MULTİMETRE SONSUZ DİRENÇ VE SIFIR DİRENÇ

Transkript

1 MULTİMETRE SONSUZ DİRENÇ VE SIFIR DİRENÇ BEKİR KAVİCİ MERSİN ÜNİVERSİTESİ FEN EDEBİYAT FAKÜLTESİ FİZİK BÖLÜMÜ FİZİK VE TEKNOLOJİ MERSİN

2 İçindekiler Sayfa İÇİNDEKİLER... I 1.GİRİŞ GALVANOMETRE AMPERMETRE TASARIMI VOLTMETRE TASARIMI OHMMETRE TASARIMI Seri Ohmmetre Paralel Ohmmetre AC ÖLÇMELER ANALOG AVOMETRE DİJİTAL AVOMETRE Flash Analog Dijital Konverter (Flash ADC) Sayısal Rampa Analog Dijital Konverter (Digital Ramp ADC) MULTİMETRE PARAMETRELERİ KAYNAKLAR I

3 1.GİRİŞ Ampermetre, voltmetre ve ohmmetrenin bir gövde içinde birleştirilmesiyle üretilmiş ölçü aletine AVOmetre denir. Analog ya da dijital yapılı olarak üretilen ve en yaygın kullanım alanına sahip olan bu aygıt ile DA gerilim, AA gerilim, DA akım, AA akım ve direnç ölçülebilir. AVO metrelerin geliştirilmiş olan modeline ise Multimetre denir. Multimetreler ilave olarak, diyot, transistör kazancı, frekans, kondansatör kapasitesi, sesli kısa devre kontrolü (buzzer), sıcaklık vb. ölçümünü de yapabilir. Analog (ibreli) AVO metreler, bobin, mıknatıs, demir nüve, esnek yay, ibre, gösterge, disk vb. gibi parçaların birleşmesiyle oluşmuştur. Analog tip ölçü aletlerinin skalasında, firma adı, ölçme pozisyonu (yatık, eğik, dik) ölçme hatası, yalıtkanlık düzeyi, ölçme sınırı, ölçme aralığı, içyapı, çalışma ilkesi vb. gibi değerler hakkında rakam ya da geometrik semboller bulunur. Analog ölçü aletlerinde değer, skala üzerindeki ibre aracılığıyla belirlenir. Ölçü aletinin gösterdiği değerin doğru olarak okunabilmesi için skaladaki taksimat (bölüntü) çizgileri çok ince olarak çizilir. Akım, gerilim, direnç gibi değerleri ölçmek için çoklu skala kullanılır. Bu tip aygıtlarla ölçme yaparken önce kademe komütatörünün (ölçülecek değeri ve sınırlarını seçer) konumuna bakılır. Örneğin; komütatör DA volt konumundaysa, skaladan DA volt ölçmek için hazırlanmış bölüntüler belirlendikten sonra değer okuması yapılır. Şekil 1.1: Analog Avometre 1

4 Dijital AVOmetreler ise ölçtükleri değeri ekranda gösteren, içyapılarında elektronik elemanlar bulunan ölçü aletleridir. Dijital elektronik alanında ortaya çıkan gelişmeler bu tip ölçü aletlerinin ucuzlaşıp yaygınlaşmasını sağlamıştır. Dijital AVO metrelerin analog ölçü aletleri gibi skalası ve ibresi olmadığından, ölçülen değer direkt olarak göstergeden okunur. Bu da kullanıcıya okumada kolaylık sağladığı gibi analog AVO metrelerdeki okuma hatalarını da büyük ölçüde ortadan kaldırır. Şekil1.2: Dijital Avometre Günümüzde pek çok firma multimetre üretimi yapmaktadır ve sektörde yoğun rekabet oluşmaktadır. Agilent, Fluke, Gossenmetrawatt, Hioki, Meterman, Kyoritsu, HT Italia, Brymen, Lutron, Sew, Simpson, BK Precision, Yokogawa, Extech, Amprobe, Chauvin Arnoux, Keithley, TTI, National Instruments, Tektronix, Lutron, Cırcutorgibi firmalar Multimetre üretimi yapan firmaların başlıcalarıdır. Avometrenin temelinde akım, voltaj ve direnç ölçümlerini ayrı ayrı yapan Galvanometre vardır. Bu alet, bulunması yüzyılı geçmiş olmasına rağmen, hala laboratuvarlarda çok kullanılmaktadır. 2

