संवेदक घटक

संवेदक घटक : (सेन्सॉर सेन्सिंग एलेमेंट). बदल जाणण्याची क्षमता असलेल्या प्रयुक्तींसाठी संवेदक किंवा संवेदक घटक हे सामान्य नाव वापरतात. निरपेक्ष मूल्य, तसेच तापमान, दाब, प्रवाहाची त्वरा किंवा ⇨पीएच मूल्य अथवा प्रकाश, ध्वनी वा रेडिओ तरंग यांची तीव्रता यांसारख्या भौतिक राशींतील बदल जाणण्याची क्षमता संवेदकात असते. शिवाय संवेदक माहिती संकलक प्रणालीसाठी या बदलाचे रूपांतर उपयुक्त आदान संकेतात करतो. थोडक्यात कोणत्याही प्रणालीत तयार झालेली ऊर्जा शोधून संवेदक तिचे रूपांतर दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत करू शकतो. अशा रीतीने एका प्रकारच्या ऊर्जेचे रूपांतर दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत करून त्याद्वारे मापन, आलेखन नोंद किंवा पुढील प्रक्रियांसाठी नियंत्रण करता येते. रूपांतरित ऊर्जा विद्युत्, यांत्रिक, रासायनिक, औष्णिक किंवा प्रकाशकिरणांची असू शकते. दूरदर्शनचा कॅमेरा हा संवेदक असून ⇨ ऊर्जापरिवर्तक खास प्रकारचा संवेदक आहे.

सामान्यत: संवेदक घटक हा यांत्रिक ऊर्जा किंवा चलन व हालचाल (विचलन) विद्युत् तरंगांत रूपांतरित करतो व हे तरंग विद्युत् उपकरणाच्या साहाय्याने मोजता येतात. यावरून यंत्राचे नियंत्रण करता येते व एखादया प्रक्रियेत कोणते फेरबदल होतात, याचा अभ्यास करता येतो. अनेक प्रकारच्या भौतिक ऊर्जा (उदा., उष्णता, प्रकाश वगैरे) या प्रकारे विद्युत् तरंगांत रूपांतरित करून त्याचे मापन व नियंत्रण यामुळे शक्य होते. संवेदक घटक प्रामुख्याने दोन प्रकारचे असतात. पहिल्या निष्क्रिय प्रकारात संवेदनासाठी विद्युत् किंवा इतर प्रकारची ऊर्जा बाहेरून पुरवावी लागते, तर दुसऱ्या प्रकारात संवेदक घटक स्वत: ऊर्जानिर्मिती करतो व तीद्वारे कार्य करतो. साधारणपणे अशा प्रकारात मापनाच्या ऊर्जेपासून विद्युत् दाब अथवा विद्युत् प्रवाह निर्माण होऊन त्यानुसार मापन प्रक्रिया होते. मापनाच्या प्रक्रियेच्या प्रामुख्याने तीन पायऱ्या आहेत : (१) ज्या ऊर्जेचे मापन करावयाचे आहे तिचा शोध व संयोजन, (२) मध्यस्थिती व मिळालेल्या माहितीचे संस्करण आणि (३) त्या माहितीचे टाचण, आलेख, वाचन किंवा त्याचा नियंत्रणासाठी वापर.

पहिल्या पायरीचा प्रमुख उद्देश माहिती किंवा भौतिक ऊर्जेचा शोध हा असतो. संवेदक घटकाने जरूर त्या माहितीचा (ऊर्जेचा) शोध घेतल्यानंतर तिचे रूपांतर तो दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत करतो. ही ऊर्जा दृश्य होऊन वाचता येते किंवा मोजता येते.

उच्च दर्जाच्या स्वयंचालन प्रणालीमध्ये निर्णय प्रक्रियेची क्षमता अति-महत्त्वाची असल्याने अशा प्रणालींच्या कार्यक्षम चालनासाठी संवेदक घटक महत्त्वाची कामगिरी बजावतात उदा., विशिष्ट उत्पादनातील प्रमाद व त्रूटी, खराब वा अस्वीकार्य मालाचे अभिज्ञापन, तसेच यंत्रसुरक्षा व मानवी जीवन सुरक्षा, प्रक्रिया इष्टतमीकरण.

