تاريخ عداد الكهرباء

أثبت القرنان التاسع عشر والعشرين سخاءً غير عادي في الاكتشافات العلمية ، خاصة في مجال الكهرومغناطيسية. أعطيت "البداية المنخفضة" للتقدم العلمي والتقني خلال الـ 150 سنة القادمة في عشرينيات القرن الماضي. اكتشاف تفاعل التيارات الكهربائية بواسطة أندريه ماري أمبير… استقر جورج سيمون أوم من بعده عام 1827 العلاقة بين التيار والجهد في الأسلاك... أخيرًا ، في عام 1831 ، اكتشف مايكل فاراداي قانون الحث الكهرومغناطيسي، والتي تكمن وراء مبادئ تشغيل الاختراعات الرئيسية التالية - مولد ، محول ، محرك كهربائي.

أصبحت الكهرباء سلعة ، كما هو معروف ، بفضل الدينامو ، اخترعها بشكل مستقل الفيزيائي المجري أنزوس جيدليك والمخترع الكهربائي الألماني فيرنر فون سيمنز في عامي 1861 و 1867 على التوالي. منذ ذلك الحين ، تم ترسيخ توليد الطاقة على مسار تجاري.

يجب أن يقال أنه في ذلك الوقت كانت الاختراعات والاكتشافات "تنتظر" عند كل منعطف.تبلورت أفكار المصباح الكهربائي ، الدينامو ، المحرك الكهربائي ، المحولات كما لو كانت في أجزاء متقابلة من الكوكب.

حدث شيء مشابه مع العداد ، والذي تم استدعاؤه لاحقًا بواسطة "مؤلف" عداد الاستقراء (وفي نفس الوقت المخترع المشارك محول) المهندس الكهربائي المجري أوتو تيتوس بلاتي: "كان العلم أشبه بالغابة المطيرة. كل ما يحتاجه هو فأس جيد وحيثما تضرب يمكنك قطع شجرة ضخمة. «

صدرت أول براءة اختراع لعداد كهربائي في عام 1872 للمخترع الأمريكي صموئيل جاردينر. يقيس جهازه الوقت الذي تستغرقه الكهرباء للوصول إلى نقطة الشحن. الشرط الوحيد (هذا أيضًا عيب في الجهاز) هو أنه يجب توصيل جميع المصابيح التي يتم التحكم فيها بمفتاح واحد.

يرتبط إنشاء مبادئ جديدة لتشغيل عدادات الكهرباء ارتباطًا مباشرًا بتحسين وتحسين نظام توزيع الكهرباء. ولكن منذ ذلك الوقت كان هذا النظام لا يزال قيد التكوين ، كان من المستحيل أن نقول على وجه اليقين أي مبدأ سيكون الأمثل. لذلك ، تم اختبار العديد من الإصدارات البديلة عمليًا في نفس الوقت.

كم يزن الكيلووات؟

على سبيل المثال ، إذا أتاح الدينامو إمكانية إنتاج الكهرباء بكميات كبيرة ، فإن مصباح Thomas Edison الكهربائي ساهم في إنشاء شبكة إضاءة واسعة النطاق. نتيجة لذلك ، فقد عداد غاردينر أهميته وتم استبداله بعداد التحليل الكهربائي.

في المرحلة الأولى من الاستخدام الواسع لعدادات الكهرباء ، كانت الكهرباء "مرجحة" حرفيًا. يعمل مقياس التحليل الكهربائي ، الذي اخترعه نفس توماس ألفا إديسون ، على هذا المبدأ.في الواقع ، كان عداد العداد كهربائيا ، حيث تم وضع لوحة نحاسية وزنها بدقة (بقدر الإمكان في ذلك الوقت) في بداية فترة العد.

نتيجة لمرور التيار عبر المنحل بالكهرباء ، يترسب النحاس. في نهاية الفترة المشمولة بالتقرير ، تم وزن اللوحة مرة أخرى وتم احتساب استهلاك الكهرباء على أساس الفرق في الوزن. تم تطبيق هذا المبدأ لأول مرة في عام 1881 واستخدم بنجاح حتى نهاية القرن التاسع عشر.

يشار إلى أن هذه الرسوم تحسب بالأقدام المكعبة من الغاز الذي تم استخدامه لتوليد الكهرباء المستهلكة. هذه هي الطريقة التي تمت بها معايرة المحلل الكهربائي من Edison. ثم ، للراحة ، قام Edison بتجهيز جهازه بآلية عد - وإلا ، فإن أخذ القراءات من جهاز القياس بدا أنه عملية صعبة للغاية بالنسبة لشركات الطاقة ومستحيلة تمامًا بالنسبة للمستهلك. ومع ذلك ، أضافت الراحة القليل.

