एकविसाव्या शतकात तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रगती होत आहे. विद्युत कक्षेत होणाऱ्या प्रगतीमध्ये कंप्रतेत (Frequency) होणाऱ्या बदलांचे महत्त्व लक्षणीय आहे. धरित्र (Capacitor) व प्रवर्तकाचा (Inductance) उपयोग मोठ्या प्रमाणात विद्युत तंत्रज्ञानामध्ये केला जातो, परंतु या घटकांचे मूल्य पूर्णपणे वारंवारतेवर (Frequency) अवलंबून असते. कंप्रतेत होणाऱ्या बदलांमुळे अंकीय (digital) मंडलामधील घड्याळी संदेशांमध्ये (clock signal) समस्या निर्माण होऊ शकते तसेच माहितीच्या संदेशवाहनांमध्ये दिरंगाई होऊन चुकीचे संदेशवहन होऊ शकते. यामुळे विद्युत चलित्र ,जनित्र इत्यादींच्या कार्य करण्याच्या गतीमध्ये मोठा फरक पडतो. आपल्या देशात ५० हर्ट्झ कंप्रता आहे. तर काही पाश्चात्य देशांमध्ये ६० हर्ट्झ कंप्रता आहे. वारंवारता जर जास्त असेल तर शक्ति ऱ्हास होऊ शकतो, परंतु कमी असेल तरी उपकरणाच्या भौतिक आकारात वाढ होते. त्यामुळे योग्य वारंवारता असणे जरुरीचे आहे. या सर्व कारणांमुळे वारंवारता मापकाची गरज विद्युत क्षेत्रात सर्वत्र असल्याचे दिसून येते.
विद्युत प्रवाहाची वारंवारता मोजण्यासाठी वारंवारता मापकाचा उपयोग केला जातो. यासाठी विविध प्रकारची मापक उपकरणे वापरली जातात. या प्रकारांमध्ये साधारणपणे विचलन (Deflection) रचनेच्या मापकांचा वापर करून ९०० हर्ट्झपर्यंतची कंप्रता मोजू शकतो. यांची कार्यपद्धती दोन विरोधी बलाचे समतोल साधणे यांवर अवलंबून आहे. वारंवारतेतील बदल हा समतोलामध्ये झालेला बदल असतो आणि हा बदल दर्शक काट्याच्या मदतीने दर्शक पट्टीवर दाखविला जातो. विचलन पद्धतीचे मापक अनुनाद (Resonance) व गुणोत्तर (Ratio ) या दोन प्रकारचे असतात.
आ.१ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे विद्युत अनुनाद वारंवारता (विद्युत अनुस्पंदन कंप्रता मापक) मापकाची रचना असते. ज्या विद्युत वाहिनीची वारंवारता मोजायची आहे, त्याला समांतर जोडणी
पद्धतीने स्थिर (Fixed) वेटोळी जोडली जातात, या वेटोळ्यांना चुंबकीय वेटोळी (magnetizing coil) असेही संबोधिले जाते. ही चुंबकीय वेटोळी लोहाच्या गाभ्याभोवती (core) गुंडाळली जातात.या लोहाच्या गाभ्याचा काटच्छेद चुंबकीय वेटोळ्यापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत कमी-कमी होत जातो. या लोहाच्या गाभ्यावर मुक्तपणे फिरू शकणारी चल वेटोळी (Moving coil) असतात.या वेटोळ्यांना दर्शक काटा जोडला जातो तसेच धारित्र [Capacitor (c)] समांतर रीत्या जोडले जाते.
या उपकरणाची कार्यपद्धती कलांतर (फेजर) आकृतीच्या साहाय्याने समजावून घेता येते.
चुंबकीय वेटोळ्यांमधून वाहणाऱ्या विद्युत प्रवाहामुळे (i) अभिवाहाची (चुंबकीय स्रोताची, Φ) निर्मिती होते. गाभ्याची अंतर्गत हानी (चुंबकीय शक्तिव्यय) आणि वेटोळ्याचा रोध दुर्लक्षिता, अभिवाह (Φ) व प्रवाहातील (i) कलांतर (Phase Difference) शून्य (zero ) अंश असते. हा अभिवाह(Φ) प्रत्यावर्ती स्थितीत असतो तसेच याच्यामुळे (चल वेटोळीमध्ये) विद्युत गमकाची (emf-e) निर्मिती होते. मंडलात विद्युत गमक (e) व अभिवाह (Φ) यांच्यात ९०° कलांतर असते. या विद्युत गमकांमुळे फिरणाऱ्या (चल) वेटोळ्यांमध्ये प्रवाहाची (im) निर्मिती होते. या प्रवाहाची (im) कला (phase ) प्रवर्तक व धारित्र यांवर अवलंबून असते.
