K.T.Ü Elektrik-Elektronik Müh.Böl. Temel Elektrik Laboratuarı II

Transkript

1 K.T.Ü Elektrik-Elektronik Müh.Böl. Temel Elektrik Laboratuarı II DENEY NO: 5 DOĞRU AKIM KÖPRÜLERİ A-WHEATSTONE KÖPRÜSÜ : Bu köprü ile değeri 1 ohm ile 1 mega ohm arasında değişen orta değerlikli direnç, değeri bilinen dirençlerle karşılaştırılarak ölçülürler.köprünün yapısı Şekil : 1 de verildiği şekildedir.ölçülmek istenen direnç R X dir. R 2 ve R 3 sabit dirençler olarak alınır. Köprü R 4 değişken direnci yardımıyla dengeye sokulur. R 4 direncinin değeri değiştirilerek C ve D noktalarının A ve B noktalarına göre potansiyellerinin eşit olması sağlanır.bu konumda köprü dengededir. C ve D noktaları arasına SIFIR ALETİ olarak bağlanan ve iç direnci R G olan galvanometreden denge koşulunda akım akmaz. Böylece dirençlerden geçen akımlar için I 1 = I 2 ve I 3 = I 4 bağıntıları geçerlidir. U 1 = U 3 I 1. R X = I 3. R 3 I 2. R X = I 4. R 3 U 2 = U 4 I 2. R 2 = I 4. R 4 I 2. R 2 = I 4. R 4 Bağıntılarını yazıp son bulunan eşitlikleri biri birine oranlarsak, bilinmeyen R X direnci R X = R 2. R 3 / R 4 olarak hesaplanır. Şekil: 1 WHEATSTONE köprüsü Ölçüyü yaparken bu eşitliğe tam tamına varmak olanaksızdır. Bunun iki nedeni vardır : 1-Galvanometreden geçen akım galvanometrenin alt ölçme sınırının altına düşerse, galvanometre bu akımı göstermez.köprüyü dengeye getirirken galvanometrenin sapma yapmaması, ancak içerisinden geçen akımın alt ölçme sınırından daha küçük olduğunu gösterir. Her ölçü aletinin bir belirsizliği olacağına göre devrenin tam denge şartını ölçmek oldukça zordur.

2 2-Köprü R 4 değişken direnci yardımıyla dengeye sokulmaktadır. Denge koşuluna çok yaklaşıldığında R 4 direncinin değerinin bir kademe ( 1 ohm veya 0,1 ohm ) değiştirilmesi ile galvanometreden geçen akım yön değiştirmektedir. ( Şekil : 2 ). Bu durum denge koşulu için gerekli direnç değişiminin iki kademe arasında olduğunu gösterir.yeterince küçük değerli dirençlerin laboratuarda olmayışından dolayı köprü dengeye sokulamaz. Bu durumda köprüyü dengeye getirecek direnç değeri R 41. α 2 + R 42. α 1 R 4 = olarak hesaplanır. α 1 + α 2 R 4 (ohm) DENEYİN YAPILIŞI : Deneyde kullanılan aletler adet direnç kutusu 2-1 adet sürgülü değişken direnç kutusu ( R X ) 3-1 adet galvanometre 4-1 adet DC güç kaynağı 5- Değişik uzunlukta bağlantı kabloları Şekil: 1 deki devreyi kurunuz.devreyi 10 volt DC gerilim ile besleyecek şekilde gerilimi ayarlayınız. Bu deneyde değeri bilinmeyen direnç ( R X ) olarak sürgülü ayarlanabilen direnç kutusu kullanılacaktır. R 2 ve R 3 dirençlerini 1000 ohm sabit olacak şekilde seçiniz. Galvanometreyi en duyarsız konumu olan 20 sapma açısı (α) konumuna getiriniz. R 4 değişken direncine büyük bir değer vererek galvanometrenin sapış yönüne dikkat ediniz. R 4 değişken direncine küçük bir değer (örneğin 0 ohm ) vererek diğer yönde sapmasını sağlayınız. Ölçülmek istenen R X direncinin değeri bu iki değer arasındadır. Aynı şekilde değişken R 4 direncine bir büyük bir küçük değer vererek denge şartını oluşturan değerin bulunduğu bölgeyi daraltınız. Her değer verirken direnç değerlerini ve sapma açılarını EK-1 deki forma not ediniz. Denge koşuluna yaklaştıkça galvanometrenin duyarlılığını arttırınız. Denge konumunda iken direnç değerlerini kaydediniz ve denge konumu şartındaki ifadeden R X bilinmeyen direncini hesaplayınız

