विद्युत् राशिमापक उपकरणे : विजेसंबंधीच्या विविध राशींचे (उदा., विद्युत् दाब, विद्यत् प्रवाह, विद्युत् शक्ती, कार्यशक्ती, शक्तिगुणक, कंपनसंख्या इ.) मापन करण्यासाठी वापरलीजाणारी उपकरणे म्हणजे विद्युत् राशिमापक उपकरणे होत. उद्योग, संदेशवहन आणि व्यापार यांसारख्या क्षेत्रांत जरीप्रामुख्याने विद्युत् राशिमापक उपकरणांचा वापर मोठ्या प्रमाणावर केला जात असला, तरी विज्ञान आणि तंत्रविद्या यांच्या विविध शाखांतून सुद्धा प्रक्रिया आणि यंत्राच्या नियंत्रणासाठी, तसेच तपासणीसाठी आणि इतर माहिती मिळविण्यासाठी त्यांचा उपयोग होतो. इतकेच काय पण अभियांत्रिकी शाखेहून पूर्णपणे वेगळ्या अशा वैद्यकशास्त्रासारख्या इतर शाखांतही काटेकोर तसेच ढोबळ मापनांसाठी अशी उपकरणे अत्यावश्यक ठरतात. म्हणजेच असे म्हणता येईल की, बहुतेक सर्व उद्योगांत व संशोधन संस्थांमध्ये विद्युत् राशिमापक उपकरणे वापरली जातात.
मराठी विश्वकोशात अँपिअरमापक, ओहममापक, गॅल्व्हानोमीटर, विद्युत् बर्चस्मापक, व्होल्टमापक इ. उपकरणांवर स्वतंत्र नोंदी असून इलेक्ट्रॉनीय मापन या नोंदीत कंप्रतामापनाची माहिती दिलेली आहे. तसेच व्हीट्रस्टन सेतू ही स्वतंत्र नोंदही आहे. प्रस्तुत लेखामध्ये अशा उपकणांचे वर्गीकरण, त्यांची रचना, कार्य आणि उपयोग यांसंबधी विविध माहिती समाविष्ट केलेली आहे.
विद्युत् प्रवाह, विद्युत् दाब, विद्युत् शक्ती इत्यादींच्या मापनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सर्व उपकरणांत कोणत्यातरी एका विद्युत् परिणामाचा उपयोग करून त्यापासून यांत्रिक प्रेरणा निर्माण केली जाते. या यांत्रिक प्रेरणेमुळेच राशिमापकाच्या दर्शक काट्याचे विचलन होऊन त्या विशिष्ट राशीचे मापन करता येते. किती विद्युत् राशी पाठवून किती विचलन होते यावरून त्याची प्रमाण मोजपट्टी तयार करतात. अशा प्रकारच्या उपकरणांत यांत्रिक प्रेरणा निर्माण करण्यासाठी पुढीलपैकी कोणत्या तरी एका विद्युत् उपयोग केला जातो : (१) चुंबकीय क्षेत्रात असलेल्या आणि प्रवाह वाहून नेणाऱ्या संवाहकाने किंवा वेटोळ्याने निर्माण होणारा विद्युत् चुबंकीय परिणाम, (२) विद्युत् चुबंकीय प्रवर्तन परिणाम, (३) विद्युत् प्रवाहाचा उष्णताजन्य परिणाम, दोन विभिन्न धातूंच्या जोडबिंदूस तापविल्यास त्याच्या दुसऱ्या दोन टोकांत निर्माण होणारी विद्युत् चालक प्रेरणा (विद्युत् मंडलात प्रवाह वाहून नेण्यास कारणीभूत होणारी प्रेरणा वि. चा. प्रे.), (४) विद्युत् भारित वस्तूमध्ये निर्माण होणारी आकर्षण अथवा प्रतिसारण प्रेरणा (स्थिर विद्युत् क्षेत्र परिणाम) आणि (५) विद्युत् प्रवाहाचा रासायनिक परिणाम.
विद्युत् राशिमापक उपकरणांचे वर्गीकरण : सामान्यतः उपयोगानुसार एकदिश (एकाच दिशेने वाहणाऱ्या) प्रवाहासाठी आणि प्रत्यावर्ती (उलटसुलटदिशेने वाहणाऱ्या) प्रवाहासाठी वापरली जाणारी असे या उपकरणांचे वर्ग करतात. एकदिश प्रवाहावरील मापनांत प्रामुख्याने प्रवाह दाब या दोनच राशींचे मापन पुरेसे ठरते. कारण या दोहोंच्या मूल्यांच्या गुणाकारावरून विद्युत् शक्ती पण काढता येते आणि एकदिश वॉट-तास मापकावरून विशिष्ट वेळात खर्च झालेली विद्युत् कार्यशक्ती मोजता येते. यातही साधारणपणे विद्युत् दाब हा स्थिर मूल्य असल्यामुळे अँपिअर-तास मापनावरून सुद्धा कार्यशक्तिमापन करता येते. प्रत्यावर्ती प्रवाहावरील मापनात मात्र चल पदे (बदलणाऱ्या राशी) अधिक असल्यामुळे एकदिश प्रवाहापेक्षा या ठिकाणी अधिक घटकांचे स्वतंत्रपणे मापनकरावे लागते. याकरिता प्रामुख्याने विद्युत् प्रवाह, विद्युत् दाब, विद्युत् शक्ती इत्यादींचे मापन केले जाते. यांपैकी विद्युत् शक्ती ही प्रवाह आणि दाब यांच्या गुणाकाराखेरीज मंडलाच्या शक्तिगुणकावरहा (प्रत्यावर्ती प्रवाहाच्या विद्युत् मंडलाची सरासरी शक्ती व भासमान शक्ती यांच्या गुणोत्तरावरही) अवलंबून असल्याने शक्तिमापन स्वतंत्र रीत्या करावे लागते. त्याचप्रमाणे कंप्रता (दर सेकंदास होणारी कंपनसंख्या), शक्तिगुणक, कार्यशक्ती इत्यादींचे मापन तसेच यांपैकी काहींचे तत्कालिक मूल्यमापन आणि त्यांच्या तरंगंच्या आकार यांसंबंधीचे मापनही आवश्यकतेनुसार केले जाते.
