“den store opfindelse af det nittende århundrede var opfindelsesmetoden”. Denne maksimale fra den engelske matematiker og filosof Alfred North hvidhoved (1891-1947) gælder perfekt for elmålerens historie, perfektioneret gennem en række opfindelser, der bygger på resultater og stimulerer yderligere udvikling.
første halvdel af det 19.århundrede bragte strålende opdagelser inden for elektromagnetisme. I 1820 opdagede den franske Andr Karrus-Marie amp Karrus (1775-1836) den elektrodynamiske interaktion mellem strømme. I 1827 opdagede den tyske Georg Simon Ohm (1787-1854) forholdet mellem spænding og strøm i en leder. I 1831 opdagede briterne Michael Faraday (1791-1867) induktionsloven, som driften af generatorer, motorer og transformere er baseret på.
i anden halvdel af århundredet var jorden godt forberedt til praktiske anvendelser.
opdagelser blev efterfulgt af opfindelser og patenter. Lampen, dynamoen, motoren, transformeren, måleren og turbinen blev opfundet i hurtig rækkefølge. Det er ikke overraskende, at når tiden er moden, opnås milepælsopfindelser kvasi-samtidigt i forskellige dele af verden.
den ungarske Ott, opfinder af induktionselektricitetsmåleren og medopfinder af transformeren, så tilbage i 1930 til denne spændende periode med disse ord: “i mine dage plejede det at være let. Videnskab var som en tropisk skov. Alt hvad du havde brug for var en god økse, og uanset hvor du stryger, du kunne hugge et enormt træ ned.”
med opfindelsen af dynamoen (Anyos Jedlik i 1861, Siemens i 1867) kunne elektrisk energi genereres i store mængder. Den første masseanvendelse af elektricitet var belysning. Da dette nye produkt – elektrisk energi-begyndte at blive solgt, var det tydeligt, at omkostningerne skulle bestemmes.
det var imidlertid ikke klart, hvad de fakturerede enheder skulle være, og hvad der ville være de mest egnede måleprincipper.
den tidligste måler var Samual Gardiner ‘ s (USA) lamphour meter patenteret i 1872. Det målte den tid, hvor energi blev leveret til belastningen, da alle lamper, der var forbundet med denne måler, blev styret af en kontakt. Opdeling af belysningskredsløb blev praktisk med introduktionen af Edisons pære, og denne måler blev forældet.
elektrolytiske målere
Thomas Alva Edison (1847-1931), der introducerede de første elektriske distributionssystemer til belysning ved hjælp af jævnstrøm, mente, at elektricitet skulle sælges ligesom gas – også brugt i vid udstrækning til belysning på det tidspunkt.
hans ‘elektriske måler’ patenteret i 1881 (USA patent No. 251.545) brugte den elektrokemiske effekt af strøm.
den indeholdt en elektrolytisk celle, hvori en nøjagtigt vejet strimmel af kobber blev anbragt i begyndelsen af faktureringsperioden. Strømmen, der passerer gennem elektrolytten, forårsagede en aflejring af kobber. Ved afslutningen af faktureringsperioden blev kobberstrimlen vejet igen, og forskellen repræsenterede mængden af elektricitet, der var gået igennem. Måleren blev kalibreret, så regningerne kunne gengives i kubikfod gas.
disse målere forblev i brug indtil slutningen af det 19.århundrede. Der var dog en stor ulempe-måleraflæsning var vanskelig for værktøjet og umulig for kunden. Edison tilføjede senere en tællemekanisme for at hjælpe måleraflæsning.
der var andre elektrolytiske målere, som den tyske Siemens-Shuckert brintmåler og Schott& Gen. Jena mercury meter. Elektrolytiske målere kunne kun måle ampere-timer og var ikke egnede, når spændingen svingede.
Pendulmålere
et andet muligt princip, hvorpå man kunne bygge en måler, var at skabe en vis bevægelsesoscillation eller rotation – proportional med energien, som derefter kunne få et register til at læse.
princippet om pendulmåleren blev beskrevet af amerikanerne Vilhelm Edvard Ayrton og John Perry i 1881. I 1884 konstruerede Hermann Aron (1845-1902) i Tyskland en pendulmåler uden at vide om deres opfindelse.
i sin mere avancerede form havde denne måler to pendler med en spole på begge pendler forbundet til spændingen. Under pendlerne var der to strømspoler, der viklede i modsatte retninger. En af pendlerne kørte derfor langsommere og den anden hurtigere end uden belastning.
forskellen mellem svingningstiderne kørte tællemekanismen. De to pendulers rolle blev byttet hvert minut, så den indledende forskel mellem pendulernes svingningstider kunne kompenseres. Samtidig blev uret afviklet.
disse målere var dyre, fordi de indeholdt to Ure, og de blev gradvist erstattet af motormålere. Pendulmålere målte ampere-timer eller vandtimer, men kunne kun bruges til jævnstrøm.
