12. ÜNİTE ELEKTRİK ÖLÇÜ ALETLERİ

Transkript

1 12. ÜNİTE ELEKTRİK ÖLÇÜ ALETLERİ KONULAR 1. Elektromanyetik Ölçü Aletleri 2. Döner Bobinli Ölçü Aletleri 3. Redresörlü Ölçü Aletleri 4. Döner Mıknatıslı Ölçü Aletleri 5. Elektrodinamik Ölçü Aletleri 6. Termik Ölçü Aletleri 7. Elektrostatik Ölçü Aletleri 8. İndüksiyon Ölçü Aletleri

2 12.1 Elektromanyetik Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : Elektrik akımının manyetik etkisinden istifade ederek çalışan bu tip ölçü aletleri başlıca ikiye ayrılır. Yumuşak demir göbekli ölçü aletleri. Döner demirli ölçü aletleri. Çekici tip. İtici tip. Her iki tip ölçü aletlerinin yapısı ve çalışmaları hakkındaki bilgi aşağıda sırayla verilmiştir Yumuşak demir göbekli ölçü aletleri Çalışma prensibi Demir parçasının, içinden akım geçen bir bobin tarafından çekilmesinden ibarettir Yapısı Yumuşak demir göbekli ölçü aletleri şimdiye kadar yapılan ölçü aletlerinin en eski tipi ve en sağlamıdır. Aletin iki önemli parçası vardır. Biri; sabit bir mıknatıs bobini, diğeri bu mıknatıs bobini içerisine konmuş yumuşak demir bir göbektir. Göbeğin (nüvenin) üst ucu, bir yay vasıtasıyla aletin gövdesine bağlıdır, ölçülen büyüklük, demir göbeğe tespitli gösterge ve bunun karşısına sabit olarak konmuş taksimatlı bir cetvel aracılığı ile okunur. (Şekil 12.1) Aletin çalışması Sabit mıknatıs bobininden akım geçtiği zaman bobin, kendi boşluğuna doğru yumuşak demir göbeği çeker. Bu çekilme bobinden geçen akım şiddetine bağlıdır. Yani devreden geçen akım şiddeti az ise, demir göbek az, geçen akım çok ise, demir göbek daha çok çekilir. Demir göbeğe bağlı olan K yayı, bobinin çekme kuvvetiyle kendi gerilme kuvveti arasında denge kuruluncaya kadar uzayıp kısala- 297

3 rak bir yerde durur. Demir göbeğe bağlı gösterge yardımıyla her ölçmeye ait değerler kadran üzerinden okunabilir, ölçme yokken K yayı, göstergeyi sıfır noktasında tutar. Şekil 12.1 Yumuşak Demir Göbekli Ölçü Aleti Yumuşak demir göbekli ölçü aletlerinin yapımları basit ve kolay olmasına rağmen sarfiyatları oldukça büyüktür. Bunlar daha ziyade ucuz tip apmermetreler olarak kullanılır. Mıknatıs bobininin sarım sayısı arttırılıp ve kendisine seri bir direnç ilâve edilirse aynı alet, voltmetre olarak kullanılabilir. Yumuşak demir göbekli ölçü aletinin çalışmasını açıklayınız Döner demirli ölçü aletleri Çalışma prensibi: Yukarıda da belirtildiği gibi demir bir nüveye, manyetik alanının yaptığı mekanik etkiye dayanmaktadır. Bu etki itme ve çekme şeklinde olduğundan döner demirli aletler ikiye ayrılırlar Çekici tip döner demirli ölçü aletleri Yukarıda açıklanan yumuşak demir göbekli ölçü aletlerinin geliştirilmiş bir şeklidir. Yalnız bu tip ölçü aletlerinde, sabit a bobini silindir şeklinde olmayıp genellikle yasadır (Şekil 12.2). Hareketli b demiri de, bobine uygun olarak yapılmış bir levhadan ibarettir. Bu yumuşak demir levha merkezden kaçık olarak bobin boşluğunun hemen yanına konmuştur. a bobininden akım geçince, bobin mıknatıslanarak 298

4 b demir levhasını, içine doğru eksantrik olarak çeker. Böylece aynı eksene bağlı göstergede ölçülen değeri göstermiş olur. Şekil 12.2 Yassı Bobinli Çekmeli Tip Ölçü Aleti Döner demirin çekilmesi, bobinden geçen akımın karesi ve döner demirin manyetik indüksiyonu ile orantılı olduğundan bu aletlerin kadran taksimatı eşit aralıklı değildir. Baş taraflarda sıkışık olup gittikçe açılır. Demir levhanın çekilmesi ise bobinden geçen akımın yönüne bağlı olmadığından bu tip aletler, her iki akımda da kullanılırlar. Aletin alan şiddetini ve dolayısıyla çalıştırıcı kuvvetini artırmak için, bazı tiplerine yassı ve sabit bir c demiri ilâve edilmiştir. Aletin sönümü, havalı amortisman sistemi ile sağlanır İtici tip döner demirli ölçü aletleri Aletin çalışmasına ait açıklama İki tane yumuşak demir çubuğu, yan yana bir bobin içerisine koyarak sıra ile şu deneyleri yapalım. Deney 1 Bobin içinden akım geçtiği zaman bu iki demir çubuk birbirlerini iterler. Çünkü, bobinin alan etkiniyle bu çubukların birer tarafları N (kuzey), diğer tarafları S (güney) kutbu ile kutuplanırlar. Aynı adlı kutuplar (NN veya SS) birbirlerini iterler (Şekil 12,3 a). 299

