2. TRANSDUCERS notes in hindi

 

2. ट्रांसड्यूसर्स

एक ट्रांसड्यूसर वह डिवाइस है जो एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरे प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इंस्ट्रूमेंटेशन में, ट्रांसड्यूसर बहुत महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि ये भौतिक मात्राओं (जैसे तापमान, दबाव, प्रवाह आदि) को मापने योग्य विद्युत संकेतों में बदल देते हैं, जिससे उन्हें प्रोसेस, विश्लेषण और नियंत्रण करना आसान हो जाता है। ट्रांसड्यूसर्स के विभिन्न प्रकार अलग-अलग अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, जो ऊर्जा परिवर्तन की आवश्यकता पर निर्भर करते हैं।

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2.1 अंतर स्पष्ट करें:

2.1.1 प्रारंभिक और द्वितीयक ट्रांसड्यूसर:

• प्रारंभिक ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: एक प्रारंभिक ट्रांसड्यूसर भौतिक मात्रा (जैसे तापमान, दबाव या विस्थापन) को सीधे विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।
  • उदाहरण: थर्मोकपल (तापमान को वोल्टेज में बदलता है) या स्ट्रेन गेज (तनाव को प्रतिरोध में परिवर्तन में बदलता है)।
  • विशेषताएँ: यह भौतिक घटना को सीधे सेंस करता है।

• द्वितीयक ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: एक द्वितीयक ट्रांसड्यूसर प्रारंभिक ट्रांसड्यूसर से प्राप्त आउटपुट को प्राप्त करता है और फिर इसे एक उपयोगी रूप में प्रोसेस या परिवर्तित करता है, जैसे कि बढ़ावा देना या डिस्प्ले करना।
  • उदाहरण: थर्मोकपल से आउटपुट को मापने के लिए एक वोल्टमीटर, या स्ट्रेन गेज के आउटपुट को दिखाने वाला डिजिटल डिस्प्ले।
  • विशेषताएँ: यह भौतिक मात्रा को सेंस नहीं करता है, बल्कि केवल प्रारंभिक ट्रांसड्यूसर से प्राप्त विद्युत संकेत पर कार्य करता है।

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2.1.2 विद्युत और यांत्रिक ट्रांसड्यूसर:

• विद्युत ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: विद्युत ट्रांसड्यूसर भौतिक मात्राओं को विद्युत संकेतों जैसे वोल्टेज, करंट या प्रतिरोध में परिवर्तित करते हैं।
  • उदाहरण: थर्मोकपल (तापमान को वोल्टेज में बदलता है), LVDT (विस्थापन को वोल्टेज में बदलता है), या स्ट्रेन गेज (तनाव को प्रतिरोध में बदलता है)।
  • विशेषताएँ: इनके आउटपुट को प्रोसेस और नियंत्रित करना आसान होता है।

• यांत्रिक ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: यांत्रिक ट्रांसड्यूसर भौतिक मात्राओं को सीधे यांत्रिक विस्थापन या बल में परिवर्तित करते हैं।
  • उदाहरण: बर्डन ट्यूब (दबाव को यांत्रिक विस्थापन में बदलता है), डायाफ्राम (दबाव को यांत्रिक विस्थापन में बदलता है)।
  • विशेषताएँ: ये अक्सर उन स्थितियों में उपयोग किए जाते हैं जहां विद्युत संकेत उपयुक्त नहीं होते या अवांछनीय होते हैं।

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2.1.3 एनालॉग और डिजिटल ट्रांसड्यूसर:

• एनालॉग ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: एनालॉग ट्रांसड्यूसर निरंतर आउटपुट संकेत उत्पन्न करते हैं जो मापी जा रही भौतिक मात्रा के समानुपाती होते हैं। ये संकेत निरंतर रूप में बदल सकते हैं।
  • उदाहरण: थर्मोकपल (निरंतर वोल्टेज संकेत उत्पन्न करता है), पॉटेंशियोमीटर (निरंतर स्थिति संकेत उत्पन्न करता है)।
  • विशेषताएँ: आउटपुट निरंतर होता है, और माप वास्तविक समय में होता है।

