Shortt: Synchronome 클럭

Shortt–Synchronome clock
미국 국립표준기술연구소(Standards and Technology) 박물관의 쇼트 시계.이 시계는 1929년에 구입되어 물리학자인 폴 R.에게 사용되었다. 헤일이 측정한 중력 상수.왼쪽은 진공 탱크의 1차 추입니다.

Shortt-Synchronome 자유 진자 시계는 1921년 영국의 철도 엔지니어 William Hamilton Shortt가 시계열학자 Frank [1]Hope-Jones와 협력하여 발명하고 런던의 [2]Synchronome Company, Ltd.에 의해 제조된 복잡한 정밀 전기 기계식 진자 시계입니다.그것들은 상업적으로 [3][4][5][6][7]생산된 시계 중 가장 정확한 시계였고, 1920년대와 [7]1940년대 사이에 기계 시계가 석영 시간 표준으로 대체된 가장 높은 시간 표준이 되었다.그것들은 전 세계적으로 천문 관측소, 해군 관측소, 과학 연구 및 국가 시간 전파 서비스의 주요 표준으로 사용되었다.쇼트는 지구 자체보다 더 정확한 최초의 시계였다; 그것은 1926년에 지구의 자전 [3][7][8]속도의 작은 계절적 변화를 감지하는데 사용되었다.쇼트 클럭은 [3][9][10][11]연간 약 1초의 정확도를 달성했지만, 최근 측정에서는 훨씬 더 정확했습니다.1922년에서 [10][12]1956년 사이에 약 100대가 생산되었다.

쇼트 시계는 진공 탱크에서 흔들리는 1차 진자와 전기 회로와 전자석에 의해 1차 진자와 동기화되는 2차 진자로 시간을 유지했다.2차 진자는 시계의 시간 기록 메커니즘에 부착되어 1차 진자는 사실상 외부 교란이 없었다.

묘사

Shortt 시계는 두 개의 개별 유닛으로 구성되어 있습니다: [13]직경 26cm와 벽에 부착된 높이 125cm의 구리 진공 탱크에 있는 1차 진자와 몇 피트 떨어진 곳에 있는 고정식 진자 시계입니다.진자 간의 결합 가능성을 방지하기 위해, 두 장치를 서로 다른 공간에 멀리 떨어진 곳에 설치하거나, 두 진자의 진동면이 90도 간격으로 되도록 방향을 잡았다.세컨더리 클럭은 표준 Synchronome 정밀 레귤레이터 클럭의 수정 버전입니다.두 구성 요소는 두 개의 진자가 동시에 흔들리는 것을 유지하기 위해 메커니즘에서 전자석을 작동하는 전기 펄스를 전달하는 와이어로 연결되었습니다.1차 진자봉과 14파운드 무게는 열팽창과 진자의 수축을 줄이기 위해 합금 인볼라로 만들어졌으며, 이는 진자의 주기가 온도 변화에 따라 변하게 한다.잔류 열팽창률은 보브 아래에 금속을 삽입하여 0으로 보정되었습니다.진공탱크를 수동펌프로 30mmHg(40hPa)[14] 안팎의 압력으로 대피시켜 대기압 변화가 진자의 속도에 영향을 미치는 것을 방지하고 진자의 공기역학적 항력을 크게 줄여 Q계수를 2만5000에서 11만까지 [15]증가시켜 정확도를 4배로 높였다.Shortt의 실험 결과, 서스펜션 스프링의 굴곡에 의해 소비되는 에너지는 잔류 공기 분자를 편향시켜 소비되는 에너지와 동일하므로 더 높은 진공이 [14]필요하지 않은 것으로 나타났습니다.