विद्युत् राशिमापनाची अचुकता आणि काटेकोरपणा : राशींचे वास्तव मूल्य अचूकपणे दाखविण्याच्या मापन उपकरणाच्या क्षमतेस त्याची अचूकता म्हणतात, तसेच राशीचे वास्तव मूल्य आणि दर्शविलेले मूल्य यांतील फरकास मूल्यत्रुटी म्हणतात. राशींच्या सर्व साधारण मापनासाठी ही त्रुटी २ते ५ टक्क्यांपर्यंत ग्राह्य मानली जाते, परंतु राशीच्या अचूक मापनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या राशिमापकांत त्यांच्या वर्गवारीनुसार ही त्रुटी ०ते ०·१, ०·१ ते ०·२५, ०·२५ ते २·०० टक्के इतक्या प्रमाणात मर्यादित करावी लागते.
एकाच राशीमूल्याचे पुनःपुन्हा मापन केले असता, तेच अवलोकन, परतपरत दाखविण्याच्या उपकरणाच्या क्षमतेस त्याचा कोटेकोरपणा असे म्हणतात. कोणतेही उपकरण वापरताना प्रामुख्याने याच दोन गोष्टींचा विचार केला जातो.
काही विशिष्ट विद्युत् घटकांचे मापन करताना काही इतर विद्युत् साधनांचीही मदत घ्यावी लागते. अशा प्रकारच्या विद्युत् राशिमापनात अचूक मूल्यमापनापूर्वी काही वेळा बऱ्याच प्राथमिक जुळवाजुळवी अथवा संतुलन करून घेण्याचीही आवश्यकता भासते. अशा मापनाची ठळक उदाहरणे म्हणजे वर्चस्मापके अथवा विविध प्रकारची मानके आणि विशिष्ट सेतु-मंडले [मूलतः एकसरीत जोडलेल्या चार संरोधांनी बनलेल्या चौकोनी विद्युत् जालाला सेतु-मंडल म्हणतात. यांची कर्णाच्या विरूद्ध टोकांशी असणारी एक जोडी आदान प्रयक्तीला व दुसरी जोडी प्रदान प्रयुक्तीला जोडतात⟶ व्हीट्स्टन सेतु] वापरून केली जाणारी मापने होत.
राशिमापकातील शक्तिक्षय : उपकरण विशिष्ट राशिमापनासाठी वापरताना मंडलात जोडल्यावर त्याच्यामुळे मोजल्या जाणाऱ्या राशीत लक्षणीय बदल घडून त्यामुळे राशिमापनात त्रुटी निर्माण होऊ शकते. ही त्रुटी कमीत कमी व्हावी म्हणून अशा उपकरणाने मंडलाकडून घेतली जाणारी विद्युत् शक्ती कमीत कमी ठेवणे आवश्यक असते. यासाठी योग्य ती योजना करून भारण कमी टेवतात (यासाठी राशिमापक मंडलाच्या एकसरीत जोडले असल्यास त्याचा रोध कमीत कमी असावयास हवा आणि राशिमापक मंडलाच्या अनेकसरीत जोडले असल्यास त्याचा रोध जास्तीत जास्त असावयास हवा).
प्रयोगशाळांतील राशिमापन : प्रयोगशाळांतील राशिमापनात अचूकता आणि काटेकोरपणा या दोन्ही गोष्टींना महत्त्व दिले जाते. त्याचप्रमाणे त्या ठिकाणी सर्व प्रकारच्या मापनांची एकत्रित सोय असणे आवश्यक असते. मुख्यतः ज्या ठिकाणी मानके निश्चित करणे हीच मुख्य सेवा असते, अशा प्रयोगसाळांत मानक घट, मानक रोधक इ. प्राथमिक विद्युत् मानके आणि त्यांसोबत वापरली जाणारी अनेक सेतु-मंडले यांचीही आवश्यकता असते.
कार्यस्थलावरील राशिमापन : एखाद्या प्रकल्पाच्या जागेवर करावयाच्या राशिमापनात अचूकतेपेक्षा कोटेकोरपणास अधिक महत्त्व दिले जाते. विद्युत् निर्मिती केंद्रे, विद्युत् वितरण केंद्रे, विद्युत् सेवा केंद्रे, विद्युत् परीक्षण केंद्रे इ. ठिकाणी वापरली जाणारी राशिमापके २ ते ५ टक्क्यांपर्यंत त्रुटी असणारी असली तरीसुद्धा चालतात.
वीजनिर्मिती प्रकल्पात तसेच बऱ्याचशा औद्योगिक केंद्रात, बऱ्याच ठिकाणी, ठराविक कालानंतर (मापनांची) पुढील उपयोगासाठी राशी अवलोकनांची नोंद करण्याची आवश्यकता बासते, तसेच अशा ठिकाणी अवलोकने नोंद करणारी व्यक्ती नेहमी हजर असतेच असे नाही, तसेच कित्येक ठिकाणी एकाच वेळी बऱ्याच वेगवेगळ्या राशीमापनांची नोंद करावयाची असते. अशा ठिकाणी त्यांची नोंद करणारे आलेखक बसवितात, तसेच कित्येक ठिकाणी ही नोंद केलेली माहिती दूरमापन तंत्राद्वारे इतरत्र पाठविण्याची व्यवस्थाही केलेली असते.
राशिमापक उपकरणांची रचना : कोणत्याही राशिमापक उपकरणाच्या कार्यासाठी पुढील तीन प्रकारच्या प्रेरणांची आवश्यकता असते: (१) विचलन प्रेरणा, (२) नियंत्रक प्रेरणाव (३) दमन प्रेरणा.
विचलन प्रेरणा : मंडलातील ज्या विशिष्ट राशीचे मापन करावयाचे असेल, तिच्या प्रमाणात उपकरणातील वेटोळ्यातून प्रवाह गेल्याने मापकाच्या आसावर बसविलेल्या दर्शक काट्याचे मूळ ठिकाणापासून विचलन होते. हीच विचलन प्रेरणा होय. ही प्रेरणा वर उल्लेखिलेल्या कोणत्या तरी एका विद्युत् परिणामाचा उपयोग करून मिळविलेली असते.
