لن تتخيل شكله, تعرف على أول عداد كهرباء في العالم

الخميس، 26 يونيو 2025 09:57 ص

عداد كهرباء قديم

أحمد كامل

يُعد عداد الكهرباء الأداة الأساسية التي تضمن الشفافية والعدالة في محاسبة استهلاك الطاقة، فهو يضبط العلاقة المالية بين شركات التوزيع والمستهلكين، ويسهل عملية الفوترة مع ضمان التوزيع العادل للطاقة.

لكن هل تساءلت يومًا عن تاريخ صناعة عداد الكهرباء؟

قبل سبعينيات القرن التاسع عشر، لم تكن عدادات الكهرباء موجودة بالأساس، وذلك لغياب الطاقة الكهربائية كمفهوم استخدامي واسع.

بدأ أول ظهور للكهرباء بشكلها البدائي عبر حلقات من مصابيح القوس الكهربائي المتصلة.

في تلك الفترة المبكرة، كان تشغيل جميع المصابيح يتم عبر مفتاح واحد، مما جعل قياس كمية الكهرباء الموزعة في ساعات محددة أمرًا بسيطًا للغاية.

كانت هذه هي البدايات المتواضعة لتقنية بات لا غنى عنها في حياتنا اليومية، ممهدة الطريق لتطور أنظمة القياس الدقيقة التي نعرفها اليوم.

توماس إديسون يقدم أول نظام لقياس الكهرباء

يعتبر توماس ألفا إديسون (1847-1931)، أول من ساهم في تقديم أنظمة قياس الكهرباء للإضاءة عبر التيار المستمر، حيث اعتبر أن الكهرباء يجب تسويقها و بيعها مثل الغاز.

واستخدم إديسون “عداد الكهرباء” بعدما حصل على براءة اختراعه في عام 1881، حيث احتوى على خلية تحليل كهربائي، تم وضع فيها شريط نحاسي موزون بدقة في بداية فترة الفوترة، وأدى التيار العابر عبر الإلكتروليت في ترسب النحاس.

وفي نهاية فترة الفوترة، يتم وزن وقياس الشريط النحاسي مرة ثانية، حيث تم اعتماد أن الفرق يمثل كمية الكهرباء التي مرت، ومن ثم تجرى عملية معايرة العداد وتقديم الفواتير بالأقدام المكعبة من الغاز.

استمرت تلك العدادات قيد الاستخدام حتى نهاية القرن التاسع عشر، حتى أضاف إديسون لاحقًا آلية عد لتسهيل قراءة العدادات.

وتم ابتكار عدادات إلكتروليتية أخرى، مثل عداد الهيدروجين الألماني، وعداد الزئبق حيث كانت العدادت الإلكتروليتية تقيس الأمبير/ساعة فقط، ولم تكن مناسبة عند تذبذب الجهد.

عدادات البندول

ولجأ أخرون إلى نظرية بناء العداد عبر خلق بعض الحركات من (التذبذب أو الدوران) والتي تتناسب حيث تستطيع أن تدفع السجل إلى القراءة

وجرى وصف مبدأ مقياس البندول من قبل الأمريكيين ويليام إدوارد أيرتون وجون بيري في عام 1881. في عام 1884، دون أن يعرفوا اختراعهم، قام هيرمان آرون (1845-1902) في ألمانيا ببناء مقياس البندول.

وفي بدايته احتوى ذلك العداد على بندولين، وملف على كليهما متصل بالجهد، أسفل البندولين، كان هناك ملفان للتيار ملتويان في اتجاهين متعاكسين.

لذا، كان أحد البندولين يتحرك أبطأ والآخر أسرع مما هو عليه بدون حمل.

واعتمد القياس على الفرق بين أزمنة التذبذب هو المحرك لآلية العد، حيث كان دور البندولَين يُبدَّل كل دقيقة، لتعويض الفرق الأولي بين أزمنة تذبذب البندولَين. وفي الوقت نفسه، كانت الساعة تُعبأ.

اكتشافات جاليليو وتيسلا

وتمكن الإيطالي جاليليو فيراريس في عام 1885 من اكتشاف عدم توافق مجالي تيار متردد في الطور يُمكنهما جعل هيكل صلب، مثل قرص أو أسطوانة، كما اكتشف الكرواتي الأمريكي نيكولا تيسلا أيضًا المجال الكهربائي الدوار في عام ١٨٨، في حين اكتشف شالنبرغر - بالصدفة - تأثير المجالات الدوارة في عام ١٨٨٨، وطوّر مقياس أمبير-ساعة تيار متردد.

عدادات الحث

ومهدت هذه الاكتشافات الطريق لعدادات الحث، في عام ١٨٨٩، حيث تمكن المجري أوتو تيتوس بلاثي الذي كان يعمل في مصنع غانز في بودابست، المجر، من الحصول على براءة اختراع "عداد كهربائي للتيارات المتناوبة"

"يتكون هذا العداد، في الأساس، من جسم معدني دوار، مثل القرص أو الأسطوانة، والذي يتأثر بحقلين مغناطيسيين مزاحين في الطور عن بعضهما البعض.

عداد أوليفر بلاكبيرن

وبعد ذلك تمكن أوليفر بلاكبيرن شالنبرجر من تطوير مقياس وات/ساعة ، إذ كان يحتوي العداد على على ملفي تيار وجهد تم تثبيتهما على جانبين متقابلين من القرص، بالإضافة إلى مغناطيسين دائمين يخمدان القرص نفسه.

ثم قام لودفيغ غوتمان، الذي كان يعمل لدى شركة سانغامو، بتطوير جهاز قياس الوات/ساعة للتيار المتردد من النوع "أ" عام ١٨٩٩، حيث كان الدوار عبارة عن أسطوانة حلزونية الشقوق موضوعة بين ملفات الجهد والتيار.

تعديلات إضافية على العدادات

وبعد تلك الابتكارات جرت تحسينات إضافية على العداد، من حيث تقليل الوزن والأبعاد، فضلا عن زيادة نطاق الحمل، وتعويض التغيرات في معامل القدرة والجهد ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى القضاء على الاحتكاك عن طريق استبدال محامل المحور بمحامل كروية ثم بمحامل مزدوجة الجوهرة ومحامل مغناطيسية، وتحسين الاستقرار على المدى الطويل من خلال مغناطيسات الفرامل الأفضل وإزالة الزيت من المحمل والسجل.

وبحلول القرن العشرين، جرى تطوير عدادات الحث ثلاثية الطور باستخدام نظامين أو ثلاثة أنظمة قياس مرتبة على قرص واحد أو قرصين أو ثلاثة أقراص.

تزامنا مع ظهور أولى الدوائر المتكاملة التناظرية والرقمية في سبعينيات القرن الماض، فكان للتقنيات الإلكترونية نصيب في تحديثات عداد الكهرباء ما ساهم في تطوير عدادات ثابتة دقيقة عبر مبدأ الضرب بتقسيم الزمن بشكل رئيسي، أما في ثمانينيات القرن الماضي، فقد تم تصميم عدادات هجينة مكونة من عدادات حثية ووحدات تعريفة إلكترونية.