5 2.GALVANOMETRE Galvanometre, elektrik akımındaki değişimin manyetik alan oluşturması prensibiyle çalışan bir tür test cihazıdır. Selenoid şeklinde sarılmış bir telden geçen elektrik akımı değiştiği takdirde etrafında oluşan manyetik alan ibreyi oynatır. Bütün ampermetre ve voltmetreler de aslında birer galvanometredir. Ampermetrede mekanizmada kullanılan telden daha küçük değerli bir direnç mekanizmaya paralel olarak, voltmetrede ise daha yüksek değerli bir direnç seri olarak bağlanır. Galvanometre küçük elektrik akımlarını gösterir, bir tür mili- ya da micro- voltmetre ya da ampermetre gibidir. Galvanometre'nin adı; elektrik konusundaki öncü çalışmalarıyla tanınan İtalyan fizyoloji ve fizik bilgini Luigi Galvani'den gelmektedir yılında Denimarka'lı fizikçi Hans Christian Örsted, üzerinden elektrik akımı geçirilen bir telin, yakınındaki bir pusulanın mıknatıslanmış ibresini saptırdığını bulmuştu. Bir pim üzerinde dönebilen mıknatıslanmış bir iğneyle çevresindeki bir bobinden oluşan galvanometrelerin yapımı da aynı ilkeye dayanır. Şekil 2.1: Galvanometrenin şeması Mıknatıs içerisinde hareket edebilecek şekilde bir çerçeve yerleştirilmiştir. Çerçeve üzerine bobin sarılıdır. Çerçevenin sabit durmasını sağlayan helezon yaylar vardır. Bu helezon yayların görevi karşı kuvvet sağlamak ve ibreyi sıfırda tutmaktır. Bobinden hiç akım geçmezken çerçeveyi döndürecek bir kuvvet yoktur. N-S kutupları arasındaki kuvvet hatları düzgündür. Ancak bobine bir enerji uygulanırsa 3

6 bobinden geçen akımın yarattığı manyetik alan kuvvet hatları ile sabit mıknatıs kuvvet hatları tepkimesinden dolayı çerçeveye bir döndürme kuvveti uygulanacaktır. Döndürme kuvvetinin miktarı bobinden geçen akımla orantılıdır. Çerçevede meydana gelen dönme hareketi bir göstergeye aktarılırsa ölçü aletinde bir akım geçtiğinde gösterge hareket eder. Gösterge de bir skala taksimatı üzerinde hareket ederse bobinden geçen akım ölçülmüş olur. Bu cihaz ampermetre, voltmetre, ohmmetre olarak kullanılabilir. 2.1.AMPERMETRE TASARIMI Ampermetre elektrik devresinden geçen akımı ölçer. Ölçme işleminde gerekli hassasiyeti yakalamak için ölçme elemanları devrenin eşdeğer direnci üzerinde değişiklik yapmamalıdır. Ampermetre alıcıya seri olarak bağlanınca devrenin eşdeğer direncini değiştirmemesi için ampermetrenin iç direncinin sıfır olması gerekir. Ancak uygulamada iç direnci sıfır olan bir ampermetre olamaz. Çünkü ampermetrenin bir bobini ve her bobinin bir direnci vardır. İç direnç sıfır olmaz ama sıfıra yakın bir değer olması gerekir. Bunun temini için de ampermetre bobini, kalın telli az sarımlı yapılır ya da daha pratik olarak galvanometreye küçük değerli paralel direnç bağlanır. Ampermetrelerin iç direnci ne kadar düşük olursa, hassasiyetleri o oranda artar. Ampermetreleri devreye bağlarken mutlaka alıcıya seri bağlanmalıdır. İç dirençleri düşük olduğundan paralel bağlanırsa, alıcıyı kısa devre eder. Cihaz üzerinde sigorta ve ya koruyucu eleman yoksa ampermetre zarar görür. Ancak bu galvanometreler genellikle miliamper düzeyin de akım ölçebilirler. Daha büyük akımları ölçmek için ölçü aletinin ölçme alanlarının genişletilmesi gerekir. Ampermetrenin ölçme alanının genişletilmesi için galvanometrenin bobinine paralel şönt(shunt)-paralel direnç ekleyerek yapılır. 4

7 Şekil 2.2: şönt (shunt)-paralel direnç Şekil 2.3: Galvanometreye şönt dirençlerinin bağlanması ile çok kademeli ampermetrenin elde edilmesi. Ampermetrelerin aralığı, uygun bir anahtar kullanılarak ve birkaç şönt bağlanarak genişletilebilir; bu tür bir düzeneğe çok kademeli(multirange) ampermetre denilmektedir. 5

8 Şekil 2.4: Galvanometreye şönt direncinin bağlanması ile tek kademeli ampermetrenin elde edilmesi. bulunur. Ampermetreye bağlanacak paralel (şönt) direncin değeri hesaplanarak ise olur. ve dersek; Kademe genişletilirken bağlanacak şönt direncin hesabı; formülü kullanılarak bulunur. Burada R m; galvanometrenin iç direnci, R s ; şönt direnci, I;ölçülecek akım ve n; ampermetrenin genişletilme oranıdır. Daha önceki kısımlarda belirtildiği gibi ampermetrenin küçük bir iç direnci vardır. İdeal ampermetrelerde sıfır olması gereken bu iç direnç, mikroamper kademesinde veya daha büyük amper kademesinde dan küçük değerlidir. Ampermetre devreye seri ağlandığından, bunun iç direnci kadar bir seri direnç devreye ilave edilmiş olur. Bu değişiklik ya da etki yükleme etkisi olarak bilinir. Oluşacak olan hata devredeki direnç ile ampermetrenin iç direnci arasındaki orana bağlıdır. İdeal bir ampermetrede iç direncin olduğu kadar küçük olması istenir. 6

