Elektriksel Ölçüm Nedir ?

Bir sayaç , bir elektrik miktarını bir insan tarafından okunabilen bir biçimde doğru bir şekilde algılamak ve görüntülemek için yapılmış herhangi bir cihazdır. 

Genellikle, bu “okunabilir form” görseldir: bir ölçek üzerindeki bir işaretçinin hareketi, bir “çubuk grafik” oluşturacak şekilde düzenlenmiş bir dizi ışık veya sayısal şekillerden oluşan bir tür ekran. Devrelerin analizinde ve test edilmesinde, temel voltaj, akım ve direnç miktarlarını doğru bir şekilde ölçmek için tasarlanmış sayaçlar vardır. Diğer birçok sayaç türü de vardır, ancak bu bölüm öncelikle temel üçünün tasarımını ve çalışmasını kapsamaktadır.

Modern ölçüm cihazlarının çoğu, tasarım olarak “dijital” dir, yani okunabilir ekranları sayısal rakamlar şeklinde. 

Daha eski sayaç tasarımları, doğası gereği mekaniktir ve ölçüm miktarını göstermek için bir tür işaretçi cihazı kullanır. Her iki durumda da, bir görüntüleme biriminin (nispeten) büyük miktarlarda voltaj, akım veya direnç ölçümüne uyarlanmasında uygulanan ilkeler aynıdır.

Ölçüm Hareketi nedir?

Bir ölçerin görüntüleme mekanizmasına genellikle , ölçülen bir değerin okunabilmesi için bir göstergeyi bir ölçek boyunca hareket ettirmek için mekanik yapısından ödünç alan bir hareket denir .

 Modern dijital sayaçların hareketli parçaları olmamasına rağmen, “hareket” terimi görüntüleme işlevini gerçekleştiren aynı temel cihaza uygulanabilir.


Elektromanyetik Sayaç Hareketi

Dijital “hareketlerin” tasarımı bu bölümün kapsamı dışındadır, ancak mekanik sayaç hareketi tasarımları çok anlaşılırdır. 

Çoğu mekanik hareket, elektromanyetizma ilkesine dayanır: bir iletkenden geçen elektrik akımı , akım akış eksenine dik bir manyetik alan üretir. Elektrik akımı ne kadar büyükse, üretilen manyetik alan o kadar güçlüdür.

İletken tarafından oluşturulan manyetik alanın başka bir manyetik alanla etkileşime girmesine izin verilirse, iki alan kaynağı arasında fiziksel bir kuvvet üretilecektir. Bu kaynaklardan biri diğerine göre serbestçe hareket ederse, bunu akım tel üzerinden iletilirken yapacaktır, hareket (genellikle bir yayın direncine karşı) akımın gücüyle orantılıdır.

İnşa edilen ilk sayaç hareketleri galvanometreler olarak biliniyordu ve genellikle maksimum hassasiyet göz önünde bulundurularak tasarlandı. 

Çok basit bir galvanometre, bir ipten asılan ve bir tel bobini içine yerleştirilmiş mıknatıslanmış bir iğneden (manyetik bir pusuladaki iğne gibi) yapılabilir. Tel bobinden geçen akım, iğnenin dünyanın manyetik alanı yönünü göstermesini engelleyecek bir manyetik alan oluşturacaktır. Aşağıdaki fotoğrafta bir antika telli galvanometre gösterilmektedir.

Bu tür araçlar kendi zamanında yararlıydı, ancak modern dünyada kavram kanıtı ve temel deneysel cihazlar dışında çok az yeri var. Her türlü harekete ve dünyanın doğal manyetik alanındaki herhangi bir bozulmaya karşı oldukça hassastırlar. Şimdi, “galvanometre” terimi genellikle fotoğrafta gösterilen gibi ham bir cihaz değil, istisnai hassasiyet için yapılmış herhangi bir elektromanyetik sayaç hareketi tasarımını ifade eder.

Pratik elektromanyetik sayaç hareketleri artık, dönen bir tel bobinin, dış etkenlerin çoğundan korunan güçlü bir manyetik alanda asılı olduğu yerde yapılabilir.

 Böyle bir alet tasarımı genellikle kalıcı mıknatıs, hareketli bobin veya PMMC hareketi olarak bilinir.

Yukarıdaki resimde, sayaç hareketi “iğne” tam ölçeğin yaklaşık yüzde 35’ini işaret ediyor, sıfır yayın solunda dolu ve tam ölçek tamamen yayın sağında gösteriliyor. Ölçülen akımdaki bir artış, iğneyi daha da sağa doğru yönlendirecek ve bir azalma, iğnenin soldaki dinlenme noktasına doğru aşağı inmesine neden olacaktır. 