नियंत्रक प्रेरणा : मोजल्या जाणाऱ्या राशीच्या समप्रमाणात दर्शक काट्याचे विचलन मिळविण्यासाठी वर उल्लेखिलेल्या विचलन प्रेरणेमुळे निर्माण होणाऱ्या विचलना विरूद्ध कार्य करणारी अशी एक नियंत्रक प्रेरणा आवश्यक असते. ही प्रेरणा दर्शक काट्यासोबत गुरूत्व प्रेरणा देणारी वजने वापरून अथवा सर्पिलाकार स्प्रिंगेचा उपयोग करून मिळवितात. यांपैकी गुरूत्व प्रेरणा वापरणारी उपकरणे नेहमी उभी ठेवावी लागतात. आणि दर्शक काट्याचे विचलन होताच त्याला जोडलेली वजने वर उचलली जाऊन त्यांच्या खाली येण्याच्या नैसर्गिक गुणामुळे एक नियंत्रक प्रेरणा निर्माण करतात. स्प्रिंगेचा उपयोग करणाऱ्या उपकरणांत दर्शक काट्याचे विचलन होताच स्प्रिंग पिळली जाऊन त्यापासून प्रतिक्रिया म्हणून काट्याच्या विचलनाच्या प्रमाणात एक विरोधी प्रेरणा निर्माण होते. हीच नियंत्रक प्रेरणा होय. या दोन प्रेरणा विरूद्ध दिशांनी काम करीत असतात.
अशा प्रकारे ज्या विशिष्ट क्षणी आणि ठिकाणी प्रवाहामुळे निर्माण झालेली विचलन प्रेरणा आणि वजने अथवा स्प्रिंग यामुळे मिळणारी नियंत्रक प्रेरणा समान होतात, त्या विशिष्ट जागी दर्श काटा स्थिर होतो. हेच अवलोकन मोजल्या जाणाऱ्या राशीचे मूल्य दाखविते.विचलित काट्याचे नियमन करण्यासाठी ज्या वेळी स्प्रिंगेचा उपयोग करतात, त्या वेळी त्याच स्प्रिंगेचा उपयोग विद्युत् संवाहक म्हणूनही करता येतो. त्यासाठी आसाच्या वरील बाजूस एक व खालील बाजूस एक असा दोन स्प्रिंगा लावलेल्या असतात. त्यांचा उपयोग अनुक्रमे विद्युत् प्रवाह बाहेरून वेटोळ्याकडे आणि वेटोळ्याकडून परत बाहेर नेण्यासाठी केला जातो. या स्प्रिंगा एकमेंकीच्या विरूद्ध दिशांनी गुंडाळलेली असतात. त्यामुळे तापमाणातील फरकामुळे दोन स्प्रिंगामध्ये एकाच वेळी निर्माण होणारे दोष परस्परविच्छेदी ठरून मापणाची अचूकता वाढते. नियंत्रक प्रेरणा निर्माण करण्यासाठी वापरली जाणारी स्प्रिंग अचुंबकीय धातूची असावी लागते. तसेच कायमचा ताण निर्माण होऊन तिच्या स्थितिस्थापकतेस कोणत्याही प्रकारची हानी पोहोचू नये अशी अपेक्षा असते, तसेच ती विद्युत् प्रवाह वाहून नेण्यासाठीसुद्धा वापरली जात असल्याने तिचा विशिष्ट रोध कमी असावा लागतो. या सर्व गोष्टींचा विचार करून फॉस्फर ब्राँझ या मिश्रधातूची स्प्रिंग सर्वसामान्यपणे वापरली जाते. स्प्रिंग वापरण्यापूर्वी जर तिच्यावर व्यवस्थित उष्णता संस्करण केलेले नसेल, तर अशा स्प्रिंगेमुळे विद्युत् पुरवठा बंद केल्यावर काटा शून्यावर परत न येता तो कोठेतरी थांबतो.तसेच फिरत्या प्रणालीचा गुरुत्वमध्य नेहमी तिच्या आसामधूनच जावा म्हणून दर्शक काट्याचे संतुलन करावे लागते. त्यासाठी काट्याच्या आखूड बाजूस योग्य तेवढी वजने लावून फिरत्या प्रणालीचे संतुलन केले जाते.
दमन प्रेरणा : विचलन प्रेरणा आणि नियंत्रक प्रेरणा दर्शक काट्यावर एकाच वेळी एकमेकींविरूद्ध कार्य करीत असतात. त्यामुळे दर्शक काटा त्याच्या अपेक्षित विस्थापित जागी स्थिर होण्यास भ्रमण प्रणालीच्या निरूढीमुळे (जडत्वामुळे) वेळ लागतो. त्याची ही विचलनाच्या अखेरती आंदोलने कमी करून त्याला लवकरात लवकर स्थिर करण्यासाठी जी प्रेरणा आवश्यक ठरते, तिला दमन (किंवा संदमन) प्रेरणा असे म्हणतात. ही प्रेरणा विविध उपकरणांत वायवीय घर्षणाने, द्रवीय घर्षणाने किंवा आवर्ती विद्युत् प्रवाहाने मिळविली जाते.
विद्युत् प्रवाह आणि विद्युत् दाब मापके: या दोन्ही उपकरणांची मूलभूत रचना आणि कार्य सारखेच असते. विचलनासाठी दोन्ही उपकरणांत एकच तत्त्व वापरलेले असते. मूलभूत उपकरणाची रचना कमीत कमी विद्युत् प्रवाह घेऊन कार्य चालावे अशी केलेली असते. विद्युत् प्रवाहमापकात काट्याचे विचलन प्रत्यक्ष मोजल्या जाणाऱ्या प्रवाहावरच अवलंबून असते तर विद्युत् दाबाच्या प्रमाणात उपकरणातून वहनाऱ्या प्रवाहावर अवलंबून असते.
मापनकक्षा : उपरोधक माहितीवरून असे लक्षात येईल की, मूलभूत उपकरण फारच थोडा विद्युत् प्रवाह अथवा विद्युत् दाब यांच्या मापनासाठी उपयोगी पडेल, त्यामुळे त्यांच्या मापनकक्षा (अभिसीमा) वाढविण्यासाठी खालील उपाय योजले जातात.