9 Şekil 2.5: Ampermetrenin yükleme etkisi. Şekil 2.5a daki devrede akan akım ohm yasasından 10A olup bunu ölçmek için devreye seri olarak iç direnci R a olan bir ampermetre bağlanırsa devreden akacak olan veya ampermetrenin ölçeceği akım; Olur. Görüldüğü gibi ampermetrenin devreye bağlanması ile akan akım azalır. Ampermetrenin devreye sokulması ile yapılan bağıl hata; Olarak bulunur. 2.2.VOLTMETRE TASARIMI Gerilim, iki nokta arasındaki elektriksel seviye ya da potansiyel farkıdır. Gerilimi direkt olarak ölçen alet voltmetredir. Voltmetreler yine bir galvanometre ve galvanometre seri bağlı ön dirençlerden oluşur. Bir alıcının veya bir elektrik devresindeki bir elemanın üzerindeki gerilimi ölçmek için, voltmetre gerilimi ölçülmek istenen noktalara paralel bağlanmalıdır. 7

10 Paralel kollardaki gerilim birbirine eşittir. Voltmetre üzerindeki gerilim, voltmetreye paralel olan eleman üzerinde de olacaktır. Voltmetre, devreye paralel bağlandığına göre, bağlandığı devrede eşdeğer direnci değiştirmemelidir. Paralel bağlandığı devrenin eşdeğer direncini değiştirmemesi için iç direncinin sonsuz olması gerekir. Uygulamada sonsuz direnç açık devre anlamındadır. Ancak galvanometrenin çalışması için üzerinden az da olsa bir akım akması gerekir. İç direnci sonsuz olmaz ama oldukça büyük olur. Akımın Çok küçük olması için de voltmetrelerin içerisindeki bobin telinin ince olup, sarım sayısının fazla olması gerekmektedir. Bu nedenle voltmetrelerin iç dirençleri çok büyüktür. Yanlışlıkla voltmetre devreye seri bağlanırsa iç dirençleri büyük olduğundan alıcının normal çalışmasına engel olur. Bir voltmetrenin iç direnci ne kadar büyük ise hassasiyeti o derece yüksektir. Normalde bir galvanometre ile milivolt mertebesinde bir gerilim ölçülebilir. Daha büyük gerilim ölçmek için galvanometre voltmetre olarak dizayn edilmelidir. Bunun için galvanometreye seri dirençler eklenmelidir. Şekil 2.6: Galvanometreye seri direnç bağlanması ile tek kademeli voltmetrenin elde edilmesi. 8

11 Şekil 2.7: Galvanometreye seri dirençlerin bağlanması ile çok kademeli voltmetrenin elde edilmesi. Galvanometreye eklenecek seri direncin değerini hesaplamak için gerekli denklem şu şekilde bulunur; ;Seri bağlı elemanlardan aynı akım geçer. burada; ve yazılırsa; Bir galvanometreyi voltmetre haline getirmek için bağlanacak seri direncin değeri; formülü ile bulunur. Burada R m; galvanometrenin iç direnci, R s ; seri direnc, V; ölçülecek gerilim ve n; voltmetrenin genişletilme oranıdır. 9

12 2.3.OHMMETRE TASARIMI Elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir. Direnç ölçmek için birçok yöntem vardır. Direnci direkt olarak ölçen ölçü aletlerine Ohmmetre denir. Yapılarına ve çalışma şekline göre çeşitli Ohmmetreler vardır; Seri Ohmmetre Paralel Ohmmetre Wheatstone köprüsü Thomson köprüsü diğer metod olarak adlandırılan Ampermetre Voltmetre metodu ile de direnç ölçmek mümkündür. Biz burada seri ohmmetre ve paralel ohmmetre yöntemlerini inceleyeceğiz Seri Ohmmetreler Galvanometreye seri bir potansiyometre ve bir pil eklenerek Ohmmetre olarak düzenlenir. Seri Ohmmetreler de ölçülecek direnç galvanometre bobinine seri olarak bağlanır. Ohmmetre uçları açık iken galvanometreden hiç akım akmaz, dolayısıyla gösterge sapmaz. Bu durumda Ohmmetre uçları açıktır. Açık devrenin anlamı sonsuz direnç olduğundan skalanın en soluna sonsuz işareti konur. Seri Ohmmetrelerde skalanın solunda sonsuz işareti, sağında ise sıfır olur. Şekil 2.8: Ohmmetre Skalası Ohmmetre uçlarına bir direnç bağlanırsa, pil devresini tamamlayacak ve devreden bir akım geçirecektir. Bu akım galvanometreden de geçtiği için göstergenin sapmasını sağlayacaktır. 10