Sayaç ekranındaki yay, ölçülen miktarın değerini, miktar ne olursa olsun belirtmek için sayılarla etiketlenir.

Başka bir deyişle, iğneyi tamamen sağa hareket ettirmek için 50 µA akım gerekiyorsa (bunu “50 µA tam ölçekli bir hareket” yapar), ölçeğin en sol ucunda 0 µA ve en solda 50 µA yazılı olacaktır. çok doğru, 25 µA ölçeğin ortasında işaretlenmiştir. Büyük olasılıkla, hareketi görüntüleyen kişinin iğnenin konumundan daha kesin bir okuma yapmasına olanak tanımak için ölçek, muhtemelen her 5 veya 1 µA’da bir olmak üzere çok daha küçük derecelendirme işaretlerine bölünecektir.

Sayaç hareketinin arkasında, akımın girip çıkması için bir çift metal bağlantı terminali olacaktır. Sayaç hareketlerinin çoğu polariteye duyarlıdır, akımın bir yönü iğneyi sağa, diğeri de sola doğru sürer.

 Bazı sayaç hareketlerinde, sol yerine ölçek taramasının ortasında yay merkezli bir iğne bulunur, böylece her iki kutup için de ölçüm yapılabilir.

Yaygın polariteye duyarlı hareketler, her ikisi de PMMC tipi cihazlar olan D’Arsonval ve Weston tasarımlarını içerir. Telin içinden geçen bir yöndeki akım, iğne mekanizması üzerinde saat yönünde bir tork üretirken, diğer yöndeki akım saat yönünün tersine bir tork üretecektir.

Bazı metre hareketleri polarity- olan içinde iğne saptırmak için bir sabit, akım taşıyıcı tel doğru bir manyetize edilmemiş hareketli demir kanadın çekim dayanarak, hassas. Bu tür sayaçlar, alternatif akımın (AC) ölçümü için idealdir. Polariteye duyarlı bir hareket, bir AC kaynağına bağlanırsa, işe yaramaz bir şekilde ileri geri titreşirdi.


Elektrostatik Sayaç Hareketi

Mekanik sayaç hareketlerinin çoğu elektromanyetizmaya dayanırken (bir iletkenden dikey bir manyetik alan oluşturan akım akışı), birkaçı elektrostatiğe dayanır.

yani, uzay boyunca elektrik yükleri tarafından üretilen çekici veya itici kuvvet. Bu, birbirine sürüldüğünde bazı malzemelerin (balmumu ve yün gibi) sergilediği olgunun aynısıdır. Bir hava boşluğu boyunca iki iletken yüzey arasına bir voltaj uygulanırsa, iki yüzeyi birlikte çeken bir tür gösterge mekanizmasını hareket ettirebilen fiziksel bir kuvvet olacaktır.

Bu fiziksel kuvvet, plakalar arasında uygulanan voltajla doğru orantılıdır ve plakalar arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Kuvvet ayrıca polariteden bağımsızdır, bu da bunu polariteye duyarlı olmayan bir sayaç hareketi yapar.

Ne yazık ki, elektrostatik çekimin oluşturduğu kuvvet , genel voltajlar için çok küçüktür. Aslında o kadar küçüktür ki, bu tür sayaç hareketi tasarımları genel test cihazlarında kullanım için pratik değildir.

 Tipik olarak, elektrostatik sayaç hareketleri çok yüksek voltajları (binlerce volt) ölçmek için kullanılır.

Bununla birlikte, elektrostatik sayaç hareketinin büyük bir avantajı, son derece yüksek dirence sahip olması, elektromanyetik hareketlerin (bir manyetik alan oluşturmak için bir telden geçen akımın akışına bağlı olan) direnç açısından çok daha düşük olmasıdır. Daha ayrıntılı olarak göreceğimiz gibi, daha yüksek direnç (test edilen devreden daha az akım çekilmesine neden olur) daha iyi bir voltmetre sağlar.


Katot Işın Tüpü

Elektrostatik voltaj ölçümünün çok daha yaygın bir uygulaması, Katot Işın Tüpü veya CRT olarak bilinen bir cihazda görülür . Bunlar, televizyon görüntüleme tüplerine çok benzeyen özel cam tüplerdir.

 Katot ışın tüpünde, bir vakumda hareket eden bir elektron demeti, ışının her iki tarafındaki metal plaka çiftleri arasındaki voltajla rotalarından saptırılır.

Elektronlar negatif yüklü olduklarından, negatif plaka tarafından itilme ve pozitif plakaya çekilme eğilimindedirler. İki plaka boyunca voltaj polaritesinin tersine çevrilmesi, elektron ışınının ters yönde sapmasına neden olacak ve bu tür ölçüm cihazını “hareket” polaritesine duyarlı hale getirecektir.

