AKIM VE GERİLİM ÖLÇME (DOĞRU AKIM)

Transkript

1 1 AKIM VE GERİLİM ÖLÇME (DOĞRU AKIM)

2 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Dolap: Suya yükseklik kazandırmak amacıyla yapılmış çarktır. Ayaklı su deposu Dolap beygiri Su Dolabı (Çarkı) 2

3 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Doğru Akım Kavramı Doğru Akım Kavramları Doğru gerilim kaynağının gerilim yönü ve büyüklüğü sabit olmakta; buna bağlı olarak devredeki elektrik akımı da aynı yönlü ve sabit değerde olmaktadır, İngilizce "Direct Current" kelimelerinin kısaltılması DC ile gösterilir. İdeal doğru akım kaynağında, akımın yönünün değişmezken ve zamana göre değişimi sabittir. İdeal doğru akım kaynakları; Pil, Akümülatör ve Güneş pilleridir. Dinamo ve doğrultma devrelerinin çıkışında elde edilen doğru gerilim zamana göre değişim gösterir. Düzgün doğru akım Değişken doğru akım 3

4 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Doğru Akım Kaynakları 4

5 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Doğru Akım Kaynakları 3R12 Pil D Pil C Pil AA Pil AAA Pil 9V PP3 Pil SR41/AG3 ve SR44/AG13 Buton piller Değişik pil ve bataryalar(üst soldan sağ alta doğru): iki AA, bir D, bir portatif amatör radyo bataryası, iki 9V (PP3), iki AAA, bir C, bir video kamera bataryası, bir kablosuz telefon bataryası. Doğru akımın yaygın olarak kullanıldığı alanları şöyle sıralayabiliriz: Haberleşme cihazlarında (telekomünikasyonda) Radyo, teyp, televizyon, gibi elektronik cihazlarda Redresörlü kaynak makinelerinde Maden arıtma (elektroliz) ve maden kaplamacılığında (galvano teknik ), Elektrikli taşıtlarda (tren, tramvay, metro) Elektromıknatıslarda DC Elektrik motorlarında 5

6 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Doğru Akım Kaynakları Güneş Pilleri ile Sokak Aydınlatması Çatısı Güneş Pili Kaplı Ev Şebekeye Elektrik Veren Güneş Pili (PV) Sistemi 6

7 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Alternatif Akım Kavramı Alternatif Akım: Belli bir zaman aralığı içinde her iki yönde de devamlı ve düzenli değişerek akan akıma alternatif akım denir. Kısaca her iki yönde de alınan değerleri eşit olan akıma Alternatif Akım (Alternating Current-AC) denir. Alternatif akımın yön değiştirmesi gelişi güzel olmayıp, düzenli bir şekildedir. Bir yönde akan yük miktarı ile aynı zaman aralığında diğer yönde akan yük miktarı birbirine eşittir. 7

8 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetreler Akımın Ölçülmesi Elektrik akım şiddetini (amper) ölçmeye yarayan ve devreye daima seri olarak bağlanan aletlere ampermetre adı verilir. Akım şiddeti ölçerler Ampermetreler A ile gösterilir. Devreye seri olarak bağlanırlar Devreye asla paralel bağlanmazlar. Bağlandıklarında hemen yanarlar İç dirençleri çok küçüktür. (0-1 ohm) 8

9 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetreler Hareketli demir ampermetre modeli. Bobinden geçen akımın artışı ile piston bobinin içine daha fazla çekilir ve işaretçiyi sağa doğru saptırır. Sıfır merkezli ampermetre 9

10 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetrelerin Devreye Bağlantısı DC Akım Ölçümü A U Yük Ampermetrenin Devreye Seri Bağlanması Dijital ölçü aleti ile DC Akım ölçümü 10

11 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetrelerin Devreye Bağlantısı DC Akım Ölçümü DC Ampermetreler Tek Kademeli Ampermetreler Bir galvanometre ile en fazla 100µA' e kadar akım ölçülebilir. Daha büyük akım ölçmek için ya bobinin sipir sayısı artırılmalı ya da galvanometreye paralel olarak bir direnç bağlanmalıdır. Uygulamada paralel direnç bağlamak tercih edilmektedir. Galvanometre ve paralel bağlı dirençler üzerindeki gerilimler aynıdır. R p = U = I g.r g formülü ile paralel bağlanacak direnç değeri bulunur. I p I I g Rg, galvanometre bobininin DC direncidir. I Ig G Rg Örnek: İç direnci 500Ω, tam sapma akımı 100µA olan bir galvanometre ile maksimum 2A ölçen bir ampermetre yapılacaktır. Bağlanacak paralel direncin değerini hesaplayınız. Rg = 500Ω, Ig = 100µA, I = 2A R p = U = I g.r g = 0, I p I I g 2 0,0001 = 0, 025Ω olarak bulunur. Ip U Rp Galvanometreye paralel direnç bağlanarak elde edilen tek kademeli ampermetre 11

