ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Первыми магнитоэлектрическими приборами были гальванометры с подвижным магнитом в виде магнитной стрелки, находящейся в поле катушки с измеряемым током. Более 100 лет, до 30‑х годов XX в., они оставались наиболее чувствительными приборами постоянного тока и широко использовались в качестве лабораторных приборов. С целью увеличения чувствительности и улучшения других технических характеристик конструкции этих приборов непрерывно совершенствовались: для отсчета показаний использовались световые указатели, для компенсации магнитного поля Земли применялись вспомогательные магниты, вместо коконовых шелковых нитей для подвеса использовались кварцевые, обеспечивающие меньший дрейф нуля, вводились электромагнитные успокоители и магнитные экраны и т.д. Получили распространение также вибрационные гальванометры с подвижными магнитами – резонансные приборы, используемые в качестве нулевых индикаторов в цепях переменного тока при частотах от нескольких десятков до нескольких сотен герц.

В 30‑е годы был достигнут пик развития гальванометров с подвижными магнитами. По чувствительности они превосходили все имевшиеся в то время приборы. Например, чувствительность по току гальванометра, выпускавшегося германской фирмой «Сименс и Гальске», составляла 50 мм/нА, а чувствительность по напряжению гальванометра, выпускаемого английской фирмой «Кембриджская компания», – 330 мм/мкВ. С середины XX в. данные гальванометры были постепенно вытеснены более совершенными электронными средствами измерений.

Непосредственным предшественником электродинамических и магнитоэлектрических приборов с подвижной катушкой был самопишущий прибор – телеграфный приемник, сконструированный в 1867 г. лордом Кельвиным (У. Томсоном). Вращающий момент, действующий на подвижную катушку, возникал в результате взаимодействия магнитного поля катушки, подключенной к источнику постоянного тока (примерно 1 мА), с полем сильного электромагнита. Посредством капиллярной трубки с чернилами, механически связанной с подвижной катушкой, приемник записывал знаки азбуки Морзе на бумажной ленте.

В 1881 г. французский ученый Ж. д'Арсонваль использовал аналогичную идею для создания магнитоэлектрического гальванометра, заменив электромагнит постоянным магнитом. Ж. д'Арсонваль и М. Депре (Франция, фирма «Карпантье») вскоре усовершенствовали конструкцию этого гальванометра, основы которой оставались неизменными более 100 лет: наличие постоянного магнита, полюсных наконечников и неподвижного ферромагнитного сердечника, обеспечивающих равномерное радиальное магнитное поле в зазоре; подвижной катушки, подключенной к источнику тока посредством нитей подвеса или спиральных пружин. В 1888 г., используя аналогичные идеи, Э. Вестон построил в США более точные приборы – первые стрелочные магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.

В те же годы на основе гальванометра М. Депре был построен первый электроизмерительный прибор с регистрацией показаний. В нем на подвижной пластине кроме обыкновенного указателя находился вертикальный стержень, оканчивающийся пером с глицериновыми чернилами. Это перо упиралось в барабан, вращающийся при помощи часового механизма. В результате движений пера и барабана на бумажной ленте, намотанной на барабан, рисовалась непрерывная кривая – зависимость регистрируемого тока от времени.

До середины XX в. магнитоэлектрические приборы с подвижной катушкой были самыми распространенными средствами измерений на постоянном токе. Они использовались (и продолжают использоваться) в качестве гальванометров, амперметров, вольтметров, кулонметров, веберметров, омметров и других приборов.

К достоинствам этих приборов следует отнести равномерность шкалы, высокие точность и чувствительность, малое собственное потребление энергии, слабое влияние внешних магнитных полей на их показания, возможность изменений диапазонов измерений в широких пределах.

Конструкции магнитоэлектрических измерительных механизмов постоянно совершенствовались, что значительно расширяло область их применения. В 1894 г. Г. Бругером в Германии были разработаны приборы со скрещенными катушками – логометры, показания которых определяются отношением токов в катушках. На их основе были построены омметры, показания которых практически не зависели от напряжения питания. Омметры, в свою очередь, использовались, например, для измерений температур с помощью термометров сопротивления, измерений давления с помощью реостатных преобразователей и т.п.

