Elektrik sayacının tarihi

19. ve 20. yüzyıllar, özellikle elektromanyetizma alanında, bilimsel keşiflerde alışılmadık derecede cömert davrandılar. Önümüzdeki 150 yıl için bilimsel ve teknik ilerlemenin "düşük başlangıcı" 1920'lerde verildi. Andre Marie Ampere tarafından elektrik akımlarının etkileşiminin keşfi… Georg Simon Ohm, 1827'de ondan sonra yerleşti. kablolarda akım ve gerilim arasındaki ilişki… Sonunda, 1831'de Michael Faraday keşfetti elektromanyetik indüksiyon kanunu, aşağıdaki önemli icatların çalışma ilkelerinin temelini oluşturan - jeneratör, trafo, elektrik motoru.

Macar fizikçi Anzós Jedlik ve Alman elektrik mucidi Werner von Siemens tarafından sırasıyla 1861 ve 1867'de bağımsız olarak icat edilen dinamo sayesinde elektrik, bilindiği üzere bir meta haline geldi. O zamandan beri, elektrik üretimi ticari bir yolda sağlam bir şekilde kurulmuştur.

O zamanlar icatların ve keşiflerin her fırsatta "beklediği" söylenmelidir.Elektrik lambası, dinamo, elektrik motoru, trafo fikirleri gezegenin zıt köşelerinde sanki kendi kendilerine kristalleşti.

Benzer bir şey, daha sonra indüksiyon sayacının "yazarı" (ve aynı zamanda ortak mucit) tarafından hatırlanan sayaçta da oldu. trafo) Macar elektrik mühendisi Otto Titus Blaty: “Bilim bir yağmur ormanı gibiydi. Tek ihtiyacı olan iyi bir baltaydı ve nereye vurursan vur büyük bir ağacı kesebilirsin. «

Bir elektrik sayacı için ilk patent 1872'de Amerikalı mucit Samuel Gardiner'e verildi. Cihazı, elektriğin şarj noktasına ulaşması için geçen süreyi ölçer. Tek koşul (bu aynı zamanda cihazın bir dezavantajıdır), kontrol edilen tüm lambaların bir anahtara bağlanması gerektiğidir.

Elektrik sayaçlarının çalışması için yeni ilkelerin oluşturulması, elektrik dağıtım sisteminin iyileştirilmesi ve optimizasyonu ile doğrudan ilgilidir. Ancak o zamanlar bu sistem hala oluşturulduğu için hangi prensibin en uygun olacağını kesin olarak söylemek imkansızdı. Bu nedenle, birkaç alternatif versiyon aynı anda pratikte test edildi.

Bir kilovatın ağırlığı ne kadardır?

Örneğin, dinamo önemli hacimlerde elektrik üretmeyi mümkün kıldıysa, o zaman Thomas Edison ampulü geniş bir aydınlatma ağının oluşturulmasına katkıda bulundu. Sonuç olarak, Gardiner sayacı alaka düzeyini kaybetti ve yerini bir elektrolitik sayaç aldı.

Elektrik sayaçlarının yaygınlaşmasının ilk evrelerinde elektrik tam anlamıyla "ağırlıklıydı". Aynı Thomas Alva Edison tarafından icat edilen elektrolitik sayaç bu prensipte çalışır.Aslında, sayaç sayacı elektrolitikti ve sayım periyodunun başında çok doğru bir şekilde tartılmış (o sırada mümkün olduğu kadar) bir bakır levha yerleştirildi.

Akımın elektrolit içinden geçmesi sonucunda bakır biriktirilir. Raporlama dönemi sonunda plaka tekrar tartılmış ve ağırlık farkına göre elektrik tüketimi faturalanmıştır. Bu ilke ilk olarak 1881'de uygulanmış ve 19. yüzyılın sonuna kadar başarıyla kullanılmıştır.

Bu ücretin, tüketilen elektriği üretmek için kullanılan gazın fit küpü cinsinden hesaplanması dikkat çekicidir. Bir Edison elektrolizörü bu şekilde kalibre edildi.Ardından, kolaylık sağlamak için Edison, cihazını bir sayma mekanizması ile donattı - aksi takdirde, bir ölçüm cihazından okuma almak, enerji şirketleri için son derece zor ve tüketici için tamamen imkansız görünen bir süreçti. Ancak, kolaylık çok az eklendi.

