Topraksız Ölçümlere Yeni Bir Yaklaşım;Tektronix

Teknik Bilgi

Mühendisler ve teknisyenler sıklıkla “Topraksız” (Floating) ölçüm yapma ihtiyacı duyarlar. “Diferansiyel” ölçüm de denilen bu ölçümlerde, her iki nokta da toprak potansiyelinde değildir. Referans noktası topraktan yüzlerce volt yukarıya çekilmiş olabilir. Ayrıca, bazen düşük seviyeli diferansiyel ölçümlerde yüksek ortak voltaj sinyallerin bastırılması gerekir. Kullanıcılar ise bu problemlerin üstesinden gelebilmek için tehlikeli ölçüm yollarına başvurmaktadır.

Yenilikçi “Isolated Channel” İzoleKanal teknolojisine sahip, dünyanın ilk 4 izole kanallı ve batarya ile çalışabilen TPS2000 serisi osiloskoplar ile çok kanallı izole ölçümleri hızlı, doğru ve de en önemlisi güvenlikten ödün vermeden yapabilirsiniz.

Geleneksel Osiloskoplar

Geleneksel osiloskoplarda ortak uç koruyucu topraklama sistemine bağlıdır. Bu nedenle osiloskoba verilen ya da osiloskoptan alınan bütün sinyaller ortak bir bağlantı noktasına sahiptir. Bu ortak nokta genellikle osiloskobun şasesidir ve güç kablosundaki toprak kablosu ile sıfır voltta ya da buna yakın bir değerde tutulur. Bu demektir ki birkaç istisna dışında bütün ölçümler toprağa göre yapılmakta ve osiloskop ile topraksız ölçümlerin yapılmasını imkansız hale getirmektedir.

Genel ama riskli bir uygulama da, osiloskobun güç kablosundaki toprak hattını kesmek ya da izolasyon transformatörü kullanmaktır. Tektronix bu tehlikeli ölçüm yöntemine şiddetle karşı çıkmaktadır. Bu yöntem ile artık toprağa bağlı olmayan osiloskobun şasesi ve konnektörleri probun ortak ucunun bağlı olduğu nokta ile aynı potansiyelde olur. Cihazın şasesine dokunan bir kullanıcı toprağa giden en kısa yol durumuna gelir. Şekil-1 de bu tehlikeli durum açıkça görülebilir. V1 toprağa göre ofset gerilimi, Vmeas ölçülen gerilimdir. Ölçülen cihaza bağlı olarak Vmeas birkaç volt seviyesinde iken V1 yüzlerce volt olabilir.

Şekil-1

Bu sadece osiloskop üzerindeki yüksek gerilim nedeniyle değil ayrıca osiloskobun güç transformatörünün üzerinde oluşan kümülatif stres nedeniyle de tehlikelidir. Bu stres kısa vadede probleme neden olmasa da uzun vadede, osiloskop eski haline getirilse bile cihaza zarar verebilir. 

Bu şekilde osiloskobu floating hale getirmek kullanıcıyı, test edilen cihazı ve osiloskobu tehdit eder. Endüstriyel sağlık ve güvenlik kurallarını ihlal ettiği gibi, kötü ölçüm sonuçlarına da neden olur. Ayrıca şebekeden beslenen cihazlarda büyük parazitik kapasiteye neden olur. Sonuçta, topraksız ölçümlerde Şekil-2 de görüldüğü gibi bozulmalar meydana gelir.

Şekil-2

Hızlı, Doğru ve Diferansiyel Ölçümlerde Önemli Noktalar Topraksız ölçümler yapmak için çeşitli ürünler mevcuttur. Ancak bu ürünler yetenek, doğruluk ve fiyat bakımından yeterli değildir. Ek olarak bir kullanıcının doğru topraksız ve diferansiyel ölçüm yapmak için ürün seçerken hesaba katması gereken dört önemli kriter vardır. 

1.   Diferansiyel ölçüm aralığı? 

2.   Ortak voltaj ölçüm aralığı?  

3.   Probun yükleme karakteristikleri, dengeli/dengesiz?  

4.   Ölçüm yapılan frekans aralığında ortak voltaj bastırma oranı (CMRR) nedir? 

Diferansiyel/İzole Problar 

Diferansiyel problar geleneksel osiloskoplar ile topraksız ölçüm yapmak için güvenli bir seçimdir. Probe uçlarından hiç birinin toprağa bağlı olması gerekmez ve prob sistemi tümüyle osiloskobun şasesinden izoledir. Ayrıca test edilen cihaza dengeli bir empedans yüklemesi yaparlar. Ancak, ölçüm sistemine ek maliyet ve karmaşıklık getirir. Bağımsız bir kaynak gerektirebilir ve kazanç ile ofset karakteristikleri her ölçümde hesaba katılmalıdır. Diferansiyel prob ile donatılmış sistemler performans ve güvenliği öne çıkarırken taşınabilirlik ve maliyet açısından dezavantaja sahiptir. 

