Elektros skaitiklio istorija

19 ir 20 amžiai pasirodė neįprastai dosnūs mokslo atradimams, ypač elektromagnetizmo srityje. „Žemasis startas“ mokslo ir technikos pažangai ateinantiems 150 metų buvo duotas praėjusio amžiaus 2 dešimtmetyje. Andre Marie Ampere atrado elektros srovių sąveikąPo jo 1827 m. apsigyveno Georgas Simonas Ohmas ryšys tarp srovės ir įtampos laiduose… Galiausiai, 1831 m., Michaelas Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos dėsnis, kuriais grindžiami šių pagrindinių išradimų – generatoriaus, transformatoriaus, elektros variklio – veikimo principai.

Elektra tapo preke, kaip žinoma, dėka dinamo, kurį nepriklausomai išrado vengrų fizikas Anzós Jedlik ir vokiečių elektros išradėjas Werneris von Siemensas atitinkamai 1861 ir 1867 m. Nuo tada elektros energijos gamyba tvirtai įsitvirtino komerciniame kelyje.

Reikia pasakyti, kad tuo metu išradimai ir atradimai „laukė“ kiekviename žingsnyje.Elektros lempos, dinamo, elektros variklio, transformatoriaus idėjos tarsi savaime išsikristalizavo priešingose ​​planetos vietose.

Kažkas panašaus nutiko ir su skaitikliu, kurį vėliau prisiminė indukcinio skaitiklio „autorius“ (o kartu ir išradėjas transformatorius) Vengrijos elektros inžinierius Otto Titus Blaty: „Mokslas buvo kaip atogrąžų miškas. Jam reikėjo tik gero kirvio ir kur pataikysi, galėjai nukirsti didžiulį medį. «

Pirmasis elektros skaitiklio patentas buvo išduotas 1872 metais amerikiečių išradėjui Samueliui Gardineriui. Jo prietaisas matuoja laiką, per kurį elektra pasiekia įkrovimo tašką. Vienintelė sąlyga (tai taip pat yra įrenginio trūkumas), kad visos valdomos lempos turi būti prijungtos prie vieno jungiklio.

Naujų elektros skaitiklių veikimo principų sukūrimas tiesiogiai susijęs su elektros skirstymo sistemos tobulinimu ir optimizavimu. Bet kadangi tuo metu ši sistema dar buvo formuojama, nebuvo galima tiksliai pasakyti, kuris principas būtų optimalus. Todėl praktikoje vienu metu buvo išbandytos kelios alternatyvios versijos.

Kiek sveria kilovatas?

Pavyzdžiui, jei dinamas leido gaminti didelius kiekius elektros, tada Thomas Edisono lemputė prisidėjo prie plataus apšvietimo tinklo sukūrimo. Dėl to Gardiner skaitiklis prarado savo aktualumą ir buvo pakeistas elektrolitiniu skaitikliu.

Ankstyviausiu plačiajuosčio elektros skaitiklių naudojimo etapu elektra buvo tiesiogine prasme „sveriama“. Šiuo principu veikia elektrolitinis matuoklis, kurį išrado tas pats Thomas Alva Edisonas.Tiesą sakant, skaitiklio skaitiklis buvo elektrolitinis, kur skaičiavimo laikotarpio pradžioje buvo dedama labai tiksliai pasverta (kiek tuo metu buvo įmanoma) varinė plokštelė.

Srovei pratekėjus per elektrolitą, nusėda varis. Pasibaigus ataskaitiniam laikotarpiui, plokštelė buvo dar kartą pasverta ir elektros sąnaudos apmokestinamos pagal svorio skirtumą. Šis principas pirmą kartą buvo pritaikytas 1881 m. ir buvo sėkmingai naudojamas iki XIX amžiaus pabaigos.

Pažymėtina, kad šis mokestis skaičiuojamas kubinėmis pėdomis dujų, kurios buvo panaudotos sunaudotai elektros energijai gaminti. Taip buvo sukalibruotas „Edison“ elektrolizatorius.Tada, patogumo dėlei, Edisonas savo prietaise įrengė skaičiavimo mechanizmą – kitu atveju rodmenų paėmimas iš matavimo prietaiso energetikos įmonėms atrodė itin sunkus, o vartotojui visiškai neįmanomas procesas. Tačiau patogumas mažai ką pridėjo.