Ek olarak, elektrolitik sayaçların (o sırada Siemens Shuckert bir su sayacı ve Schott & Gen bir cıva ölçer üretti) başka bir önemli ortak dezavantajı vardı. Yalnızca amper-saatleri kaydedebilir ve voltaj dalgalanmalarına karşı duyarsız kalabilirler.

Elektrolitik sayaca paralel olarak bir sarkaç sayacı belirdi. İlk kez, eyleminin ilkesi aynı yıl 1881'de Amerikalı William Edward Ayrton ve John Perry tarafından tanımlandı. Ancak o zamandan beri, daha önce de belirtildiği gibi, fikirler havada uçuşuyordu, üç yıl sonra olması şaşırtıcı değil tamamen aynı tezgah Almanya'da Hermann Aron tarafından yapılmıştır.

Geliştirilmiş bir formda, sayaç, bir akım kaynağına bağlı bobinlere sahip iki sarkaçla donatılmıştır. Zıt sargılara sahip iki bobin daha sarkacın altına yerleştirildi.Bir elektrik yükü altında bobinlerin etkileşiminin bir sonucu olarak bir sarkaç, onsuz olduğundan daha hızlı hareket etti.

Diğeri ise daha yavaş hareket ediyordu. Aynı zamanda, sarkaçlar, başlangıçtaki salınım frekansındaki farkı telafi etmek için her dakika işlevlerini değiştirdiler. Seyahatteki fark, sayma mekanizmasında hesaba katılır. Güç verildiğinde, saat başlatıldı.

Değişim rüzgarı

Sarkaç sayaçları, iki tam saat içerdikleri için ucuz bir "zevk" değildi. Aynı zamanda, amper-saat veya watt-saat değerlerini sabitlemeyi mümkün kıldılar, bu da onları AC çalışması için uygun hale getirmedi.

Kendi tarzında devrim niteliğinde bir keşif alternatif akımİtalyan Galileo Ferraris (1885) ve Nikola Tesla (1888) tarafından (elbette birbirinden bağımsız olarak) yapılan , ölçüm cihazlarının geliştirilmesinde bir sonraki aşama için bir teşvik görevi gördü.

1889'da bir motor sayacı geliştirildi. General Electric için Amerikalı mühendis Elihu Thomson tarafından tasarlandı.

Cihaz, metal çekirdeği olmayan bir armatür motoruydu. Kolektördeki voltaj, bobin ve direnç boyunca dağıtılır. Akım statoru çalıştırır ve gerilim ile akımın çarpımı ile orantılı torkla sonuçlanır. Armatüre bağlı bir alüminyum disk üzerinde hareket eden kalıcı bir elektromıknatıs, bir frenleme torku sağlar. Elektrik sayacının en önemli dezavantajı toplayıcıdır.

Bildiğiniz gibi, o zamanlar bilim camiasında hangi sistemlerin— doğru akıma veya alternatif akıma dayalı — en umut verici olacak… Thomson tarafından açıklanan sayaç, öncelikle doğru akım için tasarlanmıştır.

Bu arada, doğru akımın kullanılması voltaj değişikliklerine ve sonuç olarak daha büyük sistemlerin oluşturulmasına izin vermediğinden, alternatif akım lehine olan argümanlar büyüyor. Alternatif akım giderek daha yaygın bir kullanım alanı buldu ve 20. yüzyılın başında alternatif akım sistemleri, elektrik mühendisliği pratiğinde kademeli olarak doğru akımın yerini almaya başladı.

Bu, (alternatif akımın kullanımı için Tesla'nın patentlerini alan) George Westinghouse'a elektriğin muhasebesini yapma görevini verdi ve bu muhasebenin mümkün olduğu kadar doğru olması gerekiyordu. Bu dönemde (aynı zamanda transformatörün icadıyla da ilişkilidir), aslında prototip olan cihazın patenti alındı. modern AC metre... Tarih ayrıca tümevarım sayacının birkaç "mucit babasına" sahiptir.

İlk indüksiyon ölçüm cihazına, hiç monte etmemiş olmasına rağmen, «Ferraris metre» denir. Ferrari'nin takdirine şu keşif oldu: Alternatif akımla faz dışı olan iki dönen alan, katı bir rotorun - bir diskin veya silindirin - dönmesine neden olur. İndüksiyon prensibine dayalı sayaçlar günümüzde hala üretilmektedir.