विद्युत् प्रवाहमापकाची मापनकक्षा वाढविण्यासाठी त्याच्या अनेक सरीत फारच कमी रोध असणारी धातूची पट्टी जोडतात. तिला पार्श्वमार्गी वा शाखांतरी रोध म्हणतात. त्यामुळे विद्युत् मंडलातील बराचसा प्रवाह पार्श्वमार्गी रोधातून जाऊन, फारच थोडा प्रवाह मूळ उपकरणातून जातो आणि तो एकूण प्रवाहाच्या समप्रमाणात असल्यामुळे त्यावरून एकूण प्रवाहाचे मापन करता येते.
दाबमापकाची मापनकक्षा वाढविण्यासाठी त्याच्या एकसरीत एक जास्त विरोध असणारा रोध जोडतात. यालाच गुणक रोध असे म्हणतात. त्यामुळे वरील उपकरण उच्च दाबमापनासाठी वापरले तरी उपकरणातील प्रवाह मर्यादीत होऊन सुद्धा उपकरणातून वहनारा विद्युत् प्रवाह हा एकूणविद्युत् दाबाच्या समप्रमाणात असतो. अशा रीतीने उपकरणाच्या मूळ मापनकक्षेहून मोठे विद्युत् दाब योग्य त्या मूल्यांचे अनुक्रमे पार्श्वमार्गी रोध आणि गुणक रोध वापरून मोजता येतात. एकाच मूलभूत उपकरणाच्या एकसरीत आणि अनेकसरीत वेगवेगळ्या मूल्यांचे रोध जोडून त्यांपैकी जरूरीप्रमाणे एक किंवा अनेक रोध मंडलात येतील असा स्विच वापरून एकच उपकरण वेगवेगळ्या दाब आणि प्रवाह मापनकक्षांसाठी वापरणे शक्य होते. अशा तऱ्हेच्या संयुक्त उपकरणास बहुराशिमापक म्हणतात. यातच एक विद्युत् घट बसवून वेगवेगळ्या मूल्यांचे रोध मोजणेही शक्य होते.
वर्गीकरण : प्रवाह आणि दाबमापकांचे वर्गीकरण पुढीलप्रमाणे करता येईल. (१) चललोह उपकरणे: ही आकर्षण आणि प्रतिसारण अशा दोन पद्धतीची असतात. (२) चलवेटोळी उपकरणे: ही चिरचुंबकीय पद्धतीची आणि गतिजन्य पद्धतीची असतात. यांशिवाय (३) प्रवर्तन पद्धतीची, (४) तप्ततार व (५) स्थिर विद्युतीय उपकरणेही आहेत.
उपकरणे वापरण्याच्या पद्धतीवरून या उपकरणांचे काटेकोर, स्विचफलकासाठी, एका जागी ठेवून वापरण्यास योग्य, सर्वत्रहालवण्यास सोयीची, मानक, सामान्य मानक, प्रयोगशाळेसाठी, प्रथम दर्जाची इ. असे दुसऱ्या प्रकारेही वर्गीकरण करता येते.
चललोह उपकरणे: यांचे चललोह आकर्षण आणि चललोह प्रतिसारण उपकरणे असे दोन प्रमुख उपप्रकार आहेत. आकर्षण पद्धतीच्या उपकरणात एका अक्षाची लांबी कमी असलेल्या परंतु मोठ्या व्यासाच्या तांब्याच्या तारेच्या वेटोळ्यातून मोजावयाचा प्रवाह पाठवितात. त्यापासून वेटोळ्यात सर्वत्र एकसम चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. आसावर बसविलेली लंबवर्तुळाकार मृदुलोखंडाची तबकडी या चुंबकीय क्षेत्रात ओढली जाऊन तिचा आस फिरतो आणि त्यामुळे त्याच आसावर बसविलेला दर्शक काटा विचलित होतो. त्याच वेळी काट्याच्या आसावरील वजनाचे स्थान बदलल्याने नियंत्रक परिभ्रमी प्रेरणा उलट दिशेने कार्यन्वित होऊन मापकाचे विचलन मर्यादित केले जाते. यात साधारणपणे धातूची एक पातळ पट्टी त्याच आसावर बसवून तीपीसून निर्माण होणाऱ्या वायवीय घर्षणाचा दमनासाठी उपयोग करतात.
चललोह प्रतिसारण पद्धतीच्या उपकरणात वरीलप्रमाणेच मोठ्या व्यासाच्या व कमी लांबीच्या वेटोळ्यात मृदुलोखंडाचे दोन तुकडे ठेवलेले असतात. त्यांपैकी एक स्थिर असून दुसरा फिरत्या आसाला जोडलेला असतो. मंडलातील मोजला जाणारा प्रवाह वेटोळ्यातून जाताच वेटोळ्यात एक प्रखर एकसम चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. या चुंबकीय क्षेत्रात योणाऱ्या मृदुलोखंडाच्या दोन्ही तुकड्यांत सजातीय ध्रुवीय चुंबकत्व निर्माण होते. परिणामी त्या दोन तुकड्यांत प्रतिसारण प्रेरणा निर्माण होऊन आसावर बसविलेला तुकडा स्थिर तुकड्यापासून दूर जाऊ लागतो. त्यामुळे आसावरील दर्शक काट्याचे विचलन होते. हे विचलन नियमित करण्यासाठी स्प्रिंग अथवा नियंत्रक वजनांचा उपयोग करतात. या प्रकारच्या उपकरणांत वापरल्या जाणाऱ्या लोखंडी तुकड्याचे आकार निरनिराळ्या उपकरणांत निरनिराळे आढळतात. तरीही सर्वसामान्यपणे शक्य तितके एकसम विचलन मिळविण्यासाठी जिभेच्या आकाराचे तुकडे वापरले जातात. चललोह उपकरणे एकदिश आणि प्रत्यावर्ती प्रवाहावर वापरताना खालील त्रूटी संभवतात.
(अ) मंदायन बुटी: चुबंकीय धातूच्या मंदायन गुणधर्मामुळे [⟶चुबंकत्व] चढत्या क्रमाने प्रवाहमापन करीत असताना मिळणाऱ्या अवलोकनापेक्षा त्याच मूल्यांच्या प्रवाहाचे पण उतरत्या क्रमाने मापन करीत असताना मिळणारे अवलोकन जास्त मूल्य दाखविते. ही त्रुटी पूर्णपणे दूर करता येत नाही, परंतु ती कमी करण्यासाठी लोखंडी भाग शक्य तितका लहान ठेवतात, चुंबकीय क्षेत्रघनता कमी ठेवतात आणि मृदुलोखंडाचा वापर करतात.[⟶चंबुकत्व].