Be to, elektrolitiniai skaitikliai (tuo metu Siemens Shuckert gamino vandens skaitiklį, o Schott & Gen – gyvsidabrio skaitiklį) turėjo dar vieną reikšmingą bendrą trūkumą. Jie gali įrašyti tik ampervalandes ir likti nejautrūs įtampos svyravimams.

Lygiagrečiai su elektrolitiniu skaitikliu atsirado švytuoklės skaitiklis. Pirmą kartą jos veikimo principą tais pačiais 1881 metais aprašė amerikiečiai Williamas Edwardas Ayrtonas ir Johnas Perry. Tačiau nuo tada, kaip jau minėta, idėjos sklandė ore, nenuostabu, kad po trejų metų lygiai tokį patį skaitiklį Vokietijoje pastatė Hermannas Aronas.

Patobulintame skaitiklyje yra dvi švytuoklės su ritėmis, prijungtomis prie srovės šaltinio. Po švytuokle buvo dedamos dar dvi ritės priešingomis apvijomis.Švytuoklė dėl ritinių sąveikos veikiant elektros apkrovai judėjo greičiau nei be jos.

Kita vertus, kitas judėjo lėčiau. Tuo pačiu metu švytuoklės kas minutę keitė savo funkcijas, kad kompensuotų pradinio virpesių dažnio skirtumą. Kelionės skirtumas atsižvelgiama į skaičiavimo mechanizmą. Įjungus maitinimą, laikrodis buvo paleistas.

Pokyčių vėjas

Švytuokliniai skaitikliai nebuvo pigus „malonumas“, nes juose buvo du ištisi laikrodžiai. Tuo pačiu metu jie leido nustatyti ampervalandes arba vatvalandes, todėl jos buvo netinkamos kintamos srovės veikimui.

Revoliucinis atradimas savaip kintamoji srovė, pagaminti (žinoma, nepriklausomai vienas nuo kito) italų Galileo Ferraris (1885) ir Nikola Tesla (1888), buvo akstinas kitam matavimo prietaisų tobulinimo etapui.

1889 metais buvo sukurtas variklio skaitiklis. Jį „General Electric“ sukūrė amerikiečių inžinierius Elihus Thomsonas.

Prietaisas buvo armatūros variklis be metalinės šerdies. Kolektoriaus įtampa paskirstoma per ritę ir rezistorių. Srovė varo statorių, todėl sukimo momentas yra proporcingas įtampos ir srovės sandaugai. Nuolatinis elektromagnetas, veikiantis prie armatūros pritvirtintą aliuminio diską, suteikia stabdymo momentą. Reikšmingiausias elektros skaitiklio trūkumas yra kolektorius.

Kaip žinote, tuo metu mokslo bendruomenėje nebuvo sutarimo, kuri iš sistemų remiantis nuolatine arba kintama srove – bus perspektyviausias… Thomson aprašytas skaitiklis visų pirma skirtas nuolatinei srovei.

Tuo tarpu argumentų kintamosios srovės naudai daugėja, nes nuolatinės srovės naudojimas neleidžia keisti įtampos ir dėl to kurti didesnes sistemas. Kintamoji srovė vis plačiau buvo naudojama, o XX amžiaus pradžioje kintamosios srovės sistemos elektrotechnikos praktikoje pradėjo palaipsniui keisti nuolatinę srovę.

Šis George'ui Westinghouse'ui (kuris įsigijo Tesla patentus dėl kintamosios srovės naudojimo) nustatė elektros energijos apskaitos užduotį ir ši apskaita turėjo būti kuo tikslesnė. Per šį laikotarpį (taip pat susijęs su transformatoriaus išradimu) įrenginys buvo patentuotas, kuris iš tikrųjų buvo prototipas. modernus kintamosios srovės matuoklis... Istorija taip pat turi keletą indukcinio skaitiklio „išradėjų“.

Pirmasis indukcinis matavimo prietaisas vadinamas „Ferraris meter“, nors jis jo visai nesurinko. „Ferrari“ nuopelnas yra toks atradimas: du besisukantys laukai, kurių fazė nėra kintamoji srovė, sukelia vientiso rotoriaus – disko arba cilindro – sukimąsi. Indukcijos principu veikiantys skaitikliai gaminami ir šiandien.

Vengrijos inžinierius Otto Titus Blaty, taip pat žinomas kaip transformatoriaus išradėjas, pasiūlė savo indukcinio matuoklio versiją. 1889 m. jis iš karto gavo du patentus, vokišką numerį 52 793 ir JAV numerį 423 210, išradimui, oficialiai pavadintam "kintamos srovės elektros skaitikliu".