• डिजिटल ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: डिजिटल ट्रांसड्यूसर ऐसे संकेत उत्पन्न करते हैं जो मापी गई मात्रा को डिजिटल रूप में (आमतौर पर बाइनरी कोड) प्रदर्शित करते हैं।
  • उदाहरण: डिजिटल थर्मामीटर, टैकामीटर (गति मापता है), और डिजिटल आउटपुट वाले दबाव सेंसर।
  • विशेषताएँ: आउटपुट डिजिटल रूप में होता है, और इसे कंप्यूटर या माइक्रोकंट्रोलर द्वारा प्रोसेस किया जा सकता है।

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2.1.4 सक्रिय और निष्क्रिय ट्रांसड्यूसर:

• सक्रिय ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: सक्रिय ट्रांसड्यूसर को काम करने के लिए बाहरी पावर स्रोत की आवश्यकता होती है और वे भौतिक इनपुट के प्रतिक्रिया में अपना आउटपुट संकेत उत्पन्न करते हैं।
  • उदाहरण: थर्मोकपल, पाईजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर।
  • विशेषताएँ: ये अपने आउटपुट संकेत उत्पन्न करते हैं, इसलिए इन्हें बाहरी संकेत प्रोसेसिंग सिस्टम की आवश्यकता नहीं होती है।

• निष्क्रिय ट्रांसड्यूसर:

  • परिभाषा: निष्क्रिय ट्रांसड्यूसर विद्युत आउटपुट उत्पन्न नहीं करते हैं, बल्कि वे भौतिक मात्रा के प्रति प्रतिक्रिया में बाहरी विद्युत संकेत को संशोधित करते हैं।
  • उदाहरण: स्ट्रेन गेज (प्रतिरोध में बदलाव), LVDT (इंडक्टेंस में परिवर्तन)।
  • विशेषताएँ: इनको काम करने के लिए बाहरी पावर या संकेत प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।

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2.1.5 यांत्रिक उपकरण:

• परिभाषा: यांत्रिक उपकरण वे यांत्रिक डिवाइस होते हैं जो मापने के लिए भौतिक आंदोलन या विस्थापन का उपयोग करते हैं। ये उपकरण अक्सर विद्युत संकेतों या अन्य प्रकार की ऊर्जा में यांत्रिक ऊर्जा को बदलने में मदद करते हैं।
• उदाहरण: यांत्रिक दबाव गेज, बर्डन ट्यूब, और यांत्रिक मैनोमीटर।
• विशेषताएँ: यांत्रिक उपकरण आमतौर पर विद्युत उपकरणों जितने संवेदनशील या सटीक नहीं होते हैं, लेकिन जब विद्युत संकेत अनुपयुक्त या अवांछनीय होते हैं तो इन्हें उपयोग किया जाता है।

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2.2 विद्युत ट्रांसड्यूसरों के लाभ:

विद्युत ट्रांसड्यूसरों के कई लाभ होते हैं जो यांत्रिक उपकरणों की तुलना में उन्हें अधिक उपयुक्त बनाते हैं:

1. उच्च संवेदनशीलता: ये मापी गई मात्रा में बहुत छोटे परिवर्तन को भी सेंस कर सकते हैं।
2. प्रोसेस करना आसान: इनका विद्युत आउटपुट आसानी से बढ़ाया जा सकता है, प्रोसेस किया जा सकता है और संग्रहित किया जा सकता है।
3. सटीकता: ये अधिक सटीकता और पुनरुत्पादन क्षमता प्रदान करते हैं।
4. दूरी से निगरानी: विद्युत ट्रांसड्यूसर रिमोट सिस्टम की निगरानी और नियंत्रण की अनुमति देते हैं, जिससे डेटा को दूर से ट्रांसमिट किया जा सकता है।
5. लचीलापन: इनका आउटपुट आसानी से अन्य उपकरणों जैसे कंप्यूटर, नियंत्रक और डिस्प्ले से जोड़ा जा सकता है।
6. संकुचन: ये आमतौर पर अधिक संकुचित होते हैं और छोटे स्थानों में फिट हो सकते हैं।
7. लागत प्रभावी: विद्युत ट्रांसड्यूसर आमतौर पर कम लागत वाले होते हैं और इनका रखरखाव भी आसान होता है।

