Sähkömittarin historia

1800- ja 1900-luvut osoittautuivat epätavallisen anteliaiksi tieteellisissä löytöissä, erityisesti sähkömagnetismin alalla. Tieteellisen ja teknisen kehityksen "matala alku" seuraaville 150 vuodelle annettiin 1920-luvulla. Andre Marie Amperen keksiminen sähkövirtojen vuorovaikutuksesta… Georg Simon Ohm asettui hänen jälkeensä vuonna 1827 johtojen virran ja jännitteen välinen suhde… Lopulta vuonna 1831 Michael Faraday löysi sähkömagneettisen induktion laki, jotka ovat seuraavien keskeisten keksintöjen – generaattori, muuntaja, sähkömoottori – toimintaperiaatteiden taustalla.

Sähköstä tuli hyödyke, kuten tiedetään, dynamon ansiosta, jonka unkarilainen fyysikko Anzós Jedlik ja saksalainen sähkökeksijä Werner von Siemens keksivät itsenäisesti vuosina 1861 ja 1867. Siitä lähtien sähköntuotanto on vakiintunut kaupalliseen suuntaan.

On sanottava, että tuohon aikaan keksinnöt ja löydöt "odottivat" joka käänteessä.Ideat sähkölampusta, dynamosta, sähkömoottorista, muuntajasta kiteytyivät ikään kuin itsestään planeetan vastakkaisille osille.

Jotain vastaavaa tapahtui laskurin kanssa, jonka induktiolaskurin "tekijä" (ja samalla myös keksijä) muistutti myöhemmin muuntaja) Unkarilainen sähköinsinööri Otto Titus Blaty: ”Tiede oli kuin sademetsä. Hän tarvitsi vain hyvän kirveen ja missä tahansa osuit, voit kaataa valtavan puun. «

Ensimmäinen patentti sähkömittarille myönnettiin vuonna 1872 amerikkalaiselle keksijälle Samuel Gardinerille. Hänen laitteensa mittaa aikaa, joka kuluu sähkön saapumiseen latauspisteeseen. Ainoa ehto (tämä on myös laitteen haittapuoli) on, että kaikki ohjatut lamput on kytkettävä yhteen kytkimeen.

Uusien sähkömittareiden toimintaperiaatteiden luominen liittyy suoraan sähkönjakelujärjestelmän parantamiseen ja optimointiin. Mutta koska tämä järjestelmä oli tuolloin vielä muodostumassa, oli mahdotonta sanoa varmasti, mikä periaate olisi optimaalinen. Siksi käytännössä testattiin useita vaihtoehtoisia versioita samanaikaisesti.

Kuinka paljon kilowatti painaa?

Esimerkiksi jos dynamo mahdollisti sähkön tuotannon merkittävissä määrin, Thomas Edison -lamppu myötävaikutti laajan valaistusverkoston luomiseen. Tämän seurauksena Gardiner-laskuri menetti merkityksensä ja korvattiin elektrolyyttisellä laskurilla.

Sähkömittareiden laajan käytön alkuvaiheessa sähkö oli kirjaimellisesti "painotettu". Saman Thomas Alva Edisonin keksimä elektrolyyttimittari toimii tällä periaatteella.Itse asiassa mittarilaskuri oli elektrolyyttinen, johon laskentajakson alussa asetettiin erittäin tarkasti punnittu (silloin kuin mahdollista) kuparilevy.

Kun virta kulkee elektrolyytin läpi, kupari kerrostuu. Raportointikauden lopussa levy punnittiin uudelleen ja sähkönkulutus laskettiin painoeron perusteella. Tätä periaatetta sovellettiin ensimmäisen kerran vuonna 1881, ja sitä käytettiin menestyksekkäästi 1800-luvun loppuun asti.

On huomionarvoista, että tämä maksu on laskettu kuutioina kaasua, jota käytettiin kulutetun sähkön tuottamiseen. Näin kalibroitiin Edison-elektrolysaattori, jonka jälkeen Edison varusti laitteensa mukavuuden vuoksi laskentamekanismilla - muuten mittauslaitteesta lukemien ottaminen tuntui voimayhtiöille erittäin vaikealta ja kuluttajalle täysin mahdottomalta prosessilta. Mukavuus lisäsi kuitenkin vähän.

Lisäksi elektrolyyttimittareissa (silloin Siemens Shuckert tuotti vesimittarin ja Schott & Gen elohopeamittarin) oli toinen merkittävä yhteinen haittapuoli. Ne voivat tallentaa vain ampeeritunteja eivätkä ole herkkiä jännitteen vaihteluille.

