द्रायुमापक

द्रायुमापक: वाहत्या द्रायूचे म्हणजे द्रवाचे किंवा वायूचे प्रवाहमान (प्रती सेकंदाला वाहणारे आकारमान) किंवा राशिमान (विशिष्ट काळात वाहून गेलेले द्रायूचे आकारमान किंवा वस्तुमान) मोजण्याचे उपकरण म्हणजे द्रायुमापक होय. आकारमान मोजण्यासाठी लिटर किंवा घन मीटर (= किलोलिटर) किंवा घन फूट, गॅलन ही एकके सामान्यतः वापरतात. प्रवाहमानाची एकके लिटर प्रती सेकंद किंवा घन मीटर प्रती सेकंद (= क्यूमेक) ही होत. याकरिता घन फूट प्रती सेकंद (= क्यूसेक) हे एककही वापरात आहे.

महत्त्व : आधुनिक काळात या राशी मोजण्याला फार महत्त्व आलेले आहे. इंधन (वायू किंवा तेल) किंवा पाणी पुरविताना त्याच्या व्ययानुसार (वापरानुसार) त्याचे मूल्य आकारणे जरूर असते. कित्येक रासायनिक प्रक्रियांत तापमान किंवा दाब यांसारख्या गोष्टींचे नियंत्रण प्रवाहमान नियंत्रित करून जास्त सुलभतेने करता येते, त्याचप्रमाणे या प्रक्रियांची कार्यक्षमताही प्रवाहमानावर अवलंबून असते.

ही मापके वेगवेगळ्या तत्त्वांवर कार्य करतात व त्यानुसार त्यांची अचूकताही वेगवेगळी असते. त्याचप्रमाणे विविध उपयोगांत मापनाची परिस्थिती भिन्नभिन्न असू शकते. वेगवेगळ्या ठिकाणी मापन करण्याच्या राशींची मूल्ये कमीअधिक असतात. उपकरणाची किंमत त्याचप्रमाणे टिकाऊपणा वेगवेगळी असतात. या सर्व गोष्टींचा विचार करून इच्छित मापनाकरिता सुयोग्य असे उपकरण निवडणे जरूर असते. अप्रत्यक्ष पध्दतीने मापन करणाऱ्या मापकांच्या वाचनात काही चूक असण्याचा संभव असतो. म्हणून प्रत्यक्ष मापन करून (उदा., ज्ञात आकारमानाचे पात्र भरण्यास किती वेळ लागतो ते मोजून) त्यांची अचूकता पडताळून पाहणे नेहमीच जरूर असते. पुढील कोष्टकात नेहमीच्या प्रचारात असणाऱ्या काही द्रायुमापकांची वैशिष्ट्ये दिली आहेत.

प्रवाहमापके : या मापकांचा प्रतिसाद हा द्रायूचा सरासरी वेग किंवा दाबांतर (दाबांमधील फरक) यांवर अवलंबून असतो. त्यावरून योग्य त्या सूत्राचा उपयोग करून काही आकडेमोड करून प्रवाहमान मिळते. कालापव्यय व त्रास टाळण्यासाठी मापकाच्या मोजपट्टीवरून एकदम प्रवाहमान मिळेल असे अंशांकन केलेले असते.

रंध्र प्रवाहमापक: नळातून वाहणाऱ्या द्रवाचे किंवा वायूचे प्रवाहमान मोजण्यासाठी याचा उपयोग होतो. ते बेर्नुली यांच्या तत्त्वावर [→ द्रायुयामिकी] आधारलेली आहे. वाहक नळामध्ये सुयोग्य क्षेत्रफळाचे रंध्र (भोक) असलेली एक तबकडी बसविलेली असते. नळातून वाहणारा सर्वच्या सर्व द्रायू या रंध्रातून जावा लागतो. त्यामुळे रंध्रातून बाहेर येणाऱ्या द्रायूचा वेग (व_२) नळातून रंध्राकडे येणाऱ्या द्रायूच्या वेगापेक्षा (व_१) जास्त होतो. त्यामुळे अनुस्रोत (रंध्रापलीकडच्या) भागातील दाब (अलीकडच्या भागापेक्षा) कमी होतो. या दोन दाबांमधील फरक (दाबांतर) कोणत्याही दाबमापकाने मोजण्यात येतो. आकृतीत यू-नलिका दाबमापबक [→ दाब व दाबमापन] दाखविलेला असून दाबांतर जास्त असल्यास यू-नलिकेत पारा व कमी दाबांतर असल्यास पाणी किंवा तेल असे द्रव वापरले जातात. यू-नलिकेच्या दोन भुजांतील द्रवाच्या स्तंभांच्या उंचीमधील फरकावरून (उ) दाबांतर मिळते. नळाचे क्षेत्रफळ क्ष_१ व रंध्राचे क्ष_२ असल्यास प्रवाहमान (र) पुढील समीकरणाने दिले जाते.