5 Şekil 12.3 Bobinden akım geçtiği zaman bu iki çubuk mıknatıslanarak birbirlerini iterler. İtmenin Şiddet ve derecesi Bobinden geçen akımın büyüklüğüne bağlıdır. Bobinden geçmezken iki çubuk yan yana durur. Deney 2 Akımın artması oranında iki demir çubuk birbirlerini daha çok iterler (Şekil 12,3 b). Bobinden geçen akım kesildiği zaman iki çubuk yan yana gelirler. Yani her iki çubuğun mıknatıslanması ortadan kalkar (Şekil: 12.3 c). Şekil 12.4 İtici tip yuvarlak bobinli elektromanyetik ölçü aleti Yukarıda açıklanan çalışma prensibine göre yapılmış bu tip ölçü aletinin kanatlı (levhalı) bir tipi (Şekil 12.4) de gösterilmiştir. Sabit ve hareketli levhaların birbirlerini itmesi, levhalar arasındaki uzaklığın karesi İle ters orantılıdır. Bu değer aynı zamanda bobinden geçen akımın karesi ile de orantılı olduğundan, bu tip aletlerinde kadran bölümlenmesi baş taraflarda sık olup sonlara doğru düzgünleşir (Şekil 12.5). 300

6 Şekil 12.5 Bu tip ölçü aletlerinde genellikle havalı amortisman sistemi kullanılırsa da bazı tipleri de fukolt frenlidir. Bobinin mıknatıslanması, geçen akımın yönüne bağlı olmadığından bu aletler, hem doğru ve hem de alternatif akım devrelerinde kullanılırlar. Aletin demir akşamı az olduğu için manyetik alanın büyüklük bir kısmı havadan geçer ve bu yüzden aletin duyarlığı azalır. Döner demirli ölçü aletleri fazla hassas olmadıklarından ikinci sınıf aletler gurubuna girer. Onun için en küçük akım ölçme sınırları 50 miliamper, voltmetrelerde ise, 1 volttan küçük aletlerin imali iyi netice vermez. Alternatif akım devrele rinde kullanılan portatif tip ampermetrelerle 200, büyük tip panolarda ise 600 ampere kadar olan akımlar, bu tip aletlerle direkt olarak ölçülebilirler. Bundan daha ftüyük akımlar için, 5 amperlik aletle, akım ölçü transformatörü birlikte kullanılır. Döner demirli voltmetreler ise, seri dirençlerle 1000 volta kadar ölçme alanlı yapılabilir. Daha yüksek alternatif akım gerilim değerlerini ölçmek için, gerilim ölçü transformatörlerinden istifade edilir. Transformatörlü voltmetrelerin ölçme alanları V. tur. Doğru akım devrelerinde ise çeşitli kademelerde voltmetre ön dirençleri kullanılır. Döner demirli ölçü aletleri doğru akımdaki ölçme hatasının fazlalığından (0,5 kadar), genellikle alternatif akım tablo aletleri olarak imal edilirler. Laboratuvarlar için portatif olan tiplerinin bazıları, her iki akım için ayrı kadran taksimatlıdır. Bu tip ölçü aletlerinin kadran taksimatı neden düzgün değildir? Döner demirli aletlerin sarfiyatları oldukça fazladır. Ampermetrelerde 0,4 5 vat, voltmetrelerde ise 5 10 vat kadar, bu değerler; döner kısımların ağırlıktan ile de orantılıdır. Alet aşın yüklere dayanıklı olup normal akımın katına kadar olan yüklere çok kısa vadeli olarak dayanabilir (1 10 saniye kadar) Elektromanyetik Ölçü Aletlerinin Özellikleri Bu tip aletler, ampermetre ve voltmetre olarak yapılıp kullanılırlar. Yapımları kolay, ucuz ve sağlamdırlar. 301

7 Akım yönünün değişmesi ile hareket ettirici momentin yönü değişmediği için, bu aletler doğru ve alternatif akımda kullanılırlar. Hareketli kısımdan akım geçmediği için, bu kısımda fazla kayıp olmaz. Aletin kadran taksimatı, başlangıç kısmı hariç düzgün aralıklıdır. Aşın yüklere karşı, sabit bobin telleri kalınlaştırılmak suretiyle dayanıklılığı artırılır. Dönme momenti, akımın karesi ile orantılı olduğundan bu aletler, alternatif akımda (etkin değer) değerleri gösterirler. Bu aletlerin faydası yanında, bazı sakıncaları da vardır; Alternatif akım ölçmelerinde histerezis ve fuko kayıplarından dolayı göstergenin sapma miktarı azalır. Fakat özel demirli tip ölçü aletlerinde bu kayıp çok azalmıştır. Alet demirsiz olduğundan manyetik alanın büyük bir kısmı havadan geçer. Bu sebeplerden aletin duyarlığı azaldığı gibi dış manyetik alanlardan etkilenir. Aşın yüklere dayanması bakımından gerekli amper - sarım (N. I) sayısını çoğaltmak icap eder. Bu kez aletin sarfiyatı o oranda artırılmış olur. Ölçmelerde; gösterge son bölüm üzerine geldiği zaman alet, ampermetre olarak çalışıyorsa 5, voltmetre olarak kullanılmışsa 10 vat kadar kayıp yapar Döner Bobinli Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : Aletin yapısı Bu aletlerin ölçme kısmı esas itibariyle içinden ölçü akımı ge çen ve kuvvetli bir daimi mıknatısın alanı içinde dönen, bir bobinden oluşur eder. Aletin en büyük parçası, çelikten yapılmış atnalı şeklinde bir daimi mıkna tıstır (A). Bu mıknatısın uçlarına yumuşak demirden ve silindir parçası şeklinde iki kutup pabucu tespit edilmiştir (B). Aletin döner kısmını teşkil eden, bakır veya alü minyum çerçeve üzerine ince bakır telle sarılmış bir bobin, bu kutup pabuçlarının ortasına konmuştur (C). Düzgün ve kuvvetli bir manyetik alan sağlayabilmek için, bu bobinin ortasına yumuşak de mirden bir göbek, aletin gövdesine sabit olarak tutturulmuştur (D). Bo- 302

