9 Uluslararası sistemin kabul ettiği temel birimler

10 Fluid Ounce: 28,41 ml Inch: 2,54cm Quart: 0,946 l Amerikan Foot: 30,48cm Pint: 473,176ml Amerikan Yard: 91,44cm Gallon: 3,785 l Amerikan 1 yard = 3 feet = 36 inch 1 Gallon = 4 Quart = 8 Pint = 16 cup = 128 Fluid ounce Ounce: 28,35 g Pound: 0,454 kg Stone: 6,35 kg Ton: 907,194kg 1 Pound = 16 Ounce 1 Stone = 14 Pound 1 Ton = 2000 Pound 10

11 ABD geleneksel ölçü birimleri ile SI birim sisteminin karşılaştırılması (Kütle, Hacim, Sıcaklık ve Uzunluk) 11

12 Metre Uzunluk birimi metrenin 1889 tanımı BIPM (Uluslararası ağırlık ve ölçüler bürosu - International Bureau of Weights and Measures) tarafından muhafaza edilen yapay uluslararası platin-iridyum çubuğa dayanıyordu. Yaklaşık yüz yıl boyunca devam eden daha hassas ve kolaylıkla yinelenebilen deneylere bağlama çalışmaları sonucu 17. CGPM tarafından 1983 yılında aşağıdaki son tanımı kabul edilmiştir. Metre, bir saniyenin 1/ i kadar bir sürede, ışığın boşlukta aldığı yolun uzunluğudur. (17. CGPM, 1983) Platinyum ve İridyum alaşımımdan imal edilen 1889 dan 1960 a kadar standart olan tarihi Uluslararası Prototip Metre çubuğu 12

13 Kilogram (Kg) Kilogram 18. yüzyıl sonlarında +4 C' deki 1 desimetreküp suyun kütlesi olarak tanımlanıyordu daki birinci CGPM de platin-iridyum alaşımdan yapılmış uluslararası kilogram prototipi tasdik edildi ve 1901 de 3. CGPM de BIPM (Uluslararası Ölçü ve Tartılar Bürosu, Bureau International des Poids et Mesures) tarafından tanımlı şartlarda muhafaza edilen kilogram prototipi uluslararası kütle birimi olarak kabul ederek yaygın olarak kullanılan ağırlık kelimesinin neden olduğu karışıklığa son verdi. Kilogram kütle birimidir ve uluslararası prototip kilogram'ın kütlesine eşittir. (3. CGPM, 1901) Uluslararası prototip kilogram halen 1889 da belirlenen fiziksel şartlarda, Paris yakınlarındaki Sevres kasabasında BIPM tarafından muhafaza edilmektedir. 13

14 % 90 platin ve% 10 iridyum alaşımı ve bir sağ dairesel silindir (yükseklik = çap) içine 39,17 mm işlenmiş olan Uluslararası Prototip Kilogram (IPK) 14

15 Saniye Saniye, en düşük enerji seviyesindeki (ground state) Sezyum-133 atomunun ( 133 Cs atom çekirdeği) iki hyperfine seviye arasındaki geçiş radyasyonunun periyoduna karşılık gelen süredir, (13. CGPM, 1967). Amper Elekrik akımı ve elektrik direnci birimleri uluslararası ampere ve uluslararası ohm ismiyle 1908 deki Uluslararası Londra Konferansında onaylanmıştır. Bu uluslararası birimler genel istek üzerine, 1946 daki CIPM önerisi dikkate alınarak 1948 de yapılan 9. CGPM tarafından mutlak birimler adı verilerek resmen ortadan kaldırılmıştır. Amper, sonsuz uzunlukta, ihmal edilebilir dairesel kesitte, birbirinden 1 metre uzaklıkta, tam vakum içine yerleştirilmiş iki paralel iletkenin içinden akan ve iletkenlerde, beher metre başına newton kuvvet oluşturan sabit akımdır, (9. CGPM, 1948)

16 Kelvin Termodinamik sıcaklık birimi tanımı esas olarak 1954 deki 10. CGPM de, suyun üçlü noktası (triple point - aynı anda katı, sıvı ve gaz halinde bulanabildiği sıcaklık) sabit ve 273,16 Kelvin olarak kabul edilerek tanımlanmıştır deki 13. CGPM de ise kelvin(k) yerine derece Kelvin( K) kabul edilerek aşağıdaki tanım uyarlanmıştır. Termodinamik sıcaklık birimi kelvin, suyun üçlü noktasının (triple point) termodinamik sıcaklığının 1/273,16 sıdır, (13. CGPM, 1967). Candela(Cd) Kandela, belirli bir doğrultuda, 1/683watt/steradian ışıma şiddetinde ve 540x10 12 hertz frekansta tek renk (monochromatic) ışınım yayan bir kaynağın ışık şiddetidir, (16. CGPM, 1979). 16

17 Mol Mol, 0,012 kilogram karbon 12 izotopundaki atom sayısı kadar temel yapıtaşı ihtiva eden bir sistemin madde miktarıdır; sembolü mol' dür. Temel yapıtaşları, atom, molekül, iyon, elektron ve benzeri tanecikler veya böyle taneciklerden oluşan guruplar olabilir ve mole kullanılırken belirtilmelidir, (14. CGPM, 1971). 17

