ENSTRÜMANTASYON ELEKTRONİĞİ

ENSTRÜMANTASYON ELEKTRONİĞİ

ENSTRÜMANTASYON Ölçme ve Ölçü Aletleri Algılayıcılar Sensörler Transdüserler 2

ÖLÇME Her hangi bir büyüklüğün kendi cinsinden tanımlı bir birimle karşılaştırma işlemidir. Uluslararası Birim Sistemi (System of International SI) 3

ÖLÇME SI birim sisteminden türetilen birimler: 4

Elektrik Mühendisliğinde Ölçme Akım Ölçme Ampermetre Gerilim Ölçme Voltmetre Güç Ölçme Wattmetre Enerji Ölçme Sayaçlar Direnç Ölçme Ohmmetre Kapasite Ölçme RLCmetre Endüktans Ölçme RLCmetre Frekans Ölçme Frekansmetre Elektriksel İşaret Görüntüleme Osiloskop 5

ÖLÇÜ ALETLERİNE AİT TERİMLER 1. DOĞRULUK DERECESİ Ölçü aletlerinin hiçbiri yüzde yüz doğru ölçüm yapamaz. Her ölçü aletinin mutlaka belirli bir hata payı vardır. Bir ölçü aletinin yapacağı en büyük hata, imalatçı firma tarafından ölçü aletinin üzerine yazılarak belirtilir. Ölçü aletleri doğruluk derecesine göre 0,1 0,2 0,5 1 1,5 2,5 olmak üzere altı sınıfa ayrılır. Bu değerler ölçme hatasını «%» olarak ifade eder. Maksimum 1000 volt ölçen bir ölçü aletinin sınıfı 0,5 ise, bu ölçü aletinin yapacağı maksimum hata: 1000 x 0,5 / 100 = 5 volt tur. 6

ÖLÇÜ ALETLERİNE AİT TERİMLER 2. HASSASİYET Küçük değerleri ayırt edebilme özelliğidir. Örneğin 1.345 mv ölçen bir alet, 1.34mV ölçen aletten daha hassastır. Hassasiyet, doğruluktan farklıdır. Hassas ölçmenin daha doğru olduğu söylenemez. Dakika ve saniyeleri olan bir saat, yalnız saat kadranı olan bir saatten daha hassas olmasına rağmen, daha doğru olmayabilir. 3. DUYARLILIK Bir ölçü aletinin girişine uygulanan işaret ile çıkış işareti arasındaki bağıntıya duyarlılık denir. Farklı giriş değerleri için, çıkışın girişe oranı, duyarlılık eğrisini verir. 3. SABİTE Ölçme sınırı değerinin skala taksimatındaki bölüntü sayısına oranıdır. Sabite: K= Aletin ölçme sınırı/ Alet skalasındaki bölüntü sayısı 7

ÖLÇÜ ALETLERİNE AİT TERİMLER 4. ÖLÇME SINIRI Bir ölçü aletinin skala taksimatında gösterdiği en son değere, yani ölçebileceği en büyük değere ölçme sınırı denir. 5. ÖLÇME ALANI Bir ölçü aletinin skalasında gösterdiği en küçük değer ile en büyük değer arasında kalan kısım ölçü aletinin ölçme alanını verir. 6. ÖLÇÜ ALETLERİNİN ENERJİ SARFİYATI Ölçü aletinin ölçme sınırına kadar sapma yapması durumunda kendisi için harcadığı enerji miktarıdır 8

ÖLÇÜ ALETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI A. Yapısına Göre Ölçü Aletleri 1. Analog Ölçü Aletleri 2. Dijital Ölçü Aletleri B. Ölçtüğü Büyüklüğü Gösterme şekline Göre 1. Gösteren Ölçü Aletleri 2. Kaydedicili Ölçü Aletleri 3. Toplayıcı Ölçü Aletleri C. Doğruluk Derecesine Göre 1. Primer ( Hassas, birinci sınıf ) Ölçü aletleri 2. Sekonder ( kaba, ikinci sınıf ) Ölçü aletleri 9

ÖLÇÜ ALETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI A. Yapısına Göre Ölçü Aletleri Analog Ölçü Aletleri Ölçtüğü değeri skala taksimatı üzerinden ibre ile gösteren ölçü aletleridir. Analog ölçü aletleri çok değişik yapı ve skala taksimatlarına sahip olarak imal edilirler. Dijital Ölçü Aletleri Ölçtüğü değeri dijital bir göstergede sayılarla gösteren ölçü aletleridir. Bu ölçü aletlerinin kullanımı kolay olup özellikleri analog ölçü aletlerine göre daha fazladır. 10 Günümüzde dijital ölçü aletleri ile ayarlanan değer aşıldığında sinyal alma, ölçülen değerlerin bilgisayar ortamına taşınması ve kullanılması gibi ilave işlemler yapılabilmekte, yeni özellik ve nitelikler ilave edilerek ölçü aletleri geliştirilmektedir.

ÖLÇÜ ALETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI B. Ölçtüğü Büyüklüğü Gösterme şekline Göre 1. Gösteren Ölçü Aletleri Anlık değer gösteren ölçü aletleridir. 2. Kaydedicili Ölçü Aletleri Kaydedici ölçü aletleri, ölçülen büyüklüğün değerini zamana bağlı olarak grafik kağıdı üzerine çizerek kayıt ederler. 3. Toplayıcı Ölçü Aletleri Toplayıcı ölçü aletleri, ölçtükleri elektriksel büyüklük değerini zamana bağlı olarak toplarlar. Elektrik sayacı örnek olarak verilebilir. 11

ÖLÇÜ ALETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI C. Doğruluk Derecesine Göre Primer ( Hassas, birinci sınıf ) Ölçü aletleri Çok hassas ve değerli olduklarından, ayar merkezlerinde sekonder ölçü aletlerinin ayar edilmesi ve araştırma labaratuvarlarında kullanılırlar. Mikro seviyedeki büyüklükleri hatasız ölçerler. Sekonder ( kaba, ikinci sınıf ) Ölçü aletleri Fazla hassas olmayan bu ölçü aletleri primer ölçü aletlerine göre daha ucuz olduklarından, uygulamada bu ölçü aletleri kullanılır. 12

ÖLÇME HATALARI ÖLÇME HATASI : Okunan değer ile gerçek değer arasındaki farktır. Sebepleri: İmalat hataları Kullanım ömrü Okuma hataları Ortam şartları (sıcaklık, manyetik alan vs.) Yanlış kademe seçilmesiyle oluşan hatalar Ölçüm yöntemi hataları 13

