1 ELEKTRİKSEL ÖLÇÜ ALETLERİ
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Tanımlar Elektriksel ölçme, elektriksel büyüklükleri ölçmek için kullanılan metotlar, aygıtlar ve hesaplamaları içerir. Elektriksel büyüklüklerin ölçülmesi, bir sistemin elektriksel parametreleri ölçmek için yapılabilir. Elektrik tesisatlarının düzgün bir biçimde çalışmalarını kontrol için elektrikte kullanılan büyüklüklerin (akım, gerilim, direnç, güç, frekans ve elektrik işi gibi.) ölçülerek bilinmesi gereklidir. Dönüştürücüler kullanılarak, sıcaklık, basınç, akış, güç, vb. gibi fiziksel özellikleri daha sonra uygun bir ölçülebilir ve kaydedilebilir elektrik sinyalleri haline dönüştürülebilir. 2
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Tanımlar Ölçme işlemi; Cihazların onarımına, Arıza yerlerinin bulunmasına Devrenin çeşitli kısımlarının çalışıp çalışmadığının kontrol edilmesine yardımcı olur. 3
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri Elektrik ölçmelerinde, değişik tip ve şekillerde aletler kullanılır. ELEKTRİKSEL SEMBOL İŞARETİ BİRİMİ BÜYÜKLÜK Ü ÖLÇEN ALET Akım şiddeti I Amper A Ampermetre Gerilim V Volt V Voltmetre Direnç R Ohm Ω Ohmmetre Aktif güç P Watt P Wattmetre Reaktif güç Q Var Var Varmetre Elektrik enerjisi E Kilowatt.saat Kwh Elektrik sayacı Frekans f Hertz Hz Frekansmetre Güç faktörü, güç katsayısı cosφ cosφmetre Faz farkı φ Derece Fazmetre Elektrik Ölçü Aletleri İsim ve Sembolleri Tablosu 4
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri BİLİMADAMI BİRİMİ AÇIKLAMA ÇALIŞMALARI Isaac Newton (İngiliz) Newton Kuvvet Yer çekimi kanunu, optik, hareket kanunları Charles Augustin de Coulomb (Fransız) Coulomb Elektrik Yükü Elektrik yükleri James Watt (İskoç) Watt Güç, ısı akışı Buhar makinesinin mucidi Alessandro Volta (İtalyan) Volt Potansiyel fark Volta pili Andre Marie Ampere (Fransız) Amper Elektrik akımı Elektromanyetizma (Elektrodinamik) Joseph Henry (Amerikan) Henry Elektriksel self Özindüktans olgusu George Simon Ohm (Alman) Ohm Elektriksel direnç Akım, gerilimi ve direnç arasındaki ilişki Michael Faraday (İngiliz) Faraday 1 Mol elektron yükü Elektromanyetik indüksiyon, elektrik motorları Wilhelm Eduard Weber (Alman) Weber Manyetik akı Manyetizma Ernst Werner von Siemens (Alman) Siemens Elektrik iletkenliği Siemensin kurucusu James Prescott Joule (İngiliz) Joule İş, enerji, ısı miktarı Enerjinin korunumu, joule kanunu Nicola Tesla (Sırp) Tesla Manyetik akı Alternatif akım, indüksiyon motoru, radyo, yoğunluğu elektriğin kablosuz iletimi Heinrich Rudolf Hertz (Alman) Hertz Frekans Radyo dalgaları Carl Friedrich Gauss (Alman) Gauss Manyetik akı yoğunluğu Matematik, elektrik, manyetizma James Clerk Maxwell (İskoç) Maxwell Manyetik akı Elektrik ve manyetizma Elektrikte kullanılan önemli birimler 5
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri Elektriksel büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletleri çok çeşitli tip ve modellerde olmasına karşılık, bazı ortak özellikleri yönü ile aynı çatı altında gruplandırılabilirler. Yapısına göre ölçü aletleri Ölçtüğü büyüklüğün doğruluk derecesine göre ölçü aletleri, Ölçü aletlerinin gösterme şekline göre ölçü aletleri, Kullanma yerine göre ölçü aletleri. 6
