„velkým vynálezem devatenáctého století byla metoda vynálezu“. Tato maxim od anglického matematika a filozofa Alfreda North Whiteheada (1891-1947) se dokonale vztahuje na historii elektroměru, zdokonalenou řadou vynálezů, které staví na úspěších a stimulují další rozvoj.
První polovina 19. století přinesla brilantní objevy v elektromagnetismu. V roce 1820 objevil francouzský André-Marie Ampère (1775-1836) elektrodynamickou interakci mezi proudy. V roce 1827 objevil německý Georg Simon Ohm (1787-1854) vztah mezi napětím a proudem ve vodiči. V roce 1831 objevil britský Michael Faraday (1791-1867) zákon indukce, na kterém je založen provoz generátorů, motorů a transformátorů.
ve druhé polovině století byla půda dobře připravena pro praktické aplikace.
objevy byly následovány vynálezy a patenty. Lampa, dynamo, motor, transformátor, měřič a turbína byly vynalezeny v rychlém sledu. Není divu, že jakmile je čas zralý, vynálezy milníků jsou dosaženy kvazi-současně v různých částech světa.
maďarský Ottó Titusz Bláthy, vynálezce indukčního elektroměru a spoluvynálezce transformátoru, se v roce 1930 ohlédl do tohoto vzrušujícího období těmito slovy: „v mých dnech to bylo snadné. Věda byla jako tropický les. Vše, co jste potřebovali, byla dobrá sekera, a kamkoli pohladíte, můžete pokácet obrovský strom.“
s vynálezem Dynama (Anyos Jedlik v roce 1861, Werner von Siemens v roce 1867) mohla být elektrická energie generována ve velkém množství. První masovou aplikací elektřiny bylo osvětlení. Když se tento nový produkt-elektrická energie-začal prodávat, bylo zřejmé, že je třeba určit cenu.
nebylo však jasné, jaké by měly být účtované jednotky a jaké by byly nejvhodnější zásady měření.
nejdříve metr byl Samual Gardiner (USA) lamphour metr patentovaný v roce 1872. Měřil dobu, po kterou byla energie dodávána do zátěže, protože všechny lampy připojené k tomuto měřiči byly ovládány jedním spínačem. Rozdělení osvětlovacích obvodů se stalo praktickým zavedením Edisonovy žárovky a tento měřič se stal zastaralým.
elektrolytické měřiče
Thomas Alva Edison (1847-1931), který představil první elektrické distribuční systémy pro osvětlení stejnosměrným proudem, rozhodl, že elektřina musí být prodávána stejně jako plyn – v té době se také hojně používala pro osvětlení.
jeho „elektroměr“ patentovaný v roce 1881 (patent USA č. 251,545) používal elektrochemický účinek proudu.
obsahoval elektrolytický článek, do kterého byl na začátku zúčtovacího období umístěn přesně zvážený pás mědi. Proud procházející elektrolytem způsobil ukládání mědi. Na konci zúčtovacího období byl měděný pás znovu zvážen a rozdíl představoval množství elektřiny, která prošla. Měřič byl kalibrován tak, aby účty mohly být vykresleny v kubických stopách plynu.
tyto měřiče zůstaly v provozu až do konce 19. století. Došlo však k jedné velké nevýhodě-odečet měřičů byl pro obslužný program obtížný a pro zákazníka nemožný. Edison později přidal počítací mechanismus na pomoc odečtu měřiče.
existovaly další elektrolytické měřiče, jako německý vodíkový měřič Siemens-Shuckert a rtuťový měřič Schott&Gen.Jena. Elektrolytické měřiče mohly měřit pouze ampérhodiny a nebyly vhodné, když napětí kolísalo.
kyvadlo metrů
dalším možným principem, na kterém stavět metr bylo vytvořit nějaký pohyb-oscilace nebo rotace-úměrné energii, která by pak mohla řídit registr ke čtení.
princip kyvadla popsali Američané William Edward Ayrton a John Perry v roce 1881. V roce 1884, aniž by věděl o svém vynálezu, postavil Hermann Aron (1845-1902) v Německu kyvadlový měřič.
ve své pokročilejší podobě měl tento měřič dvě kyvadla, přičemž cívka na obou kyvadlech byla připojena k napětí. Pod kyvadly byly dvě proudové cívky vinuté v opačných směrech. Jedno z kyvad proto běželo pomaleji a druhé rychleji než bez zátěže.
rozdíl mezi dobou oscilace řídil počítací mechanismus. Role dvou kyvadel byla vyměněna každou minutu, takže počáteční rozdíl mezi dobou oscilace kyvadel mohl být kompenzován. Současně byly hodiny zrušeny.
tyto měřiče byly drahé, protože obsahovaly dvě hodiny a byly postupně nahrazeny motorovými měřiči. Kyvadlové měřiče měřily ampérhodiny nebo watthours, ale mohly být použity pouze pro stejnosměrný proud.
měřiče motorů
další možností bylo použít motor k vybudování měřiče. V takových měřičích je hnací moment úměrný zatížení a je vyvážen brzdným momentem, takže otáčky rotoru jsou úměrné zatížení, když jsou točivé momenty v rovnováze.