12 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetrelerin Devreye Bağlantısı DC Akım Ölçümü Çok Kademeli Ampermetreler Tek kademeli ampermetreye bağlanacak paralel direnç sayısı artırılırsa ampermetre çok kademeli olarak kullanılabilir. Çok kademeli ampermetre devresinde, kademe anahtarı konum değiştirme esnasında çok kısa bir süre devreden geçen akımın tamamı (akım paralel kolda bölünmeden) galvanometre üzerinden akar. Dolayısıyla galvanometre zarar görür. Piyasada aşağıdaki Aytron şöntlü veya üniversal şöntlü ampermetre devresi uygulanmaktadır. Ig=100 Ip G Rg=10k I Ig G R1 R2 R3 Rg Çok kademeli ampermetre I R1 R1 2A R1 200mA 20mA 12

13 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Akım Ölçümü Ampermetrelerin Devreye Bağlantısı DC Akım Ölçümü DC ampermetre kullanırken şu hususlara dikkat etmek gerekir: Devreye Seri olarak bağlanırlar. Ampermetreyi bağlarken polariteye dikkat edilmelidir. Analog ölçü aletlerinde ters bağlandığı takdirde ibre ters sapmak isteyecek ve mekanik engelden dolayı ters sapamayacak, dolayısıyla ölçü aletinin bobini zarar görecektir. Dijital ölçü aletlerinde ekranda eksi (-) işaretinin görülmesi ters bağlantılı olduğu anlaşılır. Ancak ölçüm sonucu ekrandan ters bağlı olsa da okunur. Ölçmeye başlamadan ampermetrenin kademe anahtarı en yüksek değere getirilmeli, enerji verildikten sonra uygun olan kademeye alınmalıdır. 13

14 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı DC Gerilim Ölçümü Gerilimin Ölçülmesi Elektrik devrelerinde gerilim ölçmeye (volt) yarayan ve devreye daima paralel bağlanan ölçü aletlerine voltmetre denir. Voltmetre, farklı olarak bir elektrik devresinde iki nokta arasındaki potansiyel farkının (gerilimin) ölçülmesine yarayan ölçü aleti olarak tanımlanabilir. Gerilim ölçerler Voltmetreler V ile gösterilir. Devreye paralel olarak bağlanırlar. Devreye seri bağlanacak olursa üzerinden çok küçük bir akım geçireceğinden alıcılar normal çalışmazlar. İç dirençleri çok büyüktür. Analog Voltmetre 14

15 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı DC Gerilim Ölçümü U Güç Kaynağı Voltmetre V Yük Voltmetrenin Devreye Bağlanması Dijital ölçü aleti ile DC voltaj ölçümü 15

16 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı DC Gerilim Ölçümü DC Voltmetreler Tek Kademeli Voltmetre Galvanometre akım ölçen bir cihazdır. Fakat kendisine seri bir direnç bağlanırsa voltmetre olarak kullanılabilir. Devreye bağlanan seri direnç akımı sınırlandırmak amacı ile kullanılmıştır. Seri direnç cihaz içerisinde veya cihaz dışında harici olarak kullanılabilir. İlave edilecek seri direnç tam sapma akımına göre hesap edilir. Bu yöntem ile mikrovoltlardan kilovoltlara kadar gerilim ölçebilen voltmetreler imal edilebilir. Devrede U gerilimi; I Ig Rs U = I g. R s + I g. R g I g. R s = U I g. R g + R s = U I g.r g I g = U I g R g bulunur. E Ry U G Rg - Tek kademeli DA voltmetrenin gerçekleştirilmesi 16