Metal plakalara göre çok daha az kütleye sahip olan elektronlar, bu elektrostatik kuvvet tarafından çok hızlı ve kolay bir şekilde hareket ettirilir. 

Elektronlar, tüpün cam ucuna çarparak fosforlu bir kimyasal kaplamaya çarptıklarında, tüpün dışında görülen bir ışık parlaması yaydıklarında saptırılmış yolları izlenebilir.

 Saptırma plakaları arasındaki voltaj ne kadar büyükse, elektron ışını düz yolundan o kadar fazla “bükülür” ve tüpün ucunda merkezden daha fazla parlayan nokta görülecektir.

Bir CRT’nin fotoğrafı burada gösterilmektedir.

Gerçek bir CRT’de, yukarıdaki fotoğrafta gösterildiği gibi, sadece bir yerine iki çift saptırma plakası vardır. 

Elektron ışınını düz bir çizgi yerine ekranın tüm alanı etrafında tarayabilmek için, ışının birden fazla boyutta saptırılması gerekir.

Bu tüpler küçük voltajları doğru bir şekilde kaydedebilmelerine rağmen, hacimlidirler ve çalışmak için elektrik gücü gerektirirler (daha kompakt olan ve içlerinden geçen ölçülen sinyal akımının gücüyle harekete geçirilen elektromanyetik sayaç hareketlerinin aksine). Ayrıca diğer elektrikli ölçüm cihazlarından çok daha kırılgandırlar. 

Genellikle, katot ışın tüpleri, osiloskop olarak bilinen daha büyük bir test ekipmanı oluşturmak için hassas harici devrelerle birlikte kullanılır ; bu, zaman içinde bir voltaj grafiğini görüntüleme yeteneğine sahiptir ve voltajın olduğu belirli devre türleri için son derece yararlı bir araçtır. ve / veya mevcut seviyeler dinamik olarak değişiyor.


Tam Ölçekli Gösterge

Sayaç tipi veya sayaç hareketinin boyutu ne olursa olsun, tam ölçekli gösterge vermek için gerekli olan bir nominal voltaj veya akım değeri olacaktır. Elektromanyetik hareketlerde, bu, iğneyi, gösterge ölçeğinin tam ucunu gösterecek şekilde döndürmek için gerekli olan “tam ölçekli sapma akımı” olacaktır. Elektrostatik hareketlerde, tam ölçekli derecelendirme, plakalar tarafından harekete geçirilen iğnenin maksimum sapmasına neden olan voltaj değeri veya elektron ışınını kenarına saptıran bir katot ışını tüpündeki voltaj değeri olarak ifade edilecektir. gösterge ekranı. Dijital “hareketlerde”, sayısal ekranda “tam sayım” gösterimi ile sonuçlanan voltaj miktarıdır: rakamlar daha büyük bir miktarı gösteremediğinde.

Sayaç tasarımcısının görevi, belirli bir sayaç hareketini almak ve belirli bir voltaj veya akım miktarında tam ölçekli gösterim için gerekli harici devreyi tasarlamaktır. Sayaç hareketlerinin çoğu (elektrostatik hareketler hariç) oldukça hassastır ve bir volt veya amperin sadece küçük bir kısmında tam ölçekli gösterge verir. Bu, çoğu gerilim ve akım ölçümü görevi için pratik değildir. Teknisyenin genellikle ihtiyaç duyduğu şey, yüksek gerilimleri ve akımları ölçebilen bir sayaçtır.

Hassas sayaç hareketini bir voltaj veya akım bölücü devrenin bir parçası yaparak, hareketin kullanışlı ölçüm aralığı, tek başına hareketle gösterilenden çok daha büyük seviyeleri ölçmek için genişletilebilir.

 Hassas dirençler, voltajı veya akımı uygun şekilde bölmek için gerekli bölücü devreleri oluşturmak için kullanılır. Bu bölümde öğreneceğiniz derslerden biri, bu bölücü devrelerin nasıl tasarlanacağıdır.

Özetle;

  • Bir ” hareket “, bir sayacın gösterim mekanizmasıdır.
  • Elektromanyetik hareketler, bir tel aracılığıyla elektrik akımı tarafından üretilen bir manyetik alan prensibine göre çalışır. Elektromanyetik sayaç hareketlerinin örnekleri, D’Arsonval, Weston ve demir kanatlı tasarımları içerir.
  • Elektrostatik hareketler, iki plaka arasındaki bir elektrik alanı tarafından üretilen fiziksel kuvvet prensibine göre çalışır.
  • Katot Işını Tüpleri (CRT’ler), bir elektron ışınının yolunu bükmek için elektrostatik bir alan kullanır ve ışın cam tüpün ucuna çarptığında oluşan ışıkla ışının konumunu gösterir.

Bu makale buradan çevrilmiştir.