YAPISINA GÖRE ÖLÇÜ ALETLERİ - ANALOG VE DİJİTAL ÖLÇÜ ALETLERİ

Transkript

1 YAPISINA GÖRE ÖLÇÜ ALETLERİ 1 - ANALOG VE DİJİTAL ÖLÇÜ ALETLERİ

2 Analog Ölçü Aletleri Analog ölçü aletlerinin çok çeşitli yapı ve çalışma prensibine sahip olanları bulunmakla birlikte bunların hepsinde de ortak olan özellikler bulunmaktadır. Çalıştırma (Saptırma) Kuvveti Ölçü aleti devreye bağlandığında aletin ibresi bulunduğu yerden ileriye doğru sapar. Sapmayı gerçekleştiren bu kuvvete çalıştırma kuvveti denir. Saptırma kuvvetini elektrik akımı meydana getirir. Saptırma kuvveti, ölçü aletinin ibresini skala taksimatı üzerinde hareket ettiren kuvvettir. Çalıştırma kuvveti, ölçü aletinin hareketli kısmında meydana gelen sürtünme kuvvetini yenip ölçüm miktarına göre skalada gerekli sapmayı gerçekleştirecek kadar olmalıdır. Bu yüzden ölçü aletinin hareketli mekanizmasındaki sürtünme kuvveti çok az olmalıdır. 2

3 Saptırma kuvveti, aletin hareketli kısmının ağırlığı ile doğru orantılıdır. Ölçü aleti ne kadar küçük ise çalıştırma kuvvetini meydana getirecek akım miktarı o kadar azalır. Bu sayede aletin ölçüm yaparken harcadığı enerji de o kadar küçülmüş olur. İlk hareketli ibreli akım algılayan aygıt 1820 de galvanometre oldu lerin Cep Multimetresi Günümüzde kullanılan analog multimetre 3

4 4

5 Kontrol Kuvveti Çalıştırma kuvvetine karşı koyan başka bir kuvvet bulunmazsa herhangi bir değer ölçüldüğünde meydana gelecek çalıştırma kuvveti sürtünmeyi yendikten sonra ibrenin sona kadar sapmasına neden olur. Bu sebepten dolayı ölçü aletlerinde kontrol kuvveti ile çalıştırma kuvveti sınırlandırılır. Çalıştırma ve kontrol kuvvetinin birbirine eşit olduğu anda ibre, ölçülen değerin ifade edildiği noktada durmuş olur. Ölçü aletlerinde kontrol kuvveti iki şekilde sağlanır. Yay ile Kontrol Kuvveti Karşı Ağırlık ile Kontrol Kuvveti 5 Kontrol yayı ve karşı ağırlıkla kontrol kuvveti

6 Amortisör Kuvveti Herhangi bir elektriksel büyüklük ölçüldüğünde ölçü aletinin ibresi meydana gelen çalıştırma kuvveti etkisi ile sapar. Bu esnada meydana gelen kontrol kuvveti bu sapmayı engellemek için devreye girdiğinden, ibre bir süre bu iki kuvvet arasında gidip gelir. Bu durum ibrenin salınım yaparak ölçme süresinin uzamasına ve zaman kaybına neden olur. Bunun önüne geçmek için ölçü aletlerinde ibreyi frenleyen ve salınım yapmasını önleyen amortisör kuvvetleri oluşturulur. Amortisör kuvveti ibre hareket ederken kendini gösterip hareket bittiğinde etkisi ortadan kalkan bir kuvvet olup değişik şekillerde oluşturulur. Havalı amortisör Sıvılı amortisör Elektromanyetik amortisör 6

7 Havalı Amortisör Sıvılı Amortisör Havalı amortisör Dik ve kanatlı tip sıvılı amortisör Elektromanyetik Amortisör Elektromanyetik amortisör 7