Motormålere
en anden mulighed var at bruge en motor til at bygge en måler. I sådanne målere er drivmomentet proportionalt med belastningen og afbalanceres af et bremsemoment, således at rotorhastigheden er proportional med belastningen, når drejningsmomenterne er i ligevægt.
amerikaneren Elihu Thomson (1853 – 1937) udviklede sit ‘Optagemåler’ i 1889 til General Electric. Det var en jernfri motor, hvor rotoren blev ophidset af spændingen gennem en spole og en modstand ved hjælp af en kommutator.
statoren blev ophidset af strømmen, og drivmomentet var derfor proportionalt med produktet af spænding og strøm. Bremsemomentet blev tilvejebragt af en permanent magnet, der virker på en aluminiumskive, fastgjort til rotoren. Denne måler blev hovedsageligt brugt til DC. Den store ulempe ved motormålerne var kommutatoren.
transformatorer opfundet
i de tidlige år med eldistribution var det endnu ikke klart, om jævnstrømssystemer eller vekselstrømssystemer ville være mere fordelagtige.
en vigtig ulempe ved jævnstrømssystemer blev imidlertid snart tydelig – spændingen kunne ikke ændres, og det var derfor ikke muligt at bygge større systemer. I 1884 opfandt den franske Lucian Gaulard (1850-1888) og den engelske John Gibbs den ‘sekundære generator’, forløberen for den moderne transformer.
en praktisk transformer blev udviklet og patenteret til Gans I 1885 af tre ungarske ingeniører – K. Samme år købte han patentet Gaulard og Gibson, og Vilhelm Stanley (1858-1916) perfektionerede designet. George (1846-1914) købte også Nikola Teslas AC-patenter.
med dette blev AC-elsystemet muligt, og fra begyndelsen af det 20.århundrede overtog det gradvist fra DC-systemer. Ved måling måtte et nyt problem løses – måling af AC elektrisk energi.
Induktionsmålere
i 1885 gjorde den italienske Galileo Ferraris (1847 – 1897) den vigtigste opdagelse, at to AC-felter uden for fase kunne få en solid anker som en skive eller cylinder til at rotere. Uafhængigt opdagede den kroatisk-Amerikanske Nikola Tesla (1857-1943) også det roterende elektriske felt i 1888. Shallenberger opdagede også – ved et uheld-effekten af roterende felter i 1888 og udviklede en AC ampere-timemåler.
bremsemomentet blev leveret af en ventilator. Denne måler havde intet spændingselement til at tage effektfaktoren i betragtning; derfor var den ikke egnet til brug med motorer. Disse opdagelser var grundlaget for induktionsmotorer og åbnede vejen for induktionsmålere. I 1889 patenterede den ungarske Otto Titus bl Rorthy (1860-1939) sin ‘elektriske måler til vekslende strømme’ (Tyskland nr.52.793, USA nr. 423.210).
som patentet beskriver: “Denne måler består i det væsentlige af et metallisk roterende legeme, såsom en skive eller cylinder, som påvirkes af to magnetfelter forskudt i fase fra hinanden.
den nævnte faseforskydning af faser skyldes det faktum, at et felt produceres af hovedstrømmen, mens det andet felt er ophidset af en spole med stor selvinduktion shuntet fra de punkter i kredsløbet, mellem hvilke den forbrugte energi skal måles.
magnetfelterne krydser imidlertid ikke hinanden inden for revolutionens faste stof, som i det velkendte arrangement af Ferraris, men passerer gennem forskellige dele af det samme, uafhængige af hinanden.”
med dette arrangement lykkedes det bl Pristhy at opnå et internt faseskift på næsten nøjagtigt 90 liter, så måleren viste vandtimer mere eller mindre korrekt. Måleren brugte en bremsemagnet for at sikre et bredt måleområde og var udstyret med et cyklometrisk register. Jørgen startede produktionen samme år. De første meter blev monteret på en træbase, der kørte med 240 omdrejninger pr. I 1914 blev vægten reduceret til 2,6 kg.
Oliver Blackburn Shallenberger (1860-1898) udviklede en induktionstype vandmåler til Vesthus i 1894. Det havde strøm-og spændingsspoler placeret på modsatte sider af disken, og to permanente magneter dæmpede den samme disk. Det var også stort og tungt, vejer 41 pund. Det havde et tromle-type register.