13 Ohmmetre uçları kısa devre edilecek olursa, kısa devrede dış devredeki direnç sıfır anlamındadır. Bu durumda gösterge skalanın sonuna kadar sapmalıdır. Skalanın en sağında sıfır(0) değeri yazılıdır. Potansiyometre ile göstergenin tam sıfırın üzerinde duracak şekilde durması sağlanır. Değeri bizim için belli olan standart dirençler ölçülerek göstergenin saptığı yerler işaretlenerek skala taksimatlandırılır. Şekil 2.9: Galvanometreye potansiyometre ve pil eklenerek elde edilen ohmmetre devresi Ohmmetrelerde de seri bağlı dirençler kademelendirilerek çok kademeli ohmmetreler elde edilir. Seri Ohmmetreler çok hassas değildirler. Devrenin direncini kabaca ölçmemizi sağlar. Eğer daha hassas ölçme yapmak istiyorsak direnç köprüleri kullanmak gerekir Paralel Ohmmetreler Paralel Ohmmetreler, seri tip ohmmetrelere nazaran daha hassas ölçme yapabilirler. Bu tip ohmmetrelerde ölçülmek istenen direnç galvanometre bobinine paralel bağlanır. 11

14 Şekil 2.10: Paralel ohmmetre devresi Ayrıca cihazın üzerinde bir de buton bulunur. Normalde açık olan bu butona ölçme yapacağımız zaman basmalıyız. Bu butonun kullanma nedeni ise, ohmmetre uçları açık iken galvanometre bobininden akım geçmektedir. Yani pil devresinden akım çekilmektedir. Pilin ekonomik kullanımı için pil ile bobin arasına bir buton bağlanmıştır. 2.4.AC ÖLÇMELER Yönü ve şiddeti zamana göre değişen akıma alternatif akım denir. Buradaki yön değişimiyle alternatif akımın zamanla hem pozitif hem de negatif değer alması vurgulanırken, şiddetinin değişmesiyle de sıfırdan maksimum değere doğru hızlı bir değer artışı ve azalışı göstermesi ifade edilmektedir. Alternatif akımda devamlı olarak değişen akım ve gerilimin farklı bazı değerleri vardır. Bu değerler; ani değer, maksimum değer, tepeden tepeye değer, ortalama değer ve etkin değer olarak adlandırılır. Ani değer; Akım veya gerilimin herhangi bir andaki değerine ani değer adı verilir. Akım ve gerilimin ani değeri i ve v ile gösterilir. Maksimum değer; Alternatif akım eğrisinde akım veya gerilim değerinin aldığı en büyük değere maksimum değer denir. Akım ve gerilimin maksimum değeri I m ve V m ile gösterilir. Alternatif akım eğrisinde akım veya gerilim değerinin aldığı en 12

15 büyük değer ile en küçük değer arasındaki fark tepeden tepeye değeri verir. Tepeden tepeye değer maksimum değerin iki katıdır. Ortalama değer; Akım veya gerilimin bir periyotta aldığı değerlerin ortalaması, ortalama değer olarak tanımlanır. Alternatif akımın ortalama değeri sıfırdır. Çünkü pozitif değer olarak aldığı değerlerin tamamını negatifte de aldığından toplam ve ortalama sıfır değerine tekabül eder. Akım ve gerilimin ortalama değeri I ort ve V ort ile gösterilir. Etkin değer(rms); Alternatif akımda, doğru akımın yaptığı işe eşit iş yapan alternatif akım değerine etkin değer denir. Alternatif akımın en çok kullanılan değeri, etkin değerdir. Ölçü aletleri alternatif akımın etkin değerini ölçer. Akım ve gerilimin etkin değeri I ve V ile ifade edilir. Etkin değer RMS şeklinde de ifade edilir. Şekil 2.11: AC ölçmelerde gerçek değerler RMS değerleridir. Voltaj ve akım ölçmelerinde, alternatif akım genellikle doğrultucu devreler kullanılarak doğru akıma dönüştürülür. Çeşitli tipte doğrultma devreleri vardır. Tam dalga doğrultucu, yarım dalga doğrultucu ve köprü doğrultucuları bunlardan bazılarıdır. En yaygın köprü doğrultucular kullanılır. Doğrultma işleminden sonra ölçüm yapılır. 13

16 Şekil 2.12: AC ölçmelerinde kullanılan Doğrultma devresi. 3.ANALOG AVOMETRE Avometre: Ampermetre, voltmetre ve ohmmetrenin bir arada bulunduğu ölçü aletidir. Avometre de farklı ölçümler yapabilmek için konumları seçebilen bir düğme bulunur. Bu düğmeyle ölçme konumu ve ölçme skalası seçilerek ölçüm yapılır. Şekil 3.1: analog AVOmetre 14