ÖLÇME HATALARI 1. Mutlak Hata ( Δm ): A1 = Okunan değer A2 = Gerçek değer Δm = A1 A2 2. Bağıl Hata ( Δb ): Mutlak hatanın, ölçülmesi istenen değere oranının yüzde ifadesidir. 3. İmalat (Konstrüksiyon) Hatası ( H ): Ölçü aletlerinin imalatçısı tarafından belirtilen doğruluk derecesidir. 14

20 volt olduğu tahmin edilen bir gerilim, a) Hata sınıfı %1 olan 250 voltluk bir voltmetre ile ölçülürse; b) Hata sınıfı %2.5 olan 30 volt luk bir voltmetre ile ölçülürse yapılan bağıl hata ne olur? c) Hangi ölçme daha uygundur? Neden? 15

16 ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ Çalıştırma (Saptırma) Kuvveti Ölçü aleti devreye bağlandığında aletin ibresi bulunduğu yerden ileriye doğru sapar. Sapmayı gerçekleştiren bu kuvvete saptırma kuvveti denir. Saptırma kuvvetini elektrik akımı meydana getirir. Kontrol Kuvveti Ölçü aletlerinde kontrol kuvveti ile çalıştırma kuvveti sınırlandırılır. Bu kuvvet olmazsa gösterge, ölçülen her büyüklük için sona kadar sapar. İki şekilde oluşturulur: 1. Yaylar yardımıyla 2. Karşı ağırlıklar ile 17

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ 1. Yaylar yardımıyla kontrol kuvveti Kontrol yayları genellikle spiral veya helis şeklinde sarmal yaylardır. Yayın bir ucu gövdeye, diğer ucu ise göstergeye bağlıdır. Göstergenin sapmasını zorlaştıran bir kuvvet oluşturur. Kontrol yay kuvveti, aletin doğruluk derecesi ile hassasiyetine de etki ettiğinden bu kuvvetin miktarı ne kadar küçük olursa aletin doğruluk derecesi ve hassasiyeti artar. 2. Karşı ağırlıklar ile kontrol kuvveti İbre saptığında denge noktası değişen ağırlıklar kontrol kuvveti görevi yaparlar. Bu tip ölçü aletleriyle ölçme yaparken ölçü aletinin duruş pozisyonuna dikkat edilmelidir. 18

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ 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. Havalı amortisör Sıvılı amortisör Elektromanyetik amortisör 19

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ Havalı Amortisör İbrenin hareketi sırasında piston kapalı bir kap içinde hareket eder. Sıkışan hava pistonun hareketini yavaşlatarak dönmeyi frenler. Sıvılı amortisör Havalı amortisör sistemine benzer. Diskin yağ içerisinde dönmesi esnasında bir sürtünme oluşur. Böylece ibrenin sapma hızı yavaşlamış olur. Elektromanyetik Amortisör Bu amortisör şeklinde daimi mıknatıs kutupları arasında döndürülen bir disk üzerinde oluşan fukolt akımlarının, kendini meydana getiren sebebe karşı koyma etkisine dayanır. 20

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ Mekanik Kısımlar Daimi Mıknatıslar Sabit ve düzgün manyetik alan üretirler. Daimi mıknatıs yapımında genellikle volframlı çelikler, kobaltlı çelikler ve alüminyum nikelli çelikler kullanılır. Skala Taksimatları Ve İbreler Skalalar çinko, alüminyum, plastik ve sert kağıttan yapılır. 21

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ Mekanik Kısımlar 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. 22

ANALOG ÖLÇÜ ALETLERİ Çalışma prensiplerine göre Analog Ölçü Aletleri 7 başlık altında toplanabilir: 1. Döner Bobinli Ölçü Aletleri 2. Döner Mıknatıslı Ölçü Aletleri 3. Elektrodinamik Ölçü Aletleri 4. Döner Demir Plakalı Ölçü Aletleri 5. Termik Ölçü Aletleri 6. Elektrostatik Ölçü Aletleri 7. İndüksiyon Ölçü Aletleri Bu ölçü aletleri, kullanıldığı yerlere göre ileriki bölümlerde açıklanacaktır. 23

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC ölçmelerinin temel cihazı Döner Bobinli Galvanometre dir. Döner bobinli galvanometre, 1960 lara kadar kullanılan tek ölçü aleti idi. Günümüzde de yaygın olarak kullanılan bu ölçü aleti; DC Ampermetre, DC Voltmetre, Ohmmetre yapımında; ve Köprü devrelerinde sıfır gösterge cihazı olarak kullanılmaktadır. 24

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ Döner Bobinli Galvanometre 25

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ Döner Bobinli Galvanometre 26

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ Döner Bobinli Galvanometre 1881 de d Arsonval tarafından geliştirilen döner bobinli galvanometre, elektromekanik bir yapıya sahiptir. Yapısı; «U» şeklindeki bir mıknatısın kutupları arasında silindirik bir demir bulunmaktadır. Demir göbek üzerinde, kendi ekseni etrafında dönebilen bir çerçeveye sarılmış bobin bulunur. Bobin iletkenine etki eden kuvvet; N S kutuplarının oluşturduğu magnetik alana, Bobinden akan akımın şiddetine, Magnetik alan içinde kalan bobinin boyuna bağlıdır. F=B.L.I formülü ile hesaplanır. Sarım sayısı n olan bir bobine etki eden moment Ƭ=2.F.r.n formülü ile hesaplanır. 27

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ Döner Bobinli Galvanometre Çalışma prensibi; Döner bobin düzeneği, sürtünmesi az ve dayanıklı bir mil üzerine yerleştirilir ya da bir askı teline bağlanır. Bobine bağlı olan ibre, bobinden akım geçtiği zaman oluşacak momente bağlı olarak sapma gösterir. Bu sapmanın yönü akımın yönüne bağlıdır. Galvanometre, ortalama akımı ölçer. Akımın olup olmadığını ve yönünü belirtir. AC işaretin ortalaması sıfır olduğu için, AC akımda ibrede sapma olmaz. Eğer akımın genliğini gösterecek bir skala tertip edilirse, galvanometre bir ampermetre olarak kullanılabilir. 1pA lik akımlar galvanometre ile ölçülebilmektedir. Skala Volt veya Ohm gibi büyüklüklere göre kalibre edilirse voltmetre veya ohmmetre elde edilir. 28

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Ampermetre Ampermetreler küçük değerli akımları ölçebilecek şekilde yapılmıştır. İç dirençleri çok küçük olmalı ve devreye seri olarak bağlanmalıdır. Aynı ölçü aleti ile daha büyük akımları ölçmek istediğimizde, dışarıdan yaptığımız ilavelerle bu aletlerin ölçme alanını genişletiriz. DC akımlar için ampermetreye paralel bir ŞÖNT DİRENÇ ekleyerek bu genişletme işlemi yapılır. 29

