ELEKTRİKSEL ÖLÇÜ ALETLERİ 1 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Tanımlar Ölçme işlemi; • Cihazların onarımına, • Arıza yerlerinin bulunmasına • Devrenin çeşitli kısımlarının çalışıp çalışmadığının kontrol edilmesine yardımcı olur. 3 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Elektrik Ölçü Aletleri Elektrik ölçmelerinde, değişik tip ve şekillerde aletler kullanılır. ELEKTRİKSEL BÜYÜKLÜK Akım şiddeti Gerilim Direnç Aktif güç Reaktif güç Elektrik enerjisi Frekans Güç faktörü, güç katsayısı Faz farkı İŞARETİ I V R P Q E f SEMBOL Ü Amper A Volt V Ohm Ω Watt P Var Var Kilowatt.saat Kwh Hertz Hz BİRİMİ ÖLÇEN ALET Ampermetre Voltmetre Ohmmetre Wattmetre Varmetre Elektrik sayacı Frekansmetre cosφ φ cosφmetre Derece ˚ Elektrik Ölçü Aletleri İsim ve Sembolleri Tablosu ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR Fazmetre 4 ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Elektrik Ölçü Aletleri BİLİMADAMI BİRİMİ AÇIKLAMA ÇALIŞMALARI Isaac Newton (İngiliz) Newton Kuvvet Yer çekimi kanunu, optik, hareket kanunları Coulomb Elektrik Yükü Elektrik yükleri Watt Volt Güç, ısı akışı Potansiyel fark Buhar makinesinin mucidi 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 Elektromanyetik indüksiyon, elektrik motorları Wilhelm Eduard Weber (Alman) Weber 1 Mol elektron yükü Manyetik akı Ernst Werner von Siemens (Alman) Siemens Elektrik iletkenliği Siemensin kurucusu James Prescott Joule (İngiliz) Joule Nicola Tesla (Sırp) Tesla Heinrich Rudolf Hertz (Alman) Hertz Carl Friedrich Gauss (Alman) Gauss James Clerk Maxwell (İskoç) Maxwell Charles Augustin de Coulomb (Fransız) James Watt (İskoç) Alessandro Volta (İtalyan) İş, enerji, ısı miktarı Manyetik akı yoğunluğu Frekans Manyetik akı yoğunluğu Manyetik akı Manyetizma Enerjinin korunumu, joule kanunu Alternatif akım, indüksiyon motoru, radyo, elektriğin kablosuz iletimi Radyo dalgaları Matematik, elektrik, manyetizma Elektrik ve manyetizma Elektrikte kullanılan önemli birimler ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği 14 Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ÖLÇME HATALARI 17 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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 𝑿𝟎 = 𝑿𝟏 +𝑿𝟐 + ⋯.𝑿𝒏 𝒏 Sapma Ölçülen her bir değer ile ortalama değer arasındaki farktır. 𝑫𝟏 = 𝑿𝟏 – 𝑿𝒐 , 𝑫𝟐 = 𝑿𝟐 – 𝑿𝒐 , ……….. 𝑫𝒏 = 𝑿𝒏 – 𝑿𝒐 Sapmaların artimetik ortalaması sıfırdır. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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. X1 = 100V, X2 = 103V, X3 = 97V, X4 = 99V Aritmetik ortalama; 𝑿𝟎 = 𝑿𝟏 +𝑿𝟐 + ⋯.