Ölçme ve Devre Laboratuvarı Deney: 1 Gerilim, Akım ve Direnç Ölçümü 2013 Şubat
I. GİRİŞ Bu deneyin amacı multimetre kullanarak gerilim, akım ve direnç ölçümü yapılmasının öğrenilmesi ve bir ölçüm aletinin bağlandığı devreyi nasıl etkilediğinin gözlemlenmesidir. II. ÖN OKUMA A. ÖLÇÜM CİHAZLARI TANIMI Genel Bilgiler Tüm voltmetre, ampermetre ve direnç ölçerler ile ölçüm alınabilmesi için bu cihazların ölçüm için kullanılan uçlarının ikisinin de devrede ilgili yere bağlı olması gerekmektedir. Tüm bu ölçüm cihazlarının en az iki ölçüm ucunun (probe) bağlanabileceği iki adet girişi bulunmaktadır. Eğer ikiden fazla giriş mevcut ise, girişlerin hemen yanında hangi ölçüm için kullanılacağı ile ilgili bilgi bulunmaktadır. Çoğu zaman gerilim ölçer, akım ölçer ve direnç ölçer cihazları tek bir ürün olarak birleştirilmiş durumdadır ve bu cihaza multimetre denir. Multimetreler analog ve dijital olmak üzere iki çeşittir. Analog metrelerin göstergesi, sayı ölçeği ve bu sayı ölçeğinde ölçülen değeri gösteren bir hareketli iğneden oluşmaktadır. Bu metrelerle kullanıcı hangi tür ölçüm yapmak istediğini (gerilim, akım, direnç) ve ölçüm yapılacak değer aralığını seçebilmektedir. Sayısal multimetrelerde genel olarak LCD veya LED ekran bulunmaktadır. Bu deneyde sayısal veya analog metre kullanılabilir. Gerilim Ölçer Voltmetre, ölçüm uçları arasında görülen gerilim farkını ölçer. Voltmetre ölçüm yapılacak devre elemanına daima paralel olarak bağlanır. Otomatik ölçekleme özelliği olmayan bir ölçüm cihazı kullanılıyorsa, öncelikle en geniş ölçüm-değer aralığı seçilerek ölçüm yapılır ve daha sonra ölçülen değere göre ölçüm aralığı daraltılabilir. Beklenen gerilim değerinin üstünde bir ölçüm aralığıyla ölçüm yapmaya başlamak multimetrenin zarar görmesini engelleyecektir. Akım Ölçer Ölçüm uçları üzerinden geçen akımı ölçer. Akım ölçümü yapılmak istenen yere akım ölçer her zaman seri bağlanır. Seri bağlı elemanların her birinden geçen akım miktarı eşit olacaktır. Akım ölçeri, bilinçli olarak kısa devre akımını ölçmek istemediğiniz
durumlar haricinde devreye paralel olarak bağlamayın. Akım ölçerinize zarar verecek akım seviyesinden fazla akım ölçmediğinize dikkat edin. Otomatik ölçekleme özelliği olmayan bir ölçüm cihazı kullanılıyorsa, öncelikle en geniş ölçüm-değer aralığını seçerek ölçüm yapın ve daha sonra ölçülen değere göre ölçüm aralığını daraltın. Direnç Ölçer Direnç ölçer, ölçüm uçları arsındaki direnç değerini ölçer. Direnç ölçer, diğer devre elemanlarından izole edilen devre elemanlarına bağlanır. Direnç değeri ölçülecek elamanın diğer elemanlardan izole edilmesi, ölçülecek direnç değerinin diğer elemanlar tarafından etkilenmesini engellemiş olur. Aksi halde yanlış ölçüm sonucu alınacaktır. Devrede gerilim varken asla direnç ölçümü yapmayınız. Bu direnç ölçerinize zarar verebilir. Önemli Uyarılar - Multimetreyi ohm ölçüm kademesindeyken bırakmayınız. Bırakacaksanız en yüksek DC gerilim ölçüm kademesinde bırakınız. - Devrede enerji varken direnç ölçümü yapmayınız. - Kullanmayacaksanız ölçüm cihazını kapatınız. -Gerekli ölçüm ayarını ve ölçüm-değer aralığını ayarlamadan ölçüm almaya çalışmayınız. B. ÖLÇÜM CİHAZLARININ DEVREYE ETKİSİ Düşüncel olarak ölçüm cihazının devre üzerinde hiçbir etkisi olmaması gerekir. Ancak gerçek hayatta ölçüm cihazının etkisi olmadan ölçüm alabilmek imkansızdır ve bu etki genel olarak göz ardı edilir. Gerilim ölçer ölçüm yapılacak devre elemanına paralel bağlandığı için içsel olarak sonsuz dirence sahip olması gerekir. Bu durumda gerilim ölçerin paralel bağlanması devrenin kendi empedansını etkilemez. Akım ölçer devreye seri bağlandığı için kısa devre gibi davranmalı ve direnç etkisi göstermemelidir. Gerçek bir akım ölçerin çok küçük değerde bir direnci olur. Devre analizi yaparken, ölçüm cihazı yerine uygun değerde direnç bağlanmalıdır. Bu sayede düşüncel olmayan durum da hesaba katılmış olacak ve devre analizi bu duruma göre yapılmış olacaktır. Paralel bağlanan bir gerilim ölçerin devreye etkisi önemsizse bu durum ihmal edilebilir.