 र = थ क्ष_{2√2 ग·उ. √1 /1-म}²

येथे ग = गुरुत्वीय प्रवेग, म = क्ष_{2 /} क्ष1 आणि थ हा प्रवाहाचा विशिष्ट असा गुणांक आहे. या मापकाची तकरचना चांगली केलेली असल्यास थ चे मूल्य ०·९५ ते ०·९८ येते. या मापकाची रचना अत्यंत साधी असून त्याची विशेष देखभाल करावी लागत नाही.

काही द्रायुमापकांची वैशिष्ट्ये

 व्हेंचुरीमापक : नळातून वाहणाऱ्या द्रवाचे प्रवाहमान मोजण्यासाठी याचा उपयोग करता येतो. हा बेर्नुली यांच्या तत्त्वावर आधारलेला आहे. मध्येच व्यास लहान केलेल्या (आ. २) नळीच्या तुकड्याला व्हेंचुरी नळी असे म्हणतात व लहान केलेल्या भागाला व्हेंचुरीचा गळा असे म्हणतात. रंध्र प्रवाहमापकाप्रमाणेच गळ्यातून जाणाऱ्या द्रवाचा वेग वाढून तेथील दाब कमी होतो आणि मुख्य नळी व गळा यांमधील दाबांतर मोजून त्यावरून प्रवाहमान काढता येते. आ. २ मध्ये दाबांतरमापकाच्या तबक़डीवर एकदम प्रवाहमानाची मूल्येच अंशांकित केलेली आहेत. दाबांतरमापकात (ही एक प्रकारची यू-नलिकाच आहे) पारा भरलेला असून त्याच्या उजव्या भुजातील पृष्ठावर एक तरंगता गोळा ठेवला आहे व त्यावर एक उदग्र (उभी) दंतपट्टी बसविली आहे. दाबांतर कमीजास्त होईल त्यानुसार गोळा वरखाली होईल व त्यामुळे दंतपट्टीशी संलग्न असलेले दातेरी चक्र उलट किंवा सुलट फिरेल. त्यानुसार चक्राला जोडलेला दर्शक काटा वरखाली होईल (असा दाबांतरमापक रंध्र प्रवाहमापकातही वापरून एकदम प्रवाहमान मिळवता येईल). काट्याला एक लेखणी जोडून तिचे टोक एका दंडगोलावर लावलेल्या कागदावर टेकून ठेवतात आणि दंडगोल (घड्याळासारख्या यंत्रणेने) नियमित वेगाने फिरत ठेवतात. मग त्या कागदावर ठराविक कालखंडातील प्रवाहमानाचा आलेख मिळतो.

नळाला मध्यंतरी चापाचा आकार दिल्यास केंद्रोत्सारी (केंद्रापासून दूर ढकलणाऱ्या) प्रेरणेमुळे चापाच्या बाह्य भागावरील दाब जास्त व आतल्या भागावरील दाब कमी होतो. या दाबांतरावरूनही प्रवाहमान काढता येते.

 पिटो नळीमापक: या साधनात (आ.३)एक उलट्या L आकाराची नळी मुख्य वाहक नळीत बसविलेली असते व या नळीचे तोंड प्रवाहाभिमुख असते. नळीच्या तोंडाशी प्रवाहाचा वेग शून्य झाल्याने तेथील दाब वाढतो. तो बिंदू आणि नळीतील दुसरा कोठलाही बिंदू यांमधील दाबांतर मोजून त्यावरून प्रवाहमान काढता येते. येथेही व्हेंचुरीमापकासारखा दाबांतरमापक वापरून एकदम प्रवाहमान मिळण्याची सोय करता येईल.