На основе магнитоэлектрических измерительных механизмов начали строить приборы для магнитных измерений. Еще в 1872 г. А.Г. Столетов использовал баллистический гальванометр для определения кривой намагничивания ферромагнитных материалов. Позже были разработаны магнитоэлектрические веберметры (флюксметры) – первые измерительные приборы со шкалами, отградуированными в единицах магнитного потока.

С начала XX в. начали серийно выпускаться щитовые магнитоэлектрические приборы разнообразных конструкций: квадрантные, секторные, трубчатые, плоскопрофильные, выпукло‑профильные (рис. 12.1); позже были разработаны миниатюрные приборы с внутрирамочным магнитом. Щитовые приборы нашли широкое применение для создания пультов управления распределением электроэнергии (рис. 12.2).

На основе магнитоэлектрических измерительных механизмов были созданы не только приборы для регистрации медленно изменяющихся величин (токов, напряжений, температур и т.д.), но и светолучевые (шлейфовые) осциллографы с частотным диапазоном от 0 до 10 кГц. В последних использовались миниатюрные осциллографические гальванометры с высокой частотой собственных колебаний подвижной части.

Светолучевые осциллографы появились в 20‑х годах XX в. Для развертки изображения, проектируемого на матовый экран, в них использовался вращающийся зеркальный барабан; была также предусмотрена возможность записи на фотобумагу. В отличие от более поздних моделей в качестве источника света применялись мощные дуговые лампы или мощные лампы накаливания, автоматически перегружаемые в момент съемки; для создания магнитного поля использовался электромагнит.

^{Рис. 12.1. Профильные щитовые приборы}

^{а – выпуклопрофильный прибор; б – выпуклопрофильнмй прибор с плоским стеклом; в – плоскопрофильный прибор утопленного типа; г – выпуклопрофильный прибор выступающего типа}

^{Рис. 12.2. Пульт управления распределением электроэнергии с плоскопрофильными приборами фирмы «Сименс и Гальске» (20‑е годы XX в.)}

Первые светолучевые осциллографы были очень громоздкими и дорогими. Так, например, шестишлейфовый осциллограф Сименс – Блон‑деля был выполнен в виде трех блоков, смонтированных на металлической стойке; дуговая лампа потребляла ток 8 А от источника постоянного напряжения 220 В. Первый переносный осциллограф фирмы «Вестингауз» (США, 1923 г.) весил 50 кг и стоил 6000 дол.

Светолучевые осциллографы использовались в течение примерно 50 лет. Во второй половине XX в. они были постепенно вытеснены электронными осциллографами и компьютерными средствами измерений.

Жизнь магнитоэлектрических приборов была существенно продлена в связи с разработкой измерительных преобразователей различных электрических и неэлектрических величин в постоянное напряжение или ток. На их основе разработаны многочисленные средства измерений, в которых данные приборы использовались в качестве выходных.

Например, с начала XX в. начали применяться термоэлектрические приборы на базе термопреобразователей, позволявшие измерять переменные токи и напряжения. Эти приборы, работающие в частотном диапазоне 0–50 МГц, широко использовались и во второй половине века. В середине века появились выпрямительные преобразователи, на основе которых были созданы универсальные приборы для измерений постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивлений – так называемые «тестеры» – одни из самых распространенных средств измерений. Нельзя не отметить также использование магнитоэлектрических приборов в качестве выходных в аналоговых электронных средствах измерений – вольтметрах, омметрах, фазометрах, веберметрах и т.д.

Первым средством измерений, позволявшим производить измерения как на постоянном, так и на переменном токе, был тепловой электроизмерительный прибор, который сконструировал в 1837 г. швейцарский физик Огюст де ла Рив. В нем использовался эффект удлинения проволоки при нагревании ее током.