Americký Elihu Thomson (1853 – 1937) vyvinul svůj „nahrávací wattmetr“ v roce 1889 pro General Electric. Byl to motor bez železa, s rotorem vzrušeným napětím přes cívku a odpor, pomocí komutátoru.
stator byl vzrušen proudem a hnací točivý moment byl proto úměrný součinu napětí a proudu. Brzdný moment byl zajištěn permanentním magnetem působícím na hliníkový disk, připevněný k rotoru. Tento měřič byl používán hlavně pro DC. Velkou nevýhodou měřičů motoru byl komutátor.
transformátory vynalezené
V prvních letech distribuce elektřiny ještě nebylo jasné, zda by systémy stejnosměrného proudu nebo systémy střídavého proudu byly výhodnější.
důležitá nevýhoda systémů stejnosměrného proudu se však brzy projevila-napětí nemohlo být změněno – a proto nebylo možné stavět větší systémy. V roce 1884 vynalezl francouzský Lucian Gaulard (1850-1888) a anglický John Dixon Gibbs „sekundární generátor“, předchůdce moderního transformátoru.
praktický transformátor byl vyvinut a patentován pro Ganz v roce 1885 třemi maďarskými inženýry-Károly Zipernowsky, Ottó Titusz Bláthy a Miksa Déri. Ve stejném roce Westinghouse koupil patent Gaularda a Gibsona a William Stanley (1858-1916) zdokonalil design. George Westinghouse (1846-1914) také koupil AC patenty Nikoly Tesly.
díky tomu se elektrická soustava střídavého proudu stala proveditelnou a od počátku 20. století postupně převzala stejnosměrné systémy. Při měření musel být vyřešen nový problém-měření elektrické energie střídavého proudu.
indukční měřiče
V roce 1885 italský Galileo Ferraris (1847 – 1897) učinil klíčový objev, že dvě MIMOFÁZOVÁ střídavá pole by mohla vytvořit pevnou kotvu jako kotouč nebo válec. Nezávisle Chorvatsko-Americký Nikola Tesla (1857-1943) také objevil rotující elektrické pole v roce 1888. Shallenberger také – náhodou-objevil účinek rotujících polí v roce 1888 a vyvinul AC ampérhodinový měřič.
brzdný moment zajišťoval ventilátor. Tento měřič neměl žádný napěťový prvek, který by zohledňoval účiník; proto nebyl vhodný pro použití s motory. Tyto objevy byly základem indukčních motorů a otevřely cestu k indukčním měřičům. V roce 1889 si maďarský Otto Titusz Bláthy (1860-1939), pracující pro Ganz works v Budapešti, patentoval svůj „elektroměr na střídavé proudy“ (Německo č. 52,793, USA č. 423,210).
jak popisuje patent: „Tento měřič se v podstatě skládá z kovového rotujícího tělesa, jako je disk nebo válec, na který působí dvě magnetická pole posunutá ve fázi od sebe.
uvedené fázové posunutí fází vyplývá ze skutečnosti, že pole je produkováno hlavním proudem, zatímco druhé pole je excitováno cívkou Velké vlastní indukce posunuté z těch bodů obvodu, mezi nimiž se má měřit spotřebovaná energie.
magnetická pole se však navzájem nepřekračují v rámci tělesa revoluce, jako ve známém uspořádání Ferraris, ale procházejí různými částmi stejného, nezávislého na sobě.“
tímto uspořádáním se Bláthyovi podařilo dosáhnout vnitřního fázového posunu téměř přesně o 90°, takže měřič zobrazoval watthours víceméně správně. Měřič používal brzdový magnet k zajištění širokého rozsahu měření a byl vybaven cyklometrickým registrem. Ganz zahájil výrobu ve stejném roce. První metry byly namontovány na dřevěné základně, běžely rychlostí 240 otáček za minutu a vážily 23 kg. Do roku 1914 byla hmotnost snížena na 2,6 kg.