रोटामीटर : यामध्ये खालून वर जाताना व्यास वाढत जाणारी उभी पारदर्शक नळी असते. (आ. ४) मापन करण्याचा द्रायूचा प्रवाह या नळीत खालून प्रवेश करतो आणि वरच्या बाजूने बाहेर पडतो. नळीत एक (द्रवापेक्षा थोडा जड असा) प्लावक असतो. द्रवाच्या प्रवाहाच्या रेट्याने प्लावक वर जातो व प्रवाहाचा वेग जितका जास्त तितका प्लावक जास्त वर जातो. प्लावकाच्या वरच्या तबकडीला तिरक्या खाचा पाडलेल्या असल्याने द्रव त्यांमधून पलीकडे जाताना प्लावकाला त्याच्या उभ्या अक्षाभोवती फिरण्याची गती मिळते. त्यामुळे प्लावक वाकडा होत नाही. नळीवर कोरलेल्या मोजपट्टीच्या ज्या रेघेसमोर प्लावकाची वरची कड येईल तेथले वाचन प्रवाहमान देते.

उघड्या वाहिन्यांसाठी प्रवाहमापक :त्रिकोणी खाच : उघड्या वाहिनीतून जेव्हा प्रवाहमान फार मोठे नसते. (उदा., कालव्यातून शेताला पाणी देताना) तेव्हा या साध्या मापकाचा उपयोग होतो. प्रथम पाणी शक्य तितके संथ करतात मग त्याच्या प्रवाहात एक त्रिकोणी ( V– आकाराची) खाच (आ. ५) घालतात. खाचेतून

पाणी वाहत असताना खाचेच्या कोनबिंदूवर पाण्याच्या पातळीची उंची उ व खाचेचा कोन असल्यास प्रवाहमान र पुढील सूत्रावरून काढता येते.

आयताकार किंवा समलंब चौकोनाकार खाच वापरूनही प्रवाहमान काढता येईल परंतु त्या परिस्थितीत प्रवाहमानाचे सूत्र बरेच किचकट होते म्हणून त्रिकोणी खाचच जास्तकरून वापरतात.

बंधिका: पाण्याचे प्रवाहमान मोठे असल्यास (उदा., मोठा कालवा, नदी) प्रवाहाच्या पात्रात एक बंधिका (छोटा आडवा बंधारा) घालतात. या बंधिकेवर पाण्याच्या पातळीची उंची उ आणि तेथील पात्राची रुंदी ल असल्यास पुढील सूत्रावरून प्रवाहमान (र) काढता येते.

र = 3·33ल ·उ ^3/2

स्थिर लाटमापक: कालव्यातून जाणाऱ्या पाण्याचे आकारमान काढण्यासाठी हा मापक वापरतात. आ. ६ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे कालव्याला विशिष्ट आकार दिला जातो. यामुळे अनुस्त्रोत (प्रवाहाच्या दिशेच्या) बाजूला अनुदैर्घ्य (लांबीच्या दिशेत घेतलेल्या) छेदात दर्शविल्याप्रमाणे स्थिर लाट [अप्रगामी तरंग → तरंग गति] निर्माण होते. या मापकात अनुस्त्रोत बाजूकडील जलवर्चस् प्रतिस्त्रोत बाजूच्या जलवर्चसाच्या सु. १० टक्केच कमी असते. त्या वेळी कालव्यातून जाणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण (घ) खालील सूत्राने मिळते.

 घ (घ.मी.से ) = 1·71 ब उ ^3/2

येथे ब = गळ्याची रुंदी (मी. मध्ये) आणि उ = गळ्याच्या तळापासून प्रतिस्रोत बाजूच्या पाण्याची पातळी (मी. मध्ये).

आकारमान वस्तुमान मापके : जलमापक : नळातून एखाद्या घराला विशिष्ट मुदतीत किती पाणी पुरविले त्याचे मापन करून (आणि त्यानुसार शुल्क आकारणी करण्यासाठी) जलमापकाचा उपयोग होतो. यासाठी अनेक प्रकारचे मापक उपलब्ध आहेत. त्यांपैकी नेहमी वापरल्या जाणाऱ्या एका मापकाची रचना पुढीलप्रमाणे आहे.

