MI Instruments MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for MI Instruments - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

सिद्धांत

श्रेणी RL परिपथ के लिए प्रतिबाधा इस प्रकार दी गई है:

\(Z=\sqrt{R^2+X_L^2}\)

जहाँ, Z = प्रतिबाधा

R = प्रतिरोध

X_L = प्रतिघात

गणना

दिया गया है, R = 4000Ω

V_DC = 200 V

V_AC = 200 V

I_AC = 0.04A

AC प्रतिबाधा, \(Z={V_{AC}\over I_{AC}}\)

\(Z={200\over 0.04}=5000\space \Omega\)

चूँकि प्रतिबाधा DC प्रतिरोध से अधिक है, यह एक प्रेरक प्रतिघात X_L की उपस्थिति का सुझाव देता है।

\(5000=\sqrt{(4000)^2+X_L^2}\)

XL = 3000 Ω

एक चल लोहे का वोल्टमीटर RMS वोल्टेज को मापता है लेकिन शुद्ध प्रतिरोध की धारणा के आधार पर अंशांकित किया जाता है। यह वास्तविक वोल्टेज रजिस्टर करता है:

V_पठन = I_AC x R

Vपठन = 0.04 x 4000

Vपठन = 160 V

% त्रुटि = \({V_{सत्य}-V_{पठन}\over V_{सत्य}}\times 100\)

% त्रुटि = \({200-160\over 200}\times 100\)

% त्रुटि = 20%

व्याख्या:

चल लोहे का उपकरण (Moving Iron Instrument)

परिभाषा: चल लोहे का उपकरण एक विद्युत मापन उपकरण है जिसका उपयोग प्रत्यावर्ती धारा (AC) और दिष्ट धारा (DC) दोनों को मापने के लिए किया जाता है। यह विद्युत चुम्बकीय बल के सिद्धांत पर काम करता है, जहाँ कुण्डली से प्रवाहित धारा द्वारा उत्पन्न चुम्बकीय क्षेत्र के प्रतिसाद में लोहे का एक टुकड़ा गति करता है।

कार्य सिद्धांत: चल लोहे के उपकरण में एक कुण्डली और नर्म लोहे का एक टुकड़ा होता है। जब कुण्डली से धारा प्रवाहित होती है, तो यह एक चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है। चुम्बकीय क्षेत्र लोहे के टुकड़े पर एक बल प्रेरित करता है, जिससे वह गति करता है। गति धारा की शक्ति के समानुपाती होती है, और इस गति को एक कैलिब्रेटेड पैमाने पर दर्शाया जाता है। चल लोहे के उपकरण दो मुख्य प्रकार के होते हैं: आकर्षण प्रकार और प्रतिकर्षण प्रकार।

आकर्षण प्रकार: इस प्रकार में, जब कुण्डली से धारा प्रवाहित होती है, तो लोहे का टुकड़ा कुण्डली की ओर आकर्षित होता है। लोहे की गति धारा के वर्ग के समानुपाती होती है।

प्रतिकर्षण प्रकार: इस प्रकार में, लोहे के दो टुकड़े इस प्रकार रखे जाते हैं कि जब कुण्डली से धारा प्रवाहित होती है, तो दोनों टुकड़े समान ध्रुवता के साथ चुम्बकीय हो जाते हैं और एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। प्रतिकर्षण एक गति का कारण बनता है जो धारा के वर्ग के समानुपाती भी होती है।

लाभ:

• AC और DC धाराओं दोनों को सटीक रूप से माप सकता है।
• मजबूत और सख्त निर्माण, जिससे वे टिकाऊ और औद्योगिक वातावरण के लिए उपयुक्त होते हैं।
• अपेक्षाकृत सरल डिजाइन और कम लागत।

नुकसान:

• अरेखीय पैमाना, विशेष रूप से निचले सिरे पर, वर्ग नियम प्रतिक्रिया के कारण।
• चल कुण्डली उपकरणों की तुलना में कम संवेदनशील।
• लोहे के भागों में हिस्टैरिसीस और एडी धाराओं के कारण त्रुटियों से ग्रस्त।