두 진자는 모두 약 1m(39인치) 길이의 초 진자로, 주기는 2초이다. 1차 진자의 각 흔들림은 정확히 1초가 걸렸고, 2차 진자의 자연 속도는 매우 약간 더 길었다.진자는 진동 상태를 유지하기 위해 30초마다 한 번씩 기계로부터 압력을 받았다.보조 시계에는 두 개의 시계 다이얼이 달려 있어 각 시계추에 의해 유지되는 시간을 보여주어 동기화되었음을 확인했습니다.또한 전기 단자가 있어 1Hz 타이밍 신호를 생성합니다.전선을 연결하여 시계의 초정확한 시간 신호를 다른 도시의 시계에 전송하거나 라디오로 방송할 수 있습니다.

정확도 이유

1차 진자 탱크

마찰이 없는 진공상태에서 외부의 장애가 없는 일정한 진폭으로 흔들리는 진자는 이론적으로 완벽한 [2]시간을 유지합니다.그러나 시계의 추는 시계의 메커니즘과 연결되어 있어야 하며, 이것이 20세기 초 정밀 시계의 오차의 주요 원인이었다.일반적인 시계의 메커니즘은 두 가지 기능을 수행하기 위해 각각의 스윙을 하는 진자와 상호작용합니다. 첫째, 진자는 시간의 흐름을 기록하기 위해 어떤 종류의 연결을 활성화해야 합니다.둘째, 연계에 의해 트리거된 시계 메커니즘은 진자가 마찰로 손실되는 에너지를 교체하기 위해 진자를 밀어서(펄스) 흔들리게 해야 합니다.이 두 가지 기능은 둘 다 진자의 운동을 방해한다.

쇼트 클럭의 장점은 첫째, 진자에 정확히 30초마다 한 번만 임펄스를 줌으로써 임펄스로 인한 1차 진자의 교란을 줄였고, 둘째, 초를 제어하기 위해 필요한 정밀한 타이밍 신호를 생성함으로써 1차 진자와의 다른 모든 상호작용을 없앴다.임펄스 메커니즘 자체에서 온다이얼 클럭(및 시간 경과 기록)을 사용하여 진자가 "자유롭게" 흔들리게 합니다.

작동 방식

1차 진자와 2차 진자는 2차 진자와 1차 [1][14]진자의 동기화를 유지하는 피드백 루프로 서로 연결되었다.보조 시계는 진자에 부착된 손톱에 의해 각각의 오른쪽 진자 흔들림을 앞쪽으로 이동시키는 15개의 톱니 카운트 휠을 사용하여 기계적 탈출이 있었다.

15번의 진동(30초)마다, 이 탈출은 중력 레버를 방출하여 보조 진자를 밀었습니다.떨어지면서 보조 진자의 중력 레버는 보조 진자의 중력 레버를 재설정(상승)하는 전자석을 작동시키는 스위치를 닫았고, 또한 보조 진자의 중력 레버를 해제하여 1차 장치의 전자석으로 전류 펄스를 전송하여 1차 진자를 밀었습니다.

1차 진자에 대한 임펄스는 1차 진자에 부착된 바퀴에서 굴러 떨어진 1차 진자의 중력 레버(리모트레어 역할을 함)의 무게에 의해 제공되며, 이 메커니즘은 1차 진자가 pr에 매우 가까운 1차 진자 중력 레버로부터 30초마다 동일한 기계적 임펄스를 받도록 보장한다.정확히 같은 부위의 뇌졸중입니다.

떨어지는 1차 진자 중력 레버는 두 번째 전기 회로에서 한 쌍의 접점을 닫았고, 두 번째 전기 회로는 레버를 재설정하고 전기 펄스를 보조 장치의 히트/미스 싱크로나이저에 다시 공급했습니다.보조 장치에 의해 시작된 사이클의 시작은 매 30초마다 매우 작은 양에 의해 달라질 수 있지만, 재설정 및 동기화 동작(진자 위의 바퀴에서 굴러 떨어진 1차 클럭 중력 암 어셈블리의 보석이 순간에만 발생)은 1차 진자의 위치에 고정되고 다음을 나타냅니다."자유"(기본) 추에서 도출된 정확한 시간을 입력했다.