17 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı DC Gerilim Ölçümü Örnek: İç direnci 50Ω, tam sapma akımı 100µA olan bir galvanometre ile 3V luk bir voltmetre yapılacaktır. Galvanometreye bağlanacak seri direncin değeri kaç ohm olmalıdır? R s = U I g.r g I g = 3 0, ,0001 = 29950Ω Kademe anahtarı 2,5V Çok Kademeli Voltmetreler Tek kademeli voltmetreye bağlanacak seri direnç sayısı artırılırsa voltmetre çok kademeli olarak kullanılabilir. I + 10V 50V 250V R1 R2 R3 Ig=1000 Rg=50 G R4 - Dört kademeli voltmetrenin gerçekleştirilmesi 17

18 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı DC Gerilim Ölçümü DC voltmetre kullanırken şu hususlara dikkat edilmelidir: Voltmetreler gerilimi ölçülecek elemana Paralel olarak bağlanırlar. Voltmetreyi bağlarken polariteye dikkat edilmelidir. Analog ölçü aletlerinde ters bağlandığı takdirde ibre ters sapmak isteyecek ve mekanik engelden dolayı ters sapamayacak, dolayısıyla ölçü aletinin bobini zarar görecektir. Dijital ölçü aletlerinde ekranda eksi (-) işaretinin görülmesi ters bağlantılı olduğu anlaşılır. Ancak ölçüm sonucu ekrandan ters bağlı olsa da okunur. Voltmetrenin devreye yükleme etkisinin az olması için ölçme yüksek kademede yapılmalıdır 18

19 19 AKIM VE GERİLİM ÖLÇME (ALTERNATİF AKIM)

20 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Alternatif Akım Tanımlar Alternatif Akım Ölçmeleri Alternatif gerilimin sinyal şekline sinüs eğrisi veya sinüzoidal eğri adı verilir. Alternatif gerilim, sinüsoidal gerilimdir. Bir iletkenin 360 ' lik dairesel hareket yaparak tam bir dönüş yapması sonucu elde edilen emk'ya bir saykıl denir. İletkendeki emk'nın değeri sıfırdan başlayıp (+) yönde artarak maksimum değere ulaşması ve tekrar maksimum değerden sıfıra düşmesi, sıfırdan (-) yönde maksimum değere ulaşması ve tekrar sıfıra düşmesi şeklinde de tanımlanabilir. + Emk Pozitif Alternans T/2 T Negatif Alternans Periyot Zaman (t) - 1 Saykıl Alternatif akım dalga şekli 20

21 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Alternatif Akım Tanımlar Bir saykıl, pozitif ve negatif alternanslardan oluşur. Sinüzoidal eğrinin (+) bölgesinde oluşan eğriye pozitif alternans, (-) negatif bölgesinde oluşan eğriye ise negatif alternans adı verilir. Bir saykılın tamamlanması için geçen zamana ise periyot adı verilip T ile gösterilir. Periyodun birimi saniyedir. Periyot, frekansın tersi olarak da ifade edilebilir. Bir saniyede oluşan saykıl sayısına frekans adı verilip f ile gösterilir. Frekansın birimi saykıl /saniye veya Hertz'dir. Frekans Periyot f = 1 T (Hz) T = 1 f (s) + Emk Pozitif Alternans T/2 T Negatif Alternans Periyot Zaman (t) Birim zamanda kat edilen açıya açısal hız denir. ω harfi ile gösterilir. Birimi derece/saniye veya radyan/saniye' dir. - 1 Saykıl Alternatif akım dalga şekli 21

22 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Alternatif Akım Tanımlar Devamlı olarak değişen akım ve gerilimin farklı bazı değerleri vardır. Bunlar Ani Değer, Maksimum Değer, Ortalama Değer ve Etkin Değer olarak adlandırılır. Gerilim veya akımın herhangi bir andaki değerine ani değer adı verilir. Gerilimin ani değeri u ile akımın ani değeri i ile gösterilir. Gerilimin ani değeri Akımın ani değeri u = U m. sinα = U m. sinωt = U m. sin2πft i = I m. sinα = i = I m. sinωt = I m. sin2πft Akımın ve gerilimin ortalama değeri U ort = 0, 636. U m I ort = 0, 636. I m Etkin değere efektif, nominal değer veya "Root Mean Square" kelimesinin baş harflerinden oluşmuş "RMS" veya "rms" şeklinde de gösterilir. Akımın ve gerilimin etkin değeri U = 0, 707. U m I = 0, 707. I m ÖNEMLİ NOT: Ölçü aletleri, Doğru akımda, Ortalama Değer, alternatif akımda Etkin Değer ölçümü yaparlar. 22