17 Fazla ayrıntıya girilmeden bir analog AVOmetrenin prensip olarak elektriksel bağlantı şeması Şekil 2.12 ile gösterilmiştir. Galvanometre ampermetre olarak kullanılacağı zaman, R shunt direnci ile birlikte çalışıyor. Voltmetre olarak kullanılacağı zaman R s direnci devreye girer. Ohmmetre olarak kullanılacağı zaman ise devreye pil ve seri olarak bir potansiyometre girer. Şekil 3.2: Bir analog avometrenin genel elektriksel bağlantı şeması. Analog AVOmetrelerin kullanılması: Analog cihazların elektromekanik bir takım parçaları olduğundan bu ölçü aletleri ile yapılan ölçümlerde ekstra dikkat ve bilgi gerekir. Bunun için ölçü aletinin nasıl kullanılacağına dikkat ediniz. Dik mi kullanacaksınız, yatık olarak mı kullanılacak bunlar üzerindeki işaretlerden anlaşılır. Analog avometre kadranı: Sağ tarafta sıfır, sol tarafta sonsuz olan kadranı ve Logaritmik olarak bölümlenmiş, genellikle ayrı renge boyanmış kısım, Ohmmetre skalasıdır. Rakam değerleri büyüdükçe aralarındaki mesafe azalmaktadır. Eşit aralıklarla bölünmüş volt ve amper skalalarının sıfır çizgileri sol tarafta bulunmaktadır. Ölçme sınırını belirleyen komütatör düğmesinin durumuna göre maksimum değer belirlenir. 15

18 Şekil 3.3: Analog avometre skalası. Avometrenin kadranında volt başına değeri ölçü aletinin duyarlılığı olarak verilir. Örneğin; Duyarlılığı olan bir aletten, duyarlılığı olan bir alet daha doğru bir ölçme yapar. Şekil 3.4: Bir analog avometre elektrik devresi. 16

19 4.DİJİTAL AVOMETRE AVOmetre: Bir ampermetre, voltmetre ve ohmetreden oluşan üçlü bir sistemdir. Sistemde bir fonksiyon anahtarı bulunur; bununla istenilen devre galvanometreye bağlanır. Şekil 4.1: Bir dijital avometre fonksiyon anahtarı. Dijital avometrenin kalbi analog/dijital konverter dır. Basit bir dijital avometre de, alternatif sinyaller ortalama değerleri verecek şekilde düzeltilir, sinüs dalgasının rms değeri görüntülenir. Daha geliştirilmiş tiplerde bir rms (root mean square) konverteri bulunur; bununla bir giriş dalgasının rms değeriyle orantılı bir voltaj değeri üretilir. Şekil 4.2: Bir dijital avometrenin basitleştirilmiş şematik görünümü 17

20 Çok farklı çeşitlerde Analog-Dijital Converter(ADC) vardır. Bunlardan bazıları şunlardır; Flash ADC(paralel ADC), Yarı-Flash ADC, Sayısal Rampa ADC, SAR (Successive Approximation Register) ADC, Tek-Eğimli (Single-Slope) ADC, Çift-Eğimli (Dual-Slope) ADC, Sigma Delta ADC Şekil 4.3:Dijital ölçüm aletlerinin en genel blok şeması Burada bazı analog-dijital çeviricilerden kısaca bahsedelim; 4.1.Flash Analog Dijital Konverter (Flash-ADC) Bu çeviriciler paralel analog-dijital çevirici olarak da bilinirler. Her biri, giriş işaretini dirençlerle bölünmüş referans gerilimleri ile karşılaştıran seri dizilimli karşılaştırıcılardan oluşmuştur. Karşılaştırıcı çıkışları öncelik şifreleyen(encoder) bir şifreleyicinin girişlerine bağlanır ve encoder da binary bir çıkış oluşturur. Flash ADC ler, hız bakımından çok etkili olmakla beraber, kullanılan eleman sayısı bakımından en fazla olanıdır. Şekil 4.4 de 3 bit Flash ADC yapısı görülmektedir; 18

21 Şekil 4.4: 3-bit Flash ADC yapısı V ref gerilimi, kararlı bir voltaj regülatöründen alınan kararlı bir referans gerilimidir. Analog giriş gerilimi V in, dirençlerin bölerek oluşturduğu referans gerilimlerini aştıkça, ilgili karşılaştırıcı çıkışları da lojik 1 seviyesine geçmektedir. Şifreleyici de en yüksek dereceli girişi baz alarak ve bütün diğer aktif girişlerini ihmal ederek binary bir çıkış üretir. Çalıştırıldığı zaman, Flash-ADC Şekil 4.5 de ki gibi bir çıkış verir. Şekil 4.5:Flash ADC çıkışı. 19