मळसूत्री जलमापक : यामध्ये मुख्य कार्यकारी घटक हा एक मळसूत्राकार पात्यांचा परिचालक असून त्याचा अक्ष प्रवाहाच्या दिशेला समांतर असतो. (आ. ७) म्हणून याला अक्ष समांतर मापक असेही म्हणतात. मापकात जोरात येणारा पाण्याचा प्रवाह संक्षुब्ध (खळबळाटी) असतो. तो स्तरीय (सरळ रेषेत वाहणारा) करण्यासाठी अक्ष समांतर भोके पाडलेल्या एका जाळीतून पुढे जाऊ देतात. मग हे पाणी परिचालकाच्या मळसूत्राकार पात्यावर पडते व परीचालक फिरू लागतो. ही फिरण्याची गती पाण्याच्या वेगावर अवलंबून असते. ‘मळसूत्र व चाक जोड’ वापरून परिचालकाची भ्रमण गती मंद केली जाते व मग दंतचक्र मालिकेच्या साहाय्याने वेगवेगळ्या दर्शक काटे (एकम् दशम् वगैरे स्थानांसाठी) वेगवेगळ्या तबकड्यांवर फिरतात. त्यांच्यावरून परिचालकाची किती भ्रमणे झाली हे कळते परंतु ही भ्रमणसंख्या एकूण वाहिलेल्या पाण्याच्या घनफळाच्या सम प्रमाणात असते. म्हणून तबकड्यांवर या घनफळाचेच आकडे कोरलेले असतात. त्यावरून वाहिलेल्या पाण्याचे आकारमान मिळते. त्याला पाण्याच्या घनतेने गुणून त्याचे वस्तुमानही काढता येते.

वरील मापकातील परिचालकाऐवजी एक पात्याचे चक्र असे बसवितात की, त्याचा भ्रमण अक्ष प्रवाहाच्या दिशेला लंब असेल. या चक्राच्या भ्रमणसंख्येवरूनही वाहिलेल्या पाण्याचे आकारमान मिळते.

पेट्रोलमापक : पेट्रोल पंपावर किती पेट्रोल दिले गेले ते मोजण्यासाठी एक मापक बसविलेला असतो. याचेही बरेच प्रकार आहेत. परंतु जलमापकाच्या तुलनेने हा मापक जास्त बिनचूक असणे अत्यावश्यक असते. त्याचप्रमाणे जलमापकाच्या तुलनेने येथे मोजावयाचे आकारमान खूपच कमी असते. म्हणून हे मापक प्रत्यक्ष विस्थापन पद्धतीचे असतात. म्हणजे येथे निश्चित आकारमानाचे एक पात्र प्रथम द्रवाने भरले जाते व मग ते रिकामे करून तेवढा द्रव ग्राहकाला दिला जातो. याप्रमाणे किती वेळा पात्र रिकामे केले त्याची नोंद मापकाच्या तबकडीवर केली जाते आणि त्यावरून पुरविलेल्या पेट्रोलाचे (किंवा डीझेलाचे) आकारमान मिळते.

यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मापकाच्या एका प्रकाराचे (लार्सन अँड टुब्रो कंपनीच्या मापकाचे) कार्य खाली दिले आहे. (आ. ८.)

हा मापक त्याच्यामधून वाहणाऱ्या पेट्रोलाच्या दाबानेच कार्यान्वित होतो. यात एकमेकांना काटकोनात असणारे चार दट्ट्ये असून समोरासमोरचे दोन दट्ट्ये (६ व ४) एकमेकांना जोडदंडाने (७) जोडलेले असतात. एका परिभ्रमी (फिरत्या) झडपेच्या (२) साहाय्याने आतमध्ये येणाऱ्या आणि बाहेर जाणाऱ्या पेट्रोलाचे वाटप नियंत्रित होते.

आगमद्वारातून (१) पेट्रोल आत येते व आकृतीमधील डाव्या बाजूच्या सिलींडरात शिरू लागते. त्यामुळे त्या सिलिंडरातील दट्ट्या (६) उजवीकडे ढकलला जातो व हा सिलिंडर भरत जातो. याचवेळी (४) हा दट्ट्या जोताने (६) या दट्ट्याला जोडलेला असल्याने उजवीकडे रेटला जातो व त्यामुळे उजवीकडच्या सिलिंडरातील पेट्रोल बाहेर रेटले जाते व ते निर्गमद्वारातून (८) बाहेर पडते व ग्राहकाला दिले जाते. अशा तऱ्हेने एक सिलिंडर भरला जातो व त्याच वेळी त्याच्या समोरचा सिलिंडर रिकामा होतो.

सिलिंडराची दुसरी जोडी (ही आकृतीत दाखविलेली नाही) आकृतीच्या प्रतलाला लंब दिशेने बसविलेली असते. पहिल्या जोडीतील उजवा सिलिंडर पूर्णपणे रिकामा झाल्यावर दुसरी जोडी कार्यवाहीत होते. वरीलप्रमाणेच तिच्यातील एक सिलिंडर भरला जातो व त्याचबरोबर दुसरा रिकामा होत जातो. याप्रमाणे क्रमाक्रमाने एक सिलिंडर भरत जाऊन त्याच्या समोरचा रिकामा होत असतो व या क्रिया परिभ्रमी झडपेकडून (२) नियंत्रित केल्या जातात.

