Η ιστορία του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Ο 19ος και ο 20ός αιώνας αποδείχθηκαν ασυνήθιστα γενναιόδωροι σε επιστημονικές ανακαλύψεις, ειδικά στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού. Το «χαμηλό ξεκίνημα» της επιστημονικής και τεχνικής προόδου για τα επόμενα 150 χρόνια δόθηκε στη δεκαετία του 1920. η ανακάλυψη της αλληλεπίδρασης των ηλεκτρικών ρευμάτων από τον Andre Marie Ampere… Ο Georg Simon Ohm εγκαταστάθηκε μετά από αυτόν το 1827 σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης στα καλώδια… Τελικά, το 1831, ο Michael Faraday ανακάλυψε νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, οι οποίες διέπουν τις αρχές λειτουργίας των ακόλουθων βασικών εφευρέσεων — γεννήτρια, μετασχηματιστής, ηλεκτροκινητήρας.

Ο ηλεκτρισμός έγινε εμπόρευμα, όπως είναι γνωστό, χάρη στο δυναμό, που εφευρέθηκε ανεξάρτητα από τον Ούγγρο φυσικό Anzós Jedlik και τον Γερμανό ηλεκτρικό εφευρέτη Werner von Siemens το 1861 και το 1867 αντίστοιχα. Έκτοτε, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει εδραιωθεί σταθερά σε έναν εμπορικό δρόμο.

Πρέπει να πούμε ότι εκείνη την εποχή εφευρέσεις και ανακαλύψεις «περίμεναν» σε κάθε στροφή.Οι ιδέες του ηλεκτρικού λαμπτήρα, του δυναμό, του ηλεκτροκινητήρα, του μετασχηματιστή αποκρυσταλλώθηκαν σαν από μόνες τους σε αντίθετα μέρη του πλανήτη.

Κάτι ανάλογο συνέβη και με τον μετρητή, τον οποίο ανακάλεσε αργότερα ο «συγγραφέας» του επαγωγικού μετρητή (και ταυτόχρονα ο συν-εφευρέτης μετασχηματιστής) Ούγγρος ηλεκτρολόγος μηχανικός Otto Titus Blaty: «Η επιστήμη ήταν σαν ένα τροπικό δάσος. Το μόνο που χρειαζόταν ήταν ένα καλό τσεκούρι και όπου χτυπούσες μπορούσες να κόψεις ένα τεράστιο δέντρο. «

Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν ηλεκτρικό μετρητή εκδόθηκε το 1872 στον Αμερικανό εφευρέτη Samuel Gardiner. Η συσκευή του μετρά τον χρόνο που χρειάζεται για να φτάσει η ηλεκτρική ενέργεια στο σημείο φόρτισης. Η μόνη προϋπόθεση (αυτό είναι επίσης ένα μειονέκτημα της συσκευής) είναι ότι όλοι οι ελεγχόμενοι λαμπτήρες πρέπει να συνδέονται σε έναν διακόπτη.

Η δημιουργία νέων αρχών για τη λειτουργία των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας σχετίζεται άμεσα με τη βελτίωση και βελτιστοποίηση του συστήματος διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά δεδομένου ότι εκείνη την εποχή αυτό το σύστημα ήταν ακόμη υπό διαμόρφωση, ήταν αδύνατο να πούμε με βεβαιότητα ποια αρχή θα ήταν η βέλτιστη. Επομένως, πολλές εναλλακτικές εκδόσεις δοκιμάστηκαν στην πράξη ταυτόχρονα.

Πόσο ζυγίζει ένα κιλοβάτ;

Για παράδειγμα, αν το δυναμό επέτρεπε την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σημαντικούς όγκους, τότε ο λαμπτήρας Thomas Edison συνέβαλε στη δημιουργία ενός εκτεταμένου δικτύου φωτισμού. Ως αποτέλεσμα, ο μετρητής Gardiner έχασε τη σημασία του και αντικαταστάθηκε από έναν ηλεκτρολυτικό μετρητή.

Στο πιο πρώιμο στάδιο της ευρείας χρήσης των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας, ο ηλεκτρισμός κυριολεκτικά «ζυγιζόταν». Ο ηλεκτρολυτικός μετρητής, που εφευρέθηκε από τον ίδιο Thomas Alva Edison, λειτουργεί με αυτήν την αρχή.Στην πραγματικότητα, ο μετρητής ήταν ηλεκτρολυτικός, όπου στην αρχή της περιόδου καταμέτρησης τοποθετήθηκε μια πολύ ακριβής ζυγισμένη (όσο ήταν δυνατόν τότε) χάλκινη πλάκα.