औषधनिर्माण व रासायनिक उदयोगांत विशिष्ट औषध व एखादे रसायन ठराविक प्रमाणात बाटलीत भरण्याची क्रिया, दूरध्वनी यंत्रणा, उपग्रहाव्दारे संदेशवहन, स्वयंचलित पद्धतीने टपाल वर्गीकरण यांसाठी संवेदक घटकांचा उपयोग केला जातो.

प्राथमिक संवेदक घटकांचे कार्य : यांत्रिक प्रकार : (अ) दाब संवेदक : ताण/दाब याचे रूपांतर सरळ रेषेतील हालचालींमध्ये होते. (ब) वकता प्रवृत्ती : यामध्ये वकता पद्धतीने रूपांतर सरळ रेषेतील हालचालींत होते. (क) परिपीडन : यामध्ये पिळवटण्याच्या ऊर्जेचे रूपांतर वर्तुळाकार हालचालींमध्ये होते.

वजन प्रकार : (अ) द्रव पदार्थाचा स्तंभक : द्रवीय ऊर्जेचे सरळ रेषेतील हालचालींत रूपांतर. (आ) गुरूत्वाकर्षण शक्तीचे कालमापनातील बदलात अथवा वेळेत रूपांतर.

औष्णिक : (अ) तपयुग्म : तापमानाचे विद्युत् प्रवाहात रूपांतर होते. (आ) तापनियंत्रक उपकरण : यामध्ये तापमानाचे रूपांतर विद्युत् रोधाच्या बदलात होते.

जलवातशक्तिचलित : (अ) तरंगणारा संवेदक : यामध्ये द्रवाच्या पातळीचे रूपांतर हालचालींत होते. (आ) तरकाटा : यामध्ये विशिष्ट गुरूत्वाचे रूपांतर तौलनिक हालचालींत होते. (इ) द्रवाच्या टाकीतील छिद्र : यामध्ये द्रवाच्या वेगाचे रूपांतर दाबाच्या बदलात होते. (ई) टरबाइने: या यंत्रात सर्व भाग फिरतात. यामध्ये सरळ रेषेतील वेगाचे रूपांतर वर्तुळाकार हालचालींत होते.

विद्युत् प्रकार : (अ) जवळ जाऊन स्पर्श:यामध्ये हालचालींचे रूपांतर विद्युत् रोधाच्या बदलात होते. (आ) बदलत्या लांबीचा वाहक : यामध्ये सरळ रेषेतील हालचालींचे रूपांतर विद्युत् रोधाच्या बदलात होते.

प्रकाशविद्युत् प्रकार : (अ) प्रकाशविद्युत् दाब : यायोगे प्रकाशाचे रूपांतर विद्युत् दाबात होते. (आ) प्रकाश उत्सर्जक : यामध्ये प्रकाश तरंगांचे रूपांतर विद्युत् प्रवाहात होते. (इ) प्रकाश संवेदनशील : यामध्ये प्रकाश तरंगांचे रूपांतर विद्युत् रोधाच्या बदलात होते.

संवेदक घटकांचे प्रकार : खालील प्रकारचे संवेदक घटक सामान्यत: वापरतात.

प्रतिविकृतिमापक : हा निष्क्रिय प्रकारचा संवेदक घटक आहे. यामध्ये यांत्रिक ऊर्जेचे रूपांतर विद्युत् रोधाच्या बदलात होते. हे उपकरण पातळ चकती किंवा वेफरप्रमाणे असून ते अनेक प्रकारच्या यंत्रांच्या भागांवर बसविता येते. ही पातळ चकती लांबीच्या बदलाप्रमाणे कमी-जास्त लांब किंवा आखूड होते. ज्या प्रमाणात घटक वस्तूच्या लांबीत बदल होतो, त्या प्रमाणात संवेदक घटकावर ताण किंवा दाब येतो आणि त्या प्रमाणात विद्युत् रोधात बदल होतो, या विद्युत् रोधातील बदलाचे व्हीट्स्टन सेतूचा उपयोग करून मापन करता येते.

पातळ पत्र्यावर छेद करून अथवा पातळ तारेपासून निरनिराळ्या आकार-मानांत प्रतिविकृतिमापक उपलब्ध असतात. तुळया, खांब व विविध बांधकाम भागांचे याद्वारे उत्तम प्रकारे नियोजन करता यते [→ पदार्थांचे बल].

