ประวัติมิเตอร์ไฟฟ้า

ศตวรรษที่ 19 และ 20 ได้พิสูจน์การค้นพบทางวิทยาศาสตร์อย่างใจกว้างผิดปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านของแม่เหล็กไฟฟ้า "เริ่มต้นต่ำ" ของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคสำหรับ 150 ปีข้างหน้าได้รับในปี ค.ศ. 1920 การค้นพบปฏิสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าโดยอังเดร มารี แอมแปร์… Georg Simon Ohm ตั้งถิ่นฐานหลังจากเขาในปี 1827 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันในสายไฟ… ในที่สุด ในปี 1831 ไมเคิล ฟาราเดย์ก็ค้นพบ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งรองรับหลักการทำงานของสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญดังต่อไปนี้ - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า

ดังที่ทราบกันดีว่าไฟฟ้ากลายเป็นสินค้าโภคภัณฑ์ ต้องขอบคุณไดนาโมที่คิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชาวฮังการี Anzós Jedlik และนักประดิษฐ์ไฟฟ้าชาวเยอรมัน Werner von Siemens ในปี พ.ศ. 2404 และ พ.ศ. 2410 ตามลำดับ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การผลิตไฟฟ้าก็มั่นคงบนเส้นทางเชิงพาณิชย์

ต้องบอกว่าในเวลานั้นสิ่งประดิษฐ์และการค้นพบกำลัง "รอ" อยู่ทุกเมื่อแนวคิดเกี่ยวกับโคมไฟฟ้า ไดนาโม มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงตกผลึกราวกับว่าตัวเองอยู่คนละซีกโลก

สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับตัวนับซึ่ง "ผู้เขียน" ของเคาน์เตอร์การเหนี่ยวนำจำได้ในภายหลัง (และในเวลาเดียวกันผู้ร่วมประดิษฐ์ หม้อแปลง) วิศวกรไฟฟ้าชาวฮังการี Otto Titus Blaty: “วิทยาศาสตร์ก็เหมือนป่าฝน สิ่งที่เขาต้องการคือขวานดีๆ สักเล่ม และไม่ว่าคุณจะตีที่ไหน คุณก็สามารถโค่นต้นไม้ใหญ่ได้ «

สิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับมิเตอร์ไฟฟ้าออกให้ในปี พ.ศ. 2415 โดยนายซามูเอล การ์ดิเนอร์ นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน อุปกรณ์ของเขาวัดเวลาที่ไฟฟ้าไปถึงจุดชาร์จ เงื่อนไขเดียว (นี่เป็นข้อเสียเปรียบของอุปกรณ์) คือต้องเชื่อมต่อหลอดไฟควบคุมทั้งหมดเข้ากับสวิตช์เดียว

การสร้างหลักการใหม่สำหรับการทำงานของมิเตอร์ไฟฟ้านั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบจำหน่ายไฟฟ้า แต่เนื่องจากในเวลานั้นระบบนี้กำลังก่อตัวขึ้น จึงไม่สามารถบอกได้อย่างแน่นอนว่าหลักการใดเหมาะสมที่สุด ดังนั้นจึงมีการทดสอบทางเลือกหลายเวอร์ชันในทางปฏิบัติในเวลาเดียวกัน

กิโลวัตต์มีน้ำหนักเท่าไร?

ตัวอย่างเช่น หากไดนาโมทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าในปริมาณมากได้ หลอดไฟของโทมัส เอดิสันก็มีส่วนในการสร้างเครือข่ายแสงสว่างที่กว้างขวาง เป็นผลให้ตัวนับการ์ดิเนอร์สูญเสียความเกี่ยวข้องและถูกแทนที่ด้วยตัวนับด้วยไฟฟ้า

ในช่วงแรกของการใช้มิเตอร์ไฟฟ้าอย่างแพร่หลาย ไฟฟ้าจะถูก "ถ่วงน้ำหนัก" อย่างแท้จริง เครื่องวัดอิเล็กโทรลีติคที่คิดค้นโดยโทมัส อัลวา เอดิสัน คนเดียวกัน ใช้หลักการนี้ในความเป็นจริง ตัวนับมิเตอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์ โดยวางแผ่นทองแดงที่ชั่งน้ำหนักอย่างแม่นยำมาก (เท่าที่เป็นไปได้ในขณะนั้น) ที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลาการนับ

อันเป็นผลมาจากการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์ ทองแดงจึงถูกสะสมไว้ เมื่อสิ้นสุดรอบระยะเวลาการรายงาน จานจะถูกชั่งน้ำหนักอีกครั้งและมีการคิดค่าไฟฟ้าตามส่วนต่างของน้ำหนัก หลักการนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2424 และประสบความสำเร็จใช้จนถึงสิ้นศตวรรษที่ 19

เป็นที่น่าสังเกตว่าค่าธรรมเนียมนี้คำนวณเป็นลูกบาศก์ฟุตของก๊าซที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้ไป นี่คือวิธีการสอบเทียบเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ของ Edison จากนั้นเพื่อความสะดวก Edison ติดตั้งกลไกการนับอุปกรณ์ของเขา - มิฉะนั้น การอ่านค่าจากอุปกรณ์ตรวจวัดดูเหมือนจะเป็นกระบวนการที่ยากมากสำหรับบริษัทผลิตไฟฟ้าและเป็นไปไม่ได้เลยสำหรับผู้บริโภค อย่างไรก็ตามความสะดวกสบายเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

นอกจากนี้ มิเตอร์วัดอิเล็กโทรลีติค (ในขณะนั้น Siemens Shuckert ผลิตมาตรวัดน้ำและมาตรวัดปรอท Schott & Gen) ก็มีข้อเสียเปรียบทั่วไปอีกประการหนึ่ง สามารถบันทึกได้เฉพาะชั่วโมงแอมป์และยังคงไม่ไวต่อความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า

ขนานกับเคาน์เตอร์อิเล็กโทรไลต์ เคาน์เตอร์ลูกตุ้มปรากฏขึ้น เป็นครั้งแรกที่ชาวอเมริกันอธิบายหลักการของการกระทำโดย William Edward Ayrton และ John Perry ในปีเดียวกัน พ.ศ. 2424 แต่ตั้งแต่นั้นมาดังที่ได้กล่าวไปแล้วความคิดก็ลอยอยู่ในอากาศไม่น่าแปลกใจที่สามปีต่อมา เคาน์เตอร์เดียวกันนี้สร้างขึ้นในเยอรมนีโดย Hermann Aron

ในรูปแบบที่ได้รับการปรับปรุง มิเตอร์จะติดตั้งลูกตุ้มสองตัวที่มีขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแส ขดลวดอีกสองอันที่มีขดลวดตรงข้ามถูกวางไว้ใต้ลูกตุ้มลูกตุ้มอันเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของขดลวดภายใต้โหลดไฟฟ้า เคลื่อนที่ได้เร็วกว่าที่ไม่มีมัน

อีกทางหนึ่งก็เคลื่อนไหวช้ากว่า ในขณะเดียวกัน ลูกตุ้มจะเปลี่ยนหน้าที่ทุกนาทีเพื่อชดเชยความแตกต่างของความถี่เริ่มต้นของการสั่น ความแตกต่างในการเดินทางจะรวมอยู่ในกลไกการนับ เมื่อเปิดเครื่อง นาฬิกาก็เริ่มต้นขึ้น

สายลมแห่งการเปลี่ยนแปลง

เคาน์เตอร์ลูกตุ้มไม่ใช่ "ความสุข" ราคาถูกเนื่องจากมีนาฬิกาทั้งหมดสองเรือน ในเวลาเดียวกัน พวกเขาทำให้สามารถแก้ไขแอมป์ชั่วโมงหรือวัตต์ชั่วโมงได้ ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสำหรับการทำงานของไฟฟ้ากระแสสลับ

การค้นพบที่ปฏิวัติวงการในแบบฉบับของตัวเอง กระแสสลับสร้างขึ้น (แน่นอนว่าเป็นอิสระจากกัน) โดย Galileo Ferraris ชาวอิตาลี (พ.ศ. 2428) และ Nikola Tesla (พ.ศ. 2431) เป็นตัวกระตุ้นสำหรับขั้นตอนต่อไปในการปรับปรุงอุปกรณ์การวัด

ในปี พ.ศ. 2432 ได้มีการพัฒนาตัวนับมอเตอร์ ได้รับการออกแบบสำหรับ General Electric โดย Elihu Thomson วิศวกรชาวอเมริกัน