8 binin serbest bir şekilde dönebil mesi için, demir göbekle kutup pa buçları arasına 1 mm. kadar dar bir hava aralığı bırakılmıştır. Dö ner bobine akım, birbirine zıt yön de sanlı ve fosforlu-bronzdan ya pılmış iki sipiral (S) yaylan yardı mı ile verilir. Bu yaylar zamanda kontrol momenti vazifesini de görürler. ölçü aletinin (L) göstergesi, döner bobinin (K) eksenine tespit edilmiştir (Şekil 12.6). Şekil 12.6 Döner Bobinli Ölçü Aleti Bu aletin çalışması, bir mıknatıs alanı dahilinde bulunan ve içinden akım geçen bir iletkene yapılan etkiye dayanır. (Şekil 12.7) de görüldüğü gibi U daimi mıknatısı içine serbestçe hareket edebilen bir iletken asalım. Bu iletkenin iki ucuna, bir akü bataryası bağlayıp devre anahtarını kapatırsak iletkenin, bu mıknatıs içinde hareket ettiğini görürüz. Şekil 12.7 Manyetik alan içindeki bir iletkenden akım geçerse, iletken alanının dışına doğru itilir. Aletin sapması akımla doğru orantılı olduğu için, kadran taksimatı eşit (lineer) aralıklıdır (Resim 12.1) 303

9 Bu tip aletlerde hareketli kısımların hafif olması için, döner bobini meydana getiren ince bakır iletkenler alüminyum bir çerçeve üzerine sarılmıştır. Aynı zamanda bu alüminyum çerçeve, aletin amortisman işini de sağlar. Hava aralığındaki manyetik indüksiyonu büyültmekle aletin hassasiyeti artırılabilir. Bu özelliklerinden dolayı bu tip aletler elektrikli ölçü aletlerinin en hassası ve doğru ölçenidir. Duyarlı oluşlarından dolayı laboratuvarlarda ölçme ve kontrol işlerinde çok kullanılırlar. Daimi mıknatıstan temin edilen alan için, enerji kaybı olmadığından aletin sarfiyatı çok azdır. Tablo aletlerinde 0,2 1 milivat, diğer hassas ölçü aletlerinde ise, mikrovat kadardır. Bu tip ölçü aletleri, tabii mıknatıslarının kuvvetli oluşları sebebiyle çok şiddetli olmayan dış manyetik alanlardan etkilenmezler. Dış alanların etkisinden mümkün olduğunca kurtulmak istenirse alet, ferromanyetik muhafazalar içine alınır. Resim 12.1 Döner bobinli ölçü aletlerinin kadran bölümleri eşit aralıklıdır Döner bobinli ölçü aletinin yapısını açıklayınız. Akım, döner bobine çok hassas yaylarla verildiğinden aletle yüksek akımları direkt olarak ölçemeyiz. Onun için, 50 miliamperden yüksek akım şiddetleri ölçmek gerekirse aletin bobinine paralel bir direnç (şönt) bağlanır. Alete bağlanan bu şönt, ölçme esnasında akımın büyük bir kısmını üzerinden geçirerek aleti yanmaktan korur. Şöntler; 30 ampere kadar ölçmelerde aletin içinde, bundan daha büyük akımların ölçülmesinde ise aletin dışında kullanılır. Şöntlerin yardımıyla bu tip aletlerle, ampere kadar akımları ölçmek imkân dahilindedir. Döner bobinli ölçü aletlerini voltmetre olarak kullanırken, ölçme alanlarını genişletmek için, döner bobine seri olarak yüksek değerli bir ön direnç bağlanır. 304

10 Şekil 12.8 Döner bobinli ampermetreye şöntün bağlanması - Döner bobinli volt metreye ön direncin bağlanması. Bu tip ölçü aletlerinin en büyük sakıncası; alternatif akım devrelerinde kullanılmamalarıdır. Akım, yön değiştirdikçe dönme - momenti de yön değiştirir (sol el kaidesi). Bu yön değiştirmeleri çok hızlı olursa (saniyede 50 defa) gösterge, atale tinden dolayı bu hızlı değişmeleri izleyemediğinden bir şey göstermez (olduğu yer de titrer). Onun için bu tip aletler yalnız doğru akımda kullanılırlar. Yani tek yön lüdürler bu sebepten aletin dış bağlantı uçlarına + ve - işaretleri konmuştur. Alet doğru akım üreteçlerinin kutup tayininde de kullanılır. Ayrıca; bu tip aletlerle iki yön lü akımları da ayrı ayrı okuyabiliriz. Bu tip aletlerde yüksek değerdeki akımları ölçmek için ne yapmak gerekir? Döner Bobinli Ölçü Aletlerinin Özellikleri Bu tip aletler, yalnız doğru akım ve gerilim devrelerinde kullanılırlar. Aletin manyetik alanı, daimi mıknatısla temin edildiğinden en küçük akımlarda dahi büyük bir sapma gösterir. Yani alet duyarlıdır. Doğruluk derecesi, diğer ölçü aletlerinden üstündür. Aletin aşın yüklere dayanıklılığı azdır. Alet dış manyetik alanlardan etkilenmez. Bu tip ölçü aletleri çok hassas olduklarından, kullanma alanları da o oran da geniştir. Aletin tek sakıncası, alternatif akım devrelerinde ölçme yapamamasıdır. 305