В 1886 г. во Франции был построен первый технический тепловой прибор со стрелкой – амперметр Кардью. В нем использовалась проволока из сплава платины и серебра длиной около 3 м и диаметром 0,06 мм, которая располагалась в длинной трубе – насадке на круглом приборе. В дальнейшем конструкция таких приборов была усовершенствована. Например, в тепловом приборе германской фирмы «Гартман и Браун» была использована платинородиевая проволока длиной всего 17 см, что позволило резко уменьшить его габариты.

Тепловые приборы широко применялись в первой трети XX в. в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров в частотном диапазоне от 0 до 3 МГц. Затем они были вытеснены из области низких частот другими, более простыми, точными и надежными электромеханическими приборами, а из области высоких частот – термоэлектрическими.

В конце XIX в. в связи с необходимостью измерений высоких напряжений вернулись к старой идее построения электростатических вольтметров. За основу были взяты квадрантный электрометр и многокамерный вольтметр Кельвина. В начале XX в. были разработаны лабораторные и щитовые электростатические вольтметры с пределами измерений 50 В – 400 кВ. Обычно изоляцией между металлическими пластинами, к которым прикладывалось измеряемое напряжение, служил просто воздух; в качестве материала для крепления использовались фарфоровые или стеклянные изоляторы.

Для точных измерений высоких напряжений были разработаны более сложные конструкции. Например, фирмой «Гартман и Браун» выпускался абсолютный вольтметр на напряжения до 300 кВ. В нем вращающий момент, создаваемый силами электростатического взаимодействия между заряженными пластинами, уравновешивался противодействующим, создаваемым электродинамическим притяжением между двумя катушками, обтекаемыми вспомогательным током. Значение этого тока являлось мерой измеряемого напряжения. Изолирующим веществом служил сжатый азот под давлением 12 ат. Наибольшая приведенная погрешность вольтметра не превышала 0,5%.

Английская Кембриджская компания в 1913 г. разработала электростатический осциллограф, предназначенный для исследования переходных процессов в цепях высокого напряжения. Роль магнитного поля обычного светолучевого осциллографа в нем выполняло электрическое поле, возникающее между неподвижными пластинами при включении исследуемого переменного напряжения. Петля с зеркальцем, помещенная в это поле, состояла из двух изолированных проводников, к которым прикладывалось вспомогательное постоянное напряжение.

Электростатические вольтметры использовались на протяжении всего XX в., однако область их применения даже в технике высоких напряжений постепенно уменьшалась.

Предпосылки для разработки электромагнитных приборов были созданы еще в 1825 г., когда английский ученый В. Стерджен изобрел электромагнит. Одним из первых приборов этого типа был прибор с железной иглой, выпущенный в 1880 г. фирмой «Карпантье» (Франция). В этой конструкции подвижная игла из магнитомягкого железа занимала определенное положение под действием двух магнитных полей, сдвинутых в пространстве на 90°: поля постоянного магнита и поля катушки, создаваемого измеряемым током. При изменении тока изменялось направление результирующего магнитного поля, за которым следовала игла, являвшаяся стрелкой прибора.

В 1881 г. немецкий инженер Ф. Уиппенборн изобрел электромагнитный прибор с эллиптическим сердечником, а в 1884 г. немецкий профессор Ф. Кольрауш (1840–1910 гг.) разработал конструкцию электромагнитного пружинного гальванометра. Примерно в то же время были предложены использовавшиеся в течение последующих 100 лет и ставшие классическими конструкции с круглыми и плоскими катушками, а также сделаны первые попытки применения магнитопроводов для увеличения вращающего момента. Последняя конструкция достигла своего совершенства в 60‑х годах XX в., когда на основе электромагнитного механизма с замкнутым магнитопроводом удалось создать дешевые и надежные малогабаритные щитовые приборы с малым собственным потреблением энергии – наиболее распространенные в те годы приборы для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (амперметры, вольтметры, частотомеры).