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Analog Ölçü Aletleri) Yapısına Göre Ölçü Aletleri Analog ölçü aletleri Dijital 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. Analog ölçü aletlerinde değer okumak daha zordur. Analog ölçü aletleri 7
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Dijital Ölçü Aletleri) Dijital Ölçü Aletleri Ölçtüğü değeri dijital bir gösterge de sayılarla gösteren ölçü aletleridir. Kullanımı kolay olup özellikleri analog ölçü aletlerine göre daha fazladır. Günümüzde dijital ölçü aletleri ile ayarlanan değer aşıldığında sinyal alma, ölçülen değerlerin bilgisayar ortamına taşınması ve kullanılması gibi ilave işlemler yapılabilmekte olup yeni özellik ve nitelikler ilave edilerek geliştirilen ölçü aletleridir. Dijital ölçü aletleri 8
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Gösterme Şekline Göre Ölçü Aletleri) Ölçtüğü Büyüklüğü Gösterme Şekline Göre Ölçtüğü büyüklüğü kişiye çeşitli şekillerde yansıtan ölçü aletleri kendi aralarında üçe ayrılır. Gösteren ölçü aletleri, Kaydedici ölçü aletleri, Toplayıcı ölçü aletleridir. 9
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Gösteren Ölçü Aletleri) Gösteren Ölçü Aletleri Ölçtükleri elektriksel büyüklüğün o andaki değeri skalasından veya göstergesinden gösteren, başka bir ölçüme geçildiğinde eski değeri kaybedip yeni ölçüm değerini gösteren ölçü aletleridir. Ölçtükleri değerleri geriye dönük kendi belleğine kaydetme özelliği yoktur, ancak son zamanda gösteren ölçü aletlerinde ölçü aletleri ile bilgisayar arasında yapılan bağlantı ve bilgisayara yüklenen yazılım ile bu ölçü aletlerinin istenen gün, saat ve dakikada kaydettikleri değerler bilgisayar ortamında görüntülenebilmektedir. Gösteren ölçü aletlerine örnekler 10
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Kaydedicili Ölçü Aletleri) Kaydedicili Ölçü Aletleri Ölçülen büyüklüğün değerini zamana bağlı olarak grafik kağıdı üzerine çizerek kayıt ederler. Geriye dönük ölçülen değerlerin okunması ve incelenmesi mümkündür. Genellikle elektrik santrallerinde üretilen enerjinin takibi için kullanılır. Kaydedicili ölçü aletlerine örnekler 11
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Toplayıcı Ölçü Aletleri) Toplayıcı Ölçü Aletleri Ölçtükleri elektriksel büyüklük değerini zamana bağlı olarak toplarlar. Ekranında okunan değer, ölçüme başladığı andan itibaren ölçtüğü değerdir. Ölçtüğü değeri bir önceki değerin üstüne ilave ederek ölçüm yaparlar. Enerji kesildiğinde ölçülen değer sıfırlanmaz. Elektrik sayaçları bu tip ölçü aletlerine verilebilecek en iyi örneklerden biridir. Toplayıcı ölçü aletlerine en iyi örnek sayaçlardır 12
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Kullanım Yerlerine Göre Ölçü Aletleri) Kullanım Yerlerine Göre Ölçü Aletleri Taşınabilir (Portatif) Pano tipi Taşınabilir Ölçü Aletleri Çoğunlukla atölye, işletme ve laboratuvar ortamlarında pratik ölçüm yapmak amacı ile kullanılan sabit bir yere monte edilmeyen ölçü aletleridir. Kendine ait bir kapalı kap içerisine alınmış taşınmaya uygun ölçü aletleridir. Çarpma ve darbelere karşı hassas olduklarından kullanımında gerekli özen gösterilmelidir. Taşınabilir (Portatif) ölçü aletleri 13