11 Fakat alete ilâve edilen çeşitli düzenekler yardımıyla bu sakınca da ortadan kaldırılmıştır Redresörlü Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : Döner bobinli ölçü aletlerinin yalnız doğru akımda ölçme yapıp, alternatif akım ölçmelerinde kullanılmadığını ve bunun nedeni de aletin kendi konusunda ayrıca belirtilmişti. Bu aletlerin yüksek hassasiyet ve doğru ölçme yeteneğine sahip olmalarından, alternatif akımda da faydalanmak için bu akımın doğru akıma çevrilmesi icap eder. Bunun için de, alete bir redresör (doğrultmaç) ilâve edilir. Redresörler çok çeşitli olmakla beraber bu aletlerde genellikle kuru redresörler (bakır oksitli veya selenli cinsleri) kullanılır. Bunların ölçü aletlerine bağlanışlarının prensip şeması (Şekil 12.9) de gösterilmiştir. Şekil 12.9: Döner bobinli voltmetreye ve ampermetreye redresörün bağlanışı Redresörlü ölçü aletleri, döner bobinli aletler kadar hassas olmadıkları için, ancak 0,5 sınıfına kadar yapılabilirler. Çünkü frekans ve ısı değişmeleri redresöre etki eder. Bu sebepten, bu tip aletlerle alçak ve orta frekanslı alternatif akım devrelerinde yapılan ölçmeler iyi sonuç verir. ( Hz. e kadar). Yüksek frekanslı devrelerde ölçmeler yapılması gerekirse alete, özel yapılı redresörler bağlanır. Bu aletler, daimi mıknatıs ve döner bobinli olduklarından kadran taksimatları düzgün (lineer) dir. (Şekil 12.10) de redresörlü döner bobinli ampermetre, voltmetre ve voltmetrenin kadran taksimatı ile alete ait işaretler bir arada gösterilmiştir. Genellikle bu tip aletler, ampermetre ve voltmetre olarak ayrı ayrı. yapılıp kullanılamazlar. 306

12 Şekil Redresörlü Ölçü Aletlerinin Özellikleri Bu aletlerle alternatif akımın efektif (etkin) değerleri ölçüldüğünden, kadran taksimatları buna göre yapılmıştır. Yani bu aletler sinüsoidal gerilim ve akımları ölçmek için kullanılırlar. Alet normal şartlarda, 500 Hz. için + %,1,5 hatalı ölçmeler yapar. Alete bağlanan redresöriin direnci, ısınmayı önlemek için alet bobininin direncine mümkün olduğunca eşit seçilmelidir. Redresörlü aletler, döner bobinli aletler kadar fazla yüklenmeye uygun değildirler. Redresörlü aletler, genellikle orta ve alçak frekanslı gerilim ve akımların ölçülmesinde kullanılırlar. Redresörlü aletler, genellikle doğru ve alternatif akım ve gerilimleri ölçen kademeli kombine aletler olarak imal edilirler. Redresörlü ölçü aletleri neden 0,5 sınıfına kadar yapılabilirler? Açıklayınız Döner Mıknatıslı Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : Aletin yapısı Demir aralı elektromıknatısın kutupları arasına, göstergesi bulunan küçük bir daimi mıknatıs yerleştirilmiştir (Şekil 12.11). Aletin bobininden akım geçirildiği zaman mıknatıs çubuğu ve ona tespitli gösterge, elektromıknatısın kutupları arasında 307

13 dönerek kadran üzerinde ölçülen bir değeri gösterir. Bu aletlerin yapılıştan çok basit, sağlam ve ucuzdur. Döner kısma akım verilmediğinden, sarfiyatları yalnız bobinden geçen akıma bağlıdır ( milivat kadar) Döner mıknatıslı ölçü aletlerinde daha çok havalı amortisman sistemi kullanılır; Aletin doğruluk derecesi ve hassasiyeti çok iyi değildir. Fakat alet, aşın ve ani yüklenmelere dayanıklı olup çevre sıcaklıklarından da fazla etkilenmezler. Yalnız dış manyetik alanlardan etkilendiği için alet, bir madeni kutu içerisine alınır. Aletin kadran taksimatı başta ve sonda sık, ortada geniştir. Bu aletin en büyük sakıncası, alternatif akım devrelerinde ölçme yapamaz. Çünkü; gösterge, döner bobinli ölçü aletlerinde olduğu gibi akım yönünün değişmelerini takip edemeyeceğinden olduğu yerde titrer (Şebeke frekansına bağlı olarak). O halde, döner mıknatıslı ölçü aletleri yalnız doğru akım devrelerinde ölçme yapar. Yani, bu ölçü aletleri tek yönlüdür. Şekil Döner Mıknatıslı Ölçü Aleti Döner mıknatıslı ölçü aletlerinin yapısını açıklayınız Aletin Özellikleri Bu tip aletlerin yapılışları basit, ucuz ve sağlamda, Bu aletler, dış alanlardan etkilenmediğinden madeni muhafazalar içine alınırlar. Alet ani aşın yüklenmelere dayanıklıdır Aletin bazı tiplerinde kontrol kuvveti sabit mıknatısla temin edildiğinden yaylara ihtiyaç göstermez. Aletin döner kısmına, akım verilmediğinden sarfiyatları azdır ( milivat kadar). Çevre sıcaklığından bu aletler fazla etkilenmezler. 308