8 Atalet Momenti Ölçü aleti ölçüm yapılacak noktaya bağlandığı anda, ölçülen büyüklüğün etkisi ile ölçü aletinin hareketli kısmı ani bir hareketlenme kazanır ve çoğu zaman ibre göstermesi gereken değerden ileriye doğru sapar. İşte bu ilk anda meydana gelen momente atalet momenti denir. Atalet momenti, daha sonra amortisör ve kontrol kuvveti tarafından dengelenir ve ibre, göstermesi gereken değerde kalır. İbrenin dengelendiği ve göstermesi gereken değerde kaldığı bu kuvvet değeri de çalıştırma kuvveti olarak nitelendirilir. Cambazın elinde uzun bir çubuk var. Çubuğun uzun olması, onun eylemsizlik momentini arttırarak dönmeye karşı direnç oluşturur ve cambazın dengeyi sağlamasına 8 yardımcı olur.

9 Analog Ölçü Aletlerinin Mekanik Kısımları Analog ölçü aletlerinin mekanik kısımları genel olarak; daimi mıknatıslılar skala taksimatı ve ibreler, sıfır ayar vidası ve ibrelerden oluşmaktadır. Daimi Mıknatıslar Elektrik ölçü aletlerinde kullanılan mıknatıslar çok yer kaplamakta ve ağırlık yapmaktadır. Bu nedenle ölçü aletlerinde kullanılacak mıknatısların küçük ebatta ve hafif olması ölçü aletlerinin ağırlığının azalmasına sebep olmaktadır. Daimi mıknatıs yapımında genellikle volframlı çelikler, kobaltlı çelikler ve alüminyum nikelli çelikler kullanılır. Alüminyum nikelli çelikten yapılan daimi mıknatıslar daha kuvvetli bir manyetik alan oluşturur. 9

10 Skala Taksimatı ve İbreler 10 a-örnek skala taksimatı, b- İbreler, c- Bir ampermetre skalası

11 Analog ölçü aletlerinin skala taksimatında genellikle aşağıda belirtilen bilgilere yer verilir: Ölçü aletini yapan firmanın adı ve firmanın amblemi Elektrik akımının hangi cinsinde kullanılacağı (AC-DC) Aletin ölçüm yapılırken bulunması gereken duruş şekli Aletin duyarlılığı Ölçü aletinin yalıtkanlık kontrolünün kaç volt ile yapıldığı Ölçü aletinin sembolü, Ölçme hatası Üretim ve seri numarası Kullanım frekansı 11

12 12

13 13

14 Sıfır Ayar Vidası ve Kalibrasyon Analog ölçü aletlerinin, uzun zaman kullanılmasından ve ani yüklenmesinden dolayı kontrol yayı özelliğini az da olsa kaybeder. Aletin sarsılması ve eğikliği de sıfır ayarını bozabilir. Böyle durumlarda, ölçme sonunda gösterge tam sıfır noktasına gelmez. Bunun için ölçü aletine sıfır ayar vidası ilave edilmiştir. Sıfır ayar vidası 14

15 Dijital Ölçü Aletleri (DMM - Digital Multimeter) Analog ölçü aletleri ile yapılan ölçümde ibre sapmasıyla ibrenin skala taksimatı üzerinde gösterdiği değer ölçülen değerdir. Ölçülen değerin okunması sırasında okuma tekniğini yeterince bilmemekten kaynaklanan okuma hatası yapılabilir. Ancak, günümüzde üretilen dijital ölçü aletleri ile yapılan ölçümlerde daha kolay sonuç alınabilmekte ve okuma hatasından kaynaklanan hatalar söz konusu olmamaktadır. Dijital ölçü aletleri, ölçtüğü değeri ayrıntılı olarak ast ve üst katlarını belirterek sayısal olarak ölçebilmektedir. Dijital ölçü aletleri aynen analog ölçü aletlerinde olduğu gibi tek büyüklüğü ölçmek için ampermetre, voltmetre, wattmetre vb. şeklinde yapılmaktadır. Aynı zamanda birden fazla büyüklüğü ölçmek ve değişik test işlemlerini yapmak için de dijital multimetreler yapılmaktadır. 15

