WikiDer > Электрические часы

Electric clock
Синхронные электрические часы Telechron, произведенные примерно в 1940 году. К 1940 году синхронные часы стали наиболее распространенным типом часов в США.

An электрические часы это Часы который работает на электричество, в отличие от механических часов, которые питаются от подвешенного груза или пружина. Этот термин часто применяется к механическим часам с электрическим приводом, которые использовались раньше. кварцевые часы были введены в 1980-е годы. Первые экспериментальные электрические часы были построены примерно в 1840 году, но широко не производились до тех пор, пока в сеть не попали. электроэнергия стал доступен в 1890-х годах. В 1930-е годы синхронный электрические часы заменил механические часы как наиболее широко используемый тип часов.

Типы

Электромеханический часовой механизм с автоподзаводом от Швейцария.

Электрические часы могут работать по нескольким типам механизмов:

  • Электромеханические часы иметь традиционный механический движение, который держит время с колеблющимся маятник или балансир питание через зубчатая передача по пружина, но используйте электричество, чтобы перемотать заводную пружину с электрический двигатель или электромагнит. Этот механизм чаще всего встречается в старинных часах.
  • Электрические ремонтуарные часы есть зубчатые передачи, повернутые небольшой пружиной или утяжеленным рычагом, ремонт, который чаще заводился от электродвигателя или электромагнита. Этот механизм был более точным, чем заводная пружина, потому что частый завод усреднял колебания хода часов, вызванные изменяющейся силой пружины при ее раскручивании. Он использовался в точных маятниковых часах и в автомобильных часах до 1970-х годов.
  • Электромагнитные часы отслеживать время с помощью маятника или балансового колеса, но импульсы для его поддержания не создаются механическим движением и спусковой механизм связь, но магнитная сила от электромагнита (соленоид). Этот механизм использовался в первых электрических часах, и он встречается в старинных электрических маятниковых часах. Он также встречается в некоторых современных декоративных каминных и настольных часах.
  • Синхронные часы полагаться на 50 или 60 Гц частота сети из AC электросеть в качестве источника синхронизации, управляя часовыми механизмами с синхронный двигатель. По сути, они подсчитывают циклы подачи питания. Хотя фактическая частота может меняться в зависимости от нагрузки на сеть, общее количество циклов в 24 часа поддерживается строго постоянным, так что эти часы могут точно отслеживать время в течение длительных периодов, за исключением отключение электроэнергии; через несколько месяцев они более точны, чем обычные кварцевые часы. Это был самый распространенный тип часов с 1930-х годов, но теперь его в основном заменили кварцевые часы.
  • Часы Tuning Fork отслеживать время, считая колебания откалиброванного камертона с определенной частотой. Они были сделаны только с батарейным питанием. Часы с батарейным питанием были сделаны по схемам, приведенным выше, с очевидным исключением синхронного механизма. Все часы с батарейным питанием были в значительной степени заменены более дешевым кварцевым механизмом.
  • Кварцевые часы электрические часы, которые отсчитывают время, считая колебания вибрирующего Кристалл кварца. В них используются современные низковольтные схемы с питанием от постоянного тока, которые могут питаться от батареи или производиться от электросети. Сегодня это самый распространенный тип часов. Кварцевые часы, поставляемые производителем, обычно показывают время с погрешностью в несколько секунд в неделю, а иногда и больше.[1] Недорогие кварцевые механизмы часто указываются с точностью до 30 секунд в месяц (1 секунда в день, 6 минут в год).[2] Более низкая погрешность может быть достигнута путем индивидуальной калибровки, если возможна регулировка, при условии стабильности генератора, особенно при изменении температуры. Более высокая точность возможна при более высоких затратах.
  • Радиоуправляемые часы кварцевые часы, которые периодически синхронизируются с универсальное глобальное время атомные часы шкала времени через радиосигналы времени транслируется выделенные станции во всем мире. Они отличаются от радиочасы.

История

Один из первых электромагнитных часов Александра Бейна, 1840-х годов.
Мужские из Лестера Pulsynetic, C40A, Поезд ожидания, Башенные часы (1940-е / 50?). Сфотографировано в Дом министров (Секретариат), Янгон.