Transformatörün mucidi olarak da bilinen Macar mühendis Otto Titus Blaty, kendi indüksiyon ölçer versiyonunu önerdi. 1889'da, resmi olarak "Alternatif Akım Elektrik Sayacı" olarak adlandırılan bir buluş için aynı anda iki patent aldı, Alman numarası 52,793 ve ABD numarası 423,210.

Yazar, cihazın tanımını şu şekilde vermiştir: “Bu sayaç, esas olarak, birbiriyle faz dışı olan iki manyetik alan tarafından hareket ettirilen disk veya silindir gibi dönen metalik bir gövdeden oluşur.

Bu faz kayması, bir alanın ana akım tarafından üretilmesinden, diğer alanın ise devrede güç tüketiminin ölçüldüğü noktaları şant eden yüksek öz endüktanslı bir bobin tarafından üretilmesinden kaynaklanır.

Ancak manyetik alanlar, ünlü Ferrari mekanizmasında olduğu gibi bir dönüş gövdesinde kesişmez, birbirinden bağımsız olarak onun farklı kısımlarından geçer. » Blatti'nin çalıştığı Ganz tarafından üretilen ilk tezgahlar ahşap bir taban üzerine sabitlendi ve 23 kg ağırlığındaydı.

Elbette, aynı zamanda, her iki alanın da aynı özelliği, elektrik mühendisliğinin bir başka öncüsü olan Oliver Blackburn Shellenberger tarafından keşfedildi. Ve 1894'te AC sistemleri için bir elektrik sayacı geliştirdi. Vida mekanizması tork sağladı.

Ancak bu sayaç ölçüm için gerekli gerilim elemanını sağlamadığından elektrik motorları ile çalışmaya uygun değildir. güç faktörü.

Bu sayaç, Blati cihazından biraz daha küçüktü, ama aynı zamanda oldukça hantal ve oldukça ağırdı - 41 kilogram, yani 16 kg'dan fazlaydı. Sadece 1914'te cihazın ağırlığı 2,6 kg'a düşürüldü.

Mükemmelliğin sınırı yok

Böylece 20. yüzyılın başında tezgahın gündelik pratiğin bir parçası haline geldiği söylenebilir. Bu, ilk ölçüm standardının ortaya çıkmasıyla da doğrulanır. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) tarafından 1910 yılında yayınlanmıştır.

Karakteristik olarak, standart, ölçüm cihazlarının bilimsel öneminin önemini kabul etmenin yanı sıra ticari bileşenin önemini de vurgulamaktadır. Bilinen ilk Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) ölçüm standardı 1931 yılına dayanmaktadır.

20. yüzyılın başlarında, cihazlar, ağırlık ve boyutlardaki azalma dikkate alınmadan bir dizi değişikliğe uğradı: yük aralığının genişletilmesi, yük faktöründeki değişikliklerin telafisi, voltaj ve sıcaklık, topun görünümü yataklar ve manyetik yataklar (sürtünmeyi önemli ölçüde azaltan). Fren elektromıknatıslarının kalite özellikleri ve yağın destekten ve sayma mekanizmasından çıkarılması iyileştirildi ve bu da hizmet ömrünü artırdı.

Aynı zamanda, yeni sayaç türleri ortaya çıktı - çok tarifeli sayaç, pik yük ölçer, ön ödemeli enerji sayacı ve üç fazlı indüksiyon sayaçları. İkincisi, bir, iki veya üç disk üzerine monte edilmiş iki veya üç ölçüm sistemi kullanır. 1934 yılında Landis & Gyr tarafından geliştirilen aktif ve reaktif enerji ölçer ortaya çıktı.

Bilimsel ve teknik ilerlemenin yanı sıra pazar ilişkilerinin gelişmesi, ölçüm cihazlarının üretiminde ifadesini buldu. Elektroniğin gelişiminin ciddi bir etkisi oldu - 1970'lerde indüksiyon ölçüm cihazlarıyla birlikte elektronik ölçüm cihazları ortaya çıktı. Doğal olarak, bu, cihazların işlevselliğini büyük ölçüde genişletti. Her şeyden önce, otomatik muhasebe sistemleri (ASKUE), çoklu tarife modu.

Daha sonra, sayacın işlevleri daha da genişledi ve yalnızca enerji ve kaynak raporlama sınırlarının ötesine geçti.Bu, görünür ihlallere karşı koruma, ön ödeme, yük dengeleme kontrolü ve bir dizi başka işlevi içerir.Okumalar elektrik şebekelerinden, telefon hatlarından veya kablosuz veri iletim kanallarından okunur.