В конце XIX в. были разработаны также электродинамические приборы – наиболее точные для своего времени средства измерений на переменном токе промышленной частоты. Они стали широко использоваться в качестве образцовых переносных амперметров, вольтметров и, главное, фазометров. Эти приборы обладали важным свойством: после градуировки на постоянном токе они могли использоваться как на постоянном, так и на переменном токе практически без потери точности.

Предшественниками этих приборов были электродинамические весы У. Кельвина, а также крутильные электродинамические приборы Сименса, выпускавшиеся с 1883 г. Ценными качествами последних являлись высокая точность и надежность. Поэтому крутильные электродинамические приборы были модернизированы и долгое время выпускались в качестве образцовых фирмами США, Англии, Франции и других стран.

В 90‑х годах XIX в. появились первые стрелочные электродинамические приборы. В XX в. были предложены многочисленные конструкции этих приборов, обеспечивших измерения с высокой точностью токов, напряжений, мощности в однофазных и трехфазных цепях, фазовых сдвигов и частоты. До последнего времени выпускались амперметры, вольтметры и ваттметры класса 0,05, фазометры класса 0,1; однако наибольшее распространение получили электродинамические ваттметры класса 0,5.

Высокая точность электродинамических приборов связана с отсутствием магнитопровода в конструкции их измерительного механизма. Данная особенность объясняет и главный недостаток подобных механизмов: малый вращающий момент, что не позволяет строить щитовые приборы, работающие в сравнительно жестких условиях эксплуатации. Этот недостаток удалось преодолеть в ферродинамических приборах ценой потери точности (их класс точности обычно не выше 0,5).

Одним из первых получил патент на конструкцию ферродинамического ваттметра А. Лотц (Германия, 1902 г.), но его прибор не был внедрен в производство. Однако развитие электротехники ставило перед инженерами задачи, которые решались наиболее просто путем применения ферродинамических приборов. Например, необходимость разработки ферродинамических ваттметров встала перед фирмой «Сименс и Гальске» в начале XX в., когда при приемочных испытаниях двигателей постоянного тока для прокатных станов потребовались точные измерения мощности. Речь шла при этом о токах до 10 кА и напряжениях до 1 кВ. Первоначально задача решалась путем записи тока и напряжения двумя приборами с последующим вычислением мощности, однако это не обеспечивало требуемой точности. В конце концов было решено изготовить специальный ваттметр. В 1909 г. этот ваттметр с разомкнутой магнитной цепью и магнитным шунтом для компенсации погрешностей был создан. Примерно в те же годы различные конструкции ферродинамических ваттметров были запатентованы в Англии.

Один из первых патентов на ферродинамический прибор был получен в 1909 г. М.О. Доливо‑Добровольским (Россия).

В последующие годы XX в. ферродинамические приборы получили широкое распространение в качестве щитовых и регистрирующих.

С появлением первых электростанций возникла потребность в счетчиках электрической энергии. В качестве одного из первых счетчиков электроэнергии постоянного тока Т. Эдисон использовал вольтаметр, предложенный еще М. Фарадеем для измерения количества электричества. В этом приборе 0,001‑я часть измеряемого электрического тока пропускалась через раствор азотно‑кислого серебра. Ежемесячно приходилось измерять приращение массы катода, по которому рассчитывали расход электроэнергии.

Через несколько лет в Европе и США были изобретены более совершенные динамометрические и магнитомоторные счетчики постоянного тока, а также индукционные переменного тока (счетчики Арона, Бореля, Томсона, Ферранти, Шалленбергера и др.).

Создание последних стало возможным после того, как в 1888 г. Г. Феррарису и Н. Тесла независимо друг от друга удалось получить вращающееся магнитное поле. Трехфазные счетчики строились на основе однофазных в соответствии со схемами измерения энергии в трехфазных цепях.