В 1814 г. Сэр Фрэнсис Рональдс Лондона изобрели первые электрические часы.[3] Он был оснащен сухие сваи, высоковольтная батарея с чрезвычайно долгая жизнь но недостаток в том, что его электрические свойства меняются в зависимости от погоды.[4] Он опробовал различные способы регулирования электричества, и эти модели оказались надежными в целом ряде метеорологических условий.[5]

В 1815 г. Джузеппе Замбони из Вероны изобрели и показали другие электростатические часы с сухой ворс батарейки и колеблющийся шар. Его команда в течение многих лет производила улучшенные часы, которые позже были обозначены как «самый элегантный и в то же время самый простой механизм, который когда-либо производила электрическая колонка».[6] Часы Замбони имели вертикальную стрелку, поддерживаемую осью, и были настолько энергоэффективными, что могли работать от одной батареи более 50 лет.

В 1840 г. Александр Бэйн, шотландский производитель часов и инструментов был первым, кто изобрел и запатентовал часы, работающие от электрического тока. Его оригинальный патент на электрические часы датирован 10 октября 1840 года. 11 января 1841 года Александр Бейн вместе с Джоном Барвайзом, изготовителем хронометров, получил еще один важный патент, описывающий часы, в которых электромагнитный маятник и электрический ток используется для поддержания хода часов вместо пружин или грузов. Позднее патенты расширили его оригинальные идеи.

Многие люди были полны решимости изобрести электрические часы с электромеханической и электромагнитной конструкцией около 1840 года, такие как Уитстон, Штайнхейл, Хипп, Breguet, и Гарнье, как в Европе, так и в Америке.

Маттеус Хипп часовщик родился в Германия, является создателем серийного производства электрических часов. Хипп открыл мастерскую в Ройтлинген, где он разработал электрические часы для Hipp-Toggle, представленные в Берлине на выставке в 1843 году. Hipp-Toggle - это устройство, прикрепленное к маятнику или балансовому колесу, которое электромеханически допускает случайные импульсы или движение к маятнику или колесо, поскольку его амплитуда колебаний падает ниже определенного уровня, и настолько эффективен, что впоследствии более ста лет использовался в электрических часах. Хипп также изобрел небольшой мотор, построил хроноскоп и регистрирующий хронограф для измерения времени.

Первые электрические часы имели выступающие маятники, потому что это были знакомая форма и конструкция. Часы меньшего размера и часы со спиральным балансом созданы по тем же принципам, что и маятниковые часы.

В 1918 г. Генри Эллис Уоррен изобрел первые синхронные электрические часы в Ашленде, Массачусетс, которые отсчитывали время от колебаний в электросети.[7][8] В 1931 году Synclock были первыми коммерческими синхронными электрическими часами, проданными в Великобритании.[8]

Электромеханические часы

фотография Master Clock
Основные часы из синхронизированной системы школьных часов. c.1928 Электромеханический механизм заводит каждую минуту и ​​каждую минуту подает импульс ведомым часам. Работает от 24 В постоянного тока

Часы, которые используют электричество в той или иной форме для питания обычного часового механизма, представляют собой электромеханические часы. Любые часы с пружинным или весовым приводом, которые используют электричество (переменного или постоянного тока) для перемотки пружины или увеличения веса механических часов, тогда являются электромеханическими часами. В электромеханических часах электричество не выполняет функцию хронометража. Функция хронометража регулируется маятником. Ближе к концу девятнадцатого века появление сухих аккумуляторных батарей сделало практичным использование электроэнергии в часах. Использование электричества привело к появлению множества вариаций конструкции часов и двигателей. Электромеханические часы создавались как отдельные часы, но чаще всего использовались как неотъемлемые части синхронизированных установок времени. Опыт телеграфии привел к подключению удаленных часов (ведомых часов) по проводам к управляющим (ведущим часам). Целью было создать систему часов, в которой все часы отображали бы одно и то же время. Ведущее устройство и ведомые устройства - электромеханические часы. В главные часы оснащен обычным часовым механизмом с автоподзаводом, который перематывается электрически. В раб часы Механизм не является обычным часовым механизмом, так как состоит только из храпового колеса и часового механизма. Ведомые часы полагаются на электрические импульсы от главных часов, чтобы механически перемещать стрелки часов на одну единицу времени. Системы синхронизированного времени состоят из одних главных часов и любого количества подчиненных часов. Ведомые часы подключены проводами к ведущим часам. Эти системы используются в местах, где можно использовать несколько часов, таких как учебные заведения, предприятия, фабрики, транспортные сети, банки, офисы и государственные учреждения. Ярким примером такого типа системы является Часы Shortt-Synchronome, который является примером электромеханической гравитации ремонт. Эти системы часов с автоподзаводом обычно были низкого напряжения постоянного тока. Они были установлены в 1950-х годах, и к тому времени системы с синхронным двигателем часов стали предпочтительными системами часов.