16 Dijital multimetreler ile akım, gerilim, direnç ve endüktans ölçümlerinin yanı sıra frekans, diyot kontrol, sıcaklık, transistör α ya da β akım kazancı vb. değerler de ölçen dijital ölçü aletleri üretilmektedir. Bu yüzden bu ölçü aletlerine, çok sayıda büyüklük ölçtüğünden multimetre denmektedir. İlk dijital multimetre 1955 yılında Non Linear Systems tarafından imal edilmiştir. 16

17 Günümüzde dijital multimetrelerde ölçülecek büyüklüğe uygun kademe seçme şartı ortadan kalkmıştır. Bu multimetreler ile akım ölçülecekse kademe anahtarı akım bölümüne getirildiğinde multimetre mikroamper seviyesinden amper seviyesine kadar olan akım değerlerinin hepsini kademe seçimi yapmadan ölçebilmektedir. Dijital Ölçü Aletlerinde Bilinmesi Gereken Özellikler Dijit (Digit) Counts (Hane sayısı) Çözünürlük (Resolution) Doğruluk (Accuracy) Range (Ölçüm Kademeleri) Etkin Değer (RMS-Root Mean Square) RMS Ölçüm (AC True) AC, DC ve True RMS Ölçüm Koruma Yöntemleri 17

18 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 herhangi 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. 3½ DIGIT = ½ DIGIT =

19 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. 3½ DIGIT = 2000 COUNTS ( arası gösterir) 3¾ DIGIT = 4000 COUNTS ( arası gösterir) 3¾ DIGIT = 6000 COUNTS ( arası gösterir) 4½ DIGIT = COUNTS ( arası gösterir) 4¾ DIGIT = COUNTS ( arası gösterir) 5½ DIGIT = COUNTS ( arası gösterir) 5½ DIGIT = COUNTS ( arası gösterir) 6½ DIGIT = COUNTS ( arası gösterir) Tam sayı 10 a (0-9) kadar gösterebilirken, ½- digit sadece maksimum değeri 1 olan iki 19 rakamı gösterebilir. ¾-digit özelliğine göre 0,1,2,3,4 ve 5 şeklinde dört rakamı gösterebilir.

20 3½ DIGIT = 1,999 yada 2000 COUNTS 4½ DIGIT = 19,999 yada COUNTS 5½ DIGIT = 119,999 yada COUNTS 20 6½ DIGIT = 1199,999 yada COUNTS

21 Çözünürlük (Resolution) Dijital ölçü aletinin ölçebileceği en küçük değişim değerini gösterir. Örneğin çözünürlüğü 0,1mV olan bir ölçü aleti ile 0,1mV luk değişimler ölçülebilir. Çözünürlük arttıkça ölçü aleti daha küçük değişimleri ölçebilir hale gelir. Bunun için seçilen kademenin ölçüm sonucuna mümkün olduğunca yakın seçilmesi gereklidir. Böylece ölçü aletinin ölçtüğü değer kademe seçimine göre çözünürlük değiştirilerek ölçüm sonucunun kesinliği sağlanır. Düşük kademeli ölçü aletleri ile küçük ölçümler hassas olarak yapılabilir. Ölçü aletlerinde üst kademe olarak V olarak standart hale gelmiştir. Alt sınırla üretici firmalara göre değişim gösterir. Doğruluk (Accuracy) Ölçü aletinin yapabileceği en büyük hata değeridir. Dijital ölçü aletlerinde hatalar A/D Çeviriciler ve Gerilim Bölücü 21 dirençlerinden kaynaklanır. Bu ölçü aletlerinde ±%1, ±%0,0035 gibi değerler olarak verilir.