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Ampermetre 30

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Ampermetre Örnek 1 : 5 amperlik bir ampermetre ile 50 amperlik bir devrenin akım şiddeti ölçülecektir. Ampermetrenin iç direnci 0,2 Ω olduğuna göre ampermetreye paralel bağlanacak şönt direncin değeri ne kadardır. Örnek 2 : 5 Amperlik bir ampermetre ile 50 A ölçülmek isteniyor. Alete bir şönt bağlandıktan sonra skala taksimatı 3 rakamı üzerinde duruyorsa ölçülen akımın gerçek değeri ne kadardır? 31

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Ampermetre AMPERMETRENİN YÜKLEME ETKİSİ : Ampermetrenin küçük bir direnci vardır. Devreye seri olarak bağlanan ampermetre, devreye iç direnci kadar bir direnç eklenmesine neden olur. Bu etki «yükleme» olarak adlandırılır. Yükleme etkisi, yapılan ölçümde bir bağıl hata oluşturur. β % 32

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Voltmetre Galvanometreye ilave edilecek seri bir direnç ile voltmetre elde edilebilir. Seri direnç, galvanometreden akacak akımı sınırlar. Bu direnç kademe direnci olup, voltmetrenin içine bağlanabildiği gibi dışardan da ilave edilebilir. Eklenecek seri direncin hesaplanması; ÖRNEK: İç direnci 100Ω, tam sapma akımı 100µA olan bir galvanometreden 1V luk bir voltmetre yapılacaktır. İlave edilecek seri direnci bulunuz. Çözüm: 1V =100.10 6.(R s +100Ω) ; R s =10000 100=9900 Ω olmalıdır. 33

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Voltmetre Voltmetreler genellikle küçük gerilim ölçerler. Voltmetrenin iç direnci çok büyük olmalı ve devreye paralel olarak bağlanmalıdır. Dolayısıyla eklenecek seri direnç büyük değerli bir direnç olarak seçilmelidir. Voltmetrenin ölçüm alanını genişletmek için, ölçü aletine seri bir direnç bağlanır. 34

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Voltmetre VOLTMETRENİN YÜKLEME ETKİSİ VE DUYARLILIĞI: İki nokta arasındaki gerilim ölçülürken, voltmetre bu iki noktaya paralel olarak bağlanır. İki direncin eşdeğeri, her bir direncin değerinden küçüktür ve dolayısıyla ölçülen gerilim gerçekte olandan daha küçük çıkacaktır. Bu etkiye voltmetrenin yükleme etkisi denir ve voltmetre iç direnci arttıkça yükleme etkisi azalır. Voltmetre uçlarındaki toplam direncin, tam sapma gerilimine oranına ise volt başına ohm duyarlılığı denir. Ω/V Duyarlılık, voltmetrenin bütün kademeleri için sabittir. Voltmetrenin iç direnci : R i Duyarlılık x Voltmetre kademesi şeklinde hesaplanabilir. Örneğin, duyarlılığı 1000Ω/V olan voltmetrenin 10V kademesindeki iç direnci, 10x1000=10.000Ω dur. 35

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DC Voltmetre ÖRNEK: Şekildeki devrede, R 2 direncinin uçlarındaki gerilimi ölçmek üzere özellikleri aşağıda belirtilmiş iki ayrı voltmetre kullanılıyor. R 1 =25kΩ VM 1 =Duyarlılık=1kΩ/V, kademe =10V VM 2 =Duyarlılık=20kΩ/V, kademe =10V a) Voltmetre bağlı değilken R 2 uçlarındaki direnci, b) VM 1 bağlı iken R 2 uçlarındaki direnci, E=30V R 2 =5kΩ VM c) VM 2 bağlı iken R 2 uçlarındaki direnci bulunuz. d) Her bir voltmetre için bağıl hata miktarını hesaplayınız. ÇÖZÜM: a V R2 E.R 2 R 1 R 2 30.5 25 5 5V b) Voltmetrenin giriş direnci, R i1 =(Duyarlılık)x(Kademe)=1x10=10kΩ R 21 = R i1 ǁ R 2 = 10 ǁ 5 = 3,33 kω V R21 E.R 21 R 1 R 21 30.3,33 25 3,33 3,53V c) Voltmetrenin giriş direnci, R i2 =20x10=200kΩ R 22 = R i2 ǁ R 2 = 200 ǁ 5 = 4,88 kω V R22 E.R 22 R 1 R 22 30.4,88 25 4,88 4,9V d) 1. Voltmetre kullanılırsa;, %29,4 36 2. Voltmetre kullanılırsa;, %2

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME Dirençler, değerlerine göre aşağıdaki gibi sınıflanabilir: Küçük değerli dirençler: 1Ω ve daha küçük değerli dirençlerdir. Orta değerli dirençler: 1Ω ile 0,1MΩ arasındaki dirençlerdir. Büyük değerli dirençler: 0,1MΩ ve daha büyük değerli dirençlerdir. Direnç Ölçme metotları: 1) Seri ohmmetre 2) Paralel ohmmetre 3) Ampermetre Voltmetre metodu 4) Wheatstone köprüsü 5) Kelvin Köprüsü 6) Korumalı metot 7) Yük kaybı metodu 37

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 1 Seri Ohmmetre En basit ohmmetre tipidir. Fazla doğruluk istenmeyen orta değerdeki dirençlerin kabaca ölçülmelerinde, kısa ve açık devre kontrollerinde, elektrikli cihazların arızalarının tayininde çok kullanılırlar. Seri ohmmetrelerde ölçülecek direnç galvanometre bobinine seri olarak bağlanır. Ohmmetre uçları açık iken galvanometreden hiç akım akmaz, dolayısıyla gösterge sapmaz. Açık devrenin anlamı sonsuz direnç olduğu için göstergenin en sağında sonsuz işareti ( ) bulunur ve ölçüm yapılmazken ohmmetre göstergenin en sağında olmalıdır. Galvanometreye seri olarak bir pil, bir potansiyometre ve bir seri direnç bağlanmıştır. Potansiyometre (0) ayarını yapmak için, seri direnç kademelendirme yapmak için, pil de enerji kaynağı olarak kullanılır. Devrede enerji varken direnç ölçümü yapılmaz. 38

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 2 Paralel Ohmmetre Paralel tip ohmmetreler daha ziyade küçük değerdeki dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. Paralel ohmmetreler, seri tip ohmmetrelere nazaran daha hassas ölçme yapabilirler. Bu tip ohmmetrelerde ölçülmek istenen direnç galvanometre bobinine paralel bağlanır. Sıfır rakamı, kadranın sol tarafında, sonsuz işareti ise sağ tarafındadır. Çünkü aletle ölçme yapılmazken galvanometreden azami akım geçer ve göstergede en büyük sapmayı yapar. Devreye ölçülecek direnç bağlanınca göstergenin sapma değeri azalır. Bu tip aletlerde, pilin tasarruflu kullanılması için, sadece ölçüm yapılırken S butonuna basılır. 39