Электромагнитные часы

Ранние французские электромагнитные часы

Конфигурация этого устройства сравнительно очень проста и надежна. Электрический ток питает либо маятник или электромеханический осциллятор.

Компонент электромеханического осциллятора имеет прикрепленный магнит это проходит два индукторы. Когда магнит проходит через первую катушку индуктивности или датчик, простой усилитель мощности вызывает ток через вторую катушку индуктивности, а вторая катушка индуктивности работает как электромагнит, обеспечивая импульс энергии движущемуся генератору. Этот осциллятор отвечает за точность часов. Электронная часть не генерировала бы электрические импульсы, если бы генератор отсутствовал или не двигался. В резонансный частота механического осциллятора должно быть несколько раз в секунду.

Синхронные электрические часы

Радиочасы с синхронными часами, 1950-е гг.

Синхронные электрические часы не содержат генератора хронометража, такого как маятник или балансовое колесо, а вместо этого подсчитывают колебания переменного тока. ток в сети от розетки, чтобы отследить время. Он состоит из небольшого кондиционера. синхронный двигатель, который поворачивает стрелки часов через редукцию зубчатая передача.[9] Двигатель содержит электромагниты которые создают вращающийся магнитное поле который превращает утюг ротор. Скорость вращения вала двигателя синхронизирована с частота сети; 60 циклов в секунду (Гц) в Северной Америке и некоторых частях Южной Америки, 50 циклов в секунду в большинстве других стран. Зубчатая передача масштабирует это вращение, поэтому минутная стрелка вращается один раз в час. Таким образом, синхронные часы можно рассматривать не столько как хронометрист, сколько как механический счетчик, стрелки которого показывают текущий счет количества циклов переменного тока.[9]

Одна из шестерен, поворачивающая стрелки часов, имеет вал со скользящей фрикционной муфтой, поэтому стрелки часов можно повернуть вручную ручкой на задней стороне, чтобы установить часы.

Часы с синхронным двигателем прочны, потому что у них нет тонкого маятника или колеса баланса. Однако временный отключение электричества остановит часы, которые покажут неправильное время при восстановлении питания. Некоторые синхронные часы имеют индикатор, который показывает, был ли он остановлен и перезапущен.

Количество полюсов

Некоторые электрические часы имеют простой двухполюсный синхронный двигатель, который работает с одним оборотом за цикл мощности, то есть 3600Об / мин при 60 Гц и 3000 об / мин при 50 Гц.[10] Однако у большинства электрических часов есть роторы с большим количеством магнитных полюсов (зубцов), следовательно, вращающиеся с меньшей долей линейной частоты. Это позволяет изготавливать зубчатую передачу, поворачивающую стрелки, с меньшим количеством шестерен, что экономит деньги.[11]

Точность

Точность синхронных часов зависит от того, насколько близко электрические сети держать частота их тока до номинала 50 или 60 герц. Хотя колебания нагрузки электросети вызывают колебания частоты, которые могут приводить к ошибкам на несколько секунд в течение дня, коммунальные предприятия периодически регулируют частоту своего тока, используя универсальное глобальное время атомные часы, так что общее количество циклов в день дает среднюю частоту, которая точно соответствует номинальному значению, поэтому синхронные часы не накапливают ошибку.[12] Например, европейские энергокомпании контролируют частоту работы своей сети один раз в день, чтобы общее количество циклов за 24 часа было правильным.[13][неудачная проверка] Энергетические компании США корректируют свою частоту, когда совокупная ошибка достигает 3–10 секунд. Это исправление известно как Исправление ошибок времени (TEC).