(ब) घर्षणजन्य त्रुटी : फिरत्या प्रणालीचे अक्षावरील घर्षण कमी करण्यासाठी उपकरणाच्या आसावर कमीत कमी वजन असावे यासाठी पूर्ण विचलणास लागणारी प्रेरणा आणि फिरत्या प्रणालीचे वजन यांचे प्रमाण जास्तीत ठेवलेले असते.
(क) तापमानतील बदलामुळे निर्माण होणारी त्रुटी: तापमानातील बदलांमुळे उपकरणाचा रोध बदलून त्या प्रमाणात उपकरणातून वहनारा प्रवाहसुद्धा कमीजास्त होतो. ही त्रुटी कमी करण्यासाठी वेटोळ्याचा रोध खूपच कमी असल्यामुळे त्याच्या एकसरीत एक खास रोध जोडतात. यास तापमानचा परिणाम किमान करणारा रोध असे म्हणतात.
(ड) इतरत्र विखुरलेल्या बाह्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे उपकरणाच्या विचलनावर परिणाम होतो. ही त्रुटी कमी करण्यासाठी त्यावर लोखंडी पत्र्याचे आच्छादन करतात किंवा ते लोखंडी पेटीत पूर्णपणे बंदिस्त करून ठेवतात यालाच ‘चुंबकीय ढाल’ असे म्हणतात.
प्रत्यावर्ती प्रवाहावर उपकरणे वापरताना कंपनसंख्येतील बदलामुळे वेटोळ्यांचा प्रवर्तनी रोध बदलतो आणि त्यामुळे प्रवाहही बदलतो. यामुळे निर्माण होणारी त्रुटी कमी करण्यासाठी वेटोळ्याच्या एकसरीत एक मोठा रोध जोडून वेटोळ्याचा प्रवर्तनी रोध उपकरणाच्या एकूण रोधाच्या प्रमाणात नगण्य होईल व्यवस्था करतात.
या प्रकारची उपकरणे स्वस्त, दणकट आणि विश्वासाई असून त्यामानाने त्यांची किंमत कमी असते. ती मुख्यत्वे नेहमीच्या कंपनसंख्येच्या व जास्त शक्ती घेणाऱ्या मंडलांसाठी वापरतात. सर्वसाधारण उपयोगासाठी वापरली जाणारी स्विचफलकावरील याच प्रकारची असतात. त्याची प्रतिग्रॅम मिळणारी परिभ्रमी प्रेरणा बरीच जास्त असते. ती उपकरणे प्रत्यावर्ती आणि एकदिश या दोन्ही प्रकारच्या मंडलांत प्रवाह दाब यांच्या मापनांसाठी वापरता येतात. तसेच ती थोड्या काळासाठी प्रमाणापेक्षा जादा अधिभार सुद्धा घेऊ शकतात. हे प्रमुख फायदे असले, तरी यात पुढीलप्रमाणे दोषही संभवतात: (१) प्रमाण मोजपट्टीच्या सुरूवातीस तिच्यावरील आकडे फारच जवळजवळ येतात. अशा असमान प्रमाण मोजपट्टमुळे नेमके अवलोकन घेणे अवघड जाते. (२) उपकरण कमी विद्युत् दाबावर वापरताना शक्तिव्यय जास्त होतो. (३) मंदायन आणि कंपनवलामुळे त्रुटी निर्माण होतात. (४) स्प्रिंगेचा ताठरपणा तापमानाबरोबर कमीजास्त होतो.
चलवेटोळी उपकरणे: चलवेटोळी उपकरणांची रचना आणि कार्य गॅल्व्हानोमीटरप्रमाणेच असते. (अ) चिरचुंबक चलवेटोळे उपकरण: नीलमण्याच्या काचेत असलेल्या धारव्यात (बेअरिंगमध्ये) दर्शक काटा जोडलेला आस बसविलेला असतो. वेटोळे ॲल्युमिनियमाच्या पातळ चौकटीवरगुंडाळलेले असते. आणि ते वरील आसावरच बसते केलेले असते. ॲल्युमिनियम चौकटीच्या दोन्ही बाजूंस दोन विजातीय चुबंकीय ध्रुव ठेवलेले असतात. आणि चौकटीच्या मध्यभागी मृदुलोखंडाचा दंडगोलाकार गाभा असतो. मृदुलोखंडाचा गाभा आणि दोन ध्रुव यांमधून ॲल्युमिनियमाची चौकट स्वैरपणे फिरत असते. संवाहक वेटोळ्यातून प्रवाह वाहू लागताच स्थिर चुंबकाचे चुंबकीय क्षेत्र आणि वेटोळ्यातील प्रवाह यांच्यातील परस्परप्रतिक्रियेमुळे लेंट्स नियमानुसार वेटोळे विशिष्ट दिशेने फिरू लागते. त्याच बरोबर आस आणि आसावरील दर्शक फाटाही विचलित होतो. हे विचलन वेटोळ्याच्या वर आणि खाली प्रवाह वाहून नेण्यासाठी बसविलेल्या फॉस्फरस ब्राँझच्या दोन सपिंलाकार स्प्रिंगांनी केले जाते. वेटोळे गुंडाळलेल्या ॲल्युमिनियम चौकटीत गुंडाळीच्या फिरण्याच्या गतीमुळे त्यात निर्माण होणाऱ्या आवर्ती प्रवाहामुळे दमन होऊन काटा लवकर स्थिर होण्यास मदत होते. या उपकरणाचे प्रमुख फायदे पुढीलप्रमाणे आहेत: (१) शक्तिव्यय अत्यल्प होतो. (२) परिभ्रमी प्रेरणा आणि वजन यांचे प्रमाण खूपच जास्त असते. (३) एकच उपकरण विविध मापनकक्षासाठी अनुक्रमे पार्श्वमार्गी रोध आणि गुणक रोध वापरून उपयोगात आणता येते. (४) मंदायन आणि इतरत्र विखुरलेल्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे निर्माण होणाऱ्या बुटी यात नसतात, कारण यात वापरलेले चिरचुंबक असतात. (५) दमन उत्तम प्रकारे होते. (६) दर्शक मोजपट्टीवरील प्रवाहदर्शक खुणा सुरूवातीपासून शेवटपर्यंत समान अंतरावर असतात. (७) यावरील अवलोकने इतर उपकरणांच्या तुलनेत अचुक असतात.