वरील क्रियेमध्ये दट्ट्यांच्या गतीमुळे कॅम फिरतो. कॅमाची गती दंतचक्रमालिकेमधून नोंदणी यंत्राला दिली जाते व ग्राहकाला किती पेट्रोल दिले त्याची नोंद होते.

इयत्तीकरण चक्र (३) फिरवून दट्ट्यांच्या जोडीच्या धावेची लांबी कमीजास्त करता येते. अशा तऱ्हेने या यंत्रापासून मिळणारी नोंद बिनचूक करता येते.

इंधन वायुमापक : मुंबईसारख्या काही शहरांत घरगुती उपयोगासाठी नळातून इंधन वायू पुरविला जातो. विशिष्ट ग्राहकाने किती वायू वापरला ते मोजून त्यानुसार त्याला शुल्क आकारावे लागते. यासाठी या वायुमापकाचा उपयोग होतो (आ.९). मापकातून वायूचा पुरवठा अखंड चालू राहणे जरूर असते. त्या दृष्टीने याची रचना केलेली आहे. यासाठी दोन वायुकोठड्या एकाच पेटीत बसविलेल्या असतात. या कोठड्यांच्या आतले आकारमान ज्ञात असते. प्रत्येक कोठडीत एक चामड्याचा लवचिक पडदा घालून तिचे दोन भाग केलेले असतात. या कोठड्या एकाआड एक अशा वायूने भरल्या जातात व रिकाम्या केल्या जातात. ही क्रिया वायूच्या दाबामुळेच आपोआप होत राहते. अशा तऱ्हेने एक कोठडी रिकामी होते तेव्हा तिच्या आकारमानाइतका वायू मापकातून बाहेर येतो. ही कोठड्या भरण्या-रिकाम्या होण्याची क्रिया कितीदा झाली, त्याची दंत चक्र मालिकेमार्फत एका तबकडीवर फिरणाऱ्या दर्शक काट्याकडून नोंद केली जाते व त्यावरून पुरविल्या गेलेल्या एकूण वायूचे आकारमान मिळते. तबकडीवर हे आकारमान दर्शविणारे आकडेच अंशांकित केलेले असतात. वायूच्या दाबामुळे होणाऱ्या पडद्यांच्या गतीमुळे (६) हे चक्र फिरते त्यामुळे योग्य त्या वेळी झडपांची उघडझाप होते. दोन कोठड्या एकाआड एक अशा भरत आणि रिकाम्या होत असल्याने वाय़ूचा अखंडित प्रवाह मिळू शकतो.

पवनवेगमापक : या साधनाचा उपयोग वाऱ्याचा वेग मोजण्यासाठी होतो. याचा अगदी साधा प्रकार म्हणजे एक पवनचक्कीसारखी रचना असते. वाऱ्याच्या वेगामुळे एक चक्र फिरते व त्याचा फिरण्याचा वेग वाऱ्याच्या वेगावर अवलंबून असतो. त्यावरून वाऱ्याचा वेग काढता येतो.

वाऱ्याचा वेग किंवा हवेतून जाण्याऱ्या विमान किंवा क्षेपणास्त्रासारख्या वाहनाचा (हवेसापेक्ष) वेग अचूकपणे मोजण्यासाठी तप्ततार पवनवेगमापकाचा उपयोग होतो [→ पवनवेगमापन].

काही इतर प्रकारचे मापक : द्रव प्रवाहात एकादा किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारा) पदार्थ किंवा लवण अगदी अल्प प्रमाणात घालून त्याला दोन बिंदूमघील अंतर तोडण्याला लागणाऱ्या काळाचे मापन करतात, त्यावरूनही प्रवाहमान काढता येते. वाहक नलिकेला लंब दिशेने चुंबकीय क्षेत्र लावतात. त्यातून वाहणाऱ्या द्रव प्रवाहाच्या दोन बाजूंना विद्युत् चुंबकीय प्रवर्तनामुळे उत्पन्न होणारा विद्युत् वर्चोभेद (विद्युत् पातळींतील फरक) व्होल्टमापकाच्या साहाय्याने मोजतात. हा वर्चोभेद प्रवाहाच्या वेगाच्या सम प्रमाणात असतो. त्यावरून प्रवाहमान काढता येते.

संदर्भ : 1. Addison, H. A Treatise on Applied Hydraulics, London, 1964.

            2. Streeter, V. L, Ed. Handbook of fluid Dynamics, New York, 1961.

ओक, वा. रा. पुरोहित, वा. ल.

“