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Kullanım Yerlerine Göre Ölçü Aletleri) Pano Tipi Ölçü Aletleri Sanayide, fabrikalarda ve atölyelerde, elektriksel büyüklüklerin sık sık kontrol edilmesi istenen yerlerde kullanılır. Pano veya tablo üzerine özel montaj malzemeleri kullanılarak sabitlenen bu ölçü aletleri dik çalışacak şekilde tasarlanır. Günlük ölçümlerde ve deney masalarında kullanım için uygun değildir. Pano tipi ölçü aletleri sipariş edilirken gösterme şekli ne olursa olsun 48x48, 72x72, 96x96, 144x144mm gibi bazı standart ölçülerde imal edilirler. Bu boyutlar arasında teknik olarak bir farklılık olmayıp görünüş ve okuma kolaylığı dikkat alınarak seçim yapılır. Pano tipi ölçü aletleri 14
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Doğruluk Derecesine Göre Ölçü Aletleri) Doğruluk Derecesine Göre Elektriksel büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılan ölçü aletleri kullanıldıkları yere ve doğruluk derecelerine (imalat hataları) göre genel olarak 0,1-0,2-0,5 1,0 1,5 2,5 gibi altı sınıfa ayrılırlar. 0,1-0,2 Sınıfı: Ölçü aletleri yapımında kullanılan hassas ölçü aletleri. 0,5-1 Sınıfı: Genellikle hareketli (seyyar) kullanılan ölçü aletleri. 1,5-2,5 Sınıfı: Endüstriyel ölçmelerde kullanılan tablo tipi ölçü aletleri. Birinci sınıf ölçü aletleri: Daha çok laboratuvarlarda ve kontrol merkezlerin etalon aletler olarak kullanılırlar. Hassas ölçüm yapan ölçü aletleridir. İkinci sınıf ölçü aletleri: Hassas ölçüm istenmeyen yerlerde kullanılırlar. Kaba Ölçüm yaparlar. 15
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Elektrik Ölçü Aletleri (Genel Tanım ve Kavramlar) Elektrik Ölçü Aletleri İle İlgili Temel Terimler Doğruluk derecesi Hassasiyet Ölçme Alanı Ölçme Sınırı Ölçü aletinin sarfiyatı Giriş empedansı Lineerlik(Doğrusallık) Lineersizlik(Doğrusal Olmayan) 16
17 ÖLÇME HATALARI
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Ölçme Hataları Ölçüm sırasında elde edilen değer ile ölçülmesi gereken gerçek değer arasındaki farka hata denir. Genel olarak hatalar üç grupta incelenir. Ölçü aletinden kaynaklanan hatalar Ölçmeyi yapan kişiden kaynaklanan okuma hataları Dış kaynaklı hatalar. 18
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Ölçü Aletinden Kaynaklanan Hatalar Değişmeyen sabit olan hatalardır. Ölçü aletinin hatasıdır. İmalat sırasında cihazın yapım hatası, ayar ve kalibrasyon hatası, sıfır ayarı hatası, skala hatası, aletin eskimesi, sürtünme, cevap zamanı ve yükleme hatası şeklinde söylenebilir. Ölçmeyi Yapan Kişiden Kaynaklanan Hatalar Genellikle analog göstergeli (ibreli) ölçü aletlerinde olur. Yanlış okuma, yanlış skala seçimi, cihaz ayarının yanlış yapılması, yanlış bağlantı ve hesaplamaların yanlış yapılması gibi etkenler olabilir. Dış Kaynaklı Hatalar Gürültü, rutubet, yüksek sıcaklık, karanlık ortam, elektrik ve manyetik alan gibi dış etkilerin oluşturduğu hatalardır. 19
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Ölçme Hatalarının İstatistiksel Analizi Ölçü aletleri ile ölçüm yapılırken iç veya dış etkilerden dolayı aynı ölçme işlemi birkaç kez yapıldığında farklı sonuçlar alınabilir. Bu etkenlerin değişimi belirsiz olduğundan oluşan hataların analizi istatistik yöntemlerle yapılır. Ortalama veya Aritmetik Ortalama Değer Sapma X 0 = X 1+X 2 +.X n n Ölçülen her bir değer ile ortalama değer arasındaki farktır. D 1 = X 1 X o, D 2 = X 2 X o,.. D n = X n X o Sapmaların artimetik ortalaması sıfırdır. 20