3 B-THOMSON KÖPRÜSÜ: THOMSON köprüsü,1 mikro ohm ile 1 ohm arasındaki dirençleri ölçmek için uygundur.kullanılan galvanometre ve dirençler duyarlı ise hata sınırı % 1 olur. WHEATSTONE köprüsü ile 1 ohm un altındaki dirençleri ölçerken, kullanılan bağlantı tellerinin dirençleri ölçü sonucuna etki etmektedir.bu nedenle 1 ohm un altındaki küçük değerlikli dirençler THOMSON köprüsü ile ölçülürler.bilindiği gibi küçük değerlikli dirençler bağlama noktalarındaki belirsiz geçiş dirençlerinin etkisini ortadan kaldırmak için 4 uçlu olarak imal edilirler. V DC Şekil : 3 THOMSON köprüsü Şekil :3 de bu yöntemin prensip şeması görülmektedir.burada R N değeri belli olan 2 uçlu ( değeri 1 ohm un altında olan ) etalon dirençtir.r 1, R 2, R 3 ve R 4 dirençleri R X ve R N dirençlerine göre daha yüksek değerli dirençlerdir. Aynı şekilde R X direnci de ölçülecek olan 2 uçlu ( değeri 1 ohm un altında olan ) etalon dirençtir. Burada R 1, R 2, R 3 ve R 4 dirençlerinin ayarlanmasıyla köprünün dengeye gelmesi, galvanometreden akım geçmemesi sağlanır.yani galvanometre sıfırı gösterecek şekilde ayarlanır. Galvanometreden akım geçmezken denge şartından, R X R 1 R = = yazabiliriz. R N R 2 R 4 R 1 R 3 Bu bağıntıdan, R X = R N = R N olur. R 2 R 4 Ölçmede kolaylık sağlamak amacıyla R 1 ile R 3 ve R 2 ile R 4 birbirine eşit alınır.ayrıca R 1 / R 2 = R 3 / R 4 olmasına dikkat edilir. R 1, R 2, R 3 ve R 4 dirençleri bu şekilde sabit alınırsa köprü R N direnciyle dengeye gelir.

4 R X R 1 R 3 R 1 R = = bağıntısı gereğince = 0 olması için R N R 2 R 4 R 2 R 4 A,B bağlantılarının çok iyi yapılması ve R AB ara bağlantı kablosu direncinin olabildiğince küçük tutulması gerekir.aksi durum ölçme sırasında yapılacak hatayı artırır. THOMSON köprüsünde bir tek denge aranmaktadır.buna göre kaynaktan çekilen akımın değişmesi köprünün dengesini bozmaz.ancak duyarlılık ve belirtme hatası değişir.bu durum THOMSON köprüsünün üstünlüğüdür. DENEYİN YAPILIŞI Deneyde kullanılan aletler adet direnç kutusu 2-1 adet DC gerilim kaynağı 3-1 adet 2 uçlu 1 ohm 1 amperlik etalon direnç ( R N ) 4-1 adet 2 uçlu 0,1 ohm 5 amperlik etalon direnç (R X ) 5-1 adet galvanometre 6- Değişik uzunlukta bağlantı kabloları Şekil : 3 deki devreyi kurunuz.bu deneyde değeri bilinmeyen direnç olarak R X 2 uçlu 1 ohm dan küçük etalon direnci ölçülecektir.ab iletken teli olarak cetvel üzerindeki telin gerilim uçları arasındaki tel kullanılacaktır. DC besleme kaynağının kısa devre olmasını ve devreden büyük bir akım akmasını önlemek için R ön direncini 100 ohm a ayarlayarak seri bağlayınız. Devreyi 10 volt DC gerilim ile besleyecek şekilde gerilimi ayarlayınız.r 2 ve R 4 dirençlerini R 2 = R 4 = 100 ohm olarak sabit olacak şekilde seçiniz. R 1 ve R 3 dirençlerini ilk etapta R 1 = R 3 = 30 ohm olarak seçebilirsiniz.galvanometreyi duyarsız konuma getiriniz. R 1 ve R 3 dirençlerinin her ikisinin değeri aynı olacak şekilde köprüyü dengeye getiriniz ve denge konumunda iken direnç değerlerini kaydediniz.. Denge konumu şartındaki ifadeden R X bilinmeyen direncini hesaplayınız.ayrıca R X direncinin gerçek değeri ile hesaplanan değer arasındaki farkı bularak hata oranını yüzde olarak hesaplayınız. RAPORDA İSTENENLER WHEATSTONE köprüsü ile bilinmeyen direnç değerini bulurken sonuca etki eden hatalar nelerdir? Açıklayınız. 2-WHEATSTONE köprüsünde köprü hassasiyetinin büyük olabilmesi için galvanometre nereye bağlanmalıdır? Açıklayınız. Ayrıca köprü hassasiyetini hesaplarken yapılan hatayı hesaplayınız. 3-Küçük değerde dirençlerin 4 uçlu yapılmaları nedendir.uçların nasıl bağlandığını açıklayınız. 4-Deneyde elde ettiğiniz sonuca göre,wheatstone köprüsünde köprüyü dengeye getiren R 4 değişken direncinin değerini galvanometrenin sapma açılarına bağlı olarak hesaplayınız.

5 EK1 Skala Ayarı Galvanometrenin Sapma Açısı (L 1 ) Sağa Sapma (L 2 ) Sola Sapma Denge Konumu Değeri (L=0) (R 4 ) R 4 değişken direncinin en küçük değeri (sola sapma) (R 42 ) R 4 değişken direncinin en büyük değeri (sağa sapma) (R 41 )