22 4.2.Sayısal Rampa Analog Dijital Konverter (Digital Ramp ADC) Basit olarak sayıcı analog-dijital çevirici olarak da bilinirler. Temel düşünce serbest olarak çalışan bir ikili sayıcının çıkışlarını bir ADC nin girişlerine bağlayarak bu ADC nin analog çıkışını sayısallaştırılacak olan analog işaret ile karşılaştırmak ve karşılaştırıcı çıkışını da sayıcının ne zaman resetleneceğine karar vermesini sağlayacak şekilde bağlamaktır. Şekil 4.6 bunu anlatmaktadır. Şekil 4.6: Sayısal Rampa ADC yapısı Sayıcı her saat darbesi ile saymaya devam ederken, ADC yavaş yavaş daha yüksek(daha pozitif) gerilimler vermeye başlar. Bu gerilim karşılaştırıcı tarafından giriş gerilimi ile karşılaştırılır. Giriş gerilimi ADC çıkışından daha büyükse, karşılaştırıcı çıkışı 1 seviyesindedir ve sayıcı normal saymasına devam eder. Bununla beraber, ADC çıkışı giriş gerilimini aştığında, karşılaştırıcı çıkışı da 0 seviyesine düşer. Bu iki şeye sebep olur: Birincisi karşılaştırıcı çıkışında meydana gelen 1 den 0 a geçiş shift-register(srg) ı tetikler ve counter çıkışında bulunan 20

23 sayıyı çıkışına load eder(yükler), böylelikle ADC nin çıkışını günceller. İkinci olaraksa sayıcı aktif-sıfır girişli LOAD girişinden 0 seviyeli bir sinyal almış olur ve bu da sayıcıyı resetler ve çıkışı ilk durumunu bir sonraki saat darbesi ile beraber alır. Bu devrenin etkisi analog işaret hangi seviyede olursa olsun, ADC çıkışları rampa fonksiyonuyla artacaktır. Zaman domeninde Şekil 4.7 de ki gibi görünecektir. Şekil 4.7: Sayısal Rampa ADC çıkışı Burada güncellemeler arasında geçen zamanın giriş geriliminin genliğine göre nasıl değiştiğine dikkat edilmelidir. Düşük gerilim değerleri için, güncellemeler daha kısa sürelerde gerçekleşirken, yüksek gerilimler için daha uzun sürelerde gerçekleşirler. Şekil 4.8: Sayısal Rampa ADC çıkışında güncellemeler arasında geçen zaman farkları Birçok ADC uygulamalarında, bu güncelleme frekansının(sample-time) çeşitlilik göstermesi kabul edilemez. Bu ve sayıcının her bir döngüde sıfırdan saymaya yeniden başlaması nispeten yavaş bir örnekleme oluşturur ve bunlar sayısal rampa ADC için dezavantaj oluştururlar. 21

24 5.MULTİMETRE PARAMETRELERİ Duyarlılık; Hiçbir analog voltmetrenin iç direncinin sonsuz, hiçbir analog ampermetrenin iç direncinin sıfır olmadığı belirtilmişti. Bu durum ölçü yapılırken, ölçü aletinin devreyi bir ölçüde yüklemesi anlamına gelir.(ampermetre seri eşdeğer direnci artırmakta, voltmetre ise paralel eşdeğer direnci azaltmaktadır.) Duyarlı ölçüler için kullanıcının ölçü aletinin yüklemesini hesaplayabilmesi gerekir. Bu özelliğe duyarlılık sınıfı denilir ve bu sınıf ölçü aleti etiketinde birimiyle verilir. Mesela bir voltmetrede ile verilen duyarlılık, kademesinde ölçü aleti iç direncinin olacağıanlamına gelir. Yani, böyle bir ölçü aleti devreye paralel bağlandığında lık direnç kadar bir akım çeker. Count; Temelde bir multimetrenin ekran yeteneğini ifade eder. Count bir multimetrenin ekranda yazabileceği en büyük rakamı ifade eder. Bu rakam ne kadar yüksek olur ise ölçüm yapılan değer o denli hassas gösterilir. Örneğin count olan bir multimetre ile Count olan multimetreyi karşılaştıralım. Örneğin Count olan bir multimetre ile 500 volt ölçtüğümüzde ekranda V görürüz. Yani noktadan sonra bir hane görebiliriz Count bir multimetre ile aynı ölçümü yaptığımızda ise ekranda V Görürüz. Yani noktadan sonra iki basamak görebiliriz. Bu bize on kat daha hassas bir ölçüm imkânı verir. Birinci cihazda 0,1 Volt çözünürlük verilirken ikinci cihazda 0,01 Volt çözünürlük verilir. Ölçüm doğruluğu da çözünürlükle dorudan ilintilidir. Pek çok üretici multimetrenin ölçüm doğruluğunu şu şekilde belirtir %2+5 Bu ifade şu anlama gelmektedir. Toplam hata ölçülen değerin %2 si ve çözünürlüğün 5 katının toplamı ile bulunur. Bu hesaplama yönteminden de anlaşılacağı üzere, Çözünürlük ne kadar düşük ise ölçüm hatası o kadar büyük olacaktır. Çözünürlük ne kadar yüksek ise ölçüm hatası o kadar düşük olacaktır ve daha doğru bir ölçüm yapılacaktır. 22