Идея вращающегося магнитного поля лежала также в основе создания «приборов Феррариса» – индукционных ваттметров, амперметров, вольтметров и других средств измерений. Вращающий момент в них пропорционален измеряемой величине, а противодействующий – углу поворота подвижной части, как в обычных стрелочных приборах. Оригинальные индукционные приборы – фазометр и измеритель реактивной мощности – одним из первых разработал и внедрил в фирме АЕГ М.О. Доливо‑Добровольский, запатентовавший эти приборы в 1892 г. В конце прошлого века фирма АЕГ приступила к серийному производству стрелочных индукционных приборов различного назначения.

В 20‑е годы XX в. индукционные приборы начали постепенно вытесняться электромеханическими приборами других систем; в настоящее время сохранились лишь индукционные счетчики электроэнергии.

Бурно развивающаяся электроизмерительная техника требовала соответствующего метрологического обеспечения. Первые попытки создания мер электрических величин относятся к середине XIX в. Ученые разных стран начали создавать свои меры, принимаемые ими в качестве эталонов, а затем производили измерения в единицах, воспроизводимых этими мерами.

Так, например, во Франции эталоном единицы сопротивления служила железная проволока диаметром 4 мм и длиной 1 км (единица Бреге). В России Б.С. Якоби предложил сделать аналогичный эталон из медной проволоки, а в Германии таким эталоном являлся столб ртути длиной 1 м и сечением 1 мм.

К 1881 г. насчитывалось 15 различных единиц сопротивления, 8 единиц ЭДС и 5 единиц тока. Естественно, что такое многообразие крайне затрудняло сопоставление результатов измерений. Требовалось введение общепринятых международных единиц измерения электрических и магнитных величин.

В 1881 г. в Париже собрался 1‑й Международный электротехнический конгресс. Он принял две системы единиц: электростатическую (СГСЭ) и электромагнитную (СГСМ), которые ранее были разработаны и приняты в 1862 г. Британской ассоциацией развития наук. При этом в дополнение к уже принятым Британской ассоциацией практическим единицам – ому, вольту и фараде – конгресс ввел еще ампер и кулон. На 2‑м конгрессе в 1889 г. в список практических единиц были включены еще три: джоуль, ватт и квадрант (позже последней единице было присвоено наименование «Генри»).

На 3‑м Международном электротехническом конгрессе (Чикаго, 1893 г.) были приняты спецификации для создания эталонов ома и ампера, которым было суждено на многие годы стать основой унификации электрических измерений. Конгресс постановил, что ом следует воспроизводить при температуре таяния льда с помощью столба ртути длиной 106,3 см и массой 14,4521 г, а ампер – с помощью вольтаметра, в котором из раствора азотно‑кислого серебра должно выделяться серебро со скоростью 1,118 мг/с. Эти единицы были названы международными в отличие от абсолютных, теоретических единиц, принятых ранее.

Вслед за омом и ампером появились международные вольт, кулон, ватт, джоуль и др. В 1908 г. определения международных ома и ампера были уточнены Лондонской международной конференцией в связи с возрастающими требованиями к точности: длина ртутного столба была принята равной 106,300 см, а скорость выделения серебра – 1,11800 мг/с. В таком виде определения единиц электрических и магнитных величин действовали до 1 января 1948 г., когда был сделан переход от международных единиц к абсолютным.

Для технических измерений и поверки электроизмерительных приборов непосредственно использовались не эталоны, а периодически сличаемые с ними и между собой образцовые и рабочие меры: прецизионные источники ЭДС – нормальные элементы, измерительные катушки сопротивления четырехзажимной конструкции с сопротивлениями 0,0001 Ом и более, магазины сопротивлений, катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы, магазины емкостей и т.д. Для расширения диапазонов измерений были разработаны делители напряжения, шунты, добавочные сопротивления, измерительные преобразователи тока и напряжения.

Эти средства измерений начали создаваться в конце XIX в. В 1872 г. появился нормальный элемент Кларка, а в 1893 г. – более точный элемент Вестона, погрешность которого не превосходила 0,001%. Американский ученый Э. Вес‑тон предложил также в 1885 г. медно‑марганцевый сплав с высоким удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом – родоначальник манганина, до сих пор используемого для производства образцовых мер сопротивления и делителей напряжения.