Elektrolyyttilaskurin rinnalle ilmestyi heilurilaskuri. Ensimmäistä kertaa sen toimintaperiaatteen kuvasivat amerikkalaiset William Edward Ayrton ja John Perry samana vuonna 1881. Mutta sen jälkeen, kuten jo mainittiin, ideat leijuivat ilmassa, ei ole yllättävää, että kolme vuotta myöhemmin täsmälleen saman laskurin rakensi Saksassa Hermann Aron.

Parannetussa muodossa mittari on varustettu kahdella heilurilla, joiden kelat on kytketty virtalähteeseen. Kaksi muuta kelaa vastakkaisilla käämeillä asetettiin heilurin alle.Heiluri liikkui sähkökuorman alaisen kelojen vuorovaikutuksen seurauksena nopeammin kuin ilman sitä.

Toinen puolestaan ​​eteni hitaammin. Samaan aikaan heilurit vaihtoivat toimintaansa minuutin välein kompensoidakseen värähtelyn alkutaajuuden eroa. Matkan ero otetaan huomioon laskentamekanismissa. Kun virta kytkettiin, kello käynnistettiin.

Muutoksen tuuli

Heilurilaskurit eivät olleet halpa "ilo", sillä niissä oli kaksi kokonaista kelloa. Samalla ne mahdollistivat ampeeritunnit tai wattitunnit, mikä teki niistä sopimattomia vaihtovirtakäyttöön.

Vallankumouksellinen löytö omalla tavallaan vaihtovirtaitalialaisten Galileo Ferraris (1885) ja Nikola Tesla (1888) valmistamat (tietysti toisistaan ​​riippumatta) toimi virikkeenä mittauslaitteiden kehittämisen seuraavaan vaiheeseen.

Vuonna 1889 kehitettiin moottorilaskuri. Sen suunnitteli General Electricille amerikkalainen insinööri Elihu Thomson.

Laite oli ankkurimoottori ilman metalliydintä. Jännite kollektorin yli on jaettu kelan ja vastuksen yli. Virta käyttää staattoria, jolloin vääntömomentti on verrannollinen jännitteen ja virran tuloon. Pysyvä sähkömagneetti, joka vaikuttaa ankkuriin kiinnitettyyn alumiinilevyyn, tarjoaa jarrutusmomentin. Sähkömittarin merkittävin haittapuoli on keräin.

Kuten tiedätte, tiedeyhteisössä ei tuolloin ollut yksimielisyyttä siitä, mikä järjestelmistä... tasavirtaan tai vaihtovirtaan perustuen – on lupaavimpia… Thomsonin kuvaama mittari on suunniteltu ensisijaisesti tasavirralle.

Samaan aikaan argumentit vaihtovirran puolesta lisääntyvät, koska tasavirran käyttö ei salli jännitteen muutoksia ja sen seurauksena suurempien järjestelmien luomista. Vaihtovirta sai yhä laajemman käytön, ja 1900-luvun alussa vaihtovirtajärjestelmät alkoivat vähitellen korvata tasavirtaa sähkötekniikassa.

Tämä asetti George Westinghouselle (joka hankki Teslan patentit vaihtovirran käyttöön) sähkön kirjanpidon tehtäväksi ja tämän kirjanpidon oli oltava mahdollisimman tarkkaa. Tänä aikana (joka liittyy myös muuntajan keksintöön) laite patentoitiin, joka oli itse asiassa prototyyppi moderni AC-mittari… Historialla on myös useita induktiolaskurin "keksijä-isiä".

Ensimmäinen induktiomittauslaite on nimeltään "Ferraris-mittari", vaikka hän ei kokoanut sitä ollenkaan. Ferrarin ansioksi kuuluu seuraava löytö: Kaksi pyörivää kenttää, jotka ovat eri vaiheissa vaihtovirran kanssa, saavat aikaan kiinteän roottorin - levyn tai sylinterin - pyörimisen. Induktioperiaatteella toimivia laskureita valmistetaan edelleen.

Unkarilainen insinööri Otto Titus Blaty, joka tunnetaan myös muuntajan keksijänä, ehdotti versiotaan induktiomittarista. Vuonna 1889 hän sai kaksi patenttia kerralla, Saksan numero 52 793 ja US 423 210, keksinnölle, joka oli virallisesti nimetty "vaihtovirtalaskuriksi".

