Lịch sử của đồng hồ đo điện

Thế kỷ 19 và 20 tỏ ra hào phóng một cách bất thường trong những khám phá khoa học, đặc biệt là trong lĩnh vực điện từ. "Khởi đầu thấp" của tiến bộ khoa học và kỹ thuật trong 150 năm tới đã được đưa ra vào những năm 1920. khám phá ra sự tương tác của dòng điện bởi Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm định cư sau ông vào năm 1827 quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong dây dẫn… Cuối cùng, vào năm 1831, Michael Faraday phát hiện ra định luật cảm ứng điện từ, làm nền tảng cho các nguyên tắc hoạt động của các phát minh quan trọng sau đây — máy phát điện, máy biến áp, động cơ điện.

Điện đã trở thành một loại hàng hóa, như đã biết, nhờ có máy phát điện, được phát minh độc lập bởi nhà vật lý người Hungary Anzós Jedlik và nhà phát minh điện người Đức Werner von Siemens lần lượt vào năm 1861 và 1867. Kể từ đó, việc sản xuất điện đã được thiết lập vững chắc trên con đường thương mại.

Phải nói rằng vào thời điểm đó, những phát minh và khám phá luôn “chờ đợi” ở mọi ngã rẽ.Những ý tưởng về đèn điện, máy phát điện, động cơ điện, máy biến áp kết tinh như thể chúng ở những phần đối diện của hành tinh.

Điều tương tự cũng xảy ra với bộ đếm, sau đó được "tác giả" của bộ đếm cảm ứng (đồng thời là nhà đồng phát minh) nhớ lại máy biến thế) Kỹ sư điện người Hungary Otto Titus Blaty: “Khoa học giống như một khu rừng nhiệt đới. Tất cả những gì anh ta cần là một chiếc rìu tốt và bất cứ nơi nào bạn đánh, bạn có thể chặt một cái cây lớn. «

Bằng sáng chế đầu tiên cho công tơ điện được cấp vào năm 1872 cho nhà phát minh người Mỹ Samuel Gardiner. Thiết bị của anh ta đo thời gian cần thiết để điện đến điểm sạc. Điều kiện duy nhất (đây cũng là nhược điểm của thiết bị) là tất cả các đèn được điều khiển phải được kết nối với một công tắc.

Việc tạo ra các nguyên tắc mới cho hoạt động của công tơ điện có liên quan trực tiếp đến việc cải thiện và tối ưu hóa hệ thống phân phối điện. Nhưng vì vào thời điểm đó hệ thống này vẫn đang được hình thành nên không thể nói chắc chắn nguyên tắc nào sẽ là tối ưu. Do đó, một số phiên bản thay thế đã được thử nghiệm trong thực tế cùng một lúc.

Một kilowatt nặng bao nhiêu?

Ví dụ, nếu máy phát điện có thể sản xuất điện với khối lượng đáng kể, thì bóng đèn Thomas Edison đã góp phần tạo ra một mạng lưới chiếu sáng rộng khắp. Do đó, bộ đếm Gardiner mất đi tính liên quan và được thay thế bằng bộ đếm điện phân.

Trong giai đoạn đầu tiên của việc sử dụng rộng rãi đồng hồ điện, điện được "trọng lượng" theo đúng nghĩa đen. Máy đo điện phân, được phát minh bởi Thomas Alva Edison, hoạt động theo nguyên tắc này.Trên thực tế, bộ đếm đồng hồ được điện phân, trong đó một tấm đồng được cân rất chính xác (càng xa càng tốt vào thời điểm đó) được đặt vào đầu giai đoạn đếm.

Do dòng điện chạy qua chất điện phân, đồng được lắng đọng. Vào cuối kỳ báo cáo, tấm được cân lại và mức tiêu thụ điện được tính dựa trên sự khác biệt về trọng lượng. Nguyên tắc này lần đầu tiên được áp dụng vào năm 1881 và được sử dụng thành công cho đến cuối thế kỷ 19.

Đáng chú ý là khoản phí này được tính bằng feet khối khí được sử dụng để tạo ra lượng điện tiêu thụ. Sau đó, để thuận tiện, Edison đã trang bị cho thiết bị của mình một cơ chế đếm - nếu không, việc lấy số đọc từ thiết bị đo dường như là một quá trình cực kỳ khó khăn đối với các công ty điện lực và hoàn toàn không thể đối với người tiêu dùng. Tuy nhiên, sự tiện lợi được thêm vào rất ít.

Ngoài ra, đồng hồ điện phân (vào thời điểm đó Siemens Shuckert sản xuất đồng hồ nước và Schott & Gen sản xuất đồng hồ thủy ngân) có một nhược điểm chung đáng kể khác. Chúng chỉ có thể ghi lại amp-giờ và không nhạy cảm với sự dao động điện áp.