Oliver Blackburn Shallenberger (1860-1898) vyvinul indukční měřič watthour pro Westinghouse v roce 1894. Měl proudové a napěťové cívky umístěné na opačných stranách disku a dva permanentní magnety tlumící stejný disk. Byl také velký a těžký, vážil 41 liber. Měl bubnový registr.
Ludwig Gutmann, pracující pro Sangamo, vyvinul v roce 1899 střídavý watthour měřič“ Type A“. Rotor byl spirálovitě štěrbinový válec umístěný v polích napěťových a proudových cívek. Disk nýtovaný ke spodní části válce byl použit pro brzdění permanentním magnetem. Nedošlo k žádné úpravě účiníku.
elektroměry-další vylepšení
V následujících letech bylo dosaženo mnoha vylepšení: snížení hmotnosti a rozměrů, rozšíření rozsahu zatížení, kompenzace změn účiníku, napětí a teploty, eliminace tření výměnou otočných ložisek kuličkovými ložisky a poté dvojitými kuličkovými ložisky a magnetickými ložisky a zlepšení dlouhodobé stability lepšími brzdovými magnety a eliminací oleje z ložiska a registru.
na přelomu století byly vyvinuty třífázové indukční měřiče pomocí dvou nebo tří měřicích systémů uspořádaných na jednom, dvou nebo třech discích.
nové funkce
indukční měřiče, známé také jako měřiče Ferrari a založené na principech měřiče Bláthy, se stále vyrábějí ve velkém množství a díky své nízké ceně a vynikající spolehlivosti jsou pracovními koňmi měření.
jak se rozšířilo používání elektřiny, koncept multi-tarifního měřiče s místními nebo dálkově ovládanými spínači, měřičem maximální poptávky, měřičem předplacení a maxigrafem se rychle zrodil, vše na přelomu století.
první systém řízení zvlnění byl patentován v roce 1899 francouzským Césarem René Louberym a byl zdokonalen společnostmi Compagnie des Compteurs (později Schlumberger), Siemens, AEG, Landis&Gyr, Zellweger a Sauter a Brown Boveri, abychom jmenovali alespoň některé. V roce 1934 vyvinul Landis&Gyr Trivector meter, který měří aktivní a reaktivní energii a zdánlivou poptávku.
elektronické měřiče a dálkové měření
velké období počátečního vývoje měřičů skončilo. Jak řekl Bláthy, pokračoval ve své metafoře: „teď chodíš celé dny, aniž bys našel keř“.
elektronické technologie nenašly cestu k měření, dokud nebyly v 70. letech k dispozici první analogové a digitální integrované obvody. to lze snadno pochopit, pokud se zamyslíme nad omezeními spotřeby energie v uzavřených měřicích boxech a očekávanou spolehlivostí.
nová technologie dala nový impuls vývoji elektroměrů. Zpočátku byly vyvinuty vysoce přesné statické měřiče, zejména pomocí principu násobení timedivision. Byly také použity halové buňky, především pro komerční a obytné měřiče. Hybridní měřiče sestávající z indukčních měřičů a elektronických tarifních jednotek byly postaveny v 80. letech. tato technologie měla relativně krátký běh.
dálkové měření
myšlenka dálkového měření se zrodila v 1960.letech. Zpočátku byl použit dálkový přenos impulzů, ale postupně byl nahrazen použitím různých protokolů a komunikačních médií.
dnes jsou měřiče s komplexní funkčností založeny na nejnovější elektronické technologii využívající digitální zpracování signálu, přičemž většina funkcí je implementována ve firmwaru.
standardy a přesnost měření
potřeba úzké spolupráce mezi výrobci a nástroji byla dosažena relativně brzy. První měřicí standard, kód ANSI C12 pro měření elektřiny, byl vyvinut již v roce 1910. Jeho Předmluva říká: „Zatímco kód je přirozeně založen na vědeckých a technických principech, obchodní stránka měření byla neustále pamatována jako velmi důležitá“.
první známá norma měření IEC, publikace 43, pochází z roku 1931. Vysoký standard přesnosti je vynikající vlastností, která byla stanovena a udržována profesí měření. Letáky z roku 1914 jsou vybaveny metry s přesností 1.5% v rozsahu měření 10% nebo méně až 100% maximálního proudu. IEC 43: 1931 specifikuje třídu přesnosti 2.0. Tato přesnost je stále považována za přiměřenou pro většinu obytných aplikací dnes, dokonce i pro statické měřiče.
elektroměry-budoucnost
se zaměřením na obchodní aspekty měření a na základě nejnovějších výsledků v technologii – to jsou klíče pro pokračující úspěch v historii měření.