Более 7-минутная ошибка времени, которая возникла бы в электрических часах на большей части Северной Америки, если бы они не были сброшены после перехода на летнее время в марте 2016 года и если бы TEC не использовались.[12]

В 2011 г. Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения (НКРЭ),[14] основанная на консенсусе отраслевая организация подала петицию в Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC)[15] ликвидировать ТИК. Хотя это освободило бы энергетические компании от угрозы штрафов, а также обеспечило бы чрезвычайно скромное повышение стабильности частоты, было также отмечено, что синхронные часы, которые включают настенные часы, будильники и другие часы, вычисляющие время на основе их электрическая мощность накапливала несколько минут ошибки между полугодовыми сбросами для Летнее время.[16] Об этом следствии сообщили американские СМИ.[17] и инициатива была отброшена. Однако в конце 2016 года аналогичное предложение было снова подано НКРЭ в FERC, которое было одобрено двумя месяцами позже.[12] Это зависит от удаления стандарта WEQ-006, и НКРЭ также подала прошение Совет по стандартам энергетики Северной Америки (NAESB),[18] неправительственная организация, ориентированная на бизнес, за отмену этого стандарта. Если FERC примет петицию NAESB, ТИК больше не будут использоваться в Соединенных Штатах и ​​Канаде, и часы, отсчитываемые ими, вероятно, будут неконтролируемо блуждать до тех пор, пока не будут сброшены вручную; это было отмечено в техническом документе сотрудниками Национальный институт стандартов и технологий и Военно-морская обсерватория США что, если бы ТИК не были введены в 2016 году, было бы потеряно более семи минут на электрически синхронизируемых часах на большей части территории Соединенных Штатов и Канады, как показано на Рисунке 8 их статьи.[12]

Часы с запуском отжима

Самые ранние синхронные часы 1930-х годов не запускались автоматически, и их нужно было запускать, вращая ручку стартера на задней панели.[9] Недостаток конструкции этих спин-старт clocks, двигатель можно было запустить в любом направлении, поэтому, если ручка стартера вращалась не в ту сторону, часы бежали назад, а стрелки вращались против часовой стрелки. Более поздние часы с ручным запуском имели храповики или другие связи, которые предотвращали запуск назад. Изобретение электродвигатель с расщепленными полюсами позволяли запускать часы с самозапуском, но поскольку часы перезапускались после отключения питания, потеря времени не указывалась.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Эллиотт, Род. «Постройте синхронные часы». Эллиотт Саунд.
  2. ^ Brimarc, типичный кварцевый часовой механизм с точностью до ± 30 секунд в месяц. В архиве 2015-07-04 в Wayback Machine
  3. ^ Акед, К. (1973). «Первые электрические часы». Антикварные часы.
  4. ^ Рональдс, Б.Ф. (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа. Лондон: Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-917-4.
  5. ^ Рональдс, Б.Ф. (июнь 2015 г.). «Вспоминая первые часы с батарейным питанием». Антикварные часы. Получено 8 апреля 2016.
  6. ^ Вечный электромотор
  7. ^ Патент США № 1283434 Уоррен, Генри Э. Устройство времени, подана 26 февраля 1917 г., выдана 29 октября 1918 г. в Google Patents
  8. ^ а б «Знаменитые имена в электрическом часовом деле». Группа Электротехники. Антикварное часовое общество, Лондон, Великобритания. 2011. Архивировано с оригинал на 2012-05-07. Получено 2011-12-16.
  9. ^ а б c Мудрый, С. Дж. (1952). Электрические часы, 2-е изд. (PDF). Лондон: Heywood & Co., стр. 95–100.
  10. ^ Мудрый (1952) Электрические часы, с.101–104
  11. ^ Скорость синхронного двигателя v в оборотах в минуту (об / мин) зависит от количества полюсов следующим образом:
    где ж - частота сети (50/60 Гц) и п количество полюсов ротора. Многие конструкции имеют 30 полюсов, так что двигатель работает со скоростью 240 об / мин (при 60 Гц) или 200 об / мин (при 50 Гц).
  12. ^ а б c d Бумага NIST
  13. ^ «Амплитудно-частотная характеристика - Национальная сеть». www2.nationalgrid.com.
  14. ^ «НКРЭ». www.nerc.com.
  15. ^ «Федеральная комиссия по регулированию энергетики». www.ferc.gov.
  16. ^ http://www.gps.gov/cgsic/meetings/2011/matsakis.pdf
  17. ^ «При испытании электросети опасаются поломки бытовой техники».
  18. ^ «Совет по энергетическим стандартам Северной Америки». www.naesb.org.

использованная литература

  • Вирадес, Мишель. История электрических часов
  • Кац, Евгений. Александр Бэйн биография
  • Вечный электромотив Джузеппе Замбони
  • Чиркин, К. Электромеханические часы. Радио, 7 (1968): стр. 43.