Song song với máy đếm điện phân xuất hiện máy đếm quả lắc. Lần đầu tiên, nguyên tắc hành động của nó được mô tả bởi người Mỹ William Edward Ayrton và John Perry vào cùng năm 1881. Nhưng kể từ đó, như đã đề cập, các ý tưởng đã lơ lửng trong không khí, không có gì đáng ngạc nhiên khi ba năm sau chính xác quầy tương tự được xây dựng ở Đức bởi Hermann Aron.

Ở dạng cải tiến, đồng hồ được trang bị hai con lắc với các cuộn dây được kết nối với nguồn hiện tại. Hai cuộn dây khác có cuộn dây ngược chiều được đặt dưới con lắc.Một con lắc, là kết quả của sự tương tác của các cuộn dây dưới tải điện, di chuyển nhanh hơn so với khi không có nó.

Mặt khác, mặt khác, đang di chuyển chậm hơn. Đồng thời, các con lắc thay đổi chức năng của chúng mỗi phút để bù cho sự khác biệt về tần số dao động ban đầu. Sự khác biệt trong hành trình được tính trong cơ chế đếm. Khi bật nguồn, đồng hồ đã được khởi động.

Làn gió của sự thay đổi

Bộ đếm con lắc không phải là một "thú vui" rẻ tiền vì chúng chứa toàn bộ hai đồng hồ. Đồng thời, họ có thể sửa amp-giờ hoặc watt-giờ, khiến chúng không phù hợp với hoạt động của AC.

Một khám phá mang tính cách mạng theo cách riêng của nó Dòng điện xoay chiều, được chế tạo (tất nhiên là độc lập với nhau) bởi Galileo Ferraris (1885) và Nikola Tesla (1888) của Ý, đóng vai trò là động lực thúc đẩy giai đoạn tiếp theo trong quá trình cải tiến các thiết bị đo lường.

Năm 1889, một bộ đếm động cơ đã được phát triển. Nó được thiết kế cho General Electric bởi kỹ sư người Mỹ Elihu Thomson.

Thiết bị này là một động cơ phần ứng không có lõi kim loại. Điện áp trên bộ thu được phân phối trên cuộn dây và điện trở. Dòng điện điều khiển stato, dẫn đến mô-men xoắn tỷ lệ với tích của điện áp và dòng điện. Một nam châm điện vĩnh cửu tác động lên một đĩa nhôm gắn với phần ứng cung cấp một mô-men xoắn hãm. Hạn chế đáng kể nhất của đồng hồ điện là bộ thu.

Như bạn đã biết, vào thời điểm đó không có sự đồng thuận nào trong cộng đồng khoa học về hệ thống nào— dựa trên dòng điện một chiều hoặc dòng điện xoay chiều — sẽ hứa hẹn nhất… Công tơ do Thomson mô tả được thiết kế chủ yếu cho dòng điện một chiều.

Trong khi đó, các lập luận ủng hộ dòng điện xoay chiều đang tăng lên, vì việc sử dụng dòng điện một chiều không cho phép thay đổi điện áp và kết quả là tạo ra các hệ thống lớn hơn. Dòng điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và vào đầu thế kỷ 20, các hệ thống dòng điện xoay chiều bắt đầu thay thế dần dòng điện một chiều trong thực hành kỹ thuật điện.

Điều này đặt ra cho George Westinghouse (người đã mua bằng sáng chế của Tesla về việc sử dụng dòng điện xoay chiều) nhiệm vụ tính toán điện năng và việc tính toán này phải chính xác nhất có thể. Trong thời kỳ này (cũng gắn liền với việc phát minh ra máy biến áp), thiết bị đã được cấp bằng sáng chế, đây thực sự là nguyên mẫu đồng hồ AC hiện đại… Lịch sử cũng có vài “cha đẻ” của máy đếm cảm ứng.

Thiết bị đo cảm ứng đầu tiên được gọi là «máy đo Ferrari», mặc dù ông không hề lắp ráp nó. Công lao của Ferrari là khám phá sau đây: Hai trường quay lệch pha với dòng điện xoay chiều, gây ra sự quay của một rôto rắn - một đĩa hoặc hình trụ. Bộ đếm dựa trên nguyên tắc cảm ứng vẫn được sản xuất cho đến ngày nay.

Kỹ sư người Hungary Otto Titus Blaty, còn được biết đến là người phát minh ra máy biến áp, đã đề xuất phiên bản đồng hồ cảm ứng của mình. Năm 1889, ông nhận được hai bằng sáng chế cùng một lúc, số 52.793 của Đức và số 423.210 của Mỹ, cho một phát minh được chỉ định chính thức là "Máy đếm dòng điện xoay chiều".