Разработка прецизионных источников ЭДС, резисторов и делителей напряжения позволила приступить с начала XX в. к выпуску в качестве самостоятельных изделий компенсаторов постоянного тока, которые стали широко использоваться для поверки вольтметров, амперметров и ваттметров, а также для измерений ЭДС, токов, сопротивлений и функционально связанных с ними неэлектрических величин. Компенсаторы переменного тока с вибрационными гальванометрами в качестве нуль‑индикаторов появились в 20‑е годы XX в.

В те же годы начали выпускаться мосты постоянного и переменного тока для точного измерения параметров электрических цепей. Позже идеи компенсационного метода измерения напряжения, а также мостовые схемы легли в основу создания ряда аналоговых и цифровых приборов с автоматическим уравновешиванием.

Первые измерительные трансформаторы, появившиеся в самом начале XX в., удовлетворяли весьма скромным техническим требованиям и должны были градуироваться вместе с соответствующими приборами на рабочей частоте. Однако уже в 20‑е годы это были вполне современные средства измерений разнообразных конструкций. Трансформаторы тока изготавливались на токи до 50 кА при рабочем напряжении до 250 кВ; трансформаторы напряжения выпускались на напряжения до 100 кВ.

С конца XIX в. началось бурное развитие самопишущих приборов, предназначенных для измерения и записи медленно изменяющихся величин: тока, напряжения, мощности, частоты, угла сдвига фаз, а также неэлектрических величин: температуры, давления и др. Первые самопишущие приборы использовали магнитоэлектрический измерительный механизм. Однако вскоре в них стали применяться, кроме того, ферродинамические, индукционные и электромагнитные механизмы, а также компенсационные и мостовые измерительные схемы.

В 20‑е годы самопишущие приборы в конструктивном отношении были доведены до высокой степени совершенства. Например, при записи пером и чернилами использовались капиллярные перья с отверстием 0,07 мм, позволяющие при расходе 0,5 г чернил сделать линию длиной 300 м. Использовалась также точечная регистрация с помощью цветных лент (до шести различных красящих лент в многоканальных приборах). Применялись также искровые, световые и другие способы записи. Чаще всего запись осуществлялась на протягиваемую перфорированную бумажную ленту с полезной шириной от 60 до 250 мм.

В многоканальных самопишущих приборах использовалось либо несколько измерительных механизмов, либо один механизм с механическим коммутатором каналов; применялась также комбинация этих способов. Например, фирма «Гартман и Браун» выпускала прибор с двумя стоящими рядом измерительными механизмами, который писал 12 точечных кривых.

Та же фирма выпускала мультитермограф – прибор для записи температур в нескольких местах (рис. 12.3). Этот прибор был шестиканальным, в нем использовалось шесть различных цветных красящих лент. Одновременно с переключением красящих лент происходило переключение подвижной катушки магнитоэлектрического механизма на очередное измерительное устройство. В приборе использовалась точечная запись. Все шесть каналов опрашивались циклически за 108 с (18 с на канал).

В большинстве случаев продвижение бумаги в самописцах осуществлялось равномерно. Однако получили распространение и другие способы регистрации. Так в некоторых самопишущих максимальных ваттметрах – приборах, предназначенных для регистрации суточных колебаний в потреблении электроэнергии, – бумага продвигалась пропорционально активной мощности, а стрелка – пропорционально реактивной, так что за каждый период записи вычерчивался прямоугольный треугольник, гипотенуза которого пропорциональна полной мощности.

^{Рис. 12.3. Мультитермограф фирмы «Гартман и Браун»}

Самопишущие приборы с автоматической компенсацией – мосты и потенциометры – одной из первых начала выпускать фирма «Лидс и Нортруп» (США). Вместо электронного усилителя, применяемого в современных приборах этого типа, в них использовался гальванометр, с помощью которого могли замыкаться контакты в обмотках любого из двух реле («минимального» и «максимального»). При срабатывании реле приводился в действие часовой механизм, с помощью которого схема уравновешивалась, при этом стрелка гальванометра отклонялась от контакта в среднее положение. Конструкция прибора обеспечивала практическое отсутствие нагрузки на подвижную часть гальванометра.