अनुप्रयोग: चल लोहे के उपकरण आमतौर पर औद्योगिक और प्रयोगशाला सेटिंग्स में AC और DC धाराओं और वोल्टेज को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे उन अनुप्रयोगों में विशेष रूप से उपयोगी होते हैं जहाँ मजबूती और दोनों प्रकार की धाराओं को मापने की क्षमता की आवश्यकता होती है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 2: AC और साथ ही DC धारा।

यह विकल्प चल लोहे के उपकरणों की क्षमता का सही वर्णन करता है। वे प्रत्यावर्ती और दिष्ट धाराओं दोनों को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो विभिन्न व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण लाभ है। उपकरण में लोहे का टुकड़ा धारा द्वारा उत्पन्न चुम्बकीय क्षेत्र के प्रतिसाद में प्रतिक्रिया करता है, चाहे वह AC हो या DC।

अतिरिक्त जानकारी

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: केवल AC धारा।

यह विकल्प गलत है क्योंकि चल लोहे के उपकरण AC और DC धाराओं दोनों को माप सकते हैं। जबकि वे प्रत्यावर्ती धारा द्वारा उत्पन्न चुम्बकीय क्षेत्र के प्रतिसाद में प्रतिक्रिया करने की अपनी क्षमता के कारण AC माप के लिए प्रभावी हैं, वे DC धारा को मापने में समान रूप से सक्षम हैं।

विकल्प 3: केवल DC धारा।

यह विकल्प भी गलत है क्योंकि यह चल लोहे के उपकरणों की कार्यक्षमता को केवल DC माप तक सीमित करता है। जैसा कि पहले बताया गया है, ये उपकरण अपने डिजाइन और परिचालन सिद्धांत के कारण AC और DC धाराओं दोनों को माप सकते हैं।

विकल्प 4: केवल ऊष्मा।

यह विकल्प पूरी तरह से गलत है क्योंकि चल लोहे के उपकरण विद्युत धारा को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, न कि ऊष्मा को। उपकरण धारा के चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा लोहे के टुकड़े पर लगाए गए विद्युत चुम्बकीय बल के आधार पर काम करता है, और ऊष्मा माप इसकी कार्यक्षमता के दायरे में नहीं है।

निष्कर्ष:

चल लोहे के उपकरणों के परिचालन सिद्धांतों और क्षमताओं को समझना उनके प्रभावी अनुप्रयोग के लिए महत्वपूर्ण है। ये उपकरण AC और DC धाराओं दोनों को मापने की बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करते हैं, जिससे वे विभिन्न विद्युत माप परिदृश्यों में मूल्यवान उपकरण बन जाते हैं। उनका मजबूत डिज़ाइन और विभिन्न प्रकार के वर्तमान प्रवाह को संभालने की क्षमता गैर-रैखिकता और संवेदनशीलता के मुद्दों जैसी कुछ सीमाओं के बावजूद, औद्योगिक और प्रयोगशाला वातावरण में उनकी उपयोगिता को बढ़ाती है।

सिद्धांत

एक मूविंग आयरन वोल्टमीटर का वोल्टेज रीडिंग उसके प्रतिरोध में वास्तविक RMS वोल्टेज से मेल खाता है:

V_मीटर = I_AC x R

जहाँ, I_AC = AC धारा

R = DC प्रतिरोध

गणना

दिया गया है, V_DC = 250 V

I_DC = 0.05 A

L = 1 H

f = 100 Hz

100Hz पर प्रतिबाधा, Z_AC = 6000 Ω

\(R={V_{DC}\over I_{DC}}\)

\(R={250\over 0.05}=5000\space Ω\)

\(Z_{AC}=\sqrt{(R)^2+(X_L)^2}\)

\(X_L=2\pi fL=2\pi (100)(1)=628.32\space Ω\)

\(Z_{AC}=\sqrt{(5000)^2+(628.32)^2}\)

Z_AC = 5040 Ω

\(I_{AC}={V_{AC}\over Z_{AC}}\)

\(I_{AC}={250\over 6000}=0.04167A\)

Vमीटर = (0.04167) x (5000)

Vमीटर = 208.33 V

PMMC को एमीटर के रूप में विस्तारित करना

चल आयरन एमीटर की रेंज को एमीटर के समानांतर कम मान के शंट प्रतिरोध का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है।

शंट प्रतिरोध का मान इस प्रकार दिया गया है:

\(R_{sh}={R_m\over ({m}-1)}\)