18 Temel birimlerin çarpılması veya bölünmesi ile elde edilen yeni birimler Türetilmiş birimler denir. BÜYÜKLÜK SEMBOLÜ BİRİMİN ADI AÇIKLAMA Alan S Metrekare Hacim V Metreküp Hız V Metre/saniye İvme A Metre/s 2 Kuvvet F Newton(N) Basınç P Pascal (Pa) İş, Enerji, ısı miktarı W Joule(J) Güç, ısı akışı P Watt(W) Elektrik yükü Q Coulomb(C) En.Boy m.m = m 2 En.Boy.Yükseklik m.m.m = m 3 Yol/Zaman m/s Hız/Zaman m/s.1/s=m/s 2 Kütle. İvme kg.m/s 2 Kuvvet/Alan N/m 2 = kg m 1 s 2 Kuvvet.Yol=Güç.Zaman=Yük.Potansiyel Fark N.m=P.s=q.V = kg m 2 s 2 İş/Zaman J/s=N.m/s= J/s = kg m 2 s 3 Akım.Zaman Amper.s 18

19 BÜYÜKLÜK Gerilim, EMK, Potansiyel Fark Elektrik alan şiddeti Manyeto motor kuvvet Elektriksel direnç Elektriksel iletkenlik Elektriksel kapasite SEMBOLÜ V,U E F R G C BİRİMİN ADI Volt(V) Ohm(Ω) Siemens (S) Farad(F) Elektriksel self L Henry(H) AÇIKLAMA İş/Yük miktarı Joule/coulomb W/A = J/C = kg m 2 A 1 s 3 Kuvvet/Elektrik Yükü=Potansiyel fark/metre Newton/Coulomb=Volt/metre Akım şiddeti.sarım sayısı Amper.sarım Gerilim/Akım Volt/Amper V/A = kg m 2 A 2 s 3 1/Elektriksel Direnç Ω 1 = kg 1 m 2 A 2 s 3 Elektrik yükü/potansiyel fark Coulomb/V C/V = kg 1 m 2 s 4 A 2 Manyetik akı/akım şiddeti Wb/A=Volt.saniye/Amper Wb/A = kg m 2 A 2 s 2 Türetilmiş birimler 19

20 BÜYÜKLÜK SEMBOLÜ BİRİMİN ADI AÇIKLAMA Manyetik akı Φ Weber(Wb) Potansiyel fark.zaman Volt.saniye= kg m 2 s 2 A 1 Manyetik akı Manyetik akı/alan B Tesla(T) yoğunluğu Weber/m 2 =Volt.s/m 2 Wb/m 2 = kg s 2 A 1 Manyetik alan MMK/Uzunluk H şiddeti Amper/metre Işık akısı Φ Lümen(lm) kandela/steradyan Parlaklık (Parıltı) L Candela/m 2 Aydınlık şiddeti E Lüx(lx) Lümen/m 2 lm/m 2 = cd sr m 2 Frekans F Hertz(Hz) 1/periyot Açısal frekans ve hız W Radyan/s 1/açısal periyot 20

21 21

22 BİLİMADAMI BİRİMİ AÇIKLAMA ÇALIŞMALARI Isaac Newton (İngiliz) Newton Kuvvet Yerçekimi Kanunu, Hareket Kanunları Charles Augustin de Coulomb (Fransız) Coulomb Elektrik Yükü Elektriksel Çekim Kanunu James Watt (İskoç) Watt Güç, ısı akışı Modern Buhar Makinesi (Endüstriyel Devrim) Alessandro Volta (İtalyan) Volt Potansiyel fark İlk Voltaik Pil Andre Marie Ampere (Fransız) Amper Elektrik akımı Elektromanyetizma üzerinde ilk çalışma yapan kişlerden Joseph Henry (Amerikan) Henry Elektriksel self Öz indüktansın elektromanyetik fenomeni George Simon Ohm (Alman) Ohm Elektriksel direnç Ohm Kanunu Michael Faraday (İngiliz) Faraday 1 Mol elektron yükü İndüksiyon Kanunu, Elektrik Motor Prensipleri, Elektroliz Wilhelm Eduard Weber (Alman) Weber Manyetik akı (MKS) Elektromanyetizma ölçümü Ernst Werner von Siemens (Alman) James Prescott Joule (İngiliz) Joule İş, enerji, ısı miktarı Nicola Tesla (Sırp) Siemens Elektrik iletkenliği Elektriksel İletkenlik Tesla Manyetik akı yoğunluğu (MKS) Enerjinin Korunumu Kanunu, Isı ile Mekanik İş İlişkisi Alternatif Akım, Alternatif Akım Motoru, Radyo, Döner Manyetik Alan, Floresan, Kablosuz Elektrik İletimi Heinrich Rudolf Hertz (Alman) Hertz Frekans Radyo Dalgalarının Keşfi Carl Friedrich Gauss (Alman) Gauss Manyetik akı yoğunluğu (CGS) James Clerk Maxwell (İskoç) Maxwell Manyetik akı (CGS) Elektromanyetik Telgraf 22 Elektrik ve Manyetizmanın aynı şey olduğunu keşfetmiştir.

23 BİRİM TAKISI ÇARPAN SEMBOL Exa E Peta P Tera T Giga 10 9 G Mega 10 6 M Kilo 10 3 k Mili 10-3 m Mikro 10-6 µ Nano 10-9 n Piko p Femto f Atto a Temel veya türetilmiş birimlerin alt ve üst katları 23

24 24

25 KAYNAKLAR 1. NACAR, A. Mahmut; Elektrik-Elektronik Ölçmeleri ve İş Güvenliği 2. ANASIZ, Kadir; Elektrik Ölçü Aletleri ve Elektriksel Ölçmeler; MEB Yayınları 3. MEGEP; Fiziksel Büyüklüklerin Ölçülmesi; Ankara MEGEP; Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülmesi; Ankara New International Safety Standards for Digital Multimeters