25 Şekil 5.1: Farklı Count değerlerine sahip Multimetreler. Çözünürlük; Count konusunda da açıklandığı gibi çözünürlük bir multimetrenin yapabildiği en hassas ölçüm değerini ifade eder. Pek çok kullanıcı bu konuda şu hataya düşer. Kullanıcı büyük değerler ölçmektedir ve küçük değerleri de gösterebilen bir multimetreye ihtiyacı olmadığını düşünür. Örneğin; çoğunlukla 380 V, 220V, 500V gibi değerler ölçen bir kullanıcı cihazının 1mV ya da 0,1mV hassasiyete sahip olmasını önemsemez. Bu değer ölçtüğü değerler içinde dikkate alınmayacak seviyededir. Oysaki hata hesaplama bölümünde de anlattığımız gibi burada önemli olan cihazın ne kadar hassas ölçüm yaptığının yanı sıra ne kadar doğru ölçüm yaptığıdır. Çözünürlük ölçüm doğruluğunu doğrudan etkileyen bir parametre olduğu için 1mV çözünürlüğe sahip bir cihaz ile 0,1mV ölçüm doğruluğuna sahip iki cihaz arasında 10 kat hatalı ölçüm farkı oluşabilir ve bu durum da yaptığınız ölçümlerin tamamının hatılı oluşuna sebep verebilir. Doğruluk; Doğruluk bir cihazın ekranda gösterdiği değerin gerçeğe ne kadar yakın olduğunu ifade eder. Günümüzde belirli standartlar gereğince ölçü aletinin doğruluğu Kalibrasyon Sertifikası ile belgelendirilmektedir. Bu Konu kalibrasyon(ölçümleme) başlığı altında detaylandırılacaktır. Kullanmakta olduğumuz ölçü aleti ne kadar çok fonksiyonlu, teknolojik ve pahalı olursa olsun ölçüm doğruluğu düşük ise tüm değerini ve önemini yitirir. Unutmamak gerekir ki yapmış olduğumuz ölçümler sistemimiz hakkında bilgi edinmek içindir. Hatalı ölçümlere 23

26 dayanarak alınan kararlar sistemimizi iyileştirmek yerine daha da kötü sonuçlar doğurabilir. Sağlamlık; Sağlamlık bir multimetre için önemli parametrelerden biridir. Günümüzde çalışma koşullarının iyileştirilmesi için detaylı çalışmalar yapılmasına rağmen her zaman pek çok güçlük ile karşılaşırız. Zorlu çalışma koşullarına dayanıklı bir ölçü aleti her zaman avantaj sağlayacaktır. Yüksek sıcaklık, Nem, Toz, Manyetik alan, gibi etkenler hem ölçüm doğruluğunu hem de cihazın ömrünü olumsuz etkiler. Çok müsait koşullarda çalışırken dahi çeşitli aksilikler oluşabilir. Örneğin çalışma masamızın üzerinden cihazımızı düşürebiliriz. Bu durumda sağlam bir cihaz ile dayanıksız bir cihaz arasındaki fark yerden cihazımızı alık hiç bir şey olmamız gibi cihazı kullanmaya devam etmek ile bir daha kullanılmayacak hale gelen cihazı çöpe atmak kadar keskindir. Günümüzde multimetreler üretilirken, Düşme testi, Titreşim testi, Şok Testi gibi testlere tabi tutulmaktadır. Güvenlik; Güvenlik bir ölçü aletinde tüm parametrelerin önünde gelmektedir. Kullanmakta olduğumuz ölçü aleti kullanıcının güvenliğini tehdit ediyor ise o cihazın ne kadar doğru ölçtüğü ya da ne kadar fonksiyonel olduğunun hiçbir önemi yoktur. Örneğin bir elektrik panosunda multimetre ile voltaj ölçerken sistemdeki gerilim bizim farkına dahi varamayacağımız kadar kısa bir süre içerisinde binlerce volta ulaşabilir. Yani Transient meydana gelebilir. Bu durumda kullanmış olduğumuz ölçü aletinin anlık gerilim artışlarına nasıl tepki verdiği çok önemlidir çünkü o esnada sistemdeki gerilimi doğrudan ellerimizle tuttuğumuz probların ucundadır. Örneğin iyi güvenlik kategorisine sahip bir multimetre, normal koşullarda maksimum V ölçüm yapmak için tasarlanmışken, anlık Transient lerin oluşumu esnasında 6.000V değerine kadar dayanabilmektedir. Bir multimetrenin güvenlik seviyesini CAT. Parametresi belirler. CAT, kısaca kategori demektir ve hangi güvenlik kategorisine ait olduğunu belirtir. 24