Tác giả đã đưa ra mô tả về thiết bị như sau: “Bộ đếm này về cơ bản bao gồm một thân quay bằng kim loại, chẳng hạn như một đĩa hoặc hình trụ, được tác động bởi hai từ trường lệch pha với nhau.

Sự lệch pha này xuất phát từ thực tế là một trường được tạo ra bởi dòng điện chính, trong khi trường kia được tạo ra bởi một cuộn dây có độ tự cảm cao chuyển hướng các điểm trong mạch giữa các điểm đo mức tiêu thụ điện năng.

Tuy nhiên, từ trường không giao nhau trong một khối quay, như trong cơ chế Ferrari nổi tiếng, mà đi qua các phần khác nhau của nó một cách độc lập với nhau. » Mặt bàn đầu tiên do Ganz, nơi Blatti làm việc, sản xuất, được cố định trên đế gỗ và nặng 23 kg.

Tất nhiên, đồng thời, đặc điểm giống nhau của cả hai lĩnh vực đã được phát hiện bởi một nhà tiên phong khác của kỹ thuật điện, Oliver Blackburn Shellenberger. Và vào năm 1894, ông đã phát triển đồng hồ đo điện cho hệ thống điện xoay chiều. Cơ cấu vít cung cấp mô-men xoắn.

Tuy nhiên, đồng hồ này không phù hợp để làm việc với động cơ điện, vì nó không cung cấp phần tử điện áp cần thiết để đo hệ số công suất.

Bộ đếm này nhỏ hơn một chút so với thiết bị Blati, nhưng cũng khá cồng kềnh và khá nặng - nó nặng 41 kg, tức là hơn 16 kg. Chỉ trong năm 1914, trọng lượng của thiết bị đã giảm xuống còn 2,6 kg.

Không có giới hạn cho sự hoàn hảo

Vì vậy, có thể nói rằng vào đầu thế kỷ 20, máy đếm tiền đã trở thành một phần của thông lệ hàng ngày. Điều này cũng được khẳng định qua sự xuất hiện của chuẩn đo lường đầu tiên. Nó được ban hành bởi Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) vào năm 1910.

Đặc biệt, ngoài việc công nhận tầm quan trọng về ý nghĩa khoa học của các thiết bị đo lường, tiêu chuẩn còn nhấn mạnh tầm quan trọng của thành phần thương mại. Tiêu chuẩn đo lường của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) đầu tiên được biết đến có từ năm 1931.

Vào đầu thế kỷ 20, các thiết bị đã trải qua một số thay đổi mà không tính đến việc giảm trọng lượng và kích thước: mở rộng phạm vi tải, bù cho những thay đổi về hệ số tải, điện áp và nhiệt độ, sự xuất hiện của bóng vòng bi và vòng bi từ tính (làm giảm đáng kể ma sát). Các đặc tính chất lượng của nam châm điện phanh và việc loại bỏ dầu khỏi giá đỡ và cơ chế đếm đã được cải thiện, giúp tăng tuổi thọ.

Đồng thời, các loại công tơ mới xuất hiện - công tơ đa biểu giá, công tơ đo phụ tải đỉnh, công tơ năng lượng trả trước, cũng như công tơ cảm ứng ba pha. Cái sau sử dụng hai hoặc ba hệ thống đo được gắn trên một, hai hoặc ba đĩa. Năm 1934, một máy đo năng lượng hoạt động và phản ứng được phát triển bởi Landis & Gyr đã xuất hiện.

Quá trình tiếp theo của tiến bộ khoa học và kỹ thuật, cũng như sự phát triển của các mối quan hệ thị trường, được thể hiện trong việc sản xuất các thiết bị đo lường. Sự phát triển của thiết bị điện tử đã có tác động nghiêm trọng — vào những năm 1970, cùng với các thiết bị đo cảm ứng, các thiết bị đo điện tử đã xuất hiện. Đương nhiên, điều này đã mở rộng đáng kể chức năng của các thiết bị. Trước hết, đó là hệ thống kế toán tự động (ASKUE), chế độ đa thuế quan.

Sau đó, các chức năng của đồng hồ được mở rộng hơn nữa và vượt ra ngoài giới hạn chỉ báo cáo năng lượng và tài nguyên, bao gồm bảo vệ chống lại các vi phạm có thể nhìn thấy, thanh toán trước, kiểm soát cân bằng tải và một số chức năng khác.Các bài đọc được đọc từ các mạng điện, đường dây điện thoại hoặc các kênh truyền dữ liệu không dây.