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 3 Ampermetre Voltmetre Metodu a) Ampermetreyi önde bağlamak Ampermetre alıcının çektiği akımın yanında voltmetreden geçen akımı da ölçmektedir. formülüne göre ölçülen akım yalnızca alıcının akımı değildir. Alıcıdan geçen akım formülüyle bulunursa alıcı direncinin gerçek değeri, devrenin toplam direncinden voltmetre direncini çıkarak bulunabilir. Ölçülecek direnç küçük değerli bir direnç ise, alıcıdan geçecek akım voltmetreden geçecek akım yanında çok büyük olur. Bu nedenle küçük değerli akımı ihmal edilirse sonuç hatalı çıkmaz. Ampermetrenin önde bağlandığı bağlantı sadece 1000 ohmdan küçük değerli dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. 40

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME b) Voltmetreyi önde bağlamak Voltmetre alıcının ve ampermetrenin üzerine düşen gerilim toplamını ölçmektedir. Devrede, olur. Bu devrede direncinin gerçek değerini, devrenin toplam direncinden ampermetre iç direncini çıkarak bulabiliriz. Bu bağlantıda alıcının direnci ampermetre direncinden çok büyük olursa, ampermetre üzerinde düşen gerilim alıcı üzerinde düşen gerilim yanında çok küçük olacağından ihmal edilebilir. Bu nedenle bu devre ile 1000 ohmdan büyük değerli dirençler ölçülürse gerçek değere yakın ölçmeler yapılmış olur. 41

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 4) Wheatstone Köprüsü Ohmmetreler ile %3 5 doğrulukla ölçme yapılırken, Wheatstone köprüsü ile %0.1 ve daha yüksek doğrulukla ölçme yapılabilir. Wheatstone köprüsü ile orta değerdeki dirençler ölçülür. Büyük değerli dirençler ısınma ve gerilim kaçağı; küçük değerli dirençler ise bağlantı iletkenlerinin dirençleri nedeniyle Wheatstone köprüsü ile hassas olarak ölçülemez. Şekildeki köprü devresinin dengede olması durumunda B ve D uçları arasındaki gerilim farkı V G =0 olur ve dolayısıyla bu uçlar arasından akım akmaz. Bu durumda denge koşulu olarak; Rx R 2 R 1.R 3 yazılabilir. R 2 direnci ile köprü dengeye getirilerek bilinmeyen R x direncinin değeri kolaylıkla hesaplanabilir. ÖRNEK: Bir Wheatsstone köprüsünde fabrika yapım hataları %1 olan, R 2 =32kΩ, R 3 =15kΩ ve R 1 =12kΩ dirençleri için denge sağlanmıştır. Bilinmeyen direncin değerini sınırları ile hesaplayınız. ÇÖZÜM: R x =32.15/12=40kΩ + %3, 40. %3 1,2Ω, 40 1,2Ω 42

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 5) Kelvin (Thomson) Köprüsü Kelvin köprüsü ile 1Ω ile 1μΩ arasındaki dirençler ölçülebilir. R w, R 3 ve R 4 dirençleri arasındaki bağlantı iletkeninin direncidir. Bu direnç çok küçüktür ancak bilinmeyen R x direnci de çok küçük olacaktır. Normal Wheatstone köprüsü ile yapılan ölçmede bu küçük direncin etkisi büyük olacaktır. Bu etkiyi yok etmek için R 5 ve R 6 dirençleri devreye eklenerek Kelvin köprüsü oluşturulur. Kelvin köprüsünü dengeye getirmek için R 1, R 2, R 5 ve R 6 dirençleri sırasıyla ayarlanır. Denge durumunda R 5,R 6 ve R w dan bağımsız olarak Wheatstone köprüsünde olduğu gibi; Rx R 2 R 1.R 3 denge koşulu elde edilir. 43

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 6) Korumalı Metot Büyük değerli dirençlerin ölçümünde kaynak olarak kv mertebesindeki büyük değerli gerilimler kullanılır. Büyük gerilimlerden dolayı kaçak akım olması söz konusudur. Şekil a da gösterildiği gibi, dirençten akacak akımın yanı sıra direnç kılıfı veya başka bir yol üzerinden kaçak akım akar. Şekil b de gösterildiği gibi kaynak ucu, kaçak akımın akabileceği noktaya bağlanır. Bu noktaya koruma noktası denir. Böylece kaçak akımın galvanometreden akması önlenir ve Voltmetrede ölçülen gerilim ile galvanometreden akan akımın oranı direnç değerini gösterir. 44

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 6) Korumalı Metot (Uygulama) Şekilde bir kablonun izolasyon direncinin ölçülmesi gösterilmektedir. Şekil a da izolasyon üzerine sarılmış koruyucu iletkenden akacak kaçak akım galvanometreden akmamaktadır. Zırhı olmayan kablolar için Şekil b deki düzenek ile izolasyon direnci ölçülebilir. Burada kullanılan kaynak gerilimi 500V olabilir. 45

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME 7) Yük Kaybı Metodu Şekildeki gibi dirence paralel olarak bir kondansatör bağlanır ve değeri U olan bir kaynak ile şarj edilir. Daha sonra anahtar açılarak U kaynağı devre dışı bırakılır. Kondansatör R direnci üzerinden deşarj edilir. Deşarj bağıntısı üstel bir fonksiyon olup aşağıdaki gibi yazılabilir. Bu metotla izolasyon direnci, Kondansatörün kaçak direnci hesaplanabilir. Bu metot büyük değerli dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. 46

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ DİRENÇ ÖLÇME Kablo arıza yerinin ölçülmesi Kablo arıza nedenleri: İletken ile toprak arasında kaçak olabilir. İki iletken birbirine temas edebilir. İletken kopuktur veya iletkenler ile zırh arasında kısa devre olabilir. Bir wheatstone köprüsü yardımıyla bu tür arızaların yeri tespit edilebilir. Şekildeki devreler için; (2R R x ) R 2 = R 1 R x R x direnci iletkenin uzunluğuna bağlıdır ve bunun yerine L x yazılabilir. Bu durumda: Lx 2LR 2 R 1 R 2 Bu şekilde kablo arıza yeri tespit edilebilir. 47