Ως αποτέλεσμα της διέλευσης ρεύματος μέσω του ηλεκτρολύτη, εναποτίθεται χαλκός. Στο τέλος της περιόδου αναφοράς, η πλάκα ζυγίστηκε ξανά και η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας χρεώθηκε με βάση τη διαφορά βάρους. Αυτή η αρχή εφαρμόστηκε για πρώτη φορά το 1881 και χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα.

Αξιοσημείωτο είναι ότι το τέλος αυτό υπολογίζεται σε κυβικά πόδια αερίου που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώθηκε. Έτσι βαθμονομήθηκε ένας ηλεκτρολύτης Edison. Στη συνέχεια, για ευκολία, ο Edison εξόπλισε τη συσκευή του με έναν μηχανισμό μέτρησης - διαφορετικά, η λήψη μετρήσεων από μια συσκευή μέτρησης φαινόταν μια διαδικασία εξαιρετικά δύσκολη για τις εταιρείες ενέργειας και εντελώς αδύνατη για τον καταναλωτή. Ωστόσο, η ευκολία πρόσθεσε ελάχιστα.

Επιπλέον, οι ηλεκτρολυτικοί μετρητές (εκείνη την εποχή η Siemens Shuckert παρήγαγε μετρητή νερού και η Schott & Gen έναν μετρητή υδραργύρου) είχαν ένα άλλο σημαντικό κοινό μειονέκτημα. Μπορούν να καταγράφουν μόνο αμπερώρες και παραμένουν αναίσθητοι στις διακυμάνσεις της τάσης.

Παράλληλα με τον ηλεκτρολυτικό μετρητή, εμφανίστηκε ένας μετρητής εκκρεμούς. Για πρώτη φορά, η αρχή της δράσης της περιγράφηκε από τους Αμερικανούς William Edward Ayrton και John Perry το ίδιο έτος 1881. Αλλά από τότε, όπως ήδη αναφέρθηκε, οι ιδέες αιωρούνταν στον αέρα, δεν είναι περίεργο ότι τρία χρόνια αργότερα ακριβώς τον ίδιο πάγκο κατασκεύασε στη Γερμανία ο Hermann Aron.

Σε βελτιωμένη μορφή, ο μετρητής είναι εξοπλισμένος με δύο εκκρεμή με πηνία συνδεδεμένα σε μια πηγή ρεύματος. Κάτω από το εκκρεμές τοποθετήθηκαν δύο ακόμη πηνία με αντίθετες περιελίξεις.Ένα εκκρεμές, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των πηνίων κάτω από ένα ηλεκτρικό φορτίο, κινήθηκε πιο γρήγορα από ό, τι χωρίς αυτό.

Ο άλλος, από την άλλη, προχωρούσε πιο αργά. Ταυτόχρονα, τα εκκρεμή άλλαζαν τις λειτουργίες τους κάθε λεπτό για να αντισταθμίσουν τη διαφορά στην αρχική συχνότητα ταλάντωσης. Η διαφορά στα ταξίδια υπολογίζεται στον μηχανισμό μέτρησης. Κατά την ενεργοποίηση, το ρολόι ξεκίνησε.

Άνεμος της αλλαγής

Οι μετρητές με εκκρεμές δεν ήταν φτηνή «απόλαυση» καθώς περιείχαν δύο ολόκληρα ρολόγια. Ταυτόχρονα, κατέστησαν δυνατή τη στερέωση αμπωρών ή βατώρων, γεγονός που τις καθιστούσε ακατάλληλες για λειτουργία εναλλασσόμενου ρεύματος.

Μια επαναστατική ανακάλυψη με τον δικό της τρόπο εναλλασσόμενο ρεύμα, κατασκευασμένα (φυσικά, ανεξάρτητα μεταξύ τους) από τους Ιταλούς Galileo Ferraris (1885) και Nikola Tesla (1888), λειτούργησαν ως ερέθισμα για το επόμενο στάδιο στη βελτίωση των συσκευών μέτρησης.

Το 1889, αναπτύχθηκε ένας μετρητής κινητήρα. Σχεδιάστηκε για την General Electric από τον Αμερικανό μηχανικό Elihu Thomson.