อุปกรณ์นี้เป็นมอเตอร์กระดองที่ไม่มีแกนโลหะ แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวสะสมจะกระจายไปทั่วขดลวดและตัวต้านทาน กระแสขับสเตเตอร์ ส่งผลให้แรงบิดแปรผันตามผลคูณของแรงดันและกระแส แม่เหล็กไฟฟ้าถาวรที่ทำงานบนแผ่นอะลูมิเนียมที่ติดอยู่กับกระดองจะให้แรงบิดในการเบรก ข้อเสียเปรียบที่สำคัญที่สุดของมิเตอร์ไฟฟ้าคือตัวสะสม

อย่างที่คุณทราบ ในเวลานั้นชุมชนวิทยาศาสตร์ยังไม่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์ว่าระบบใด— ขึ้นอยู่กับกระแสตรงหรือกระแสสลับ - จะมีแนวโน้มมากที่สุด… มิเตอร์ที่ Thomson บรรยายได้รับการออกแบบมาสำหรับไฟฟ้ากระแสตรงเป็นหลัก

ในขณะเดียวกัน ข้อโต้แย้งที่สนับสนุนกระแสสลับกำลังเพิ่มขึ้น เนื่องจากการใช้ไฟฟ้ากระแสตรงไม่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า และเป็นผลให้สร้างระบบขนาดใหญ่ขึ้น ไฟฟ้ากระแสสลับพบการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ และในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ระบบไฟฟ้ากระแสสลับเริ่มค่อย ๆ เข้ามาแทนที่ไฟฟ้ากระแสตรงในการปฏิบัติงานทางวิศวกรรมไฟฟ้า

ชุดนี้สำหรับ George Westinghouse (ผู้ซึ่งได้รับสิทธิบัตรของ Tesla สำหรับการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ) มีหน้าที่ในการบัญชีสำหรับไฟฟ้า และการบัญชีนี้จะต้องมีความถูกต้องมากที่สุด ในช่วงเวลานี้ (ยังเกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์หม้อแปลง) อุปกรณ์ได้รับการจดสิทธิบัตรซึ่งเป็นต้นแบบ เครื่องวัดไฟฟ้ากระแสสลับที่ทันสมัย… ประวัติยังมี “บิดานักประดิษฐ์” อีกหลายท่านของเคาน์เตอร์เหนี่ยวนำ

อุปกรณ์วัดค่าความเหนี่ยวนำเครื่องแรกเรียกว่า «เฟอร์ราริสมิเตอร์» แม้ว่าเขาจะไม่ได้ประกอบเลยก็ตาม สำหรับเครดิตของ Ferrari คือการค้นพบดังต่อไปนี้ ช่องหมุน 2 ช่องซึ่งไม่อยู่ในเฟสกับไฟฟ้ากระแสสลับทำให้เกิดการหมุนของโรเตอร์ที่เป็นของแข็ง - จานหรือกระบอกสูบ เคาน์เตอร์ตามหลักการเหนี่ยวนำยังคงผลิตอยู่ในปัจจุบัน

Otto Titus Blaty วิศวกรชาวฮังการี หรือที่รู้จักกันในชื่อผู้ประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้า ได้เสนอเครื่องวัดการเหนี่ยวนำรุ่นของเขา ในปี พ.ศ. 2432 เขาได้รับสิทธิบัตร 2 ฉบับพร้อมกัน เลขที่ 52,793 ของเยอรมัน และ 423,210 ของสหรัฐ สำหรับสิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับการแต่งตั้งอย่างเป็นทางการให้เป็น "เครื่องนับกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ"

ผู้เขียนให้คำอธิบายของอุปกรณ์ดังต่อไปนี้: "ตัวนับนี้โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยตัวโลหะที่หมุนได้ เช่น แผ่นดิสก์หรือทรงกระบอก ซึ่งถูกกระทำโดยสนามแม่เหล็กสองสนามที่อยู่นอกเฟสซึ่งกันและกัน

การเปลี่ยนเฟสนี้เป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าฟิลด์หนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟหลัก ในขณะที่อีกฟิลด์หนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำในตัวเองสูงซึ่งแบ่งจุดในวงจรระหว่างการวัดการใช้พลังงาน

อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กไม่ได้ตัดกันในร่างกายของการปฏิวัติเหมือนในกลไกของ Ferrari ที่รู้จักกันดี แต่ผ่านส่วนต่างๆ ของมันอย่างเป็นอิสระจากกัน » เคาน์เตอร์ชิ้นแรกที่ผลิตโดย Ganz ซึ่งเป็นที่ทำงานของ Blatti ติดตั้งอยู่บนฐานไม้และมีน้ำหนัก 23 กก.