Autorius pateikė tokį įrenginio aprašymą: „Šis skaitiklis iš esmės susideda iš metalinio besisukančio korpuso, pavyzdžiui, disko ar cilindro, kurį veikia du magnetiniai laukai, kurie yra nefaziniai vienas su kitu.

Šis fazės poslinkis atsiranda dėl to, kad vieną lauką generuoja pagrindinė srovė, o kitą lauką sukuria didelės savaiminės induktyvumo ritė, nukreipianti grandinės taškus, tarp kurių matuojamas energijos suvartojimas.

Tačiau magnetiniai laukai nesikerta revoliucijos kūne, kaip gerai žinomame Ferrari mechanizme, o praeina pro skirtingas jo dalis nepriklausomai viena nuo kitos. » Pirmieji Ganz gaminami stalviršiai, kuriuose dirbo Blatti, buvo pritvirtinti ant medinio pagrindo ir svėrė 23 kg.

Žinoma, tuo pačiu metu tą pačią abiejų sričių charakteristiką atrado kitas elektrotechnikos pradininkas Oliveris Blackburnas Shellenbergeris. O 1894 metais jis sukūrė elektros skaitiklį kintamosios srovės sistemoms. Sraigtinis mechanizmas suteikė sukimo momentą.

Tačiau šis matuoklis netinka darbui su elektros varikliais, nes nesuteikia matavimui reikalingo įtampos elemento galios koeficientas.

Šis skaitiklis buvo šiek tiek mažesnis nei „Blati“ prietaisas, tačiau taip pat gana tūrinis ir gana sunkus – jis svėrė 41 kilogramą, tai yra daugiau nei 16 kg. Tik 1914 metais prietaiso svoris buvo sumažintas iki 2,6 kg.

Tobulumui ribų nėra

Taigi galima teigti, kad XX amžiaus pradžioje skaitiklis tapo kasdienės praktikos dalimi. Tai patvirtina ir pirmojo matavimo etalono pasirodymas. Jį 1910 metais išleido Amerikos nacionalinis standartų institutas (ANSI).

Būdinga tai, kad standarte ne tik pripažįstama matavimo prietaisų mokslinė reikšmė, bet ir pabrėžiama komercinio komponento svarba. Pirmasis žinomas Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) matavimo standartas datuojamas 1931 m.

Iki XX amžiaus pradžios prietaisai patyrė daugybę pakeitimų, neatsižvelgiant į svorio ir matmenų sumažėjimą: apkrovos diapazono išplėtimas, apkrovos koeficiento, įtampos ir temperatūros pokyčių kompensavimas, rutulio išvaizda. guoliai ir magnetiniai guoliai (tai žymiai sumažino trintį). Patobulintos stabdžių elektromagnetų kokybės charakteristikos ir alyvos pašalinimas iš atramos bei skaičiavimo mechanizmas, dėl ko pailgėjo tarnavimo laikas.

Tuo pačiu metu atsirado naujų tipų skaitikliai - kelių tarifų skaitiklis, didžiausios apkrovos skaitiklis, išankstinio apmokėjimo energijos skaitiklis, taip pat trifaziai indukciniai skaitikliai. Pastarasis naudoja dvi ar tris matavimo sistemas, sumontuotas ant vieno, dviejų ar trijų diskų. 1934 metais pasirodė bendrovės „Landis & Gyr“ sukurtas aktyviosios ir reaktyviosios energijos matuoklis.

Tolimesnė mokslo ir technikos pažangos eiga bei rinkos santykių raida išreiškė išraišką matavimo prietaisų gamyboje. Didelės įtakos turėjo elektronikos raida – aštuntajame dešimtmetyje kartu su indukciniais matavimo prietaisais atsirado ir elektroniniai matavimo prietaisai. Natūralu, kad tai labai išplėtė įrenginių funkcionalumą. Visų pirma, tai yra automatizuotos apskaitos sistemos (ASKUE), kelių tarifų režimas.

Vėliau skaitiklio funkcijos dar labiau išsiplėtė ir peržengė tik energijos ir resursų atskaitomybės ribas – tai apsauga nuo matomų pažeidimų, išankstinis apmokėjimas, apkrovos balansavimo kontrolė ir daugybė kitų funkcijų.Rodmenys nuskaitomi iš elektros tinklų, telefono linijų ar belaidžio duomenų perdavimo kanalų.