Kirjoittaja kuvasi laitetta seuraavasti: "Tämä laskuri koostuu olennaisesti metallisesta pyörivästä kappaleesta, kuten kiekosta tai sylinteristä, johon vaikuttaa kaksi magneettikenttää, jotka ovat epävaiheessa keskenään.

Tämä vaihesiirtymä johtuu siitä, että toinen kenttä syntyy päävirrasta, kun taas toinen kenttä muodostuu korkean itseinduktanssin kelasta, joka ohittaa pisteet piirissä, joiden välillä tehonkulutusta mitataan.

Magneettikentät eivät kuitenkaan leikkaa vallankumouskappaleessa, kuten tunnetussa Ferrari-mekanismissa, vaan kulkevat sen eri osien läpi toisistaan ​​riippumatta. » Ensimmäiset Ganzin valmistamat työtasot, joissa Blatti työskenteli, kiinnitettiin puiselle alustalle ja painoivat 23 kg.

Tietenkin samaan aikaan toinen sähkötekniikan pioneeri, Oliver Blackburn Shellenberger, löysi molemmilla aloilla saman ominaisuuden. Ja vuonna 1894 hän kehitti sähkömittarin vaihtovirtajärjestelmille. Ruuvimekanismi antoi vääntömomentin.

Tämä mittari ei kuitenkaan sovellu työskentelyyn sähkömoottoreiden kanssa, koska se ei anna mittaukseen tarvittavaa jänniteelementtiä tehokerroin.

Tämä laskuri oli hieman pienempi kuin Blati-laite, mutta myös melko iso ja melko raskas - se painoi 41 kiloa, eli yli 16 kg. Vasta vuonna 1914 laitteen paino putosi 2,6 kiloon.

Täydellisyydellä ei ole rajaa

Voidaan siis todeta, että tiskistä tuli 1900-luvun alussa osa jokapäiväistä käytäntöä. Tämän vahvistaa myös ensimmäisen mittausstandardin ilmestyminen. Sen julkaisi American National Standards Institute (ANSI) vuonna 1910.

Tyypillistä on, että sen lisäksi, että standardi tunnustaa mittauslaitteiden tieteellisen merkityksen, se korostaa myös kaupallisen komponentin merkitystä. Ensimmäinen tunnettu International Electrotechnical Commissionin (IEC) mittausstandardi on peräisin vuodelta 1931.

1900-luvun alkuun mennessä laitteisiin oli tehty useita muutoksia, ottamatta huomioon painon ja mittojen pienenemistä: kuormitusalueen laajentaminen, kuormituskertoimen, jännitteen ja lämpötilan muutosten kompensointi, pallon ulkonäkö laakerit ja magneettilaakerit (jotka vähentävät kitkaa merkittävästi). Jarrujen sähkömagneettien laatuominaisuuksia ja öljynpoistoa tuesta ja laskentamekanismista parannettiin, mikä pidensi käyttöikää.

Samaan aikaan ilmestyi uudentyyppisiä mittareita - monitariffimittari, huippukuormitusmittari, ennakkoon maksettu energiamittari sekä kolmivaiheiset induktiomittarit. Jälkimmäisessä käytetään kahta tai kolmea mittausjärjestelmää, jotka on asennettu yhdelle, kahdelle tai kolmelle kiekolle. Vuonna 1934 ilmestyi Landis & Gyrin kehittämä aktiivinen ja reaktiivinen energiamittari.

Tieteellisen ja teknisen kehityksen jatkokulku sekä markkinasuhteiden kehittyminen saivat ilmaisun mittalaitteiden valmistuksessa. Elektroniikan kehityksellä oli vakava vaikutus - 1970-luvulla induktiomittalaitteiden rinnalle ilmestyi elektronisia mittalaitteita. Luonnollisesti tämä laajensi huomattavasti laitteiden toimivuutta. Ensinnäkin se on automaattiset kirjanpitojärjestelmät (ASKUE), usean tariffin tila.

Myöhemmin mittarin toiminnot laajenivat entisestään ja ylittivät pelkän energia- ja resurssiraportoinnin rajat, mukaan lukien suojaus näkyviltä rikkomuksilta, ennakkomaksu, kuormituksen tasauksen valvonta ja monet muut toiminnot.Lukemat luetaan sähköverkoista, puhelinlinjoista tai langattomista tiedonsiirtokanavista.