Die Geschichte und Entwicklung elektrischer Messgeräte

Die Anfänge der elektrischen Messungstechnologie

Vor der Einführung chemischer Messgeräte durch Thomas Edison war die Strommessung noch eine Herausforderung, die nur wenige innovative Köpfe lösen konnten. Ein bedeutendes Bild, das den frühen Ansatz zur Messung von elektrischer Energie zeigt, ist das sogenannte Vernunftmesser auf Wikipedia. Es sieht heute eher ungewöhnlich aus, doch es markiert den Ausgangspunkt moderner Messgeräte.

Dieses Gerät wurde ursprünglich mit einem Quecksilberbehälter konstruiert, um die Ampere-Stunden zu messen. Im Jahr 1888 entwickelte Oliver B. Shallenberger das erste elektrische Messgerät, doch bereits zuvor hatte Thomas Edison sein eigenes Amperestundenmeter vorgestellt. Dieses zeigte die ersten Anfänge der Strommessung. Es bestand aus einem Glasbehälter mit zwei Zinkplatten, die in einer Zinksulfat-Lösung schwammen. Durch den Fluss des elektrischen Stroms wurde Zink von der positiven auf die negative Platte übertragen, sodass die Verbrauchsdaten durch Messung der Zinkmenge ermittelt werden konnten.

Obwohl diese Methode chaotisch erschien, bevorzugte Edison diesen Ansatz gegenüber mechanischen Alternativen, da er für die damals vorherrschenden Gleichstromsysteme geeignet war. Heute ist das System aufgrund der dominanten Nutzung des Wechselstroms veraltet, doch Edisons frühe Versuche markierten einen Meilenstein in der Entwicklung der Strommessung.

Warum wurden elektrische Messgeräte erfunden?

Elektrische Messgeräte dienen der genauen Erfassung des Energieverbrauchs. Obwohl Edison und Shallenberger in den 1880er Jahren oft für die Entwicklung von Stromzählern genannt werden, existierten die ersten technischen Versuche bereits in den 1870er Jahren. Mit der Erfindung des Dynamos in den 1860er Jahren wurde die elektrische Energieerzeugung revolutioniert, was die Energieversorger dazu veranlasste, nach zuverlässigen Methoden zu suchen, um die Kosten ihrer Dienste präzise zu bestimmen.

Der erste bekannte Ansatz stammt von Samuel Gardiner, der in den frühen 1870er Jahren ein patentiertes Messgerät entwickelte. Dieses nutzte die Tatsache, dass ein einzelner Schalter alle Lampen auf einer Leitung kontrollieren konnte und die Zeit misst, in der Energie fließt. Dennoch erhielt Shallenberger den größten Teil des Kredits, da seine Innovation die Branche grundlegend veränderte und die Grundlage für die heutigen Stromzähler schuf.

Die Entdeckung und Innovationen von Shallenberger

Shallenberger stieß auf sein bahnbrechendes Messgerät fast zufällig, während er eine elektrische Lampe untersuchte. Eine Feder, die im Gerät eingesetzt war, begann zu drehen, was seine Aufmerksamkeit erregte. Er vermutete, dass elektromagnetische Felder die Rotation verursachten, und entwickelte ein Rad, das die Rotationskraft nutzte, um die Verstärkungszeiten eines Wechselstromkreises zu messen. Dieses Prinzip bildete die Grundlage für moderne Elektrometer, die bis heute verwendet werden.

Ein Bild von Shallenbergs Wattmeter findet man im Engineering and Technology History Wiki, das zeigt, wie innovativ seine Erfindung war. Niemand bestreitet die entscheidende Rolle, die elektrische Messgeräte in der heutigen Welt spielen. Edison war entschlossen, Strom ähnlich wie Gas zu verkaufen, indem er den Kunden die Nutzung pro Lampe berechnete. Heutzutage sind die Messgeräte deutlich zuverlässiger und präziser.