Sinyal Doğruluğu Probun Ucunda Başlar

Şekil-3

Bir osiloskop aslında, ön yükselteç, sinyal yakalama/çevirme ölçüm devreleri, ekran ve problardan oluşan bir ölçüm sistemidir. Probun önemi genellikle küçümsenmektedir. Ancak yanlış prob seçimi ya da probun yanlış kullanımı ölçüm sonucunu doğrudan etkiler.  

Daha da az önem verilen konu ise probun ortak uç kaçak (parazit) endüktansıdır. Bu ortak ucun uzunluğu arttıkça kaçak endüktans da artar. Şekil-3’te Lkaçak olarak belirtilen bu endüktans osiloskobun doğal kaçak kapasitesi (Ckaçak) ile bir LC rezonans devresi oluşturur. Lkaçakarttıkça rezonans frekansı azalır, ölçülen sinyalde görünür şekilde salınımlara neden olur. (Şekil-2). Bu yüzden ortak uç mümkün olduğu kadar kısa tutulmaya çalışılmalıdır.  

Aynı durum Ckaçak için de geçerlidir. Söz konusu kapasite olduğunda, izole ve bataryalı osiloskoplar bile gerçek toprağa göre kapasitans gösterirler. Şekil-3’te, Ckaçak osiloskobun ortak ucu ile gerçek toprak arasındaki kaçak kapasitansını belirtmektedir. Kaçak endüktans gibi kapasite de minimum tutulmaya çalışılarak rezonans frekansı mümkün olduğu kadar yüksek tutulmalıdır.  

Bir cihazın toprağa göre kaçak kapasitansı iç tasarımı tarafından belirlenir. Fiziksel ortam da ayrıca salınım  nedeni olabilir. Cihazın büyük iletken bir yüzey üzerinde bulunması bile kaçak kapasiteyi artırabilir. Hatta çok yüksek duyarlıklı ölçümlerde osiloskobu havada asılı tutmak bile gerekebilir. 

Hızlı, Doğru Topraksız Ölçüm Yapmanın Yeni Bir Yolu 

Günümüzde yüksek bant genişliğine sahip osiloskop sisteminde izolasyon yapmanın en yaygın yolu iki yollu ölçüm yaklaşımdır. Burada giriş Düşük Frekans ve Yüksek Frekanslı iki bileşene ayrılır.  Bu yaklaşım, her bir giriş kanalı için pahalı optokuplörler ve geniş bantlı lineer transformatörler gerektirir.  

TPS2000 serisi yenilikçi bir yaklaşım olan IsolatedChannel teknolojisini kullanarak iki yollu yaklaşım ihtiyacını ortadan kaldırır ve her bir giriş için yüksek bantgenişlikli (DC den osiloskobun bantgenişliğine kadar) tek bir sinyal yolu kullanır. Bu patentli teknoloji ile Tektronix dünyada ilk defa dört izole kanal, düşük fiyat ve 8 saat sürekli olarak batarya ile çalışabilme imkanı sunmaktadır.  TPS2000 serisi osiloskoplar dört kanal izole ölçüm yapmak isteyen ve uygun fiyata performans ve kullanım kolaylığı isteyen mühendis ve teknisyenler için idealdir.  

TPS2000 serisinin IsolatedChannel giriş mimarisi, harici tetikleme girişi dahil, hem canlı hem de ortak uç için gerçek ve tam kanallar arası izolasyon sağlar. IsolatedChannel teknolojisi ölçüm kalitesi için tercih edilen çözümdür ve güvenlik göz önüne alınarak tasarlanmıştır. Büyük ortak voltaj sinyaller söz konusu olduğunda TPS2000 osiloskoplar ideal çözümdür. Gerçek kanallar arası izolasyon sayesinde kaçak etkilerini en aza indirir. Cihazın fiziksel yapısı ortam ile daha etkileşime girer. Problarının her biri cihazın şasesinden izole referans ucuna sahiptir. Dahası her bir girişin referans ucu birbirlerin den izoledir. Bu da kısa devre tehlikesine karşı en iyi önlemdir.  

En çok topraksız ölçüm gerektiren devreler; motor kontrol devreleri ve kesintisiz güç kaynakları gibi güç kontrol devreleridir. Bu tip uygulamalarda akım ve gerilimler kullanıcıyı ve test ekipmanlarını tehdit edebilecek seviyede olabilir. Netes Sitesinden alıntıdır..

Avatar
Mustafa Fazlıoğlu

Mustafa FAZLIOĞLU;1990 yılı İ.T.Ü Elektrik Mühendisliği Mezunu. Mustafa FAZLIOĞLU 1990 yılından beridir Elektrik Mühendisliğinin yanısıra Teknik Medya’da faaliyet göstermektedir. www.elektrikhaber.com , www.mustafafazlioglu.com.tr, www.guneshaber.net, www.otomasyonhaber.net haber portalları bir Mustafa Fazlıoğlu yapımıdır......