या उपकरणांचा मुख्य तोटा म्हणजे हे उपकरण फक्त एकदिश प्रवाहावरच वापरता येते. हे उपकरण प्रत्यावर्ती प्रवाहावर जोडल्यास त्यावर विचलनच मिळणार नाही, परंतु आधुनिक उपकरणांमध्ये उपकरण मंडलातच एक एकदिशकारक वापरून प्रथम प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिशप्रवाहात रूपांतर केले जाते आणि नंतर हा एकदिश प्रवाह वरील उपकरणाने मोजता येतो.
(आ) फिरत्या वेटोळ्याची विद्युत् गतिकीय उपकरणे: यांमध्ये चिरचुंबकाऐवजी दोन भागांत विभागलेले तांब्याच्या तारांचे एक स्थिर वेटोळे असते. या स्थिर वेटोळ्याच्या दोन भागांच्या मध्ये फिरू शकेल असे एक दुसरे ॲल्युमिनियमाच्या चौकटीवर गुंडाळलेले फिरते वेटोळे एका आसावर बसविलेले असते. मोजावयाचा प्रवाह दोन्ही वेटोळ्यातून जाऊ लागताच निर्माण होणाऱ्या दोन चुंबकीय क्षेत्रांच्या एकमेकांवरील प्रतिक्रियांमुळे चलवेटोळे होऊ लागते. चल वेटोळ्यास जोडलेल्या (प्रवाह वाहून नेणाऱ्या) दोन स्प्रिंगामुळे त्याचे विचलन नियंत्रित केले जाते आणि उपकरणाच्या गतीमुळे ॲल्युमिनियमचौकटीत निर्माण होणाऱ्या आवर्ती प्रवाहांमुळे दमन होते. या उपकरणाचा प्रमुख फायदा म्हणजे हे उपकरण एकदिश तसेच प्रत्यावर्ती अशा दोन्ही प्रकारच्या मंडलांत दाब आणि प्रवाह यांच्या मापनासाठी तितक्याच कार्यक्षमतेने वापरता येते परंतु याचे विचलन प्रवाहाच्या वर्गाच्या प्रमाणात असल्यामुळे प्रमाण मोजपट्टीवरील सुरूवातीचे आकडे फारच जवळजवळ आणि पुढेपुढे ते अधिकाअधिक असतात.
हेच उपकरण शक्तिमापनासाठीही वापरता येते. त्यासाठी उपकरणाची स्थिर वेटोळी ही विद्युत् पुरवठ्याच्या एकसरीत, तर फिरते वेटोळे विद्युत् पुरवठ्याच्या अनेकसरीत जोडतात. या वेळी मिळणारे विचलन प्रवाह X दाबX कलाकोनाची कोज्या यांवर अवलंबून असते. म्हणजेच काट्याचे विचलन विद्युत् शक्तीच्या प्रमाणात असते. शक्तिमापनासाठी वापरताना दर्शक मोजपट्टीवरील आकडे सुरूवातीपासून शेवटपर्यंत समान अंतरावर असतात. [⟶अँपिअरमापक गॅल्व्हानोमीटर, विद्युत् वर्चस् मापक व्होल्टमापक].
प्रवर्तन पद्धतीची राशीमापके : प्रवर्तन पद्धतीची राशीमापके प्रत्यावर्ती प्रवाहावर विशेषतः कार्यशक्तिमापनासाठी समाकलक उपकरणे म्हणूनच जास्त उपयोगात आहेत. यात ॲल्युमिनियमासारखी वजनाने हलकी पण उत्तम विद्युत् संवाहक धातूची पातळ तबकडी मोकळेपणाने फिरेल अशा तऱ्हेने एका अक्षावर ठेवलेली असते. तिच्या खालील बाजूस एक आणि वरील बाजूस असे दोन विशिष्ट आकाराचे विद्युत् चुंबक ठेवलेले असतात. जास्तीत जास्त प्रेरणा मिळावी म्हणून हे चुंबक ॲल्युमिनियमाच्या तबकडीपासून शक्य तितक्या जवळ परंतु तिला स्पर्श न होईल अशा तऱ्हेने ठेवलेले असतात. यांपैकी खालच्या बाजूच्या विद्युत् वेटोळे मंडलाच्या एकसरीत जोडलेले असून त्यापासून निर्माण झालेले चुबंकीय क्षेत्र मंडलातील प्रवाहाच्या समप्रमाणात असते. यास प्रवाह वेटोळे म्हणतात. तबकडीच्या वरच्या बाजूच्या विदुत्य चुबंकाचे वेटोळे मंडलाच्या अनेकसरीत जोडलेले असते. त्यामुळे त्यापासून निर्माण होणारे चंबकीय क्षेत्र विद्युत् दाबाच्या समप्रमाणात असते. यास दाब वेटोळे म्हणतात. ही दोन्ही प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्रे ॲल्युमिनियमाच्या तबकडीत विद्युत् प्रवाहाचे आवर्त (भोवर) निर्माण करतात आणि त्यांच्या एकमेकांवरील प्रतिक्रियेतून तबकडीला एका विशिष्ट दिशेने गती प्राप्त होते. ही गती विद्युत् दाब × विद्यु प्रवाह × कलकोनाची कोज्या यांच्या प्रमाणात म्हणजेच मंडलाच्या शक्तिवर अवलंबून असते. त्यामुळे तबकडीचे फेरे मोजून किती वेळात किती शक्ती खर्च झाली (कार्शक्ती) हे मोजता येते. यासाठी तबकडीच्या अक्षालाच एक फेरे मोजणारी यंत्रणा जोडलेली असते. यावरून आपणास एकदम कार्यशक्तीच मिळू शकते.
वरील उपकरणांतील तबकडीस नियंत्रक निर्माण करणारी स्प्रिंग लावल्यास राशिमापक सारखे फिरत न राहता दोन प्रेरणांचे संतुलन होईल अशा ठिकाणी स्थिर होते. अशा प्रकारे हेच उपकरण शक्तीमापणासाठीही वापरता येते.