بالإضافة إلى ذلك ، عدادات التحليل الكهربائي (في ذلك الوقت أنتجت شركة Siemens Shuckert عدادًا للمياه و Schott & Gen مقياسًا للزئبق) عيبًا شائعًا آخر. يمكنهم فقط تسجيل ساعات أمبير ويظلوا غير حساسين لتقلبات الجهد.

بالتوازي مع عداد التحليل الكهربائي ، ظهر عداد البندول. لأول مرة ، وصف الأمريكان ويليام إدوارد أيرتون وجون بيري مبدأ عملها في نفس العام 1881. ولكن منذ ذلك الحين ، كما ذكرنا سابقًا ، كانت الأفكار تطفو في الهواء ، فليس من المستغرب أنه بعد ثلاث سنوات تم بناء نفس العداد بالضبط في ألمانيا بواسطة هيرمان آرون.

في شكل محسّن ، يكون العداد مزودًا بنواسين مع ملفات متصلة بمصدر حالي. تم وضع ملفين آخرين مع اللفات المعاكسة تحت البندول.يتحرك البندول ، كنتيجة لتفاعل الملفات تحت حمل كهربائي ، أسرع منه بدونه.

من ناحية أخرى ، كان الآخر يتحرك ببطء أكثر. في الوقت نفسه ، غيرت البندولات وظائفها كل دقيقة لتعويض الاختلاف في التردد الأولي للتذبذب. يتم احتساب الفرق في السفر في آلية العد. عند بدء التشغيل ، بدأت الساعة.

رياح التغيير

لم تكن عدادات البندول "متعة" رخيصة لأنها تحتوي على ساعتين كاملتين. في الوقت نفسه ، جعلوا من الممكن إصلاح أمبير / ساعة أو واط / ساعة ، مما جعلهم غير مناسبين لتشغيل التيار المتردد.

اكتشاف ثوري بطريقته الخاصة التيار المتناوب، التي صنعتها (بالطبع ، بشكل مستقل عن بعضها البعض) من قبل الإيطالي Galileo Ferraris (1885) و Nikola Tesla (1888) ، كان بمثابة حافز للمرحلة التالية في تحسين أجهزة القياس.

في عام 1889 ، تم تطوير عداد للسيارات. تم تصميمه لشركة جنرال إلكتريك بواسطة المهندس الأمريكي إليهو طومسون.

كان الجهاز عبارة عن محرك حديد بدون قلب معدني. يتم توزيع الجهد عبر المجمع عبر الملف والمقاوم. يقود التيار الجزء الثابت ، مما يؤدي إلى عزم دوران يتناسب مع ناتج الجهد والتيار. يوفر المغناطيس الكهربائي الدائم الذي يعمل على قرص من الألومنيوم متصل بحافظة المحرك عزمًا للفرملة. أهم عيب في عداد الكهرباء هو المجمع.

كما تعلم ، لم يكن هناك إجماع في المجتمع العلمي في ذلك الوقت على أي من الأنظمة - على أساس التيار المباشر أو التيار المتردد - سيكون واعدًا للغاية… المقياس الذي وصفه طومسون مصمم أساسًا للتيار المباشر.

في غضون ذلك ، تتزايد الحجج المؤيدة للتيار المتردد ، لأن استخدام التيار المباشر لا يسمح بتغييرات الجهد ، ونتيجة لذلك ، إنشاء أنظمة أكبر. وجد التيار المتردد استخدامًا أكثر انتشارًا ، وفي بداية القرن العشرين ، بدأت أنظمة التيار المتردد في استبدال التيار المباشر تدريجياً في ممارسة الهندسة الكهربائية.

هذه المجموعة لجورج وستنجهاوس (الذي حصل على براءات اختراع تسلا لاستخدام التيار المتردد) مهمة حساب الكهرباء وهذه المحاسبة يجب أن تكون دقيقة قدر الإمكان. خلال هذه الفترة (المرتبطة أيضًا باختراع المحول) تم تسجيل براءة اختراع الجهاز ، والذي كان في الواقع النموذج الأولي متر التيار المتردد الحديثة… للتاريخ أيضًا العديد من "الآباء المخترعين" من عداد الاستقراء.

أول جهاز قياس للحث يسمى «مقياس فيراري» ، رغم أنه لم يقم بتجميعه على الإطلاق. يرجع الفضل في الفضل لفيراري إلى الاكتشاف التالي: هناك حقلين دوارين ، خارج الطور مع التيار المتردد ، يتسببان في دوران عضو دوار صلب - قرص أو أسطوانة. لا تزال العدادات القائمة على مبدأ الاستقراء تنتج اليوم.

اقترح المهندس المجري أوتو تيتوس بلاتي ، المعروف أيضًا باسم مخترع المحولات ، نسخته من مقياس الحث. في عام 1889 ، حصل على براءتي اختراع في وقت واحد ، رقم ألماني 52793 ورقم أمريكي 423،210 ، عن اختراع تم تحديده رسميًا باسم "عداد التيار الكهربائي المتناوب".