सभी आवृत्तियों पर मीटर को संचालित करने के लिए, दोनों शाखाओं का समय स्थिरांक समान होना चाहिए।

\(τ_{sh}=τ_{m}\)

गणना

दिया गया है, \(R=50\space m\Omega\)

\(m={10\over 1}=10\)

\(R_{sh}={50\over (10-1)}\)

R_sh = 5.55 mΩ

\(τ_{sh}=τ_{m}={L_m\over R_m}\)

\(τ_{m}={0.1\over 50}=2\space sec\)

नोट

आधिकारिक पेपर में उत्तर 2 मिलीसेकंड दिया गया था लेकिन वास्तव में दिए गए मानों के अनुसार उत्तर 2 सेकंड आ रहा है। इसलिए हमने सबसे उपयुक्त उत्तर विकल्प (C) के रूप में चुना है जो आधिकारिक उत्तर कुंजी से मेल खाता है।

• वे उपकरण जो अपने परिमाण को ज्ञात करने के लिए धारा के तापन प्रभाव का प्रयोग करते हैं, तप्त तार उपकरण के रूप में जाने जाते हैं।
• तप्त तार उपकरण का प्रयोग AC और DC धारा दोनों के लिए किया जाता है।
• तप्त तार उपकरण ऊष्मा प्रभाव के सिद्धांत पर काम करता है, जो तार की लंबाई को बढ़ा देता है क्योंकि इसके माध्यम से धारा प्रवाह का तापन प्रभाव बढ़ जाता है।
• जब धारा पतली प्लैटिनम इरिडियम तार के माध्यम से प्रवाहित होती है तो वह गर्म होकर विस्तारित हो जाती है।
• तार का झोल आवर्धित होता है और विस्तार स्प्रिंग द्वारा लिया जाता है।
• यह विस्तार सूचक को धारा के मान का संकेत देते हुए विक्षेपित होता है।
• यह विस्तार धारा के ऊष्मा प्रभाव के समानुपातिक होता है और अतः धारा के RMS मान के वर्ग के बराबर होता है।
• अतः मीटर को धारा का rms मान पढ़ने के लिए अंशांकित​ किया जा सकता है​।

चल लौह उपकरण

जिस उपकरण में चल लौह का उपयोग धारा या वोल्टेज के प्रवाह को मापने के लिए किया जाता है, उसे चल लौह उपकरण के रूप में जाना जाता है। यह इस सिद्धांत पर कार्य करता है कि चुंबक के पास रखा लोहा उसे आकर्षित करता है।

आकर्षण बल चुंबक क्षेत्र की सामर्थ्य पर निर्भर करता है। चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बक द्वारा प्रेरित होता है जिसकी सामर्थ्य इससे गुजरने वाली धारा के परिमाण पर निर्भर करती है।

MI उपकरणों के अभिलक्षण 

1. इसमें एक अरैखिक पैमाना होता है
2. नियंत्रित बलाघूर्ण कमानी नियंत्रण द्वारा प्रदान किया जाता है।
3. अवमन्दन बलाघूर्ण वायु घर्षण अवमंदन द्वारा प्रदान किया जाता है।

MI उपकरणों के लाभ

1. यह AC और DC दोनों पर कार्य कर सकता है।
2. इसमें कम घर्षण त्रुटि होती है।
3. इसका उपयोग सूक्ष्म अतिभार स्थितियों में किया जा सकता है।

MI उपकरणों की हानियाँ 

1. चुंबकीय क्रोड की संतृप्ति के कारण इसका उपयोग उच्च आवृत्तियों पर नहीं किया जा सकता है।
2. शैथिल्य, आवृत्ति और अवांछित चुंबकीय क्षेत्र के कारण उपकरणों में कुछ चिंताजनक त्रुटि उत्पन्न होती है।
3. MI उपकरण में, विक्षेपण बलाघूर्ण धारा के वर्ग के अनुक्रमानुपातिक होता है। इस वजह से, उपकरण में तरंगरूप त्रुटि उत्पन्न होती है।

संकल्पना:

गतिशील लौह उपकरण में विक्षेपित बलाघूर्ण दिशाहीन (समान दिशा में कार्य करती है) होती है चाहे धारा की ध्रुवीयता जो भी हो। 

विक्षेपित बलाघूर्ण निम्न दिया गया है 

\({T_d} = {I^2}\frac{{dL}}{{dθ }}\)