या प्रकारच्या उपकरणात दमन प्रेरणा निर्माण करण्यासाठी तबकडीच्या वरील बाजूस पण तिच्यापासून शक्य तितक्याच कमी अंतरावर एक चिरचुंबक ठेवलेला असतो. तबकडी फिरत असताना या चुंबकामुळे लेंट्स नियमानुसार नेहमीच तबकडीच्या गतीस विरोध करणारी प्रेरणा निर्माण होत असते. हीच दमन प्रेरणा म्हणून काम करून शक्तिमापक उपकरणातीलआंदोलने थांबवू शकते. तसेच कार्य शक्तिमापकात तिच्या या गतिरोध प्रवृत्तीचा उपयोग तबकडीच्या गती कमी अथवा जास्त करण्यासाठी करता यतो (चिरचुंबक अक्षाच्या बाजूस सरकवल्यास तिची गती वाढत जाते). या उपकरणात इतरही अनेक सुविधा असतात. तसेच याच प्रकारची परंतु थोड्या वेगळ्या रचनेची उपकरणे विद्युत् दाब आणि विद्युत् प्रवाह यांच्या मापनासाठी सुद्धा वापरता येतात, परंतु हे सर्व उपयोग अत्यंत गौण आहेत. विशेष लक्षात ठेवण्याजोगी गोष्ट म्हणजे ही उपकरणे फक्त प्रत्यावर्ती प्रवाहावरच वापरता येतात आणि ती चुकूनही एकदिश प्रवाहावर जोडली गेल्यास पूर्णपणे जळून जाण्याचा धोका असतो.
विद्युत् रोधमापन: विद्युत् दाब व विद्युत् प्रवाह यांचे गुणोत्तर म्हणजे विद्युत् रोध होय. पुष्कळ संवाहकांच्या बाबतीत हे गुणोत्तर स्थिर असते. मात्र ते तापमान व इतर पर्यावरणीय घटक यांच्यावर विविध प्रमाणांत अवलंबून असते. सर्वोत्कृष्ट मानक रोधक हे खास प्रकारच्या मिश्रधांतूच्या तारांचे बनवितात. या तारांवर तापमानाचा विशेष परिणाम होत नाही. रोधामधील समानता निश्चित करण्यासाठी समान भुजा असणाऱ्या ⇨व्हीट्स्टन सेतूचा उपयोग करतात.
मोठे विद्युत् रोध मोजण्यासाठी ब्रिज-मेगर हे सुटसुटीत उपकरण वापरतात. याचे कार्य व्हीट्स्टन सेतूच्या तत्त्वावर चालते. यात विद्युत् चालक प्रेरणेचा एक उद् गम असून याच्या दर्शक तबकडीवर रोधाचे मूल्य दर्शविले जाते. [⟶ ओहममापक].
स्थिर विद्युत् राशिमापके: उच्च विद्युत् दाबमापणासाठी या मापकांचा उपयोग केला जातो पंखाच्या पात्याच्या आकाराची, संवाहक धातूची एक पट्टी फिरत्या अक्षावर बसविलेली असतो. या पट्टीच्य़ा दोन्ही बाजूंना (वर आणि खाली) याच धातूच्या साधारण अर्धवर्तुळाकार पट्ट्या बसविलेल्या असतात. या दोन्ही पट्ट्या एकमेकास जोडलेल्या असतात. मोजावयाचा विद्युत् दाब स्थिर आणि फिरत्या पट्टीमध्ये दिलेला असतो आणि या विद्युत् दाबामुळे फिरत्या पट्टीचे विचलन होते. हे विचलन नियंत्रीत करण्यासाठी स्प्रिंगेची व्यवस्था केलेली असते. अशा रीतीने दर्शक काट्याचे अंतिम विचलन दोन पट्ट्यांमध्ये दिलेल्या विद्युत् दाबाच्या प्रमाणात असते. स्थिर विद्युत् तत्त्वावर या एकूण उपकरणाचे कार्य होत असून त्यापासून मिळणारी प्रेरणा अत्यल्प असते. त्यामुळेच ही उपकरणे कमी विद्युत् दाबावर वापरण्यास उपयोगी पडत नाहीत. ती फक्त उच्च आणि अति-उच्च विद्युत् दाबमापनासाठी वापरतात.
प्रत्यावर्ती प्रवाहावरील उपकरणांची मापनकक्षा वाढविणे : अति-उच्च विद्युत् प्रवाह यांच्या मापनासाठी नेहमीची उपकरणे वापरावयाची झाल्यास त्यासाठी फार मोठे गुणक रोध आणि फारच लहान पार्श्वमार्गी रोध वापरावे लागतींल. त्यांच्यामध्ये होणारा शक्तिक्षय बराच असतो. तसेच इतके अचूक मूल्यांचे रोध मिळविणेही फार खर्चाचे असते. त्यामुळे प्रत्यावर्ती प्रवाहावरील अशा मापनांसाठी उपकरण रोहित्रांचा उपयोग करतात. त्यांच्या साह्याने मोजावयाचा विद्युत् प्रवाह वा दाब प्राथमिक गंडाळीस जोडतात. प्राथमिक आणि द्वितीयक वेटोळ्यांच्या वेढ्यांचे प्रमाण योग्य तेवढे ठेवून द्वितीयक वेटोळ्यातील प्रवाह वा विद्युत् दाब नेहमीच्या उपकरणाने मोजता येईल इतका कमी प्रवाह घेतात. द्वितीयक वेटोळ्यास जोडलेल्या उपकरणावरील नोंदीस रोहित्राच्या वेढ्यांच्या प्रमाणाने उच्च दाब वा मोठाविद्युत् प्रवाह यांचे मूल्य ठरविता येते. विद्युत् दाबमापनासाठी वापरलेल्या रोहित्रास दाबरोहित्र आणि विद्युत् प्रवाहमापनासाठी वापरलेल्या रोहित्रास असे म्हणतात. या दोहोंचा संयुक्तपमे उपयोग करून अति-उच्च दाब मंडलात मोठ्या विद्युत् प्रवाहाने घेतलेली शक्ती देखील मोजता येते.