लांबीतील व आकारमानातील बदल प्रकार : यामध्ये मोजमापाचे रूपांतर सरळ अथवा निरनिराळ्या दिशांच्या हालचालींत होते. यामध्ये जी यांत्रिक रचना असते, तीमुळे दाबाचे रूपांतर चलनात होते. त्याला दाबभारक प्रयुक्ती असे म्हणतात. या प्रयुक्तीद्वारे निर्माण झालेल्या चलन बदलाचे रूपांतर विद्युत् उपकरणाव्दारे मोजता येते. (आ. २).

दाबविद्युत् संवेदक घटक : काही पदार्थांचे स्फटिक [ उदा., बेरियम टिटॅनेट, क्वॉर्ट्झ, रॉशेल (रॉचेल) लवण ] असे असतात की, त्यांवर पडलेल्या दाबाचे रूपांतर विद्युत् ऊर्जेत होते. या गुणधर्माचा वापर दाबविद्युत् प्रकारच्या संवेदक घटकात केला जातो. अशा प्रकारचा दाबविद्युत् स्फटिक हा एक घन पृष्ठभाग व दाबशोधक यंत्रामध्ये ठेवला जातो. बाहेरून दिला गेलेला दाब अथवा ऊर्जा पडल्यानंतर त्याचे रूपांतर विद्युत् ऊर्जेत होते. ही ऊर्जा विद्युत् मापकाव्दारे मोजता येते. या संवेदक घटकाला बाहेरून वीज पुरवठा करावा लागत नाही. हा स्वयंनिर्मित ऊर्जेवर कार्य करतो. याचा उपयोग अंतर्ज्वलन एंजिनातील दाब आलेख काढण्यासाठी होतो. [→ दाबविद्युत्].

वर्चस्‌मापी संवेदक घटक : हा विद्युत् यांत्रिक मापन करण्याचा प्रकार आहे. यामध्ये एक विद्युत् रोधक असून तो हालचाल करता येईल अशा एका सरकपट्टीला जोडलेला असतो. ह्या सरकपट्टीची हालचाल ही विद्युत् रोधातील बदलामुळे होते. ही हालचाल सरळ रेषेत, लॉगरिथमीय किंवा घातांकीय अशा स्वरूपाची असते. ही हालचाल आलेखाव्दारे अथवा इतर मापकांव्दारे तपासून त्यायोगे निरनिराळ्या उदयोगांतील कार्यांवर नियंत्रण ठेवता येते.

वेगचलित संवेदक घटक : यामध्ये एक गोलाकार फिरणारी तारेची गुंडाळी असते. ती एका चुंबकाच्या चुंबकीय क्षेत्रात लोंबकळत ठेवलेली असते. त्यापासून मिळणारी ऊर्जा ही वेगवेगळ्या वेगांच्या समप्रमाणात असते. या प्रकारची यंत्रणा निरनिराळ्या दिशांनी होणाऱ्या वेगमापनासाठी करतात.

तापमानाचे मापन : (अ) विद्युत् रोध तापमापक : या तापमापकात अतिशय संवेदनशील अशा तारेचा अथवा पट्टीचा उपयोग करतात. ही तार अथवा पट्टी शुद्ध प्लॅटिनम, तांबे किंवा निकेल या धातूची असते. या धातूंना एक विशिष्ट विद्युत् रोध अंक असतो व तो विशिष्ट तापमानापर्यंत समान असतो. विद्युत् रोधात झालेला बदल व्हीट्स्टन सेतूच्या साहाय्याने मोजता येतो. त्यावर तापमानदर्शक आलेखन करून तापमान नोंदविता येते. काही धातूंची तापमान मोजण्याची क्षमता पुढीलप्रमाणे आहे :

(आ) तपयुग्म मंडल : यामध्ये निरनिराळ्या धातूंच्या पट्टय एका टोकाला एकत्र जोडून दुसरी टोके मोकळी ठेवलेली असतात. तेथे उष्णता संवेदक घटक बसविलेला असतो. मोकळे टोक थंड किंवा मापन टोक असते. या दोन टोकांच्या तापमानांतील फरकामुळे विद्युत् प्रवाह निर्माण होतो व तो विद्युत् प्रवाह मापकाच्या साहाय्याने मोजता येतो. याला आलेखन यंत्र जोडून तापमानाची नोंद ठेवतात.