Ludvig Gutmann, der arbejdede for Sangamo, udviklede “Type A” AC-vandmåler i 1899. Rotoren var en spiralformet spaltecylinder placeret inden for spændings-og strømspolerne. En disk nittet til bunden af cylinderen blev brugt til bremsning med en permanent magnet. Der var ingen effektfaktorjustering.
elmålere – yderligere forbedringer
i de følgende år blev der opnået mange forbedringer: reduktion af vægt og dimensioner, udvidelse af belastningsområdet, kompensation for ændringer af effektfaktor, spænding og temperatur, eliminering af friktion ved at udskifte drejelejer med kuglelejer og derefter med dobbeltmykker lejer og magnetiske lejer og forbedring af langsigtet stabilitet ved bedre bremsemagneter og eliminering af olie fra lejet og registret.
ved århundredeskiftet blev trefasede induktionsmålere udviklet ved hjælp af to eller tre målesystemer arrangeret på en, to eller tre diske.
nye funktioner
Induktionsmålere, også kendt som Ferraris-målere og baseret på principperne for bl Rostthy-måleren, fremstilles stadig i store mængder og er arbejdsheste til måling takket være deres lave pris og fremragende pålidelighed.
da brugen af elektricitet spredte sig, blev konceptet med multi-tariffmåleren med lokale eller fjernstyrede afbrydere, den maksimale efterspørgselsmåler, forudbetalingsmåleren og maksigrafen hurtigt født, alt ved århundredeskiftet.
det første ripple-kontrolsystem blev patenteret i 1899 af den franske C-Krisar ren-Kris Loubery, og blev perfektioneret af Compagnie des Compteurs (senere Schlumberger), Siemens, AEG, Landis & Gyr, Sauter og brun Boveri, for blot at nævne nogle få. I 1934 udviklede Landis&Gyr Trivector-måleren, der måler aktiv og reaktiv energi og tilsyneladende efterspørgsel.
elektroniske målere og fjernmåling
den store periode med den indledende udvikling af målere var forbi. Som bl Rosthy udtrykte det og fortsatte sin metafor: “nu går du i hele dage uden engang at finde en busk”.
elektroniske teknologier fandt ikke vej til måling, før de første analoge og digitale integrerede kredsløb blev tilgængelige i 1970 ‘ erne. dette kan let forstås, hvis man tænker på strømforbrugsbegrænsningerne i de lukkede målerkasser og den forventede pålidelighed.
den nye teknologi har givet en ny drivkraft til udviklingen af elmålere. Oprindeligt blev statiske målere med høj præcision udviklet, hovedsageligt ved hjælp af timedivision-multiplikationsprincippet. Hallceller blev også brugt, primært til kommercielle og boligmålere. Hybridmålere bestående af induktionsmålere og elektroniske toldenheder blev bygget i 1980 ‘ erne. denne teknologi havde en relativt kort løbetid.
fjernmåling
ideen om fjernmåling blev født i 1960 ‘ erne. Oprindeligt blev fjernpulstransmission brugt, men dette er gradvist blevet erstattet ved hjælp af forskellige protokoller og kommunikationsmedier.
i dag er målere med kompleks funktionalitet baseret på den nyeste elektroniske teknologi ved hjælp af digital signalbehandling, hvor de fleste funktioner implementeres.
standarder og målenøjagtighed
behovet for et tæt samarbejde mellem producenter og forsyningsselskaber blev opnået relativt tidligt. Den første målestandard, ANSI C12-koden for elmåling, blev udviklet allerede i 1910. Dens forord siger:”Mens koden naturligvis er baseret på videnskabelige og tekniske principper, er den kommercielle side af målingen konstant blevet husket som Af Meget stor betydning”.
den første kendte IEC-målestandard, publikation 43, stammer fra 1931. Den høje standard for nøjagtighed er en fremragende egenskab, der blev etableret og vedligeholdt af målefaget. Brochurer fra så tidligt som 1914 har målere med en nøjagtighed på 1.5% over måleområdet på 10% eller mindre til 100% af maksimal strøm. IEC 43: 1931 angiver nøjagtighedsklasse 2.0. Denne nøjagtighed ses stadig som tilstrækkelig til de fleste boligapplikationer i dag, selv for statiske målere.
elektricitetsmålere-fremtiden
fokus på de forretningsmæssige aspekter af måling og bygger på de nyeste resultater inden for teknologi – dette er nøglerne til fortsat succes i målingens historie.