В подобных приборах достигалась весьма высокая чувствительность. Автоматические потенциометры, например, выпускались на напряжение полного отклонения I мВ. Количество каналов от 1 до 16; быстродействие 1 мин на канал; основная приведенная погрешность не превышала 0,5%.

Одним из недостатков первых самопишущих приборов было использование для протягивания бумажной ленты механических часов, которые создавали небольшой вращающий момент и требовали периодического завода (обычно на 8–30 сут). Однако уже с конца 10‑х годов XX в. в США для этой цели начали применять синхронный микродвигатель X. Уоррена. Этот двигатель при малых габаритах (его ротор в виде железного диска с намагниченными стальными иглами весил всего 1 г) и потребляемой мощности всего 3 Вт создавал вращающий момент почти в 1000 раз больше, чем у часов с заводом на 8 сут.

Применение электрических двигателей, а затем начиная с 30‑х годов электронных усилителей позволило значительно улучшить технические характеристики самопишущих приборов и повысить их надежность.

По мере роста протяженности электрических сетей все больше и больше выступала на первый план проблема электрических измерений на расстоянии – телеизмерений. Весьма часто энергия дальних источников была значительно дешевле, чем местных, поэтому местные станции использовались только для покрытия пиков нагрузки. Для экономичного распределения мощности между электростанциями и потребителями электроэнергии необходимо иметь центральный пункт управления, находясь в котором, можно было знать о напряжении и мощности на каждом объекте, производящем или потребляющем электроэнергию.

С начала XX в. подобные диспетчерские пункты начали строиться в США, а затем и в Европе. Для обеспечения быстрой реакции на аварийные ситуации предпочтение отдавалось непрерывным измерениям на расстоянии с одновременной их записью. До 30‑х годов показания электроизмерительных приборов передавались почти исключительно по проводам; проблема беспроволочной передачи хотя и ставилась, но не получила еще практического осуществления.

В первых телеизмерительных устройствах передача измерительной информации осуществлялась с помощью вспомогательного источника постоянного тока. Последовательно включались источник напряжения, реостат, линия связи и выходной прибор магнитоэлектрической системы. Оператор наблюдал за показаниями прибора и перемещал движок реостата вдоль шкалы, градуированной в единицах измеряемой величины. При этом соответственно изменялся ток в выходном приборе, находящемся на приемной стороне и градуированном в тех же единицах. Данный метод нетрудно было автоматизировать, связав механически подвижную часть прибора на передающей стороне с движком реостата. Подобные приборы выпускала, например, фирма «Сименс и Гальске».

Аналогичная идея использовалась для суммирования показаний кило ваттметров. Каждому прибору соответствовал свой реостат; все реостаты включались последовательно с источником напряжения и задавали ток в выходной прибор, находящийся на расстоянии до 300 км.

Для телеизмерений на переменном токе использовались преобразователи переменного тока в постоянный, расположенные на передающей стороне. При этом передача велась постоянным током. Так, для измерения переменного тока в телеизмерительном устройстве Кембриджской компании вторичная обмотка трансформатора тока замыкалась на нагреватель термопреобразователя. Постоянный ток, пропорциональный термоЭДС, использовался для передачи. Для телеизмерений мощности использовались два термопреобразователя, включенных по схеме, реализующей суммарно‑разностный метод. Из‑за малости термоЭДС (десятки милливольт) информация могла передаваться лишь на небольшие расстояния (до 20 км).

Другой способ преобразования мощности в напряжение постоянного тока предложил в 1911 г. А. Лотц. Известно, что в индукционном счетчике активной или реактивной энергии частота вращения диска пропорциональна мощности. А. Лотц предложил связать с подвижной частью счетчика генератор постоянного тока; напряжение, создаваемое этим генератором, пропорционально частоте вращения, а следовательно, измеряемой мощности. В 20‑х годах подобные телеизмерительные устройства выпускались во Франции и Германии.