Örnek: Ölçüm aletinin devreye etkisine örnek olarak, Şekil 1'deki devrede 30 Kohm luk direnç üzerinde ölçüm yapılmak istenmektedir. Şekil 1 A ve B noktaları arasındaki gerilim farkı 60V olmalıdır. Gerilim ölçümünün Şekil 2'de olduğu gibi içsel direnci 60Kohm olan bir gerilim ölçer ile yapıldığını düşünelim Şekil 2
Bu bağlantı sonucu A ve B terminalleri arasındaki direncin 20Kohm a düştüğü görülmektedir. A ve B terminalleri arasındaki direnç değeri multimetrenin bağlı olmasına göre büyük ölçüde değişmektedir. Gerilim bölme denklemini kullanarak Şekil 2 deki devrede A ve B terminalleri arasındaki gerilim değerini hesaplayabiliriz. A ve B arasındaki gerilim değeri bağlanacak gerilim ölçerin içsel direnci sonsuz olmadığı sürece değişecektir ve gerilim ölçer her zaman devreye etkide bulunacaktır, önemli olan ne kadar bir değişikliğe neden olduğudur. C. DİRENÇ RENK KODLARI Direnç üzerinde bulunan renk halkları direncin değerini belirtmektedir. Renk kodları şu şekilde çözümlenmektedir: Direnç üzerinde çok sayıda rengin olduğu bir grup ve tek bir rengin olduğu iki renk grubu vardır. Çoklu renk grubu sola, tekil renk grubu sağa bakacak şekilde çevirin. Bu durumda direnç değeri soldan sağa aşağıdaki adımları izleyerek okunabilir. -İlk renk bandı direnç değerindeki ilk sayısal değeri belirtir. (En soldaki basamak) -İkinci renk direnç değerindeki ikinci basamağın değerini belirtir. Çoklu sayıda renk halkasının bulunduğu bu gruptaki son halka hariç diğer halkalar sıra ile direnç değerinin basamak değerlerini verir. -Çoklu renk halka grubunun son halkası ise ilk halkalardan elde edilen değerin sonuna kaç adet sıfır ekleneceğini belirtir. -Tek renkten oluşan gruptaki renk değeri ise direncin hata sınırı verir. NOT: Hata sınırı değeri, gerçek direnç değerinin renk halkaları ile hesaplanan değerden ne kadar farklı olabileceğini gösterir. Örnek olarak 1000 ohm değerinde bir direnç ± %10 toleranslı ise bu direncin ölçülen değeri 900 ohm ile 1100 ohm arasında olabilir. Şekil 3 te renk kodları ve hata sınırı değerleri verilmiştir.
Şekil 3 III. ÖN HAZIRLIK A. AKIM HESAPLAMASI Şekil 4 te gösterilen devreden geçen akımı farklı direnç değerleri için hesaplayınız. Şekil 4
R = 0 ohm, R = 5 K ohm, R = 10 K ohm, B. GERİLİM HESAPLAMASI Şekil 5 te gösterilen devrede V AB gerilimini hesaplayınız. Şekil 5 VAB = V AB gerilimi direnci 10 Mohm olan bir multimetre ile ölçülmek istenseydi. Ölçülecek değer ne olurdu, hesaplayınız. V AB dmm = R1 ve R2 direnci 1Kohm olursa aynı multimetre ile ölçülecek değeri hesaplayınız. V AB dmm =
IV. DENEY A. DİRENÇ ÖLÇÜMÜ Deneyde kullanacağınız bir direnci seçerek. Direnç değerini ve hata sınırını renk kodlarından hesaplayınız. Multimetre ile bu direnç değerini ölçünüz. R = (Hesaplanan) R = (Ölçülen) B. AKIM ÖLÇÜMÜ Şekil 6 daki devreyi kurunuz. R = 0, 5, 10 Kohm değerleri için multimetre ile ölçüm alınız. Şekil 6 R = 0 ohm, R = 5 K ohm, R = 10 K ohm,
C. GERİLİM ÖLÇÜMÜ Şekil 7 deki devreyi kurup V AB gerilimini multimetre ile ölçünüz. Şekil 7 V AB = R1 ve R2 dirençlerini 1 Kohm ile değiştirip yeniden VAB gerilimini ölçünüz. V AB =