𝑿𝒏 𝒏 = 𝟏𝟎𝟎+𝟏𝟎𝟑+𝟗𝟕+𝟗𝟗 𝟒 𝑫𝟏 = 𝟏𝟎𝟎 − 𝟗𝟗, 𝟕𝟓 = 𝟎, 𝟐𝟓𝑽 𝑫𝟑 = 𝟗𝟕 − 𝟗𝟗, 𝟕𝟓 = −𝟐, 𝟕𝟓𝑽 = 𝟗𝟗, 𝟕𝟓 𝑽 𝑫𝟐 = 𝟏𝟎𝟑 − 𝟗𝟗, 𝟕𝟓 = 𝟑, 𝟐𝟓𝑽 𝑫𝟒 = 𝟗𝟗 − 𝟗𝟗, 𝟕𝟓 = −𝟎, 𝟕𝟓𝑽 Ölçüm Ölçüm Sayısı Değeri 1 100V 2 103V 3 97V 4 99V Sapmaların aritmetik toplamı; 21 𝑫𝒕 = 𝟎, 𝟐𝟓 + 𝟑, 𝟐𝟓 – 𝟐, 𝟕𝟓 – 𝟎, 𝟕𝟓 = 𝟎 olarak bulunur. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Ölçme Hataları Standart Sapma Elde edilen verilerin değerlendirmesinde ortalama değerden daha iyi sonuç veren istatistik analizdir. 𝑺= 𝑫𝟐𝟏 +𝑫𝟐𝟐 + ⋯+𝑫𝟐𝒏 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 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Ölçme Hataları Örnek: X1 = 100V, X2 = 103V, X3 = 97V, X4 = 99V değerleri için standart sapmayı hesaplayınız. NOT: Veri sayısı 20’den az olduğu için n yerine n-1 yazılır. 𝑺= 𝑺= 𝑫𝟐𝟏 +𝑫𝟐𝟐 + ⋯+𝑫𝟐𝒏 𝒏−𝟏 = 𝟎,𝟐𝟓𝟐 +𝟑,𝟐𝟓𝟐 + −𝟐,𝟕𝟓 𝟐 +(−𝟎,𝟕𝟓)𝟐 𝒏−𝟏 𝟎,𝟎𝟔𝟐𝟓+𝟏𝟎,𝟓𝟔𝟐𝟓+𝟕,𝟓𝟔𝟐𝟓+𝟎,𝟓𝟔𝟐𝟓 𝒏−𝟏 Standart sapmanın % değişimi = 𝟐,𝟓 𝟗𝟗,𝟕𝟓 𝟏𝟖,𝟕𝟓 𝟑 = 𝟐, 𝟓 𝑽 = 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. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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. I1 = 2,182A I4 = 2,186A I2 = 2,179A I5 = 2,182A I3 = 2,18A I6 = 2,177A Ölçüme ait istatistik değerlendirmeyi yapınız. Aritmetik ortalama; 𝑿 +𝑿 + ⋯.𝑿𝒏 𝑿𝟎 = 𝟏 𝟐 𝒏 𝑿𝟎 = 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 𝑽 = 𝟐,𝟏𝟖𝟐+𝟐,𝟏𝟕𝟗+𝟐,𝟏𝟖+𝟐,𝟏𝟖𝟔+𝟐,𝟏𝟖𝟐+𝟐,𝟏𝟕𝟕 𝟔 24 ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR ELEKTRİKSEL ÖLÇMELER – Ölçme Hataları 𝑫𝟏 = 𝟐, 𝟏𝟖𝟐 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝑨 𝑫𝟑 = 𝟐, 𝟏𝟖 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = −𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝑨 𝑫𝟓 = 𝟐, 𝟏𝟖𝟐 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝑨𝑽 𝑫𝟐 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟗 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = −𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝑨 𝑫𝟒 = 𝟐, 𝟏𝟖𝟔 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝑨 𝑫𝟔 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟕 − 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = −𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝑨 NOT: Veri sayısı 20’den az olduğu için n yerine n-1 yazılır. 𝑺= 𝑺= 𝑺= 𝑫𝟐𝟏 +𝑫𝟐𝟐 + ⋯+𝑫𝟐𝒏 𝒏−𝟏 𝟎,𝟎𝟎𝟏𝟐 +(−𝟎,𝟎𝟎𝟐)𝟐 + −𝟎,𝟎𝟎𝟏 𝟐 +𝟎,𝟎𝟎𝟓𝟐 +𝟎,𝟎𝟎𝟏𝟐 +(−𝟎,𝟎𝟎𝟒)𝟐 𝟔−𝟏 𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎𝟒𝟖 𝟓 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟎𝟗𝟖𝟒 𝑨 Standart sapmanın % değişimi 𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟎𝟗𝟖𝟒 𝟐,𝟏𝟖𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟒𝟐 = %𝟎, 𝟏𝟒𝟐 olarak bulunur. Bulunan bu değer ortalama değerin %10’undan (%𝟏𝟎. 𝟐, 𝟏𝟖𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟏𝟖𝟏) küçük olduğu için bulunan ortalama değer gerçek değere yakındır. ELP-13103 Elektrik Ölçme Tekniği Öğr.Gör. Volkan ERDEMİR 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