Существенным недостатком телеизмерительных устройств с передачей информации постоянным током является влияние изменений сопротивления линии связи на точность измерений. Поиски путей преодоления этого недостатка привели к созданию в 20‑х годах импульсных методов телеизмерений.

Одну из первых времяимпульсных систем создала в 1928 г. германская фирма «Телефонверк». В этой системе угол отклонения стрелки любого прибора преобразовывался с помощью специального электромеханического устройства в длительность импульсов, поступающих на самописец. Для передачи информации не требовалось специальной линии связи, а можно было использовать существующие линии, в частности телефонные.

Примерно в то же время германская фирма «Телефункен» построила первую числоимпульсную телеизмерительную систему, предназначенную для передачи показаний счетчиков электроэнергии. Частотно‑импульсный метод реализовала в своей системе фирма «Вестингауз» (1924 г.). Для передачи информации фирма использовала существующие телефонные линии, причем передаваемые импульсы тока практически не влияли на качество телефонной связи.

В нашей стране производство электроизмерительной техники начало интенсивно развиваться с 20‑х годов XX в. В 10‑е годы в России было только два небольших завода электроизмерительных приборов в Санкт‑Петербурге (фирм «Гейслер» и «Сименс‑Гальске»). На них производилась сборка приборов из импортных деталей. Кроме того, в небольших количествах средства измерений изготавливались в мастерских некоторых университетов и научных учреждений. Более чем на 90% потребности страны в электроизмерительной технике удовлетворялись за счет импорта.

Однако к тому времени наша страна уже располагала научным потенциалом, необходимым для быстрого развития электроприборостроения. Исследования выдающихся физиков А.Г. Столетова и П.Н. Лебедева до сих пор могут служить образцами постановки измерительных экспериментов. А.Г. Столетов представлял Россию на Первом Международном электротехническом конгрессе.

Огромный вклад в развитие метрологии внес Д.И. Менделеев, возглавивший в 1892 г. Главную палату мер и весов в Санкт‑Петербурге, где в 1900 г. было организовано специальное отделение для поверки электроизмерительных приборов. Там в 1909 г. А.Н. Георгиевский и М.Ф. Маликов приступили к созданию эталонов ома и вольта.

В начале XX в. отечественными учеными был предложен ряд оригинальных средств измерений электрических величин. Например, в 1909 г. М.А. Шателен и А.А. Чернышев создали один из первых образцов электронно‑лучевого осциллографа; в 1910 г. А.А. Чернышев разработал высоковольтные вольтметры и ваттметры.

В середине 20‑х годов в Ленинграде на базе заводов «Сименс‑Гальске» и «Гейслер» было налажено производство лабораторных и щитовых амперметров и вольтметров магнитоэлектрической и электромагнитной систем, четырехплечих мостов постоянного тока, а также счетчиков электрической энергии. В 1927 г. там же вступил в строй новый завод «Электроприбор», начавший массовое производство электроизмерительных приборов.

С 1929 г. Ленинградский политехнический институт начал подготовку инженеров – специалистов по электроизмерительной технике. Большой вклад в разработку методов проектирования электромеханических измерительных приборов и подготовку инженерных кадров внесли Н.Н. Пономарев и Е.Г. Шрамков.

В 30‑х годах во многих городах страны были построены научно‑исследовательские институты, конструкторские бюро, заводы по разработке и производству электроизмерительной техники (ЗИП в Краснодаре, «Точэлектроприбор» в Киеве и др.). Со второй половины 30‑х годов постепенно начали складываться новые научно‑педагогические школы специалистов в области электроизмерительной техники. Становление этих школ тесно связано с именами К.Б. Карандеева, Л.Ф. Куликовского, М.И. Левина, П.П. Орнатского, А.В. Талицкого, А.В. Фремке, P.P. Харченко, В.М. Шляндина и др.