DOĞRU AKIM (DC) ÖLÇMELERİ Döner Mıknatıslı Ölçü Aletleri Bu ölçü aletlerinde bobin sabit, hareket eden kısım ibreye bağlanmış olan bir mıknatıstır. DC ölçmelerinde kullanılır. Sıfır göstergesi ortadadır. Bobinden akım geçirilince, magnetik eksenler aynı oluncaya kadar mıknatıs döner. Bu ölçü aletlerinde yerine getirici yay yoktur. Bu görevi dış kısma yerleştirilmiş mıknatıs yerine getirir. Genellikle havalı amortisman sistemine sahiptirler. Bobin akımı kesilince dıştaki mıknatıs, döner mıknatısı çekerek ibrenin tekrar sıfır noktasına gelmesini sağlar. Sağlam yapılı ve ucuzdur. Sıcaklık gibi ortam değişkenlerinden etkilenmezler. Ancak magnetik alandan etkilenirler. Bu yüzden ekranlama yapmak gereklidir. Doğruluk dereceleri ve duyarlılıkları fazla değildir. Genellikle 1 5 sınıfı ölçü aletleridir. Araçlarda gösterge cihazı olarak sıklıkla kullanılır. Kadranları düzenli değildir. Genellikle ortada geniş, başta ve sonda dar aralıklara sahip bir skalaya sahiptirler. 48

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Alternatif işaretler, ortalaması sıfır olan işaretlerdir. AC işaretin genliğinin yanı sıra frekansı da önemlidir ve frekans da dikkate alınması veya ölçülebilmesi gereken bir parametredir. Bu sebeplerden dolayı AC işaretlerde farklı ölçü cihazları kullanılmaktadır. Bunların başlıcaları: Elektrodinamik Ölçü Aletleri Döner Demir Plakalı Ölçü Aletleri Elektrostatik Ölçü Aletleri Termik Ölçü Aletleri İndüksiyon Ölçü Aletleri 49

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Elektrodinamik Ölçü Aletleri Elektrodinamik ölçü aletleri, esas itibariyle birbirine seri bağlı biri sabit, diğeri hareketli iki bobinden meydana gelmiştir. A bobini sabit, B bobini hareketlidir. B bobini, A bobininin içerisine bir gösterge ile birlikte yerleştirilmiştir. Hareketli B bobinine akım, ters mekanik kuvveti temin eden iki spiral yay vasıtasıyla verilir. Göstergenin salınımları genellikle havalı bir amortisman sistemi ile sağlanır. Döner bobinli galvanometreye benzer. Galvanometrede sabit iki daimi mıknatıs arasında dönen bir bobin vardır. Elektrodinamik ölçü aletinde ise sabit iki bobinin oluşturduğu elektromıknatıs arasında dönen bir bobin bulunur. Mıknatıslanma sadece alet çalışırken (bobinden akım geçince) olur. Döner bobin ile mıknatıs bobini uygun bir şekilde seri, paralel veya ayrı kullanılarak çeşitli ölçü aletleri yapılabilir. Şekil b ve c de sırasıyla voltmetre ve ampermetre yapılışı gösterilmiştir. 50

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Elektrodinamik Ölçü Aletleri ÇALIŞMA PRENSİBİ Akım geçen iletkenlerin meydana getirdikleri manyetik alanların, birbiri üzerine yaptıkları kuvvet etkisine dayanır. Şekildeki alet, devreye bağlandığı zaman her iki bobinde mıknatıs alanı meydana gelir. Bu alanların yönleri, kendilerini meydana getiren bobin eksenlerine paraleldirler. Sabit bobinle arasındaki magnetik alanın değişiminden dolayı hareketli bobinde bir dönme olur. Hareketli bobinin az veya çok dönmesi, her iki bobin içerisinden geçen akımla orantılıdır. Hareket eden bobinin açısal pozisyonu ani moment ile belirlenir. Ani moment ise ani akımın ortalaması olduğundan bu ölçü aleti bobinden geçen akımın karesel ortalamasını yani efektif değerini ölçer. 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. Ancak doğru akım devrelerindeki ölçmeleri güç kaybına sebep olduğundan, bu aletler en çok alternatif akım ölçmelerinde kullanılır. 51

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Elektrodinamik Ölçü Aletleri ÇALIŞMA PRENSİBİ Elektrodinamik ölçü aletleri, demirsiz ve demirli olmak üzere iki tipte imal edilirler. Demirli elektrodinamik ölçü aletleri: Demirli olarak yapıldığından aynı akımda daha kuvvetli bir alan meydana gelir ve aletin duyarlığı o oranda artar. Ve dış manyetik alanlardan etkilenmez. 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 yapmaya elverişli değildirler. Buna karşın vatmetre, fazmetre, frekansmetre gibi ölçü aletleri olarak yapılıp kullanılır. Demirli elektrodinamik ölçü aletlerine aynı zamanda ferromanyetik ölçü aletleri de denilmektedir. Demirsiz elektrodinamik 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 Wat kadar). Meydana gelen alan zayıf olduğu için, alet dış manyetik alanlardan etkilenir, dolayısıyla duyarlılığı da o oranda azalır. Ampermetrelerde en küçük ölçme değeri 30 ma 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 olarak kullanılırlar. 52

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Döner Demir Plakalı Ölçü Aletleri Döner bobinli ölçü aletlerinden sonra en çok kullanılan ölçü aletidir. Sağlam yapıda, aşırı zorlanmalara karşı dayanıklı, doğru ve alternatif akımları ölçebilmeleri bakımından önemlidirler. Ancak DC akımın oluşturacağı kalıcı mıknatıslanmadan dolayı fazla hata oluşacağı için DC ölçmelerde pek kullanılmaz. Fazla doğruluk gerektirmeyen oto gösterge aleti gibi değişik kullanım alanları vardır. Elektrodinamik ölçü aletlerinde olduğu gibi, döner demir plakalı ölçü aletlerinde de sapma akımın karesi ile orantılıdır ve bu yüzden ölçü skalası lineer değildir. Maliyeti düşüktür. Yüksek güçlü ve alçak frekanslı AC akım ve gerilim ölçümleri en sık kullanıldığı yerlerdir. Hata sınırları genellikle %5 ile %10 arasındadır. 53

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Döner Demir Plakalı Ölçü Aletleri ÇALIŞMA PRENSİBİ Çalışma prensibi aynı kutuplu mıknatısların birbirini itmesine dayanır. Şekilde görüldüğü gibi, çok sarımlı bir sabit bobin içinde biri sabit ve diğeri hareket edebilen iki demir plakadan oluşmaktadır. Hareketli plakaya bir ibre bağlanmıştır. Bobinden akım akınca, yumuşak demirden yapılmış olan plakalarda mıknatıslanma olur. DC akımda kutupların yerleri sabittir. AC akımda ise kutuplar sıra ile yer değiştirir. Bu mıknatıslanma neticesinde demir plakalarda oluşan aynı tip kutuplanmadan dolayı plakalar birbirini iter. İbre de sapar. Bir frenleme yayı ile ibrenin geriye dönmesi sağlanır. 54