(इ) थर्मिस्टर : (औष्णिक विद्युत् रोधक). हा प्रकार अतिशय जास्त अथवा कमी तापमानात विद्युत् रोधक म्हणून कार्यान्वित होतो. थर्मिस्टर मँगॅनीज, निकेल, कोबाल्ट, तांबे, लोखंड व युरेनियम या धातूंच्या ऑक्साइडांच्या मिश्रणापासून बनवितात. थर्मिस्टर अनेक आकारांत व लहान-मोठया प्रमाणात उपलब्ध असतात. यांमध्ये दर अंश तापमान बदलात विद्युत् रोधात मोठे बदल होतात व त्यामुळे तापमान मापन पद्धतीत हे फार उपयुक्त ठरतात.[→ थर्मिस्टर].

प्रकाशसंवेदी प्रयुक्ती : उत्सर्जित ऊर्जामापनासाठी ही प्रयुक्ती फार उपयुक्त ठरते. हे संवेदक घटक मानवी डोळ्यांपेक्षा खूप अधिक संवेदनशील असतात. यांच्या मदतीने प्रकाशाच्या कोणत्याही तरंगांचे किंवा जंबुपार व अवरक्त किरणांचेही मापन करता येते.[→ प्रकाशविद्युत् ].

(अ) निर्वात प्रकाशविद्युत् नलिका : हिच्यात एक काचेची बंद नळी असते व ती तिच्यात पूर्ण निर्वात असते. त्यातील प्रकाश-ऋणागावर प्रकाश-किरण पडले की, त्यातून विद्युत् कणांचा ओघ बाहेर पडतो.

(आ) वायूने भरलेली प्रकाशविद्युत् नलिका : हिचे तत्त्व निर्वात प्रकाशविद्युत् नलिकेप्रमाणेच असते. हिच्यात कमी दाबाचा अक्रिय वायू भरलेला असतो. ऋण विद्युत्/प्रकाश अग विद्युत् कणांचा स्रोत निर्माण करते व तो वायूंच्या कणांमुळे फार मोठया प्रमाणात वाढविला जातो. यापासून निर्माण होणारा विद्युत् दाब अथवा विद्युत् तरंग मापकाच्या साहाय्याने मोजता येतात.

(इ) प्रकाशविद्युत् संवाहक घट : सिलिकॉन सौरऊर्जा घट सूर्यापासूनच्या उत्सर्जित ऊर्जेचे रूपांतर विद्युत् ऊर्जेत करतात. यालाच प्रकाशविद्युत् संवाहक घट म्हणतात. याचा उपयोग प्रकाशकिरण, संगणकाची छिद्रित कार्डे व माहिती संकलनासाठी लागणाऱ्या उपकरणात करतात. या प्रकाशसंवेदी उपकरणाचे अनेक प्रकार व अनेक प्रकारचे मिश्र विद्युत् घट तयार झाले असून त्यांचा उपयोग निरनिराळ्या प्रकारच्या ऊर्जा, तापमान, प्रकाशकिरण व इतर उत्सर्जित प्रकारच्या ऊर्जामापनासाठी केला जातो.[→ सौर विद्युत् घट].

संवेदकाचे काही उपयुक्त प्रकार पुढील होत : द्रायुकांचा संवेदक म्हणजे एक वायवीय आंदोलक असतो व त्याच्या कंप्रतेवरून तापमान कळते [→ द्रायु-तार्किक]. बहुतेक मार्गदर्शक प्रणालींमध्ये संवेदक हा मूलभूत घटक असतो. मापक उपकरण असलेले संवेदक अवकाशयानांचे वास्तविक (यथार्थ) मार्ग निश्चित करतात. निरूढिजन्य मार्गदर्शक प्रणालीत निरूढिजन्य प्रयुक्त्या संवेदक म्हणून वापरतात. हे संवेदक संगणक व उड्डाण नियंत्रक यांसह अवकाशयानासोबत असतात. कृत्रिम उपग्रहांवरील संवेदक अधिक सुविकसित झाले आहेत. आधुनिक वातावरणवैज्ञानिक उपगहांबरोबर बहुपरिवाही, उच्च विभेदन असलेली प्रारणमापके पाठवितात. ती अवरक्त प्रारण व सूक्ष्मतरंग यांच्या तरंगलांब्यांचा व्यापक पट्टा व्यापणारी असतात. ढगाळ व निरभ वातावरणात ती निरनिराळ्या उंचींवरील तापमाने, आर्द्रतेचे प्रमाण, भूपृष्ठाचे व सागरीपृष्ठाचे तापमान आणि सागरी वारे यांविषयीची माहिती दृश्य रूपात पुरवितात. अशा संवेदकांमार्फत प्रचंड क्षेत्राची माहिती मिळते. यामुळे भूपृष्ठावरून घेतलेल्या व्यापक निरीक्षणांतून मिळालेल्या तुटक वा खंडित माहितीतील त्रूटींची पूर्ती होऊ शकते.