22 Ölçüm Kademeleri (Range) Kademe değerini yüksek seçmek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ölçü aleti ile en iyi ölçüm sonucunu elde edene kadar kademe komitatör ile düşürülür. Kademe seçimi genelde manuel olarak gerçekleştirilirken bazı multimetrelerde bu işlem otomatik olarak (Auto Range) sağlanır. Örneğin; 3½digit bir multimetrede 200mV, 2V, 20V, 200V, and 1000V (veya daha az kademe) kullanılabilir kademeler mevcut olabilir. En yüksek kademe bu ölçü aleti ile güvenli ölçüm yapılabilecek değerdir. Bilinmeyen bir ölçüm için en yüksek kademeden başlayarak en iyi ölçüm sonu alınıncaya kadar kademe düşürülür. Örneğin; 9V luk bir pilin gerilimi 1000V kademesi ile 10V, 200V kademesinde 9,8V, 20V kademesinde 9,85V olarak ölçülür. Seçilen kademe ölçüm değerine ne kadar yakınsa sonuç o kadar iyi olur. Kademe 4000Counts 40000Counts 4V 3,123V 3,1234V 40V 3,12V 3,123V 400V 3,1V 3,12V 22

23 Etkin Değer (RMS) AC ölçmelerinde kullanılan bir değerdir. Tanım olarak DC değere eşit iş yapan AC değeridir. Multimetrelerde hata payları ölçülen değerin frekansı ile de ilgilidir. Alt düzeyde ölçü yapacak olan ölçü aletleri 50-60Hz lik frekanslarda üretilirler. Üst düzeydeki ölçü aletleri için frekans aralığı daha yüksek değerlerdedir. 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 True Rms olmayan bir ölçü aleti ile ölçüldüğünde sonuç yanlış olacaktır. Bu durumda doğru ölçüm için ölçü aletinde AC-DC 23 çeviricinin True RMS çevirici olması zorunludur.

24 Multimetreler - AVOmetreler Radyo alıcı ve diğer vakum tüplü elektronik cihazlara kadar yaygın olan Multimetreler 1920'lerde icat edildi. Doğru ve alternatif akım, gerilim ölçümlerinin yanı sıra direnç, iki nokta arasında kopukluk kontrolü, transistör kontrolü, kapasite, endüktans ölçümlerinin yapılabildiği komple bir ölçü aleti olduğundan çok sayıda büyüklüğün ölçülmesi anlamına gelen multi kelimesi kullanılmış ve bu tip aletlere multimetreler denilmiştir. Analog ve dijital olarak ölçülecek değerleri kadranında gösterebilir. Analog multimetrelerde ölçtüğü bütün büyüklükleri göstermek amacı ile bölümlendirilmiştir. Dijital multimetrelerde ölçülecek değer seçilen kademeye göre direk olarak gösterilir. Analog aletteki ölçümde ölçmeyi yapan kişinin okumasına göre değerler farklı çıkabilmektedir ancak dijital aletlerde sonuç direk ekranda görüldüğünden okuma hatası söz konusu 24 olmamaktadır.

25 1920 lerin Cep Multimetresi İlk AVOmetrelerden 25 Model 8 AVOmetre Günümüz Multimetresi

26 DC Akım: 50 μa, 2,5mA, 25mA, 0,25A, 10A DC Gerilim: 100mV, 500mV, 2,5mV, 10V, 50V, 250V, 1000V AC Gerilim: 10V, 50V, 250V, 1000V Direnç: Rx1, Rx10, Rx100, Rx1K, Rx10K Galvanometrenin tam skala sapma akımı: 100μA DC Duyarlılık: 20KΩ/V AC Duyarlılık: 9KΩ/V Ölçebileceği frekans aralığı: 20Hz 100KHz Tam sapma hatası: DC kademeler için ± %2 AC kademeler için: ± % 3 26

27 Multimetreler yapısına göre: Analog multimetreler Dijital multimetreler Pens multimetreler Multimetreler gösterme şekline göre: Analog multimetreler Dijital multimetreler 27 Analog ve Dijital Ölçü Aletlerinin Önden Görünüşü