14 Bu tip aletlerin doğruluk dereceleri ile hassasiyetleri çok fazla olmadığından, ikinci sınıf aletler grubuna girer (genellikle 1-2,5 sınıfı aletlerdir). Kadran bölümleri muntazam olmayıp genellikle başta ve sonda sık, ortada geniştir. Bu tip aletler, yalnız doğru akım devrelerinde kullanılırlar. Genellikle bu aletlerde havalı amortisman sistemi kullanılmakla beraber bazı tiplerinde fukolt akımlı amortisman sistemi kullanılır Elektrodinamik Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : Aletin yapısı Elektrodinamik ölçü aletleri, esas itibariyle birbirine seri bağlı biri sabit, diğeri hareketli iki bobinden meydana gelmiştir (Şekil 12.12). A bobini sabit, B bobini hareketlidir. B bobini, A bobininin içerisine bir gösterge ile birlikte yerleştirilmiştir. Hareketli B bobinine akım, ters mekaniki kuvveti temin eden iki sipiral yay vasıtasıyla verilir. Göstergenin salınımları genellikle havalı bir amortisman sistemi ile sağlanırsa da fukolt frenli olan tipleri de vardır. Şekil Elektrodinamik ölçü aletinin akım ve gerilim bobinleri. 309

15 Çalışma Prensibi Akım geçen iletkenlerin meydana getirdikleri manyetik alanların, birbiri üzerine yaptıkları kuvvet etkisine dayanır. (Şekil 12.12) deki alet, devreye bağlandığı zaman her iki bobinde mıknatıs alanı meydana gelir. Bu alanların yönleri, kendilerini meydana getiren makara eksenlerine paraleldirler. A ve B bobinlerinin bu alanları aynı yönlü (sağ el kaidesi gereğince) olup birbirlerine göre paralel geçmeğe çalışacaklarından, bu iki alan birbirlerine öyle bir mekaniksel etki yaparlar ki hareketli bobin, soldan sağa döner. Diğer bir İfadeyle; aynı adlı kutupların birbirlerini itmeleri, ayrı adlı kutupların birbirlerini çekmelerinden hareketli bobin, yine soldan sağa döner. Hareketli bobinin az veya çok dönmesi, her iki makara içerisinden geçen akımla orantılıdır. Az akımda az, çok akımda çok döner. Her iki bobinden geçen akımın yönü, aynı zamanda değişecek olursa alan yönleri de değişir, fakat döndürme kuvvetinin yönü değişmez. Bu sebepten dolayı bu tip ölçü aletleri, hem doğru hem de alternatif akım ölçüleri için elverişlidir. Aletin kadran taksimatı her iki akım içinde, aynıdır. Elektrodinamik ölçü aletinin dönme momenti, akımın karesi ile değiştiğinden kadran bölümlendirilmesi başlangıçta sık ve sonlara doğru düzgünleşir Bu tip ölçü aletlerinde, hareketi doğuran elektrodinamik kuvvetin değeri; sabit veya hareketli bobinlerden birinin içinden geçen akıma bağlı olduğundan, bu aletlerle aktif güç, reaktif güç, güç faktörü ve frekans gibi büyüklüklerin ölçülmesi de imkân dahilindedir. Aletin doğru akım devrelerindeki ölçmeleri güç kaybına sebep olduğundan, bu aletler en çok alternatif akım ölçmelerinde kullanılır. Elektrodinamik ölçü aletleri fazla yüklenmeğe uygu11 değildirler. Alet devreye bağlı iken, sabit ve hareketli bobinlerden aynı zamanda akım geçtiği için şimdiye kadar gördüğümüz ölçü aletlerine oranla sarfiyattan fazladır. Dolayısıyla ısınma hatası o oranda artar. Elektrodinamik ölçü aletleri ampermetre, voltmetre, daha ziyade vat metre olarak yapılıp kullanılırlar. Voltmetre olarak kullanılacak elektrodinamik ölçü aletlerinde hareketli ve sabit bobinlere ön dirençler ilâve edilir. Yalnız döner bobine akımın iletilmesi spiral yayların dayanıklılığı ile sınırlıdır. Ayrıca birbirine seri bağlı bobinlerin dirençleri ile şöntün uçlan arasında meydana gelen gerilim düşmesi de dikkate alınırsa bu aletler, ampermetre olarak çok az kullanılırlar. Elektrodinamik ölçü aletlerinin çalışmasını açıklayınız. 310

16 Elektrodinamik ölçü aletleri, demirsiz ve demirli olmak üzere iki tipte imal edilirler Demirsiz Elektronidamik ölçü Aletleri 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 vat kadar). Meydana gelen alan zayıf olduğu için, alet dış manyetik alanlardan etkilenir, dolayısıyla duyarlılığı da o oranda azalır. Ampermetrelerde en küçük ölçme değeri 30 m A. voltmetrelerde ise 15 V. 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 sürtünmeninde az olması hesaba katılarak yatık tipte imal edilirler. Yani; dik eksenli, yatay göstergeli olarak yapılırlar (Şekil 12.16). Demirsiz elektrodinamik ölçü aletleri genellikle voltmetre olarak yapılıp kullanılırlar Demirli Elektrodinamik Ölçü Aletleri 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. Şekil Demirsiz elektrodinamik ölçü aleti - Demirli elektrodinamik ölçü aleti 311

17 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 vatmetre, fazmetre, frekansmetre gibi ölçü aletleri olarak yapılıp kullanılır. Demirli elektrodinamik ölçü aletlerine aynı zamanda ferro- manyetik ölçü aletleri de denilebilir. (Şekil 12.13) de görüldüğü gibi A sabit bobini, ince özel sac levhalardan yapılmış bir kısım içine konmuş olup, hareketli bobinin ortasına da yumuşak demirden, sabit bir göbek yerleştirilmiştir Elektrodinamik Ölçü Aletlerinin Özellikleri Aletin Çalışması İki manyetik alanın karşılıklı kuvvet etkisinden başka bir şey değildir. Birbirine Karşılıklı olarak etki eden bu alanlar daimi mıknatıslar veya bobinler (iletkenler) tarafında meydana getirilmektedir. Bu bu ölçü aletlerinin hassasiyeti, alete tatbik edilen gerilimin frekansına bağlıdır, En doğru ölçme ise, aletin taksimatlandırıldığı frekansta yapılanıdır, Demirsiz 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 ekranlanırlar veya astatik olarak imal edilirler, Doğruluk derecesi çok yüksek olup laboratuvarlarda etalon alet (karşılaştırma aleti) olarak kullanılırlar, Alet demirsiz yapıldığından dayanıklılık temim güç olup maliyeti yüksektir, Alet ampermetre, voltmetre, vatmetre olarak yapılır. 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 gurubundandır). Bu tip aletlerde, fuko ve histeresiz kayıpları olduğundan ölçmeler çok hassas değildir. 312