27 Şekil 5.2: Bir Multimetrenin Güvenlik kategorilerinin sınıflandırılması Hız; Çalışma sürelerinin uzunluğu ve iş yoğunluğunun yüksek seviyelerde olduğu günümüzde hız da elbette ki bir multimetre için önemli bir parametredir. Bir voltaj kaynağının değerini okurken, Bir direnci okurken, kısa devre testi yaparken multimetremizin ölçüm değerini bize bir an önce göstermesini bekleriz. Özellikle hızlı değişimlerin olduğu noktalarda gerçek değeri bir an önce ekranda görmek çok büyük önem taşıyabilir. Bu parametre multimetrenin içinde kullanılan işlemcinin kalitesi ile eşdeğerdir. Multimetrenizin hızını test etmek için en kolay yol, multimetreyi buzzer konumuna alarak probları kısa süreli birbirine değdirip çekmektir. Multimetreniz ne kadar çabuk sesli uyarıveriyor ise hız seviyesi o kadar yüksektir. Kalibrasyon; Kalibrasyon; bir ölçü aleti veya ölçme sisteminin gösterdiği veya bir ölçüt/ölçeğin ifade ettiği değerler ile, ölçülenin bilinen değerleri arasındaki ilişkinin belli koşullar altında belirlenmesi için yapılan işlemler dizisidir. Uzunluk, ağırlık, sertlik, elektrik direnç vb. gibi herhangi büyüklüklerin ölçümlerini yapan aletlerin kabul edilen bir ölçüte göre ayarlarının yapılması ve hata sınırlarının belirlenmesi olarak anlaşılır. Kalibrasyon kavramı günümüzde önemini arttırmakta ve bu konuda hizmet veren kuruluşların sayısı hızla artmaktadır. Kullanmakta olduğumuz ölçü aletinin hata limitlerinin belirlenmesi, yapmış olduğumuz ölçümün doğruluğu için büyük önem taşır. Bir cihazı kalibrasyon laboratuvarına gönderdiğimizde sırasıyla şu işlemler yapılır. Cihazın fiziksel temizliği ve bakımı yapılır. Laboratuvar koşullarında ideal bir süre bekletildikten sonra referans üretim kaynağının ürettiği değer kalibrasyonu yapılacak olan cihaza bağlanır. Referans 25

28 üretim kaynağının ürettiği değer ile ölçüm cihazının ekranında görünen değer karşılaştırılır ve aradaki fark hata olarak saptanır. Tabi ki gerçekte bu işlemle esnasında karmaşık matematiksel hesaplar ve parametreler kullanılır. Sonuç olarak bir multimetre üzerinden örnek vermek gerekirse, multimetrenin voltaj kademesinin kalibrasyonunu yapmak için referans bir voltaj kaynağına ihtiyaç vardır(hatası önceden bilinen ve yüksek doğrulukta voltaj üreten bir kaynak). Bu voltaj kaynağından 100V gerilim uyguladığımızı düşünelim. Voltaj kaynağına bağlı olan multimetrenin de ekranında 98V gösterdiğini varsayalım. Bu durumda multimetremiz 100V da 2V hatalı ölçüm yapmaktadır. Bu hataya, Laboratuvarın genel ölçüm belirsizliği, kaynağın ve ölçüm koşullarının ölçüm belirsizliği de eklenecek ve toplam bir hata belirlenecektir. Kalibrasyon hizmeti veren firmaların yaygınlaşması ve her sektörde olduğu gibi bu sektörde de suiistimallerin engellenmesi için Kalibrasyon hizmeti veren firmalar için Akreditasyon koşulu getirtilmiştir. Aslında akreditasyon gönüllülük esasına dayanan ve zorunluluk gerektirmeyen bir durum olmasına rağmen hizmet Veren firmanın güvenilirliği açısından akredite bir firma tercih edilmesi son derece doğru olacaktır. Ölçüm laboratuvarlarının akreditasyon onay ve denetimlerini TURKAK (Türkiye Akreditasyon Kurumu) gerçekleştirmektedir. Verilmiş olan akreditasyon sertifikasının uluslararası geçerliliği mevcuttur. Tüm kalibrasyon işlemi belli prosedürlere bağlanarak ölçüm kalitesi ve güvenliği teminat altına alınmaktadır. 26

29 KAYNAKLAR [1] MEGEP, Elektriksel Büyüklükler ve Ölçülmesi, Elektrik Elektronik Teknolojisi, 2007 [2] Kaplan İ., Yılmaz M., Ölçme Tekniği Mersin Üniversitesi, Elektronik Teknolojisi, Uzaktan Eğitim Arşivi, 2005 [3] Açar T., Ölçme Teknikleri ve Uygulama Örnekleri, Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği, İleri Elektronik Uygulamaları, 2011 [4] MEGEP, Temel Elektronik-1, Elektrik Elektronik Teknolojisi, 2005 [5] Electrical and Electronic System, Pearson Education Limited, 2004 [6] Wikipedia, Ölçü aleti(elektrik) [7] Gama Teknik-Elektronik Test Cihazları [8] Agilent Technologies, 2012 [9] [10] [11] 27