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Elektrostatik Ölçü Aletleri ÇALIŞMA PRENSİBİ Birbirlerine göre yalıtılmış ve aralarında potansiyel farkı bulunan iki levhanın, birbirlerini itmesi veya çekmesi esasına göre çalışan ölçü aletleridir. Levhaların birbirlerine olan bu etkisi (kuvveti) gerilim ile orantılı olduğundan, bu tip aletlerle yalnız gerilim ölçülmektedir. Dairesel ve doğrusal hareketli olmak üzere iki tip elektrostatik voltmetre vardır. Dairesel hareketli voltmetre, iki veya daha fazla birbirine geçmeli yarım daire şeklindeki plakalardan oluşur. Büyük kesitli plaka sabittir. Plakalarda biriken yükün oluşturduğu itme kuvveti, dönme hareketine dönüştürülür. Doğrusal hareketli voltmetre biri sabit diğeri hareketli olan iki düzlemsel iletken plakadan oluşur. Küçük olan hareketli plaka üzerinde bir ibre vardır. Bu ibre, plakalara uygulanan gerilimi skalada gösterir. Her iki tipteki elektrostatik voltmetrede, ibredeki sapma uygulanan gerilimin efektif değerinin karesi ile orantılıdır. 55

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Elektrostatik Ölçü Aletleri Elektrostatik voltmetre, kondansatör gibi çalıştığından güç kaybı hemen hemen yok gibidir. Alet, demirsiz olduğu için fukolt ve histeresiz kaybı olmaz ve dış alanlardan etkilenmez. Aletin çektiği akım çok küçük olduğundan ısınma hatası çok azdır. Frekans değişmesi alete etki etmez (çok yüksek frekanslar hariç). Özellikle yüksek AC gerilimlerin minimum yükleme etkisi ile ölçümünde kullanılırlar. Doğruluk derecesi, yüksek gerilimlerde daha fazladır çünkü, çalıştırıcı kuvvet büyümüştür, ölçme hatası %0,2 kadardır. Elektrostatik aletler, fazla yüklenmeğe uygun değildirler. Çünkü; sabit ve hareketli levhalar arasında atlama olacağından levhalar kısa devre edilmiş olur. 56

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Termik Ölçü Aletleri Elektrik akımı bir iletkenden geçtiği zaman bu iletkene üç şekilde etki eder: İletkenin sıcaklığını yükseltir. İletkenin boyunu uzatır. İletkenin direncini artırır. Termik ölçü aletlerinin çalışma prensibi, içinden akım geçen telin ısınıp uzama özelliğine dayanır. Şekildeki termik ölçü aletinde; AB noktaları arasına, ergime derecesi yüksek bir tel gergin olarak konmuştur. Bu telin C noktası ile aletin içten yalıtılmış D gövdesi arasında, fosforlu bronzdan yapılmış bir K teli gerilidir. E noktasına bağlanan ham ipek ipliği, alet göstergesinin tespitli olduğu P makarasını bir defa doladıktan sonra R çelik yayına bağlanmıştır. Ölçülmesi istenen akım AB telinden geçince bu tel ısınır ve uzar. Telin ısınıp uzaması K telinin gevşemesine neden olur. P makarasına sarılı olan gergin F ipek ipliği, R yayı vasıtasıyla çekildiğinden, makara ve göstergeyi döndürür. Bu durumda C noktası C / ne, E noktasında E / durumuna gelmiş olur. Yapımına titizlik gösterilmiş ölçü aletlerinde AB uzunluğunun ufak bir değişmesi, göstergenin büyük bir sapma yapmasını temin eder. Göstergenin, ölçmeden sonra sıfıra geri gelmesini AB telinin, gerginliğini sağlar. Telin ısınıp uzaması geçen akımın karesiyle orantılı olduğundan, aletin skala taksimatı kareseldir. Yani baş tarafta aralıklar sık son tarafa doğru aralar açılmaya başlar. 57

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ Termik Ölçü Aletleri Isınan tel akımın yönüne tabi olmadığından alet, her iki akımda kullanılır. Isınan telin sıcaklığı yüksek olduğundan 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. Aletin, akım geçen teli ani ısınmadığından gösterge hemen sapmaz, ölçülen değerin okunması için biraz beklemek gerekir. 500 1000 frekanslı alternatif akım devrelerinde kullanılırlar. Alet, çok şiddetli olmayan dış manyetik alanlardan etkilenmez. 58

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ Yüksek değerli gerilim ve akımları ölçmek için kullanılan trafolardır. Gerilim trafosu ve akım trafosu olarak iki farklı şekilde kullanılırlar. Akım trafosunda, primer (K L) kalın kesitli telden az sarımlı, sekonder (k l)ise ince kesitli telden çok sarımlı olarak yapılır. Uygulamada 50 / 5, 100 / 5, 200 / 5,., 1000/5 Amper değerlerinde akım trafoları kullanılmaktadır. Gerilim trafosunda ise akım trafosunun tersine sarım düzeni vardır. Yani primer çok sargılı, sekonder ise az sargılıdır. 59

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ PENS AMPERMETRE Pens ampermetreler, akım ölçme işlemini daha pratik hale getirmek için ampermetre ve akım trafosu aynı gövde içerisinde birleştirilerek oluşturulmuş ölçü aletleridir. Devrenin hattını kesmeden ölçüm yapmak mümkündür. Aletin gövdesinden dışarı doğru açılan demir nüvesi, pens gibi açılıp kapanacak şekilde yapılır. Böylece akımı ölçülecek iletken kesilmeden pens içerisine alınır. Pens içerisindeki iletken tek sarımlık primer sargı görevi görerek etrafında oluşan manyetik alan pens şeklindeki nüveden geçerek alet içerisindeki sekonder sargıda bir gerilim meydana getirir ve akım değeri bu şekilde tespit edilir. 60

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ GÜÇ ÖLÇME Elektrik devresinin çektiği gücün bulunabilmesi için akım ve gerilim değerlerinin ölçülmesi gereklidir. Ancak, alternatif akımda omik dirençlerin çektiği güç aktif, bobin ve kondansatörlerin çektiği güç reaktiftir. Bu yüzden P= V x I formülü ile gücün hesaplanması, yalnız DC devrelerde ve omik dirençli AC devrelerinde mümkündür. Doğrudan doğruya güç ölçen aletlere wattmetre denir. Wattmetreler ile doğru ve alternatif akımda güç ölçülebilir. Wattmetreler her şartta alıcıların aktif güçlerini gösterir. Wattmetreler, biri akım bobini diğeri ise gerilim bobini olmak üzere iki bobinli ölçü aletleridir. 61