18 Demirli elektrodinamik ölçü aletleri, ampermetre ve voltmetre olarak hemen hemen hiç kullanılmazlar. Genellikle vatmetre olarak yapılıp kullanıldıktan gibi özel şekilde (çift bobinli ve çapraz bobinli) yapılarak kosinüsmetre, sinüsmetre, frekansmetre, ommetre gibi ölçü aletleri olarak imal edilirler. Aynca self ve kapasite ölçmelerinde de kullanılır Termik Ölçü Aletleri Elektrik akımı bir iletkenden geçtiği zaman bu iletkene üç şekilde etki eder. İletkenin sıcaklığını yükseltir. İletkenin boyunu uzatır. İletkenin direncini artırır. Elektrik akımının bu özelliğinden yararlanılarak yapılan en önemli ölçü aletleri ise şunlardır: Elektrotermlk ölçü aletleri. Bimetal ölçü aletleri. Termokupul ölçü aletleri. Pirometreler Elektrotermik ölçü Aletleri Akım İşareti: Sembolü: Aletin çalışma prensibi İçinden akım geçen telin, ısınıp uzama özelliğine dayanır Aletin yapısı AB noktalan arasına, ergime derecesi yüksek platin iridyumlu bir tel gergin olarak konmuştur. Bu telin C noktası ile aletin içten yalıtılmış D gövdesi arasına, fosforlu - bronzdan yapılmış bir K teli gerilidir. E noktasına bağlanan ham ipek ipliği, alet göstergesinin tespitli olduğu P makarasını bir defa dolandıktan sonra R çelik yayına bağlanmıştır. Bu tip aletlerin amortisman, fukolt akımlı düzeneklerle sağlanır. 313

19 Aletin çalışması Ölçülmesi istenen akım AB telinden geçince bu tel ısınır ve uzar. Telin ısınıp uzaması K telinin gevşemesine sebep olur. P makarasına sanlı olan gergin F ipek ipliği, E yayı vasıtasıyla çekildiğinden makara ve göstergeyi döndürür. Bu durumda C noktası C 1 e, E noktası da E 1 durumuna gelmiş olur. Yapımına titizlik gösterilmiş ölçü aletlerin de AB uzunluğunun ufak bir değişmesi, göstergenin büyük bir sapma yapmasını temin eder. Göstergenin, ölçümden sonra sıfıra geri gelmesini AB telinin, gerginliği sağlar. Telin ısınıp uzaması geçen akımın karesi Be orantılı olduğundan aletin kadran taksimatı kareseldir. Yani baş tarafı ak sonlara doğru gittikçe açılır Elektrotermik Ölçü Aletlerinin Özellikleri Isının tel akım yönüne tabi olmadığından alet, her iki akımda da kullanılır. Isınan telin sıcaklığı yüksek olduğundan alet, harici sıcaklıklardan fazla etkilenmez. Isınan tel, mekanik etkilere dayanıklı, ergime noktası yüksek ve oksitlenmeyen cinsten olmalıdır. Aletin hassasiyeti, ısınan telin inceliğine bağlı ise de bazı sakıncalarından dolayı ampermetrede azami 0,5 amper, voltmetrede ise 3 volta göre hesaplanır. Bundan daha büyük akım ve gerilimlerin ölçülmesi için, ölçü değişiklikleri kullanılır. Termik ölçü aletlerinin kadran taksimattan eşit aralıklı değildir. Baş tarafı sık sonlara doğru seyrekleşir. Alet, çok şiddetli olmayan dış manyetik alanlardan etkilenmez. Aletin, akım geçen teli ani ısınmadığından gösterge hemen sapmaz, ölçülen değerin okunması için biraz beklemek gerekir. Alet; aşın yüklenmelere, mekaniki etkilere dayanıklılığı az ve doğruluğu bakımından da 1. sınıf aletler gurubundandır. Elektrotermik ölçü aletleri daha ziyade frekanslı alternatif akım devrelerinde kullanılırlar. Elektrotermik ölçü aletlerinin yapısını açıklayınız Bimetal ölçü Aletleri Akım İşareti: Sembolü: 314

20 Ön bilgi : 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: Yukarıda sözü edilen bimetal şerit, silindir biçiminde sarılıp spiral bir yay yapıldıktan sonra; bu yayın iç ucu, gösterge bağlı yataklı bir mile, dış ucu da aletin gövdesine tespit edilmiştir Aletin çalışması Prensip şeması (Şekil 12.14) da verilen ölçü aletinin bimetal T yayından ölçülecek akım geçtiği zaman, bu yay ısınıp uzar ve dolayısıyla açılmağa çalışır. Bu hareket, aynı eksene bağlı E göstergesine taşınır. Bimetal yaydan akımın g e ç m e - siyle meydana gelen ısıdan, göstergenin hareketi sağlanmış olur. İşte ısı enerjisini, hareket enerjisine çeviren bu elemanlara bimetal ve bundan yapılan ölçü aletlerine de Bimetal ölçü aletleri denir Bimetalli ölçü Aletlerinin özellikleri Bimetalli ölçü aletleri akımın ısı etkisinden yararlanarak çalışırlar. Aletin yapısı basit, sağlam ve maliyeti ucuzdur. Doğruluk derecesi (ölçmedeki hata sınırları) 0,03 kadar olup 1,5 ve 2,5 sınıfı aletlerdir. Ölçmedeki kayıplar 4-6VA. kadar kadran bölümleri kareseldir. Çalıştrıcı momentleri, diğer ölçü aletlerine oranla büyük olup kaydedici ve noktalama aleti olarak kullanılır. Alet, akım ve gerilim ölçmelerinde ölçüleri değeri, hemen göstermez bir süre beklemek gerekir Elektrostatik Ölçü Aletleri Akım İşareti: Sembolü : 315