23 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Gerilim Ölçümü Voltmetrelerin Devreye Bağlantısı AC Gerilim Ölçümü Dijital ölçü aleti ile AC voltaj ölçümü 23

24 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Ampermetre ve Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Ampermetre ve voltmetreler, yapılışları itibariyle genellikle küçük değerdeki akım ve gerilimleri ölçen aletler olduğundan yüksek değerdeki akım ve gerilimlerin ölçülmesinde ölçme alanlarının genişletilmesi gerekir. Bunun için, doğru akım devrelerinde ampermetrelerin ölçme alanlarının genişletilmesi için şönt (paralel) direnç bağlanırken voltmetrelerde ön (seri) direnç bağlanır. Ampermetrenin Ölçme Alanının Genişletilmesi Ampermetreler devreye seri bağlanıp alıcının çektiği akımları ölçen aletlerdir. Ancak ampermetreler belli bir akım değerine kadar ölçüm yapabildiklerinden bazı durumlarda ölçme alanının genişletilmesi gerekir. Aletin daha yüksek akımlarda kullanılabilmesi için şönt adı verilen ve aletin uçlarına paralel olarak bağlanan küçük değerde bir direnç bağlanır. Şönt direnç R ş ile gösterilir. 24

25 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Ampermetre ve Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Ampermetreye bağlanacak olan şönt dirençte dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır. Şöntün değeri sıcaklıkla değişmemeli Bağlantı noktaları sıkıca bağlanmalı Ampermetre direncinin şönte oranının alet devreye bağlı olduğu sürece sabit kalmalı G RA IA RŞ I IŞ Şönt Direncin Ampermetreye Bağlanması Ampermetrenin ölçme alanını genişletmek için kullanılacak şönt direncin değeri, R ş = R A n 1 ile bulunur. R Ş ; Şönt direncin değeri, R A n ; Ampermetre iç direnci, ; I/I A oranı. 25

26 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Ampermetre ve Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Örnek: 10A lik bir ampermetrenin iç direnci 1 dur. Bu ampermetre yardımıyla 100A lik bir akımın ölçülebilmesi için paralel bağlanacak olan şöntün değerini ve şöntten geçen akımı hesaplayınız. n = I = 100 = 10 I A 10 R ş = R A = 1 n 1 Şöntten geçen akım; 10 1 = 1 9 = 0, 111Ω I ş = I I A = = 90A olarak elde edilir. Örnek: İç direnci 20 olan ve 20mA a kadar ölçebilen bir ampermetre yardımıyla 10A e kadar olan değerler ölçülmek isteniyor. Buna göre şöntün değerini hesaplayınız. n = I I A = 10 0,02 = 50 R ş = R A n 1 = 20 = = 0, 408Ω 26

27 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Ampermetre ve Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Voltmetrelerin Ölçme Alanının Genişletilmesi Voltmetreler devreye paralel olarak bağlanan ve iki nokta arasındaki potansiyel farkın (gerilimin) ölçülmesinde kullanılır. Voltmetrelerin yüksek değerdeki gerilimleri ölçmesi istendiğinde alete seri olarak yüksek değerlikli bir direnç olan ön direnç bağlanır. Ampermetrelerde kullanılan şöntlerde olduğu gibi ön dirençlerin de sıcaklıkla değişmemesi ve bağlantı noktalarının sıkıca bağlanması gerekir. RÖ UÖ U G UV RV Ön Direncin Voltmetreye Bağlanması Voltmetrenin ölçme alanını genişletmek için kullanılacak ön direncin değeri, R Ö = R V. (n 1) İle bulunur. R Ö ; Ön direncin değeri, R V ; Voltmetre iç direnci, n ; U/U V oranı. 27

28 AKIM VE GERİLİM ÖLÇMELERİ Ampermetre ve Voltmetrelerin Ölçme Alanlarının Genişletilmesi Örnek: İç direnci olan 5V luk bir voltmetre ile 250V a kadar ölçme yapmak isteniyor. Gerekli direnç değerini ve ön dirençte düşen gerilimi bulunuz. n = U U V = = 50 R Ö = R V. n 1 = R Ö = Ω olarak bulunur. Ön dirençte düşen gerilim; U Ö = U U V = = 245V tur. Örnek: 150V luk bir voltmetre ile 600V luk bir devrenin gerilim ölçülmek isteniyor. Voltmetrenin iç direnci olduğuna göre ön direncin değerini bulunuz. n = U U V = = 4 R Ö = R V. n 1 = = 45000Ω dur. 28

29 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