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2.3 ट्रांसड्यूसरों के चयन पर प्रभाव डालने वाले तत्व:

ट्रांसड्यूसर के चयन में कई कारक प्रभाव डालते हैं:

1. रेंज और संवेदनशीलता: ट्रांसड्यूसर को मापी गई भौतिक मात्रा की आवश्यक सीमा और संवेदनशीलता के साथ कार्य करना चाहिए।
2. सटीकता और प्रिसीजन: ट्रांसड्यूसर की सटीकता उस अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त होनी चाहिए।
3. आउटपुट प्रकार: आउटपुट प्रकार (एनालॉग या डिजिटल) को नियंत्रण या मापने की प्रणाली के साथ संगत होना चाहिए।
4. पर्यावरणीय स्थितियाँ: ट्रांसड्यूसर को संचालन के वातावरण के लिए उपयुक्त होना चाहिए (जैसे तापमान, आर्द्रता, कंपन)।
5. शक्ति आवश्यकताएँ: ट्रांसड्यूसर की शक्ति आवश्यकताओं को ध्यान में रखना चाहिए, विशेष रूप से पोर्टेबल या रिमोट सिस्टम के लिए।
6. लागत और रखरखाव: औद्योगिक अनुप्रयोगों में कम लागत और आसान रखरखाव वाले ट्रांसड्यूसर को प्राथमिकता दी जाती है।
7. आकार और वजन: कुछ अनुप्रयोगों (जैसे एयरोस्पेस) में ट्रांसड्यूसर का आकार और वजन महत्वपूर्ण होते हैं।

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2.4 रेसिस्टिव ट्रांसड्यूसरों का निर्माण और सिद्धांत

रेसिस्टिव ट्रांसड्यूसर उस सिद्धांत पर काम करते हैं कि प्रतिरोध भौतिक मात्रा के बदलाव के साथ बदलता है, जैसे तापमान, विस्थापन या तनाव।

2.4.1 पॉटेंशियोमीटर – वैरियाक

• निर्माण: एक पॉटेंशियोमीटर में एक रेसिस्टिव तत्व होता है जिसमें एक स्लाइडिंग संपर्क (वाइपर) होता है जो रेसिस्टेंस तत्व के साथ चलता है। जैसे ही वाइपर चलता है, रेसिस्टेंस बदलता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न होता है।
• कार्य सिद्धांत: आउटपुट वोल्टेज वाइपर की स्थिति के समानुपाती होता है, जो भौतिक मात्रा के जवाब में बदलता है।
• आवेदन: विस्थापन, स्थिति या कोणीय घुमाव मापने के लिए उपयोग किया जाता है।

2.4.2 स्ट्रेन गेज

• परिभाषा: एक स्ट्रेन गेज वह सेंसर है जो वस्तु पर पड़ने वाले तनाव (विकृति) को मापता है।
• गेज फैक्टर के लिए सूत्र: $$G = \frac{\Delta R / R}{\Delta L / L}$$जहाँ:
  • $G$ गेज फैक्टर है
  • $\Delta R$ प्रतिरोध में बदलाव है
  • $R$ मूल प्रतिरोध है
  • $\Delta L$ लंबाई में बदलाव है
  • $L$ मूल लंबाई है

2.4.2.1 स्ट्रैन गेज के प्रकार:

1. अनबॉन्डेड स्ट्रेन गेज:

   • निर्माण: ये गेज एक वायर या फॉयल से बने होते हैं जो एक अचल आधार पर रखे जाते हैं। ये सीधे मापी जा रही वस्तु से जुड़े नहीं होते।
   • आवेदन: बड़े तनाव मापने या जब कम सटीकता स्वीकार्य हो तब उपयोग किए जाते हैं।

2. बॉन्डेड स्ट्रैन गेज:

   • निर्माण: ये गेज धातु के फॉयल पैटर्न से बने होते हैं जो सीधे मापी जा रही वस्तु से जुड़े होते हैं। जैसे ही वस्तु विकृत होती है, प्रतिरोध बदल जाता है।
   • आवेदन: संरचनात्मक और यांत्रिक परीक्षणों में उच्च सटीकता के कारण सामान्य रूप से उपयोग किए जाते हैं।

3. सेमीकंडक्टर स्ट्रैन गेज:

   • निर्माण: सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग किया जाता है जो तनाव के कारण प्रतिरोध में महत्वपूर्ण परिवर्तन दिखाती है।
   • आवेदन: उच्च सटीकता मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन ये तापमान परिवर्तनों के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकते हैं।

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2.5 निम्नलिखित ट्रांसड्यूसरों का निर्माण और सिद्धांत

2.5.1 L.V.D.T (लिनियर वैरिएबल डिफरेन्शियल ट्रांसफॉर्मर)

• निर्माण: LVDT में एक प्राथमिक कॉइल और दो द्वितीयक कॉइल होते हैं जो प्राथमिक के चारों ओर समान रूप से स्थित होते हैं। एक मूवबल कोर कॉइल असेंबली के अंदर रखा जाता है।
• कार्य सिद्धांत: जैसे-जैसे कोर विस्थापित होता है, द्वितीयक कॉइल में प्रेरित वोल्टेज बदलता है, जो विस्थापन के समानुपाती होता है।
• आवेदन: सटीक लिनियर विस्थापन मापने के लिए उपयोग किया जाता है।

2.5.2 R.V.D.T (रोटरी वैरिएबल डिफरेन्शियल ट्रांसफॉर्मर)

• निर्माण: LVDT की तरह लेकिन इसका उपयोग कोणीय विस्थापन के लिए किया जाता है। इसमें घूर्णन कोर होता है।
• कार्य सिद्धांत: जैसे-जैसे कोर घूमता है, द्वितीयक कॉइल में वोल्टेज बदलता है, जो कोणीय विस्थापन के समानुपाती होता है।
• आवेदन: घूर्णन स्थिति या कोण मापने के लिए सामान्यत: उपयोग किया जाता है।

2.5.3 फोटोकंडक्टिव सेल्स

• निर्माण: फोटोकंडक्टिव सेल्स ऐसी सामग्री से बनी होती हैं, जैसे कैडमियम सल्फाइड (CdS), जो प्रकाश के संपर्क में आने पर उनका प्रतिरोध बदलता है।
• कार्य सिद्धांत: जब प्रकाश सामग्री पर पड़ता है, तो इसका प्रतिरोध घटता है, जिसे विद्युत धारा में परिवर्तन के रूप में मापा जा सकता है।
• आवेदन: स्वचालित प्रकाश प्रणालियों में उपयोग किया जाता है।

2.5.4 फोटोल्टाइक सेल्स

• निर्माण: एक फोटोल्टाइक सेल एक सेमीकंडक्टर डिवाइस है जो सीधे प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है।
• कार्य सिद्धांत: जब प्रकाश इसके संपर्क में आता है, तो सेमीकंडक्टर सामग्री में इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होते हैं, जिससे एक धारा उत्पन्न होती है।
• आवेदन: आमतौर पर सोलर ऊर्जा प्रणालियों, लाइट मीटरों और अन्य सौर ऊर्जा संचालित उपकरणों में उपयोग किया जाता है।