तप्ततार मापके: मापन करावयाचा विद्युत् प्रवाह प्लॅटिनमइरिडियम या मिश्रधातूच्या एका विशिष्ट लांबीच्या तारेतून वाहू दिल्यास तारेतील शक्तिक्षयामुळे तारेचे तापमापन प्रवाहाच्या वर्गाच्या प्रमाणात वाढते आणि तापमान वाढेल त्याप्रमाणे तारेची लांबी पण वाढत जाते. तारेच्या लांबीत झालेला हा फरक अचूक रीत्या मोजून त्यावरून तारेतून वहनाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे मापन करता येते, परंतु हा बदल अत्यल्प असल्यामुळे तो बदल अत्यल्प असल्यामुळे तो बदल दृश्य स्वरूपात आणण्यासाठी त्याचे फार मोठ्या प्रमाणावर वर्धन करून घ्यावे लागते.
दोन विभिन्न धातूंचा जोडबिंदू तापविल्यास त्यांच्याच दुसऱ्या दोन टोकांत विद्युत् चालक प्रेरणा निर्माण होते. या गोष्टीचा उपयोग करून वरील उपकरणातच तारेचे वाढते तापमान या जोडबिंदूस दिल्यास त्यामुळे उत्पन्न होणारी विद्युत् चालक प्रेरणा एका साध्या पण अतिसूक्ष्म मापकाचा उपयोग करून मोजता येते.
विद्युत् राशींचे आलेखन: कालानुरूप आणि त्वरेने बदलणाऱ्या विद्युत् राशींचे मापन तसे अवघडच असल्याने त्यांचे आलेखन करणे जास्त सोईचे असते. त्यासाठी आलेखक उपकरणे वापरतात. आलेखक उपकरणांची सर्वसाधारण रचना नेहमीच्या राशिमापकासारखी असते पण यामध्ये दर्शक काट्याने वेळोवेळी दर्शविलेल्या राशिमूल्यांची नोंद करण्याचे काम दर्शक काट्याच्या पुढील टोकास जोडलेल्या लेखणीद्वारे होते. हे आलेखन करण्यासाठी वापरलेला कागद एका दंडगोलाकृती रुळावर बसविलेला असतो आणि तो रूळ एका स्थिर गती विद्युत् चलित्राने (मोटरने) अत्यंत संथ गतीने फिरविला जातो. सर्वसाधारणपणे २४ तासांत त्याची एक फेरी होईल अशी व्यवस्था केलेली असते. अशा प्रकारे एकेका कागदावर विद्युत् राशीचे २४ तासांचे आलेखन मिळू शकते.
उच्च कंपनमंडल राशिमापके: सामान्यतः रूढ कंप्रतेसाठी म्हणजे दर सेंकदास होणाऱ्या कंपनसंस्थेसाठी (५० हर्ट्झ) वर वर्णन केलेली उपकरणे वापरली जातात, परंतु त्यापेक्षा खूपच उच्च कंपनसंख्येसाठी इलेक्ट्रॉनीय राशीमापके वापरावी लागतात. यांमध्ये मुख्यतः उपकरणाचा रोध खूपच मोठ्या प्रमाणावर वाढवतायेतो (उदा., नेहमीच्या मंडलावर वापरल्या जाणाऱ्या विद्युत् दाबमापकाचा अंतर्गत रोध सु. १०,००० ओहम असेल, तर इलेक्ट्रॉनीय दाबमापकाचा अंतर्त रोध ५०,००० ओहमपेक्षाही जास्त असतो).
ज्या वेळी विद्युत् दाब आणि विद्युत् प्रवाह कालानुवर्ती सतत जलद गतीने बदलत असतात, त्या वेळी त्यांची कंपनसंख्या, तरंगलांबी, तरंगाकार, कलाकोन इत्यादींचे मापनसुद्धा इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांद्वारेच करावे लागते. [⟶ इलेक्ट्रॉनीय मापन].
व्होल्ट-ओहम–मिलीअँमिटर: विशेषत विद्युत् परीक्षणासाठी जास्त प्रमाणात हे उपकरण वापरले जाते. या उपकरमात एक वा अनेक मोजपट्ट्या किंवा मापक्रम दाखविणारी दोन वा अदिक उपकरणे असतात. यामुळे याच्या मदतीने एकाच वेळी दोन वा अधिक विद्युत् राशींचे मापन करता येते. या राशींचे मापन निरनिराळ्या अनेक पल्ल्यांमध्ये (अभिसीमांमध्ये) करता येते. यालाच मल्टिमीटर (बहुराशिमापक), विद्युत् मंडल विश्लेषक, बहुद्देशीय (परिक्षित्र) असेही म्हणतात.
विस्तृत पल्ल्यांचा विद्युत् दाब (एकदिश व प्रत्यावर्ती), विद्युत् रोध व विद्युत् प्रवाह (बहुधा एकदिश) मोजण्यासाठी हे उपकरणविशेषकरून रेडिओ ग्राही, दूरचित्रवाणी संच व इलेक्ट्रॉनीय सेवा यांमध्ये वापरतात. एक वा दोन परिभ्रमी स्विचे किंवा बहुमार्गी जोडणी अथवा या दोन्हींच्या नेमके पल्ले निवडतात.
एकदिश विद्युत् दाबमापनाच्या बाबतीत या उपकरमांची संवेदन शीलता (ग्राहिता) बहुधा व्होल्टला २०,००० ओहम (पल्ला १,००० ते १ लाख व्होल्ट) असते, तर प्रत्यावर्ती विद्युत् दाबमापनाच्या बाबतीत ही संवेदनशीलता दर व्होल्टमागे १,००० ते २०,००० ओहम या पल्ल्यामध्ये असते. एकदिश मापनातील या उपकरणाची अचूकता ३ टक्के व प्रत्यावर्ती मापनामधील अचूकता ५ टक्के असते.
पहा: प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह मापनविज्ञान.
संदर्भ: 1. Geczy, S. Basic Elctrical Measurements, New York, 1984.
2. Gregory, B.A. An Introduction to Electrical Instrumentation and Measurement Systems, New York, 1981.
3. Harris, F. K. Electrical Measurment, Chicago, 1983.
4. Heiserman, L. Electrical and Electron Measuring Instruments, New York, 1983.
ओक, वा. रा. कोळेकर, श. वा.
“