21 Şekil Bimetal ölçü aleti Çalışma Prensibi Birbirlerine göre yalıtılmış ve aralarında potansiyel farkı bulunan iki cismin (levhanın), birbirlerini itmesi veya çekmesi esasına göredir. Levhaların birbirlerine olan bu etkisi (kuvveti) gerilim ile orantılı olduğundan, bu tip aletlerle yalnız gerilim ölçülmektedir. Bu levhalar, genellikle düz bezende bükülmüş silindir parçası şeklinde yapılırlar. Bu tip ölçü aletlerinin, diğer ölçü aletlerine oranla ölçme alanları çok geniştir. Laboratuvarlarda elektrometre adı altında kullanılan cinsleri ile 0,0001 volt gibi çok küçük gerilimleri doğru ve hassas olarak ölçebildiğimiz gibi, diğer tipleriyle de volta kadar doğru ve alternatif gerilimleri de ölçebiliriz. Bu tip aletlerin çalıştırıcı kuvvetleri çok küçük olduğundan, kontrol kuvveti görevini gören helis yaylar pek kullanılmaz. Genellikle hareketli kısım, yuvarlak veya bant şeklindeki askı tellerine alınarak: Göstergeli, Işık izli (spotlu) olarak yapılırlar Göstergeli elektrostatik voltmetreler Prensip şeması de gösterilen ölçü aleti tıpkı hava aralı, ayarlı bir kondansatöre benzer. Aletin sabit kısmı bronzdan yapılmış A ve B gibi iki levhadan oluşur. Hareketli kısım ise, sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen alüminyum C levhasından oluşur. Hareketli levhaya akım helis yayla verilir. Aleti, dış elektrostatik etkilerden korumak için, yalıtılmış madeni muhafazalar içine alınır. 316

22 Cihazın çalışması: AB sabit levhaları ile hareketli C levhasına uygulanan gerilimin büyüklüğüne göre sabit levhalar aynı, hareketli levha ise ayrı elektrik yükü ile yüklenir. Elektrostatik çekme kuvveti sebebiyle hareketli levha, sabit AB levhaları arasına çekilerek kendi eksenine bağlı göstergeyi de kadran bölümleri üzerinde döndürür. Bu sapma; aynı eksene bağlı olan yayın, ters mekanik kuvvetiyle elektrostatik çekme kuvvetinin momenti, dengeye gelinceye kadar devam eder. Sabit levhaların, hareketli levhayı az veya çok çekmesi levhaların yük değerine bağlıdır. Yani, levha yüklerinin toplamı ile orantılıdır. Bu tip ölçü aletlerinde; genellikle havalı amortisman sistemi kullanılırsa da, sıvılı veya fukolt sistemli olanları da vardır. Çalıştırıcı kuvvetleri, levhalar arasındaki uzaklığın karesine göre değiştiğinden aletin kadran taksimatı, eşit aralıklı değildir. Yalnız sabit ve hareketli levhalara uygun şekiller verilmek suretiyle başlangıçtaki ufak kısım hariç, sonraki kısımlar hemen hemen (lineer) düzenlidir. Bunların uygulamadaki yerleri çok geniş olup, ekseriya portatif ve sabit tablo tipi ölçü aleti olarak yapılıp kullanılırlar. Resim 12.2 Elektrostatik voltmetre Işık izli (spotlu) elektrometreler Bu tip aletlerin, sabit ve hareketli levhaları, önceki elektrometre levhaları gibi düz olmayıp silindir parçası şeklinde yapılırlar. Aletin ölçeceği gerilim, sabit ve hareketli levhaları arasındaki uzaklıkla ilgilidir. Bu aletlerde levhalar arasında yeteri kadar aralıklar bırakılmak suretiyle değişik, kademeli voltmetreler imal edilerek 3-20 kv. a kadar gerilimler ölçülebilir. Bu aletlerde, ışık izli gösterge kullanılır. Bunun çalışması, ışık izli galvanometreler gibidir. Alet çalışmazken sabit ve hareketli levha eksenleri arasında belirti bir açı vardır. Devreye bağlandığında sabit ve hareketli levhalar birbirlerine göre zıt yüklerle yüklendikleri için sabit levhalar, hareketli levhayı kendilerine doğru çekerek dön- 317