उच्च दर्जाच्या स्वयंचलन प्रणालींच्या कार्यक्षम चालनासाठी संवेदक घटक महत्त्वाचे असतात. उदा., उत्पादनातील त्रूटी तसेच खराब व टाकाऊ माल यांवर लक्ष ठेवणे, सुरक्षाविषयक दक्षता घेणे, प्रक्रियेचे पर्याप्तीकरण या कामी संवेदक महत्त्वाचे ठरतात. औषधनिर्मिती व रासायनिक उदयोगांत औषध वा रसायन ठराविक प्रमाणात बाटलीत भरणे, ती बंद करणे, तिच्यावर खूणचिठ्ठी लावणे इ. कामे स्वयंचलित रीतीने करण्यासाठी संवेदक वापरतात. इलेक्ट्रॉनीय उदयोगांत अर्धसंवाहक चिपा बनविताना संवेदक वापरतात. दूरध्वनी यंत्रणा, उपग्रह संदेशवहन, लॅन (लोकल एरिया नेटवर्क) स्वयंचलित टपाल वर्गीकरण इत्यादींमध्ये संवेदक वापरतात. वाहतूक उदयोगांत संवेदक वापरतात उदा., आगाऊ तिकीट व निवास आरक्षण, दस्तऐवजांची वाहतूक वगैरे. बँक उदयोगांत एटीएम (ऑटोमॅटिक टेलर मशीन) सुविधा, नाणी वेगळी करणे व मोजणे या कामी संवेदक उपयुक्त ठरतात. विमानतळ, मोठी रेल्वे स्थानके, मोठी गाहक भांडारे येथील नाणी हाताळणाऱ्या यंत्रांत संवेदक उपयुक्त ठरतो. ग्राहकोपयोगी मालाची किंमत सूची, निर्मितीची तारीख इत्यादीं-साठी सांकेतिक स्तंभ पद्धत वापरतात. मोटारगाडीसारख्या वाहनांच्या चांगल्या निगराणीसाठी एंजिनाची परिस्थिती, इंधन-वायू गुणोत्तर, इंधनाची व विद्युत् घटाची स्थिती, रेडिओ, वातानुकूलन, स्वयंचलित गतिनियंत्रकाची क्षमता इ. माहिती उपकरण फलकावर दर्शविण्यासाठी संवेदक वापरतात. भारतात अभियांत्रिकीय उदयोग, विमानतळ व मोटारगाडी निर्मिती उदयोग, रासायनिक व अन्नप्रक्रिया उदयोग वगैरेंमध्ये संवेदक वापरणाऱ्या अनेक सोयीसुविधा वापरल्या जातात.

मापनाच्या निरनिराळ्या संवेदक पद्धतींत संवेदक घटक हा प्रथम दुवा असून त्यावरच पुढील मापन अवलंबून असते. आजकाल मापनाचे अनेक क्षेत्रांत महत्त्व वाढत आहे. औदयोगिक क्षेत्रात मापन व नियंत्रण यांवरच सर्व कार्यपद्धती आधारित असते. वैदयकीय क्षेत्रात तर या शोधामुळे क्रांती झाली आहे. साध्या तापमापकापासून ते रक्तदाब मोजण्याचे यंत्र, विद्युत् हृल्लेखन (ईसीजी) व विद्युत् मस्तिष्कालेखन (ईईजी) यंत्रे ही संवेदक घटकांच्या कार्यावरच आधारित आहेत. संगणक व त्याच्याद्वारे नियंत्रण हे तर संवेदक घटकाशिवाय होऊच शकत नाहीत. हे एक आधुनिक विज्ञानाचे नवे दालन अभ्यासासाठी व संशोधनासाठी आव्हानात्मक रीत्या उभे आहे.

संदर्भ : 1. Beckwith, T. G. Buck, L. W. Mechanical Measurements.

2. Cooper, W. D. Helfrick, A. D. Electronic Instrumentation and Measurement Techniques.

3. Johnson, C. S. Process Controll.

4. Kidder, S. O. Vonder Haar, T. H. Satellite Meteorology : An Introduction, 1995.

कुलकर्णी, प्र. दि.