Η συσκευή ήταν ένας κινητήρας οπλισμού χωρίς μεταλλικό πυρήνα. Η τάση στον συλλέκτη κατανέμεται κατά μήκος του πηνίου και της αντίστασης. Το ρεύμα κινεί τον στάτορα, με αποτέλεσμα ροπή ανάλογη με το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος. Ένας μόνιμος ηλεκτρομαγνήτης που ενεργεί σε έναν δίσκο αλουμινίου που είναι προσαρτημένος στον οπλισμό παρέχει μια ροπή πέδησης. Το πιο σημαντικό μειονέκτημα του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο συλλέκτης.

Όπως γνωρίζετε, εκείνη την εποχή δεν υπήρχε συναίνεση στην επιστημονική κοινότητα για το ποιο από τα συστήματα— με βάση συνεχές ρεύμα ή εναλλασσόμενο ρεύμα — θα είναι πολύ υποσχόμενο… Ο μετρητής που περιγράφεται από την Thomson έχει σχεδιαστεί κυρίως για συνεχές ρεύμα.

Εν τω μεταξύ, τα επιχειρήματα υπέρ του εναλλασσόμενου ρεύματος αυξάνονται, αφού η χρήση συνεχούς ρεύματος δεν επιτρέπει αλλαγές τάσης και, ως εκ τούτου, τη δημιουργία μεγαλύτερων συστημάτων. Το εναλλασσόμενο ρεύμα βρήκε ολοένα και πιο διαδεδομένη χρήση και στις αρχές του 20ου αιώνα, τα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος άρχισαν να αντικαθιστούν σταδιακά το συνεχές ρεύμα στην πρακτική της ηλεκτρικής μηχανικής.

Αυτό έθεσε για τον George Westinghouse (ο οποίος απέκτησε τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας του Tesla για τη χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος) το έργο της λογιστικής για την ηλεκτρική ενέργεια και αυτή η λογιστική έπρεπε να είναι όσο το δυνατόν ακριβέστερη. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου (που συνδέεται επίσης με την εφεύρεση του μετασχηματιστή) η συσκευή κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, η οποία ήταν στην πραγματικότητα το πρωτότυπο σύγχρονος μετρητής AC… Η ιστορία έχει επίσης αρκετούς «εφευρέτες πατέρες» του μετρητή επαγωγής.

Η πρώτη επαγωγική συσκευή μέτρησης ονομάζεται «μετρητής Ferraris», αν και δεν τη συναρμολόγησε καθόλου. Προς τιμή της Ferrari είναι η ακόλουθη ανακάλυψη: Δύο περιστρεφόμενα πεδία, τα οποία είναι εκτός φάσης με το εναλλασσόμενο ρεύμα, προκαλούν την περιστροφή ενός συμπαγούς ρότορα - ενός δίσκου ή ενός κυλίνδρου. Μετρητές που βασίζονται στην αρχή της επαγωγής παράγονται ακόμα και σήμερα.

Ο Ούγγρος μηχανικός Otto Titus Blaty, γνωστός και ως ο εφευρέτης του μετασχηματιστή, πρότεινε την εκδοχή του για τον επαγωγικό μετρητή. Το 1889, έλαβε δύο διπλώματα ευρεσιτεχνίας ταυτόχρονα, τον γερμανικό αριθμό 52.793 και τον αριθμό ΗΠΑ 423.210, για μια εφεύρεση που χαρακτηρίστηκε επίσημα ως «Μετρητής Εναλλασσόμενου Ρεύματος Ηλεκτρικού Ρεύματος».

Ο συγγραφέας έδωσε την ακόλουθη περιγραφή της συσκευής: «Αυτός ο μετρητής αποτελείται ουσιαστικά από ένα μεταλλικό περιστρεφόμενο σώμα, όπως ένας δίσκος ή ένας κύλινδρος, στον οποίο επιδρούν δύο μαγνητικά πεδία που είναι εκτός φάσης μεταξύ τους.

Αυτή η μετατόπιση φάσης προκύπτει από το γεγονός ότι το ένα πεδίο δημιουργείται από το κύριο ρεύμα, ενώ το άλλο πεδίο δημιουργείται από ένα πηνίο υψηλής αυτοεπαγωγής που μετατρέπει τα σημεία στο κύκλωμα μεταξύ των οποίων μετράται η κατανάλωση ισχύος.

Ωστόσο, τα μαγνητικά πεδία δεν τέμνονται σε ένα σώμα περιστροφής, όπως στον γνωστό μηχανισμό της Ferrari, αλλά διέρχονται από διαφορετικά μέρη του ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. » Οι πρώτοι πάγκοι που παρήγαγε η Ganz, όπου δούλευε ο Blatti, στερεώθηκαν σε ξύλινη βάση και ζύγιζαν 23 κιλά.