(अ) जर फिरणारी वेटोळी व धारित्र यांनी तयार झालेले मंडल प्रवर्तकीय (Inductive) असेल तर प्रवाह (im) हा α कलेने विद्युत गमकाच्या (e) मागे असतो. त्यामुळे या वेटोळ्यांवरील
आरोधी बल T (Torque),
T ∝ i*( im)cos(90+α)
(ब) जर फिरणारी वेटोळी धारित्रीय (Capacitive) असतील तर प्रवाह (im) हा β कलेने विद्युत गमकाच्या(e) पुढे असतो. त्यामुळे या
वेटोळ्यांवरील आरोधी बल T (Torque),
T ∝ i*( im)cos(90-β)
(क) जर प्रवर्तकीय अवरोध आणि धरित्रीय अवरोध समान असेल तर मंडल अनुनाद स्थितीत असतो. त्यामुळे वेटोळ्यांचा अवरोध शून्य असतो.
वेटोळ्यांचे आरोधी बल T(Torque),
T ∝ i*( im)cos(90) = 0
स्थिर वारंवारतेसाठी धारित्री अवरोध निश्चित असतो. तर प्रवर्तक अवरोध हा फिरणाऱ्या वेटोळ्यांच्या स्थितीनुसार (Position) बदलतो. चुंबकीय वेटोळ्यांजवळ जास्त तर त्याच्यापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत कमी-कमी होत जातो.
धारित्राची निवड अशी करतात की, सामान्य वारंवारतेला धारित्री अवरोध आणि प्रवर्तक अवरोध समान असावा. अशा स्थितीत (सामान्य वारंवारतेला अनुस्पंदन स्थिती) दर्शक काटा दर्शक पट्टीच्या मध्यावर स्थिर होऊन सामान्य वारंवारता दाखवितो.
(अ) समजा, विद्युत वाहिनीच्या दाबाची वारंवारता (f) वाढली तर प्रवर्तक अवरोध हा धारित्री अवरोधापेक्षा जास्त असेल कारण प्रवर्तक अवरोध (XL) हा XL=(2*π*f)L. परंतु धारित्री अवरोध कमी होईल कारण
धारित्री अवरोध (Xc) हा Xc=1/{(2*π*f)c} .
त्यामुळे विद्युत मंडल प्रवर्तकीय होऊन जाते. त्यामुळे चल वेटोळयांवर आरोधी बल निर्माण होते. दोन्ही अवरोध समान होईपर्यंत फिरणारी वेटोळी चुंबकीय वेटोळींपासून दूर जातात. त्यामुळे दर्शक काट्याची स्थिती बदलत जाते. जेव्हा धारित्र अवरोध आणि प्रवर्तक अवरोध समान होईल तेव्हा दर्शक काटा स्थिर होतो. याच स्थितीला विद्युत अनुनाद (Electric Resonance) म्हणतात. परंतु हा अनुनाद सामान्य वारंवारतेपेक्षा अधिक वारंवारतेला होतो आणि ती वारंवारता दर्शक काटा दर्शक पट्टीवर दर्शवितो.
(आ) समजा, विद्युत वाहिनीच्या दाबाची वारंवारता (f) कमी झाली तर प्रवर्तक अवरोध हा धारित्र अवरोधापेक्षा कमी होतो. त्यामुळे चल वेटोळयांवर विरुध्द दिशेचे आरोधी बल निर्माण होते. त्यामुळे फिरणारी वेटोळी चुंबकीय वेटोळींजवळ येत जातात.दोन्ही अवरोध समान होतील तेव्हा दर्शक काटा स्थिर होतो. परंतु हा अनुनाद सामान्य वारंवारतेपेक्षा कमी वारंवारतेला होतो आणि ती वारंवारता दर्शक काटा दर्शक पट्टीवर दर्शवितो.
अशा प्रकारे विद्युत मंडलाची वारंवारता मोजता येते. दर्शक काटा मंडलाची वारंवारता दर्शक पट्टीवर दर्शवितो. या उपकरणाची अचूकता प्रवर्तकामुळे इतर उपकरणांपेक्षा जास्त असते. अचूकता तापमानावरही अवलंबून असते. या प्रकारच्या उपकरणाचा उपयोग करून आपण RF सिग्नल, विद्युत जनित्र, रोहित्र इत्यादींमधे होणाऱ्या वारंवारतेतील बदलांचे मापन करू शकतो.
संदर्भ :
- Sawhney, A.K. Electrical and Electronic Measurements and Instrumentation, Publisher : Dhanpat Rai & Co. Pvt.
समीक्षक – एस. डी. गोखले