जहाँ, 

I संचालन धारा है

L स्वः-प्रेरकत्व है। 

θ विक्षेपण है। 

\({T_d}\propto {I^2}\)

जिससे गतिशील लौह उपकरण का विक्षेपण बलाघूर्ण संचालन धारा के RMS मान और स्वः-प्रेरकत्व में परिवर्तन के वर्ग के समानुपाती होता है। 

गणना:

जब एक गतिशील लौह उपरकण के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा 20% बढ़ जाती है, तो विक्षेपण बलघूर्ण निम्न है

\({T'_d}\propto {{(1.2I)}^2}\)

∴ T'_d = 1.44 T_d

अतः विक्षेपण बलाघूर्ण 44% बढ़ जाता है। 

संकल्पना:

विक्षेपण बलआघूर्ण निम्न द्वारा दिया जाता है

\(T_d = \frac{{{I^2}}}{2}\frac{{dL}}{{d\theta }}\)

चल लौह उपकरण में विक्षेपण कोण निम्न द्वारा दिया जाता है

\(\theta = \frac{1}{{{K_c}}}\frac{{{I^2}}}{2}\frac{{dL}}{{d\theta }}\)

I कुंडली में से प्रवाहित होने वाली धारा है

Kc स्प्रिंग स्थिरांक है

\(\frac{{dL}}{{d\theta }}\)विक्षेपण कोण में परिवर्तन के साथ कुंडली के स्व-प्रेरकत्व में परिवर्तन है।

गणना:

दिया गया है, I = 20 A

विक्षेपण बलआघूर्ण (T_d) = 6 × 10^-5 N-m

\( \Rightarrow 6 \times {10^{ - 5}} = \frac{{{{20}^2}}}{2}\frac{{dL}}{{d\theta }}\)

\( \Rightarrow \frac{{dL}}{{d\theta }} = 0.3\;\mu H/rad\)

सही उत्तर DC और AC दोनों है।

व्याख्या:

चल लौह उपकरण

जिस उपकरण में चल लौह का उपयोग धारा या वोल्टेज के प्रवाह को मापने के लिए किया जाता है, उसे चल लौह उपकरण के रूप में जाना जाता है। यह इस सिद्धांत पर कार्य करता है कि चुंबक के पास रखा लोहा उसे आकर्षित करता है।

आकर्षण बल चुंबक क्षेत्र की सामर्थ्य पर निर्भर करता है। चुंबकीय क्षेत्र विद्युत चुम्बक द्वारा प्रेरित होता है जिसकी सामर्थ्य इससे गुजरने वाली धारा के परिमाण पर निर्भर करती है।

MI उपकरणों के अभिलक्षण 

1. इसमें एक अरैखिक पैमाना होता है
2. नियंत्रित बलाघूर्ण कमानी नियंत्रण द्वारा प्रदान किया जाता है।
3. अवमन्दन बलाघूर्ण वायु घर्षण अवमंदन द्वारा प्रदान किया जाता है।

MI उपकरणों के लाभ

1. यह AC और DC दोनों पर कार्य कर सकता है।
2. इसमें कम घर्षण त्रुटि होती है।
3. इसका उपयोग सूक्ष्म अतिभार स्थितियों में किया जा सकता है।

MI उपकरणों की हानियाँ 

1. चुंबकीय क्रोड की संतृप्ति के कारण इसका उपयोग उच्च आवृत्तियों पर नहीं किया जा सकता है।
2. शैथिल्य, आवृत्ति और अवांछित चुंबकीय क्षेत्र के कारण उपकरणों में कुछ चिंताजनक त्रुटि उत्पन्न होती है।
3. MI उपकरण में, विक्षेपण बलाघूर्ण धारा के वर्ग के अनुक्रमानुपातिक नहीं होता है। इस वजह से, उपकरण में तरंगरूप त्रुटि उत्पन्न होती है।

संकल्पना:

गतिशील लौह एमिटर:

गतिशील लौह एमिटर का प्रयोग परिपथ के AC और DC दोनों मानों को मापने के लिए किया जाता है। 

MI उपकरण की रीडिंग RMS मान में होती है। 

गणना:

गतिशील लौह एमिटर प्रत्यावती धारा के RMS को दर्ज करता है। 

तरंगरूप का शीर्ष मान = I_m = 150 A

आयताकार तरंगरूप के लिए, RMS मान (I₁)= शीर्ष मान 

I₁ = I_m = 150 A

ज्यावक्रीय तरंगरूप के लिए धारा का RMS मान = I_m / √2

 \(I_2 = \frac{{150}}{{√ 2 }} = 106.6\;A\)

याद रखने योग्य तथ्य:

• PMMC उपकरण केवल DC में राशि को मापते हैं। 
• PMMC उपकरणों की रीडिंग एक औसत मान होती है। 
• वैकल्पिक राशियों एक लिए PMMS शून्य रीडिंग दर्शाता है क्योंकि यह AC परिपथों पर कार्य नहीं करता है। 

चल लौह (MI) उपकरण हमेशा एक दी गई मात्रा के RMS मान को मापते हैं।

RMS (वर्ग माध्य मूल) मान:

• RMS मान तरंग रूप के तापन प्रभाव पर आधारित होता है।
• वह मान जिस पर AC परिपथ में अपव्यय ताप DC परिपथ में अपव्यय ताप के समान होता है, rms मान कहलाता है, बशर्ते AC और DC दोनों में प्रतिरोध का समान मान हो और यह समान समय पर संचालित हो रहे हो।

गणना:

दिया हुआ:

धारा = i(t) = (18 + 10 sin ωt + 7 sin 2ωt)

धारा का RMS मान = \( \sqrt {{{18}^2} + (\frac{{{10}}}{\sqrt2})^2 +( \frac{{{7}}}{\sqrt2}}) ^2\) = 19.962 A ≈ 20 A

Important Points

• चल कुंडल उपकरण (PMMC) हमेशा दिए गए सिग्नल के औसत मान को मापता है।
• PMMC उपकरण केवल DC मात्राओं को मापने के लिए उपयुक्त हैं जबकि MI उपकरण AC और DC मात्रा दोनों को मापने के लिए उपयुक्त हैं।

Concept:

संचालन बलाघूर्ण:

गतिशील लौह उपकरणों में विक्षेपित बलाघूर्ण को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है

\(\Rightarrow \theta = \dfrac{1}{2}\dfrac{{{I^2}}}{{{K_c}}}\dfrac{{dL}}{{d\theta }}\)

I एम्पियर में संचालन धारा है। 

L हेनरी में प्रेरकत्व है। 

θ रेडियन में विक्षेपण कोण है। 

विक्षेपण संचालित विद्युत धारा के वर्ग माध्य मूल मान के वर्ग के समानुपाती होता है। इसलिए, यह उपकरण उच्च संचालन बलाघूर्ण पर नियंत्रण रखता है। 

Calculation:

\(\begin{array}{l} L = \left( {20 + 4\;\theta } \right)\;\mu H\\ \frac{{dL}}{{d\theta }} = 4\;\mu H/rad \end{array}\)

\(\begin{array}{l} \theta = \frac{1}{2}\frac{{{I^2}}}{{{K_c}}}\frac{{dL}}{{d\theta }}\\ \theta = \frac{1}{2} \times \frac{{{{\left( 5 \right)}^2}}}{{10 \times {{10}^{ - 6}}}} \times \left( 4 \right) \times {10^{ - 6}}\\ \Rightarrow \;\theta = 5\;rad \end{array}\)

चल लौह वोल्टमीटर 

• MI उपकरण का उपयोग RMS मानों को मापने के लिए किया जाता है।
• इन उपकरणों में एक असमान पैमाना होता है।
• यह चुंबकीय क्षेत्र में मृदु लोहे के एक भाग के आकर्षण के सिद्धांत पर कार्य करता है।
• MI उपकरण में, जब परिनालिका से धारा प्रवाहित की जाती है, तो परिनालिका के अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र स्थापित हो जाता है। फिर लोहे का भाग चुम्बकित हो जाता है जो बदले में सूचक को विक्षेपित करता है।
• उत्पन्न विक्षेपक बलाघूर्ण धारा के वर्ग के समानुपाती होता है।
• नियंत्रित बलाघूर्ण स्प्रिंग नियंत्रण द्वारा प्रदान किया जाता है।
• अवमंदन बलाघूर्ण वायु घर्षण अवमंदन द्वारा प्रदान किया जाता है।