23 dürürler. Bu aletlerde amortisman, fuko akımlı düzeneklerle sağlanır. Buraya kadar açıklanan elektrostatik aletlerin çalışma prensipleri birbirine benzemekle beraber, sabit ve hareketli levhalara (elektrotlara) verilen şekillere göre isim alan başka tipleri de vardır. (Küreli voltmetreler, telli voltmetreler ve Lindeman ın elektrometresi gibi). Elektrostatik ölçü aletlerinin çalışma prensibi nedir? Elektrostatik ölçü Aletlerinin özellikleri Bu tip ölçü aletleri, doğru ve alternatif akım devrelerinde yalnız voltmetre olarak kullanılır. Bunlar 1. ve 2. sınıf aletler olarak yapılırlar. Bu aletlerle, en az 5 volta kadar gerilimler doğrudan doğruya ölçülebilir. Bu aletlerin doğruluk derecesi, yüksek gerilimlerde daha fazladır çünkü, çalıştırıcı kuvvet büyümüştür), ölçme hatası %0,2 kadardır. Aletin çektiği akım çok küçük olduğundan ısınma hatası çok azdır. Frekans değişmesi alete etki etmez (çok yüksek frekanslar hariç). Alet, kondansatör gibi çalıştığından güç kaybı hemen hemen yok gibidir. Alet, demirsiz olduğu için fukolt ve histeresiz kaybı olmaz ve dış alanlardan etkilenmez. Elektrostatik aletler, fazla yüklenmeğe uygun değildirler. Çünkü; sabit ve hareketli levhalar arasında atlama olacağından levhalar kısa devre edilmiş olur. Bu tip aletler, genellikle sabit ve portatif olarak imal edilirler. Elektrostatik ölçü aletleri; kapasite, direnç, güç elektrik yükü ve frekans gibi büyüklerin ölçülmesi için de özel olarak imal edilirler İndüksiyon Ölçü Aletleri Akım İşareti : Sembolü : İndüksiyon sayaçları yapı itibariyle wattmetreye benzemektedir. Kalın kesitli az sarımlı akım bobinleri ve ince kesitli çok sarımlı gerilim bobinleri vardır. Akım bobinlerinin sargı dirençleri küçüktür ve alıcıya seri bağlanır. Gerilim bobinlerinin dirençleri büyüktür ve alıcıya paralel bağlanır. 318

24 Aktif sayaçlar Aktif sayaçlar alıcıların aktif iş enerjilerini ölçer. Ölçtükleri faz sayılarına göre iki şekilde imal edilmektedir: Bir fazlı sayaçlar ve üç fazlı aktif sayaçlardır Bir fazlı aktif indüksiyon sayaçları 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. Elektromekanik indüksiyon sayaçta, dönme hareketi bir dişli aracılığı ile numaratöre iletilip numaratörde harcanan enerji toplanarak ölçülmektedir. Burada aletin dönme hızı, devrenin çektiği güç ile doğru orantılıdır. Bu aletlerde karşı koyma yöntemi yerine, hareketli sistemin hızıyla orantılı olan frenleyici moment kullanılır. Frenleyici moment, hareketli sistemle aynı mil üzerine tespit edilen alüminyum diskin daimi mıknatıs kutupları arasında dönmesiyle sağlanır. Şekil fazlı indüksiyon aktif sayaç iç yapısı Akım ve gerilim bobini olmak üzere iki adet bobin vardır. Akım bobini kalın iletkenden az sipirli, gerilim bobini ince iletkenden çok sipirli yapılmıştır. Akım bobini alıcıya seri, gerilim bobini alıcıya paralel bağlanır. Her iki bobinde sayaç içerisinde 319

25 sabit olarak yerleştirilmiş ve aralarına dönebilecek şekilde yataklanmış alüminyum disk yerleştirilmiştir. Sayaçları gerilim bobinleri paralel bağlandıklarından oluşturdukları manyetik alan sabittir. Akım bobininden alıcı akımı geçtiği için sürekli değişiklik gösterir. Bu iki manyetik alan arasında faz farkı meydana getirilerek alüminyum diskin tıpkı bir asenkron motorun rotoru gibi dönmesi sağlanmıştır. Şekil fazlı indüksiyon aktif sayaç gerilim bobini yapısı Sayaç üzerinden geçen akımın miktarına bağlı olarak alüminyum disk hızla veya yavaş dönerek miline bağlı sonsuz vida aracılığı ile bir numaratörü çevirir. Numaratör, sayaç ekranından okunabilecek şekilde harcanan elektrik enerjisini kilowatt/saat olarak yazar. Sayaç içerisinde, amortisman momentini sağlayan tabii mıknatıs vardır. Bu tabii mıknatıs sayaç çalışırken diskin kontrollü dönmesini sağlar ve sayaç üzerinden geçen akım kesildiğinde diskin ataleti ile dönmesini engeller. Böylece gereksiz yere kullanılmaya enerji sayaç tarafından yazılmamış olur. Şekil de 1-3 akım bobini, 2-4 gerilim bobini uçlarıdır. 320

26 Şekil fazlı indüksiyon sayaç disk ve yapısı Şekil fazlı indüksiyon aktif sayaç akım bobini yapısı 321

27 Şekil fazlı indüksiyon sayaç numaratör sistemi 322

28 DEĞERLENDİRME SORULARI Aşağıdaki cümlelerin başında boş bırakılan parantezlere, cümlelerde verilen bilgiler doğru ise D, yanlış ise Y yazınız. 1. ( ) İndüksiyon sayaçlarının akım bobinleri kalın telden az sipirlidir. 2. ( ) 3 fazlı indüksiyon sayaçlar üç adet bir fazlı sayaçtan meydana gelir. 3. ( ) 3 faz 4 telli sayaçlar dengeli yüklerde kullanılır. 4. ( ) Aron bağlı sayaçlar dengesiz sistemlerde kullanılır. 5. ( ) Aron bağlı sayaçlarda 2 adet gerilim bobini vardır. 6. ( ) Reaktif sayaç ile aktif sayaç arasında fark, sayacın gerilim bobinine uygulanan gerilimin akıma göre 900 kaydırılmasıdır. 7. ( ) 2011 yılı itibari ile aktif değerin endüktif reaktif değere oranı %20 i geçmemelidir 8. ( ) Aktif sayaç akım bobinleri ile reaktif sayaç akım bobinleri birbirine paralel bağlanır. 9. ( ) Gerilim trafolu sayaç, gerilim bobinleri 100 Volt olmalıdır. 10. ( ) Akım trafolu sayaç, akım bobinleri 5 amperlik olmalıdır. 323