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ GÜÇ ÖLÇME Akım bobini gerilim bobinine göre daha ağır yapılı ve hareketsizdir. Üzerlerinden gücü ölçülecek alıcının akımı geçer. Akım yükün durumuna göre sürekli değişeceğinden akım bobininden meydana gelen itici manyetik alan da sürekli değişecektir. Wattmetre ibresi ve gerilim bobini de değişen alanın şiddetine bağlı olarak kadran üzerinde hareket edip alıcının gücünü gösterecektir. Büyük güçlü alıcıların gücü ölçülecekse akım bobini önce bağlanmalı, küçük güçlü alıcıların gücü ölçülecekse akım bobini sonra bağlanmalıdır. Wattmetreler, faz şekline göre bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki çeşit imal edilmektedir. 62

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ GÜÇ ÖLÇME REAKTİF GÜÇ ÖLÇME Alıcıların endüktif ve kapasitif durumlarında devrede reaktif güç (iş yapmayan güç) oluşmaktadır. Bu gücü ölçen aletlere varmetre denir. Wattmetrelerde küçük değişiklikler yapılarak varmetreler imal edilmektedir. Bu değişiklik hareketli bobin olan gerilim bobinine seri bir bobin ilave edilerek yapılmaktadır. Böylece gerilim bobinindeki akım 90º lik bir açı ile kaydırılmış olur. Artık bu ölçü aleti sadece reaktif güç ölçer. Bir ve üç fazlı devrelerde reaktif güç ölçmek amacı ile varmetreler, wattmetrelerde olduğu gibi devreye bağlanır. 63

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ GÜÇ ÖLÇME Güç Faktörü Cos Alternatif akım devrelerinde, devre endüktif veya kapasitif ise böyle devrelerde akım ile gerilim arasında faz farkı vardır. Bu fark açı ile gösterilip bu açının cosinüsüne güç katsayısı veya güç faktörü denir. P = V.I.cos [W] : aktif güç, Q = V.I.sin [Var] : reaktif güç S = V.I = P + jq [VA] : Görünür güç 1. Ampermetre, Voltmetre ve Wattmetre Metodu İle Cosφ Ölçmek. 64

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ GÜÇ ÖLÇME 1. Cosinusfimetre ile ölçme Varmetrelerde seri olarak bağlanan bobin, paralel bağlanarak cosinusfimetreler elde edilir. Ayrıca bu bobine paralel bir de direnç bağlanır. Bobin ile direnç üzerinden akan akımlar arasında 90 faz farkı vardır. 65

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ ENERJİ ÖLÇME Aktif Sayaçlar Aktif sayaçlar alıcıların aktif enerjilerini ölçer. Bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki tiptir. Akım bobininden gecen akımın ve gerilim bobinine düşen gerilimin oluşturduğu manyetik alanın alüminyum disk üzerinde oluşturdukları döndürme momentine göre çalışır. Sayaç üzerinden gecen akımın miktarına bağlı olarak alüminyum disk hızla veya yavaş dönerek miline bağlı sonsuz vida aracılığı ile bir numaratörü çevirir. 66 Mıknatıs, sayaç çalışırken diskin kontrollü dönmesini sağlar ve sayaç üzerinden geçen akım kesildiğinde diskin ataleti ile dönmesini engeller.

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ ENERJİ ÖLÇME Aktif Sayaçlar 67

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Direnç, endüktans, kapasitans, frekans ve karşılıklı endüktans ölçümlerinde AC köprü devreleri kullanılır. Denge durumunda, aşağıdaki eşitlik ile bilinmeyen büyüklük bulunur. 68

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Maxwell Köprüsü Maxwell in endüktans köprüsü olarak adlandırılan bu köprü devresi ile bilinmeyen endüktansın ölçülmesi amaçlanmaktadır. 1 w 1 3 4 w 4 2 Yukarıdaki denklemde, reel ve sanal kısımların birbirine eşit olması gerekmektedir. Bu durumda; 1 3 4 2 1 3 4 2 69

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Örnek Şekilde verilen devrede R 2 =R 3 =100Ω dur. Bilinmeyen bir bobinin endüktansı ve iç direncini ölçmek amacıyla kurulan köprü devresi, L 1 =47,8mH ve R=1,36Ω iken dengeye gelmektedir. Buna göre bobinin empedansı ve iç direncini hesaplayınız. 70

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Maxwell Wien Köprüsü Bilinmeyen endüktansın, bilinen bir kapasite ile kıyaslanarak ölçülmesi amaçlanmaktadır. 2 4 1 2 1 3 1 2 3 71

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Hay Köprüsü Maxwell Wien köprüsünün, daha büyük değerli endüktansları ölçmek amacıyla uyarlanmış halidir. Hay köprüsünde R 1 ve R 2 dirençleri daha büyüktür. 72

ALTERNATİF AKIM (AC) ÖLÇMELERİ AC KÖPRÜLER Schering Köprüsü Kapasite ve dielektrik kaybını ölçmek amacıyla kullanılır. Şekilde, bilinmeyen kapasiteye ait büyüklükler C 3 ve R 3 tür. Schering köprüsü ile küçük değerli kapasite değerlerini ölçmek mümkündür. 3 2 1 2 3 2 1 2 73

ALGILAYICILAR Sensör : Fiziksel, kimyasal ya da elektriksel değişimleri, ölçülebilir elektriksel sinyallere dönüştüren algılayıcılardır. Örneğin, birer termistör olan NTC ve PTC nin sıcaklığa bağlı olarak direnci değişmektedir. Sensör ifadesi çoğu zaman sadece algılayıcı eleman için kullanılmaktadır. Transdüser : Fiziksel bir büyüklüğü farklı bir niceliğe çeviren cihazlardır. Örneğin bir potansiyometre, konum bilgisini direnç büyüklüğüne dönüştüren bir transdüserdir. Ya da temokupl, sıcaklık büyüklüğünü gerilime dönüştürmektedir. Ancak transdüserler sinyal işleyici/yükseltici devreleri içerebilir. Transdüserler, sensör elemanı ve işleyici/yükseltici devreyi içerisinde barındıran algılayıcılar olarak tanımlanabilir. 74

75

ALGILAYICILAR Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir: 1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), Basınç, Hız, İvme, Pozisyon, Ses dalga boyu ve yoğunluğu 2. Termal : Sıcaklık, ısı akısı 3. Elektriksel : Voltaj, akım, şarj, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans 4. Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik 5. Işıma : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme 6. Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, ph miktarı 76