Heutige Messgeräte: Analoge und digitale Technologien

1). Analoge Messgeräte

Diese mechanischen Geräte sind an dem Punkt installiert, an dem die Versorgungskabel in Ihre Immobilie eintreten. Das Versorgungsunternehmen hält das Messgerät in einem Glasgehäuse, in dem eine rotierende Metallscheibe die Energienutzung anzeigt. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Scheibe dreht, hängt von der Strommenge ab, die Ihre Geräte verbrauchen. Das Messgerät ist im Besitz des Energieversorgers, sodass Sie es nicht auseinandernehmen können. Bei einer manuellen Ablesung liest ein Mitarbeiter die Daten ab, um die monatlichen Verbrauchswerte zu ermitteln. Alternativ können Sie Ihre Verbrauchswerte selbst zu Beginn und am Ende des Monats notieren und vergleichen, um Ihre Kilowattstunden zu bestimmen.

2). Digitale Messgeräte

Digitale Stromzähler sind präziser und bieten eine elektronische Anzeige Ihres Verbrauchs. Einige Modelle sind in der Lage, Daten via Hochfrequenzsignale an das Energieunternehmen zu übertragen. Moderne Smart Meter sind in vielen Ländern im Einsatz, weil sie die Ablesung vereinfachen und die Betriebskosten senken. Sie kommunizieren kontinuierlich mit dem Versorger, sodass keine manuelle Ablesung mehr notwendig ist. Viele Smart Meter ermöglichen es den Verbrauchern, den Energieverbrauch in Echtzeit auf ihrem Smartphone oder Computer zu verfolgen, was das Bewusstsein für den eigenen Energieverbrauch erhöht und Einsparpotenziale aufzeigt.

Von den Anfängen bis zur modernen Technologie

• Vor der chemischen Messung nutzten viele Kunden kostenlosen Strom, was die Motivation zur Entwicklung von genauen Zählern erhöhte.
• Edisons erster elektrischer Zähler im Jahr 1879 war bahnbrechend, aber aufgrund ungenauer Messungen und technischer Mängel bei den Kunden unbeliebt.
• Elihu Thomson spielte eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung zuverlässiger elektrischer Messgeräte. Sein Patent und seine Innovationen spiegeln ein tiefgehendes Verständnis der Elektrotechnik wider, das auch Edison beeinflusste.
• Schließlich schuf Thomson eine Version eines Wattmeters, das auf Silberbalken und Aluminiumscheiben basierte, was die Zuverlässigkeit erhöhte. Edison integrierte diese Ideen in seine eigenen Geräte.
• Diese Entwicklungen führten zu öffentlichen Kontroversen, da Verbraucher auf Gaslampen umstiegen, weil Strom kostenlos oder unzureichend abgerechnet wurde. Edison versuchte, den Strom als kostengünstige Alternative zu etablieren, was jedoch auf Widerstand stieß.
• Tesla, trotz seiner wissenschaftlichen Brillanz, blieb in der Geschäftswelt eher unbedeutend. Dennoch trug er wesentlich zur Entwicklung rotierender Magnetfelder bei, was die Grundlagen für Wechselstromsysteme legte.
• Edward Weston, ein enger Rivale Edisons, gilt als Pionier für das erste tragbare und präzise Voltmeter. Seine Arbeiten legten den Grundstein für die Messgeräte, die in den folgenden Jahrzehnten entwickelt wurden, einschließlich der Unterstützung für Thomson.
• Shallenberger kam mit einem innovativen Design, das die Messung in einer Zeit revolutionierte, als Wechselstromsysteme aufkamen. Seine Entwicklungen führten zu standardisierten Messregeln durch die IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission).
• Weiterhin wurde die Entwicklung durch Forscher wie Fleming vorangetrieben, der Vakuumröhren für Messgeräte nutzte, sowie Moullins, der das erste thermionische Voltmeter patentierte.
• In den 1970er Jahren ersetzten digitale Multimeter die klassischen beweglichen Spulen-Galvanometer, was die Genauigkeit und Zuverlässigkeit weiter erhöhte. Heute sind elektrische Messgeräte allgegenwärtig und die Innovationen haben die Branche grundlegend verändert.

Obwohl die Ursprünge der elektrischen Messung tief in der Vergangenheit verwurzelt sind, ist die heutige Technologie deutlich fortschrittlicher und benutzerfreundlicher. Die meisten Verbraucher haben kaum noch Interesse an den historischen Details, doch die kontinuierliche Weiterentwicklung sichert die Genauigkeit und Effizienz moderner Elektrometer.