1. FUNDAMENTALS OF INSTRUMENTATION notes in hindi

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1. इंस्ट्रूमेंटेशन की मूल बातें

इंस्ट्रूमेंटेशन उन उपकरणों का उपयोग है जिनका उद्देश्य भौतिक मात्राओं जैसे तापमान, दबाव, प्रवाह और स्तर को मापना, नियंत्रित करना और निगरानी करना है। इंस्ट्रूमेंटेशन का क्षेत्र उद्योगों जैसे निर्माण, रासायनिक, तेल और गैस, और एयरोस्पेस में महत्वपूर्ण है।

1.1 इंस्ट्रूमेंटेशन का बुनियादी उद्देश्य

इंस्ट्रूमेंटेशन का मुख्य उद्देश्य भौतिक मात्राओं को मापना और नियंत्रित करना है। इन मापों का उपयोग फिर फीडबैक नियंत्रण के लिए किया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि संचालन कुशलतापूर्वक, सुरक्षित रूप से और इच्छित मानकों के भीतर हो। कुछ प्रमुख उद्देश्य हैं:

निगरानी: भौतिक मात्राओं का निरंतर माप।
नियंत्रण: यह सुनिश्चित करना कि प्रणाली इच्छित सीमाओं के भीतर कार्य कर रही है (जैसे, तापमान या दबाव को एक निश्चित सीमा पर बनाए रखना)।
स्वचालन: स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों के माध्यम से मानव हस्तक्षेप को कम करना।
सुरक्षा: यह सुनिश्चित करना कि प्रणाली सुरक्षित रूप से काम कर रही है और असामान्य परिस्थितियों का पता चलता है।

इंस्ट्रूमेंटेशन औद्योगिक प्रक्रियाओं में दक्षता, सुरक्षा और विश्वसनीयता को बढ़ाने में मदद करता है।

1.2 बुनियादी ब्लॉक आरेख (ट्रांसडक्शन, सिग्नल कंडीशनिंग, सिग्नल प्रस्तुति) और उनके कार्य

इंस्ट्रूमेंटेशन प्रणाली का बुनियादी ब्लॉक आरेख तीन प्रमुख चरणों में बांटा जा सकता है:

ट्रांसडक्शन (Transduction):
- परिभाषा: इस चरण में भौतिक मात्रा (जैसे तापमान, दबाव, या प्रवाह) को एक मापनीय इलेक्ट्रिकल सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है।
- उदाहरण: एक तापमान संवेदक (जैसे थर्मोकपल या RTD) जो तापमान को वोल्टेज में बदलता है।
- कार्य: ट्रांसड्यूसर भौतिक मात्रा को सेंस करता है और उसे एक इलेक्ट्रिकल आउटपुट में परिवर्तित करता है जो मापी जा सकती है।
सिग्नल कंडीशनिंग (Signal Conditioning):
- परिभाषा: सिग्नल कंडीशनिंग में ट्रांसड्यूसर के आउटपुट को इस प्रकार से संसाधित करना शामिल है ताकि वह डिस्प्ले या आगे के प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त हो।
- कार्य:
  - वृद्धि (Amplification): सिग्नल की ताकत को बढ़ाना ताकि उसे बेहतर तरीके से प्रसंस्कृत किया जा सके।
  - फिल्टरिंग (Filtering): अवांछित शोर या हस्तक्षेप को हटाना।
  - लिनियराइजेशन (Linearization): गैर-रैखिक प्रतिक्रियाओं को रैखिक रूप में बदलना।
  - रूपांतरण (Conversion): सिग्नल के प्रकार को बदलना (जैसे, एनालॉग से डिजिटल में रूपांतरण)।
- उदाहरण: एक एम्पलीफायर या फिल्टर जिसका उपयोग तापमान संवेदक से सिग्नल को साफ करने के लिए किया जाता है।
सिग्नल प्रस्तुति (Signal Presentation):
- परिभाषा: इस चरण में संसाधित और कंडीशन किए गए सिग्नल को इस प्रकार प्रस्तुत किया जाता है कि उपयोगकर्ता उसे समझ सके, जैसे कि संख्यात्मक आउटपुट या ग्राफिकल रिप्रेजेंटेशन।
- उदाहरण: एक डिजिटल डिस्प्ले जो तापमान दिखाता है, या एक एनालॉग मीटर जो दबाव को दर्शाता है।
- कार्य: मापी गई मात्रा का पठनीय और समझने योग्य आउटपुट प्रदान करना, चाहे वह निरीक्षण, निगरानी या नियंत्रण के लिए हो।

1.3 स्विचिंग डिवाइसेज़ की निर्माण, कार्य और आवेदन

स्विचिंग डिवाइसेज़ विद्युत प्रणालियों को नियंत्रित और संचालित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। नीचे कुछ सामान्य स्विचिंग डिवाइसेज़ की निर्माण, कार्य और उपयोग दिए गए हैं:

1.3.1 पुश बटन (Push Button)