히트 앤 미스 싱크로나이저

1차 진자의 펄스는 "히트 앤 미스 싱크로나이저"[16]라고 불리는 장치를 통해 2차 진자와 위상을 유지하기 위해 사용되었습니다.30회 흔들릴 때마다, 1차 진자가 임펄스 된 후, 두 진자의 위치를 비교했다.이는 1차 진자의 중력 레버에 의해 작동되는 2차 회로의 전기 펄스에 의해 이루어졌으며, 2차 장치의 2차 전자석을 사용하여 2차 진자에 부착된 리프 스프링의 경로로 베인을 이동시켰다.보조 진자가 1차 진자에 뒤처지면 스프링이 베인에 걸릴 것이다('히트'라고 함).스프링은 보조 진자를 밀어서 그 흔들림의 시간을 단축시킬 것이다.2차 진자가 1차 진자('실수')보다 앞쪽에 있으면 판 스프링은 베인을 놓치고 2차 진자는 판 스프링으로부터의 가속 없이 정상적으로 흔들린다.2차 진자는 1차 진자에 비해 약간 느린 속도로 설정되었기 때문에 2차 진자는 1차 진자에 대해 "히트"를 수신할 때까지 매 간격마다 1차 진자에 비해 더 늦게 설정되었다.일반적으로 "히트"로 인한 가속도는 정상 손실의 약 두 배가 되도록 조정되어 "히트"와 "실수" 사이클이 대략 번갈아 나타나므로 메커니즘의 이름이 됩니다.이 사이클은 반복적으로 반복되어 장기적으로 세컨더리가 프라이머리와 정확하게 보조를 맞출 수 있도록 했다.이 피드백 루프는 위상 잠금 루프의 전기 기계 버전으로 기능했으며, 나중에 전자, 석영 및 원자 시계에서 사용되었습니다.

원가

1928년, 미국의 발명가 알프레드 리 루미스는 프랭크 호프 존스의 작업장을 방문했고 거의 완성된 6번째 시계를 보여주었습니다.루미스는 가격이 240파운드(2019년 14,567달러 상당)라는 말을 들은 뒤 시계 3개를 주문하고 첫 번째 클럭을 선불해 프랭크에게 충격을 줬다.세 개의 시계 모두 뉴욕 [17]턱시도 공원에 있는 그의 루미스 연구소에 설치되었다.