แน่นอนว่าในขณะเดียวกัน Oliver Blackburn Shellenberger ผู้บุกเบิกด้านวิศวกรรมไฟฟ้าอีกรายก็ค้นพบลักษณะที่เหมือนกันของทั้งสองสาขา และในปี พ.ศ. 2437 เขาได้พัฒนาเครื่องวัดไฟฟ้าสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสสลับ กลไกสกรูให้แรงบิด

อย่างไรก็ตาม มิเตอร์นี้ไม่เหมาะสำหรับการทำงานกับมอเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีองค์ประกอบแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการวัด ตัวประกอบกำลัง.

ตัวนับนี้มีขนาดเล็กกว่าอุปกรณ์ Blati เล็กน้อย แต่ก็ค่อนข้างใหญ่และหนักพอสมควร - หนัก 41 กิโลกรัมนั่นคือมากกว่า 16 กิโลกรัม ในปี 1914 น้ำหนักของอุปกรณ์ลดลงเหลือ 2.6 กก.

ไม่มีขีดจำกัดของความสมบูรณ์แบบ

ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เคาน์เตอร์กลายเป็นส่วนหนึ่งของการปฏิบัติในชีวิตประจำวัน สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการปรากฏตัวของมาตรฐานการวัดครั้งแรก ออกโดย American National Standards Institute (ANSI) ในปี 1910

นอกเหนือจากการตระหนักถึงความสำคัญของความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของอุปกรณ์การวัดแล้ว มาตรฐานดังกล่าวยังเน้นถึงความสำคัญของส่วนประกอบเชิงพาณิชย์อีกด้วย มาตรฐานการวัดของ International Electrotechnical Commission (IEC) เป็นที่รู้จักครั้งแรกตั้งแต่ปี 1931

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 อุปกรณ์ได้รับการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากโดยไม่คำนึงถึงการลดน้ำหนักและขนาด: การขยายช่วงโหลด, การชดเชยสำหรับการเปลี่ยนแปลงในตัวประกอบภาระ, แรงดันและอุณหภูมิ, ลักษณะของลูกบอล ตลับลูกปืนและตลับลูกปืนแม่เหล็ก (ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานได้อย่างมาก) คุณลักษณะด้านคุณภาพของแม่เหล็กไฟฟ้าเบรกและการขจัดน้ำมันออกจากส่วนรองรับและกลไกการนับได้รับการปรับปรุง ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งาน

ในขณะเดียวกันก็มีมิเตอร์ประเภทใหม่ปรากฏขึ้น - มิเตอร์หลายอัตรา, มิเตอร์โหลดสูงสุด, มิเตอร์พลังงานแบบจ่ายล่วงหน้า, รวมถึงมิเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟส หลังใช้ระบบการวัดสองหรือสามระบบที่ติดตั้งบนแผ่นดิสก์หนึ่ง สองหรือสามแผ่น ในปี 1934 เครื่องวัดพลังงานแบบแอคทีฟและปฏิกิริยาที่พัฒนาโดย Landis & Gyr ได้ปรากฏขึ้น

หลักสูตรเพิ่มเติมของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิค เช่นเดียวกับการพัฒนาความสัมพันธ์ทางการตลาด พบการแสดงออกในการผลิตอุปกรณ์การวัด การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีผลกระทบอย่างรุนแรง - ในปี 1970 พร้อมกับอุปกรณ์วัดการเหนี่ยวนำ อุปกรณ์วัดอิเล็กทรอนิกส์ก็ปรากฏขึ้น สิ่งนี้ช่วยขยายการทำงานของอุปกรณ์อย่างมาก ประการแรกก็คือ ระบบบัญชีอัตโนมัติ (ASKUE), โหมดหลายภาษี

ต่อจากนั้น ฟังก์ชันของมิเตอร์ได้ขยายออกไปอีกและเกินขีดจำกัดของการรายงานพลังงานและทรัพยากรเท่านั้น ซึ่งรวมถึง การป้องกันการละเมิดที่มองเห็นได้ การชำระล่วงหน้า การควบคุมสมดุลภาระงาน และฟังก์ชันอื่นๆ อีกจำนวนมากการอ่านจะอ่านจากเครือข่ายไฟฟ้า สายโทรศัพท์ หรือช่องรับส่งข้อมูลแบบไร้สาย