निर्माण: एक पुश बटन एक सरल विद्युत स्विच है, जिसमें एक बटन होता है जिसे दबाने पर सर्किट को खोल या बंद किया जाता है।
कार्य: जब बटन दबाया जाता है, यह सर्किट को बंद कर देता है, जिससे विद्युत प्रवाह होता है। बटन को छोड़ने पर सर्किट खुल जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह रुक जाता है।
आवेदन:
- मशीनों, लाइटिंग सिस्टम्स या अलार्मों को चालू या बंद करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- नियंत्रण पैनल, डोर बेल सर्किट्स या औद्योगिक प्रणालियों में स्टार्ट/स्टॉप कार्यों में आमतौर पर पाया जाता है।

1.3.2 लिमिट स्विच (Limit Switch)

निर्माण: एक लिमिट स्विच में एक यांत्रिक एक्ट्यूएटर होता है जो एक भौतिक वस्तु द्वारा एक लीवर या बटन को स्थानांतरित करने पर सक्रिय हो जाता है।
कार्य: स्विच एक चलने वाले हिस्से की स्थिति का पता लगाता है और अपनी सेटिंग के अनुसार सर्किट को खोल या बंद करता है।
आवेदन:
- स्वचालन प्रणालियों में यांत्रिक हिस्सों की गति की सीमा को सीमित करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- लिफ्ट, क्रेनों या अन्य प्रणालियों में जहां गतिशील घटक होते हैं, वहां अधिक यात्रा से बचने के लिए आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

1.3.3 फ्लोट स्विच (Float Switch)

निर्माण: एक फ्लोट स्विच में एक फ्लोट (आमतौर पर तैरने वाला) होता है जो द्रव स्तर के साथ चलता है। इसमें एक रीड स्विच या अन्य तंत्र होता है जो तब सक्रिय हो जाता है जब फ्लोट एक निश्चित स्तर तक पहुंचता है।
कार्य: जब द्रव एक पूर्व निर्धारित स्तर तक पहुंचता है, फ्लोट ऊपर या नीचे चलता है और स्विच को सक्रिय कर देता है, जिससे सर्किट खोल या बंद हो जाता है।
आवेदन:
- जल टैंकों, संप पंपों या स्तर नियंत्रण प्रणालियों में उच्च या निम्न द्रव स्तर का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है।
- पंप, जलाशयों और सर्पिट पिट प्रणालियों में अधिक प्रवाह या सूखा चलने से बचने के लिए सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है।

1.3.4 प्रेशर स्विच (Pressure Switch)

निर्माण: एक प्रेशर स्विच दबाव में बदलाव का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया जाता है। इसमें एक डायाफ्राम या पिस्टन होता है जो दबाव के बदलाव पर चलता है और फिर एक यांत्रिक स्विच को सक्रिय करता है।
कार्य: जब सिस्टम का दबाव एक पूर्व निर्धारित मान तक पहुंचता है, डायाफ्राम या पिस्टन चलता है और स्विच को सक्रिय करता है, जिससे सर्किट खुलता या बंद होता है।
आवेदन:
- उन प्रणालियों में उपयोग किया जाता है जहां दबाव को निश्चित सीमाओं के भीतर बनाए रखना आवश्यक होता है।
- HVAC प्रणालियों, न्यूमेटिक नियंत्रणों और हाइड्रॉलिक प्रणालियों में सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है।

1.3.5 थर्मोस्टेट (Thermostat)

निर्माण: एक थर्मोस्टेट में एक तापमान-संवेदनशील तत्व (जैसे बाइमेटलिक स्ट्रिप या थर्मिस्टर) होता है जो तापमान बदलने पर फैलता या संकुचित होता है।
कार्य: जब तापमान सेटपॉइंट से ऊपर या नीचे जाता है, तो तापमान-संवेदनशील तत्व स्विच को सक्रिय कर देता है, जिससे हीटिंग या कूलिंग डिवाइस चालू या बंद हो जाते हैं।
आवेदन:
- तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जैसे हीटिंग और कूलिंग प्रणालियों, रेफ्रिजरेटरों और HVAC प्रणालियों में।
- घरेलू उपकरणों जैसे ओवन्स, फ्रिज और एयर कंडीशनर्स में सामान्य रूप से पाया जाता है।

1.3.6 इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रिले (Electromagnetic Relay)

निर्माण: एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रिले में एक इलेक्ट्रोमैग्नेट, संपर्कों का एक सेट और एक आर्मेचर होता है। जब इलेक्ट्रिक करंट इलेक्ट्रोमैग्नेट से गुजरता है, तो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है जो आर्मेचर को स्थानांतरित करता है, जिससे संपर्क खुलते या बंद होते हैं।
कार्य: जब एक इनपुट सिग्नल इलेक्ट्रोमैग्नेट को ऊर्जा प्रदान करता है, तो संपर्क या तो बंद हो जाते हैं या खुल जाते हैं, जिससे सर्किट में विद्युत प्रवाह को नियंत्रित किया जाता है।
आवेदन:
- कम-शक्ति सिग्नलों से उच्च-शक्ति उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- स्वचालन, नियंत्रण प्रणालियों और सुरक्षा सर्किट्स में आमतौर पर पाया जाता है, जैसे मोटर्स, अलार्म और लाइट्स को नियंत्रित करना।