최근 정확도 측정

1984년 피에르 부쉐론은 미국 해군 [3][18]천문대에 보존된 쇼트 시계의 정확성을 연구했다.그는 진자의 정확한 통과 시간을 방해 없이 감지하는 최신 광학 센서를 이용해 한 달 동안 진자의 속도를 원자 시계와 비교했다.그는 이것이 하루에 200마이크로초(2.31ppb)로 안정적이며, 이는 12년 동안 1초의 오차율과 맞먹으며, 이전에 측정했던 연간 1초보다 훨씬 더 정확하다는 것을 발견했다.그의 데이터는 이 시계가 너무 민감해서 태양과 달의 [19]중력에 의한 고체 지구의 조석 왜곡으로 인한 약간의 중력 변화를 감지할 수 있다는 것을 보여주었다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 마스터 클럭
  • 진자 시계
  • Hope-Jones, Frank (1940). Electrical Timekeeping. London: NAG Press. 쇼트 시계 개발 및 자유 진자 시계 이력의 주요 출처
  • 마일, RH(2019)Synchronome - 전기 시간 기록의 달인.런던: AHS. ISBN 978-0901180551.쇼트 시계의 개발에 전념하고 있는 챕터는, 특히 쇼트 번호 0의 새로운 사진 촬영으로 풍부하게 설명되고 있습니다.최종 계정입니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Britten, F. J.; J. W. Player (1955). Britten's Watch and Clockmaker's Handbook, Dictionary, and Guide, 15th Ed. UK: Taylor & Francis. pp. 373–375.
  2. ^ a b Day, Lance; Ian McNeil (1998). Biographical Dictionary of the History of Technology. Taylor & Francis. p. 640. ISBN 978-0-415-19399-3.
  3. ^ a b c d Jones, Tony (2000). Splitting the Second: The Story of Atomic Time. US: CRC Press. p. 30. ISBN 978-0-7503-0640-9.
  4. ^ Milham, Willis I. (1945). Time and Timekeepers. New York: MacMillan. p. 615.
  5. ^ Marrison, Warren (1948). "The Evolution of the Quartz Crystal Clock". Bell System Technical Journal. 27 (3): 510–588. doi:10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x. Archived from the original on 2014-02-28.
  6. ^ "The Riefler and Shortt clocks". JagAir Institute of Time and Technology. Retrieved 2009-12-29.
  7. ^ a b c Betts, Jonathan (May 22, 2008). "Expert's Statement, Case 6 (2008–09) William Hamilton Shortt regulator". Export licensing hearing, Reviewing Committee on the Export of Works of Art and Objects of Cultural Interest. UK Museums, Libraries, and Archives Council. Archived from the original (DOC) on October 25, 2009. Retrieved 2009-12-29.
  8. ^ Seidelmann, P. Kenneth; Dennis D. McCarthy (2009). Time: From Earth Rotation to Atomic Physics. New York: Wiley-VCH. p. 138. ISBN 978-3-527-40780-4.
  9. ^ Matthys, Robert J. (2004). Accurate Clock Pendulums. UK: Oxford University Press. p. 1. ISBN 978-0-19-852971-2.
  10. ^ a b "Atomic Clocks, p. 6". Online Stuff. Science Museum, Kensington, UK, website. 2008. Retrieved 2009-12-29.
  11. ^ Riehle, Fritz (2004). Frequency Standards: Basics and Applications. New York: Wiley-VCH. p. 8. ISBN 978-3-527-40230-4.
  12. ^ "Lot 412 / Sale 6070: An English electric observatory regulator". Auction sale record. Christie's auction house website. November 25, 1998. Retrieved 2009-12-29.
  13. ^ Ketchen, Richard (February 2008). "Shortt free-pendulum regulator, primary clock no. 17, Inventory Number: 1998-1-0187a". Collection of Historical Scientific Instruments. Dept. of History of Science, Harvard Univ. Archived from the original on 2011-07-19. Retrieved 2009-12-30.
  14. ^ a b c Bosschieter, J. E. (2000). "Shortt's free pendulum". A History of the Evolution of Electric Clocks. Bosschieter website. Retrieved 2009-12-30.
  15. ^ 매티스, 2004, 페이지 112
  16. ^ Usher, Abbot Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. Courier Dover. p. 317. ISBN 0-486-25593-X.
  17. ^ Alvarez, Luis W. (July 1977). Alfred Lee Loomis 1887-1975 : A Biographical Memoir (Report). U.S. Energy Research and Development Administration. pp. 15–17. Archived from the original on October 30, 2020.
  18. ^ Rolling Ball Web Bibliography 2010년 8월 8일 Wayback Machine에서 아카이브된Boucheron, Pierre H. (April 1985). "Just How Good Was the Shortt Clock?". The Bulletin of the National Association of Watch and Clock Collectors. Columbia, PA: NAWCC. 27 (2–235): 165–173. ISSN 0027-8688. Rolling Ball Web Bibliography에 인용됨
  19. ^ Boucheron, Pierre H. (March 1986). "Effects of the Gravitational Attractions of the Sun and Moon on the Period of a Pendulum" (PDF). Antiquarian Horology. Ticehurst: Antiquarian Horological Society. 16 (1): 53–65. ISSN 0003-5785. Retrieved 2013-12-13.