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Örnek: Bir devrede gerilim dört defa ölçülüyor. Aşağıda verilen ölçüm değerleri için aritmetik ortalamayı, her bir değerin sapmasını ve sapmaların aritmetik ortalamasını bulunuz. X 1 = 100V, X 2 = 103V, X 3 = 97V, X 4 = 99V Aritmetik ortalama; X 0 = X 1+X 2 +.X n n = 100+103+97+99 4 D 1 = 100 99, 75 = 0, 25V D 3 = 97 99, 75 = 2, 75V = 99, 75 V D 2 = 103 99, 75 = 3, 25V D 4 = 99 99, 75 = 0, 75V Ölçüm Sayısı Ölçüm Değeri 1 100V 2 103V 3 97V 4 99V Sapmaların aritmetik toplamı; D t = 0, 25 + 3, 25 2, 75 0, 75 = 0 olarak bulunur. 21
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Standart Sapma Elde edilen verilerin değerlendirmesinde ortalama değerden daha iyi sonuç veren istatistik analizdir. S = D 1 2 +D 2 2 + +D n 2 n Standart sapma ortalama değerin civarındaki değişim miktarını yüzde olarak gösterir. Veri sayısı n<20 için daha doğru sapma elde etmek için n yerine n 1 konur. Herhangi bir ölçü verisinde elde edilen ortalamanın gerçek ortalamaya yakınlığı bulunan standart sapmanın yüzde değerinin elde edilen ortalamanın %10 dan küçük olması ile anlaşılır. 22
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Örnek: X 1 = 100V, X 2 = 103V, X 3 = 97V, X 4 = 99V değerleri için standart sapmayı hesaplayınız. NOT: Veri sayısı 20 den az olduğu için n yerine n-1 yazılır. S = D 1 2 +D 2 2 + +D n 2 n 1 = 0,252 +3,25 2 + 2,75 2 +( 0,75) 2 n 1 S = 0,0625+10,5625+7,5625+0,5625 n 1 = 18,75 3 = 2, 5 V Standart sapmanın % değişimi 2,5 99,75 = 0, 0250 = %2, 5 olarak bulunur. Bulunan bu değer ortalama değerin %10 undan (%10. 99, 75 = 9, 975V) küçük olduğu için bulunan ortalama değer gerçek değere yakındır. 23
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları Örnek: Bir devreden geçen akımın ölçümü için gerekli istatistik analizin yapılması için devre çalıştırılarak peş peşe yapılan ölçümler aşağıdaki gibidir. I 1 = 2,182A I 2 = 2,179A I 3 = 2,18A I 4 = 2,186A I 5 = 2,182A I 6 = 2,177A Ölçüme ait istatistik değerlendirmeyi yapınız. Aritmetik ortalama; X 0 = X 1+X 2 +.X n n X 0 = 2, 181 V = 2,182+2,179+2,18+2,186+2,182+2,177 6 24
ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER Ölçme Hataları D 1 = 2, 182 2, 181 = 0, 001A D 3 = 2, 18 2, 181 = 0, 001A D 5 = 2, 182 2, 181 = 0, 001AV D 2 = 2, 179 2, 181 = 0, 002A D 4 = 2, 186 2, 181 = 0, 005A D 6 = 2, 177 2, 181 = 0, 004A NOT: Veri sayısı 20 den az olduğu için n yerine n-1 yazılır. S = S = S = D 1 2 +D 2 2 + +D n 2 n 1 0,0012 +( 0,002) 2 + 0,001 2 +0,005 2 +0,001 2 +( 0,004) 2 0,000048 5 6 1 = 0, 0030984 A Standart sapmanın % değişimi 0,0030984 = 0, 00142 = %0, 142 olarak bulunur. 2,181 Bulunan bu değer ortalama değerin %10 undan (%10. 2, 181 = 0, 02181) küçük olduğu için bulunan ortalama değer gerçek değere yakındır. 25
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 2011 4. MEGEP; Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülmesi; Ankara 2011 5. www.transcat.com New International Safety Standards for Digital Multimeters 6. www.wikipedia.org 26