ALGILAYICILAR Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre iki sınıfa ayrılırlar: 1. Pasif Algılayıcılar Harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. 2. Aktif Algılayıcılar Çalışmaları için harici bir enerji beslemesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. 77

ELEKTRİKSEL OLMAYAN BÜYÜKLÜKLERİN ÖLÇÜLMESİ 1. ZORLAMA ÖLÇÜCÜ (STRAIN GAGE) Pasif bir transducer olan zorlama ölçücü, mekanik yerdeğişimini direnç değişimine dönüştürür. Çalışma ilkesi, mekanik transformasyona uğrayan bir iletkenin elektrik direncindeki değişmeye dayanır. Elektriksel iletken, yalıtkan bir yapıştırıcı ile zorlamanın ölçüleceği cisim üzerine yapıştırılır. Dirençteki bağıl değişimin, boydaki bağıl değişmeye oranına ölçü faktörü denir ve G ile gösterilir. / / İletkenin gerilmesi l uzunluğunda l artışına ve iletkenin çapında d azalmasına sebep olur. / R 78

1 ZORLAMA ÖLÇÜCÜ Zorlama ölçücüler tel ölçücü, yaprak ölçücü ve yarıiletken ölçücü olmak üzere 3 çeşittir. 79

2 PIEZOELEKTRİK TRANSDUCER Bazı kristal yapılı maddeler (Rochelle tuzu, quartz) ve seramikler (baryum titanat) deformasyona uğrayınca gerilim üretirler. Piezo elektrik maddeler, uygulanan kuvvet veya basıncın işaret ve büyüklüğü ile orantılı bir gerilim üretirler. Kristal, iki elektrot levha arasına yerleştirilir. Levhalara kuvvet uygulanınca kristal deforme olur ve kristalin yüzleri arasında bir potansiyel farkı oluşur....., Piezoelektrik kristaller ucuz basınç ölçücüler olarak sıklıkla kullanılmaktadır. 80

3 KAPASİTİF TRANSDUCER Küçük yer değişimleri, bir levhanın diğerine göre hareket ettirilmesi ile kapasitif yolla ölçülebilir. Levhaların hareket ettirilmesi sonucu C (kapasite) de oluşacak değişim bir AC köprü ile ölçülebilir. Böylelikle yer değiştirme veya bu yer değiştirmeye neden olan kuvvet ölçülebilir. Bu dönüştürücüler hareket,uzaklık ve basınç ölçmelerinde çok kullanılırlar., 2 2 81

4 DİFERANSİYEL TRANSFORMATÖR Kuvvet veya yer değişimi ölçmek için kullanılan bu transducer, ölçülecek büyüklüğü transformatörün ferromagnetik çekirdeğinin yer değişimi cinsinden verir. Hareketli çekirdeğin konumu, primer ile her bir sekonder sargı arasındaki akı bağlantısını belirler. 82

5 KALINLIK ÖLÇÜLMESİ Kalınlık ölçümünde radyasyon yayan kaynaklar kullanılır. Radyasyon maddeden geçirilir ve bir radyasyon alıcısında değerlendirilerek maddenin kalınlığı belirlenir. 83

6 SICAKLIK ÖLÇÜLMESİ 1. DİRENÇ TERMOMETRESİ Belirli sıcaklıklarda belirli direnç değerleri gösteren saf platin, bakır veya nikel tel gibi elemanlardan yapılırlar. : Sıcaklık katsayısı olmak üzere; 1 84

6 SICAKLIK ÖLÇÜLMESİ 2. TERMİSTÖRLER (Thermistor) THERMal resistor kelimelerinin birleşimi ile tanımlanan bu ifade, direnci sıcaklıkla değişen yarı iletken malzemelere verilen addır. 100 C ile 300 C arasında değişen sıcaklıkların ölçülmesinde sıklıkla kullanılırlar. Direnci sıcaklıkla artan türleri PTC, azalan türleri NTC olarak adlandırılır. PTC : Positive Temperature Coefficient NTC : Negative Temperature Cooefficient : referans sıcaklığındaki direnç : Termistör sabiti / 85

6 SICAKLIK ÖLÇÜLMESİ 2. ISIL ÇİFTLER (Thermocouples) Termokupl; farklı malzemeden oluşmuş bir tel çiftinden oluşur. Termokupl ile ölçümde farklı malzemelerin ısıya karşı gösterdikleri farklı duyarlılıktan faydalanılır. Her iki malzeme çiftinin yapısında bulunan serbest elektronların ısı etkisiyle oluşturdukları potansiyel farkla bir elektro motor kuvvet (EMK) doğar ve elektronik devrelerde bu küçük gerilim büyültülerek karşılık değeri olan dereceye dönüştürülür. 86

7 AKIŞ ÖLÇÜCÜLER Çok çeşitli akış ölçüm teknikleri vardır. İki tanesine değinelim. 1. Termistörlü ölçücü : Akışkanın termistöre temasından oluşan ısı kaybı, sıvının hızıyla artar; Duran akışkan içindeki termistör sıcaklığı ile akan akışkan içindeki termistör sıcaklığı arasındaki farktan yararlanarak akışkanın hızı belirlenebilir. 2. Endüktif Transducer : Akışkan, kendi hızına dik olan bir magnetik alandan geçirilir. İletkenliğinden dolayı, akışkan magnetik alan içinde hareket eden bir iletkeni temsil edeceği için elektrotlar arasında bir gerilim indüklenecektir. 87 L: iletkenin boyu (cm) v: akışkanın hızı (cm/sn) B: magnetik akı yoğunluğu

8 AÇISAL SAYISAL KODLAYICILAR Şaft konumu, açısal sayısal kodlayıcı kullanarak doğrudan doğruya ölçülebilir. Bu kodlayıcılar, analog transducerlerden daha yüksek doğruluk verirler. Işık geçirmeyen bir maddeden yapılmış olan kodlanmış disk üzerine yarıklar açılarak, ışık geçiren uygun bir patern oluşturulur. Bir ışık kaynağı ve bir de ışık algılayıcı transducer kullanılarak uygun sayısal işaret elde edilir. 88

9 DİĞER Işığa duyarlı diyot, transistör vb. elektronik elemanlar, (fotodiyot, fototransistör) Ultrasonik ses dalgalarının yansıması ve yansıyan bu işaretin bir transducer ile yakalanması prensibine dayanan ölçüm sistemleri, Magnetik alan içine sokulmuş yarı iletken malzemeler üzerinde meydana gelen gerilim farkından yararlanarak gerçekleştirilen ölçme sistemleri, Dokunmatik ekranlar, resistif, kapasitif ve kızılötesi Hız, seviye, mesafe, ivme ölçen sayısal görüntüleme sistemler...... 89