قدم المؤلف الوصف التالي للجهاز: "يتكون هذا العداد أساسًا من جسم معدني دوار ، مثل قرص أو أسطوانة ، يعمل عليهما مجالان مغناطيسيان خارج الطور مع بعضهما البعض.

ينتج هذا التحول في الطور من حقيقة أن مجالًا واحدًا يتم إنشاؤه بواسطة التيار الرئيسي ، بينما يتم إنشاء المجال الآخر بواسطة ملف تحريض ذاتي عالي يحول النقاط في الدائرة التي يتم قياس استهلاك الطاقة بينها.

ومع ذلك ، لا تتقاطع المجالات المغناطيسية في جسم ثورة ، كما هو الحال في آلية فيراري المعروفة ، ولكنها تمر عبر أجزاء مختلفة منها بشكل مستقل عن بعضها البعض. »أول أسطح عمل من إنتاج شركة جانز ، حيث عمل بلاتي ، تم تثبيتها على قاعدة خشبية ووزنها 23 كجم.

بالطبع ، في نفس الوقت ، تم اكتشاف نفس الخاصية لكلا الحقلين من قبل رائد آخر في الهندسة الكهربائية ، أوليفر بلاكبيرن شيلنبرغر. وفي عام 1894 طور عداد كهرباء لأنظمة التكييف. قدمت آلية اللولب عزم الدوران.

ومع ذلك ، فإن هذا العداد غير مناسب للعمل مع المحركات الكهربائية ، لأنه لا يوفر عنصر الجهد المطلوب للقياس عامل القوى.

كان هذا العداد أصغر قليلاً من جهاز Blati ، ولكنه أيضًا ضخم جدًا وثقيل جدًا - كان يزن 41 كجم ، أي أكثر من 16 كجم. فقط في عام 1914 ، انخفض وزن الجهاز إلى 2.6 كجم.

لا يوجد حد للكمال

وبالتالي ، يمكن القول أنه في بداية القرن العشرين ، أصبح العداد جزءًا من الممارسة اليومية. يتم تأكيد ذلك أيضًا من خلال ظهور معيار القياس الأول. تم إصداره من قبل المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI) في عام 1910.

بشكل مميز ، بالإضافة إلى الاعتراف بأهمية الأهمية العلمية لأجهزة القياس ، يؤكد المعيار أيضًا على أهمية المكون التجاري. يعود تاريخ أول معيار قياس معروف للجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) إلى عام 1931.

مع بداية القرن العشرين ، خضعت الأجهزة لعدد من التغييرات ، دون مراعاة انخفاض الوزن والأبعاد: توسيع نطاق الحمل ، والتعويض عن التغييرات في عامل التحميل ، والجهد ودرجة الحرارة ، وظهور الكرة المحامل والمحامل المغناطيسية (التي قللت بشكل كبير من الاحتكاك). تم تحسين خصائص الجودة للمغناطيس الكهربائي للفرامل وإزالة الزيت من الدعم وآلية العد ، مما زاد من عمر الخدمة.

في الوقت نفسه ، ظهرت أنواع جديدة من العدادات - عداد متعدد التعريفات ، مقياس تحميل الذروة ، عداد طاقة مدفوع مسبقًا ، بالإضافة إلى عدادات تحريض ثلاثية الطور. يستخدم الأخير نظامين أو ثلاثة أنظمة قياس مثبتة على قرص واحد أو قرصين أو ثلاثة. في عام 1934 ، ظهر مقياس طاقة نشط وتفاعلي تم تطويره بواسطة Landis & Gyr.

وجد المسار الإضافي للتقدم العلمي والتقني ، وكذلك تطوير علاقات السوق ، تعبيرًا في إنتاج أجهزة القياس. كان لتطوير الإلكترونيات تأثير خطير - في السبعينيات ، إلى جانب أجهزة قياس الحث ، ظهرت أجهزة قياس إلكترونية. وبطبيعة الحال ، أدى هذا إلى توسيع وظائف الأجهزة بشكل كبير. بادئ ذي بدء ، إنه كذلك أنظمة المحاسبة الآلية (ASKUE)، وضع متعدد التعريفات.

بعد ذلك ، توسعت وظائف العداد إلى أبعد من ذلك وتجاوزت حدود تقارير الطاقة والموارد فقط. ويشمل ذلك الحماية من الانتهاكات المرئية والدفع المسبق والتحكم في موازنة الحمل وعدد من الوظائف الأخرى.تتم قراءة القراءات من الشبكات الكهربائية أو خطوط الهاتف أو قنوات نقل البيانات اللاسلكية.