Φυσικά, ταυτόχρονα, το ίδιο χαρακτηριστικό και των δύο πεδίων ανακάλυψε ένας άλλος πρωτοπόρος της ηλεκτρολόγος μηχανικής, ο Oliver Blackburn Shellenberger. Και το 1894, ανέπτυξε έναν μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας για συστήματα AC. Ο μηχανισμός βίδας παρείχε ροπή.

Ωστόσο, αυτός ο μετρητής δεν είναι κατάλληλος για εργασία με ηλεκτρικούς κινητήρες, καθώς δεν παρέχει το στοιχείο τάσης που απαιτείται για τη μέτρηση συντελεστής ισχύος.

Αυτός ο μετρητής ήταν ελαφρώς μικρότερος από τη συσκευή Blati, αλλά και αρκετά ογκώδης και αρκετά βαρύς - ζύγιζε 41 κιλά, δηλαδή πάνω από 16 κιλά. Μόνο το 1914, το βάρος της συσκευής μειώθηκε στα 2,6 κιλά.

Δεν υπάρχει όριο στην τελειότητα

Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι στις αρχές του 20ου αιώνα, ο πάγκος έγινε μέρος της καθημερινής πρακτικής. Αυτό επιβεβαιώνεται και από την εμφάνιση του πρώτου προτύπου μέτρησης. Εκδόθηκε από το Αμερικανικό Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων (ANSI) το 1910.

Χαρακτηριστικά, εκτός από την αναγνώριση της σημασίας της επιστημονικής σημασίας των συσκευών μέτρησης, το πρότυπο τονίζει επίσης τη σημασία του εμπορικού στοιχείου. Το πρώτο γνωστό πρότυπο μέτρησης της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC) χρονολογείται από το 1931.

Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα, οι συσκευές είχαν υποστεί πολλές αλλαγές, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η μείωση του βάρους και των διαστάσεων: επέκταση του εύρους φορτίου, αντιστάθμιση για αλλαγές στον συντελεστή φορτίου, τάση και θερμοκρασία, εμφάνιση μπάλας ρουλεμάν και μαγνητικά ρουλεμάν (τα οποία μείωσαν σημαντικά την τριβή). Βελτιώθηκαν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρομαγνητών φρένων και η αφαίρεση λαδιού από τη βάση και τον μηχανισμό μέτρησης, γεγονός που αύξησε τη διάρκεια ζωής.

Ταυτόχρονα, εμφανίστηκαν νέοι τύποι μετρητών - μετρητής πολλαπλών τιμών, μετρητής αιχμής, μετρητής προπληρωμένης ενέργειας, καθώς και τριφασικοί μετρητές επαγωγής. Το τελευταίο χρησιμοποιεί δύο ή τρία συστήματα μέτρησης τοποθετημένα σε έναν, δύο ή τρεις δίσκους. Το 1934, εμφανίστηκε ένας μετρητής ενεργού και αντιδραστικής ενέργειας που αναπτύχθηκε από την Landis & Gyr.

Η περαιτέρω πορεία της επιστημονικής και τεχνικής προόδου, καθώς και η ανάπτυξη σχέσεων αγοράς, βρήκαν έκφραση στην παραγωγή συσκευών μέτρησης. Η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών είχε σοβαρό αντίκτυπο - στη δεκαετία του 1970, μαζί με τις επαγωγικές συσκευές μέτρησης, εμφανίστηκαν και ηλεκτρονικές συσκευές μέτρησης. Φυσικά, αυτό επέκτεινε σημαντικά τη λειτουργικότητα των συσκευών. Πρώτα απ 'όλα, είναι αυτοματοποιημένα λογιστικά συστήματα (ASKUE), λειτουργία πολλαπλών δασμών.

Στη συνέχεια, οι λειτουργίες του μετρητή επεκτάθηκαν ακόμη περισσότερο και ξεπέρασαν τα όρια της αναφοράς μόνο ενέργειας και πόρων, όπως η προστασία από ορατές παραβιάσεις, η προπληρωμή, ο έλεγχος εξισορρόπησης φορτίου και μια σειρά από άλλες λειτουργίες.Οι μετρήσεις διαβάζονται από ηλεκτρικά δίκτυα, τηλεφωνικές γραμμές ή ασύρματα κανάλια μετάδοσης δεδομένων.