EGE ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Devre Analizi Projesi Gerinim Ölçer Heydar Rzayev Tarih: 20.01.2022 Giriş Günümüzde elektrik enerjisinin insan yaşamının vazgeçilmezi haline gelmiştir. Bu durum hangi alana bakarsak bakalım kendini gösterecektir. Günlük yaşamda kullandığımız aletlerden gelişmiş sanayi sistemlerine kadar durum değişmemektedir. Elektrikle hayatımıza giren sanayileşme de insan hayatını son derece kolaylaştırmıştır ve iş akışını son derece hızlandırmıştır. 1. Deneyin amacı “Gerinim” olarak adlandırılan özellik, bir nesnenin orijinal gerilimsiz uzunluğuna kıyasla uzunluktaki değişim oranı olarak kabul edilir. “Strain gage” (gerinim ölçer), harici bir kuvvetin neden olduğu uzunluktaki bu değişikliği ölçebilir ve bunu daha sonra dijital değerlere dönüştürülebilen, görüntülenen, toplanabilen ve analiz edilebilen bir elektrik sinyaline dönüştürebilir. Bu işe yarar çünkü bir gerinim ölçer sensörü gerilirken veya sıkıştırılırken dirençte bir değişiklik yaşar. Bir strain gage (gerinim ölçer), dirençteki bir değişiklik vasıtasıyla gerilimi ölçer. Bu deneyi gerçekleştirmek için işlevsel yükseltici (LM741UA), wheatstone bridge`ni kurmak için farklı değerlerde dirençler, potentiometer (P232) ve 15 Voltluk güç kaynağını kullandık. 2. KULLANILACAK ELEMAN VE ÜNİTELERİN TANITILMASI Bu bölümde gerinim ölçer ile yapılacak olan ağırlık seçici devrede kullanılacak elemanların çalışma şekillerinden ve benzer türlerinden bahsedilecektir. GERİNİM ÖLÇER Gerinim ölçerler herhangi nesnenin ağırlığını gerinim olarak tespit etmek amacıyla kullanılan bir cihazdır. Edward E. Simmons ve Arthur C. Ruge tarafından 1938 yılında bulunmuştur. Gerinim ölçer’ in en yaygın türü yalıtkan esnek bir metal folyo kalıbıyla desteklenen çerçeveden oluşan türüdür. Elektriksel bir dirençle çalışan Gerinim ölçerlerin keşfedilmesinden önce bu amaç için mekanik “extensometreler” kullanılmaktaydı. Şekil 1’de günümüzde kullanılan gerinim ölçerin yapısı gösterilmiştir. Şekil 1: Gerinim ölçerin yapısını gösteren sembolik şekil Heydar Rzayev İşlevsel Yükseltici - LM741UA Op Amp ismi İngilizcede İşlevsel Yükseltici anlamına gelen Operational Amplifier‘ın kısaltmasından türemiştir. Op Amp devreleri, isimlerinden de anlaşılacağı üzere elektronik devrelerin işlevselliklerini artırmak amacıyla kullanılan, sinyal yükseltme gücü çok yüksek olan entegre devrelerdir. DC (doğru akım) ile beslenirler, akım ve gerilim kazancı sağlarlar. Buna bağlı olarak da güç yükseltme ve empedans dönüştürme görevleri de yaparlar. İlk Op Amp’lar 1968 yılında Fairchild Semiconductor şirketi tarafından icat edilmiştir. Şekil 2: İdeal İşlemsel Yükselteç İdeal bir işlemsel yükseltecin açık çevrim (geri beslemesiz) kazancı sonsuzdur ve çıkış direnci sıfırdır. Çıkış direnci sıfır olduğundan dolayı sonsuz akım sürebilir. Gerilim kaldırma kapasitesi kapasitesi sonsuzdur, yani diğer bir deyişle her gerilimde çalışır. Gürültüsü yoktur ve bant genişliği sonsuzdur. İki giriş arası ve girişler ile toprak arası direnç sonsuzdur. İdeal işlemsel yükseltecin özellikleri yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Her zaman ideal değerler ile gerçek değerler arasında farklılıklar vardır. Bu farklılıklar üretim teknolojisi, hammadde ve diğer etkenlerden kaynaklanır. İdeal Op Amp ile LM741 Op Amp arasındaki değer farklılıklarını aşağıdaki tabloda inceleyebilirsiniz. Heydar Rzayev LM741 Op Amp’ının iç yapısını ve teknik özelliklerini bulabilirsiniz. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Offset Sıfırlama Tersleyen Giriş Terslemeyen Giriş (-) Besleme Offset Sıfırlama Çıkış (+) Besleme Boş Pin LM741UA Datasheet Wheatstone Köprüsü Wheatstone köprüsü, elektriksel dirençleri karşılaştırmaya ya da ölçmeye yarayan elektrik devresidir. Dört direncin kare oluşturacak biçimde birbirine bağlanmasından oluşur. Orta büyüklükteki dirençlerin tam doğru ölçülebilmesi için kullanılabilecek en uygun yöntem “Wheatstone Köprüsü” yöntemidir. Wheatstone Bridge devresi, bir voltaj besleme terminali ile toprak arasına bağlanan, dengelendiğinde iki paralel kol arasında sıfır voltaj farkı üreten iki basit seri-paralel direnç düzenlemesinden başka bir şey değildir. En yaygın olarak gerinimi ölçmek için, elektrik direnci cihazdaki orantılı gerinime göre değişen gerinim ölçer. Pratikte, gerinim ölçerin direnç aralığı, 30 ohm ila 3000 ohm arasındadır. Belirli bir iş için, direnç değişimi tam aralığın sadece bir kısmı olabilir. Bu nedenle, direnç değişikliklerinin son derece küçük bir bölümünü yüksek doğrulukla ölçmek için Wheatstone köprü konfigürasyonu kullanılır. Bir gerinim ölçere uygulanan gerilim daha fazlaysa, sayaç terminalleri arasındaki gerilim farkı daha fazladır. Gerinim sıfır ise, köprü dengeler ve sayaç sıfır okumayı gösterir. Bu, hassas ölçüm için Wheatstone köprüsü kullanılarak yapılan direnç ölçümü ile ilgilidir. Kesirli direnç ölçümü nedeniyle, Wheatstone köprüleri çoğunlukla gerinim ölçer ve termometre ölçümlerinde kullanılır. Heydar Rzayev