28 28

29 29

30 Multimetrelerde ampermetre, voltmetre ve ohmmetre kademeleri çok kademeli olarak çalışmaktadır. Multimetrelerle ölçme yapılırken şu hususlara dikkat edilmelidir. Komitatör ölçülecek büyüklüğün cincine göre ayarlanmalı (AC, DC gibi.) Ölçülecek büyüklüğün değerine dikkat edilmeli (10V 50V 250V 1000V gibi) ve ölçülecek büyüklüğün en büyük kademesinden başlanmalıdır. Ölçülecek büyüklüğün cinsine göre cihaz bağlanmalıdır. Akım kademesinde seri, gerilim kademesinde paralel. Bazı ölçümlerde enerji altında ölçme yapılmamalı (Direnç ölçümü) Ölçme işlemi bitince cihaz off kademesine alınmalıdır. Analog multimetrelerde ohmmetre kademesinde pil harcandığından alet kullanılmadığı zaman ohmmetre 30 kademesinde bırakılmamalıdır.

31 Ölçü Aletlerinde Güvenlik İnsan hayatını korumak amacıyla alınan tedbirlerin tümüne Güvenlik denir. Güvenliğin temel amacı insanı korumaktır. İkinci amaç, kullanılan aletin güvenliğidir. Her iki amaç teknik emniyet kavramını getirir. Ölçü aleti alınırken güvenlikten dolayı kaliteden ödün verilmemelidir. Güvenlik tüm ölçü aletleri için geçerlidir. Multimetreler ve pens ampermetreler çok değişik ölçümlerde kullanıldıklarından emniyet daha olmaktadır. Endüstride kullanılan elektronik sistemler parazit yapıp gerilim dalgalanmalarına neden olabilir. Büyük güçlerde bu değişimler binlerce voltluk değerlere ulaşabilir. Bu nedenle seçilecek olan ölçü aletinin bu gerilim dalgalanmalarına dayanabilecek şekilde olmasına dikkat edilmelidir. Bu tür 31 olaylarda ölçü aletinin ve çalışanların güvenliğini sağlamak amacıyla güvenlik standardı geliştirilmiştir.

32 32

33 33

34 34

35 Önceleri IEC 348 (IEC:International Electrotechnical Commission: Uluslararası Elektroteknik Kurulu) olarak kullanılan standart daha sonra IEC olarak değiştirilmiştir. Bu standart güvenlik seviyelerini 4 temel gruba ayırır. CAT IV: Kaynak servis girişleri, ana panolar, kaynak sayaçları ve birincil aşırı gerilim üreten ekipmanlar gibi hata akım seviyeleri çok yüksek olabilen yerlerde kullanılırlar. Kaynak seviyesi IEC dışında. CAT III: Dağıtım seviyesi, ana besleme. Dağıtım panoları, aydınlatma sistemleri, motor ve 3 fazlı cihaz fişleri gibi sürekli yüklerde kullanılır. CAT II: Tek faz şebekelerin sonunda alt devrelerde kullanılır. Portatif (taşınabilir) cihazlar, ev aletleri, prize bağlanan alıcılar. CAT I: Ekipmanın elektriğe doğrudan bağlı olmağı 35 durumlarda kullanılır. Haberleşme ve elektronik ekipmanlar.

36 Araçlar test edildiği değerler aşağıdaki gibidir. CAT II 600V 4000V Geçici tepe darbesi 12Ohm kaynak CAT II 1000V 6000V Geçici tepe darbesi 12Ohm kaynak CAT III 600V 6000V Geçici tepe darbesi 2Ohm kaynak CAT III 1000V 8000V Geçici tepe darbesi 2Ohm kaynak CAT IV 600V 8000V Geçici tepe darbesi 2Ohm kaynak CAT IV 1000V 12000V Geçici tepe darbesi 2Ohm kaynak CAT III V CAT IV-600 V CAT III-1000 V CAT III- 600 V 36

37 37

38 38

39 39

40 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