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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Zeitwaage zum Regulieren und Ausmessen mechanischer Uhren


Autor: Holger B. (holgerb)
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Hallo Leute!

Ich habe ein Messgerät für die Ganggenauigkeit der mechanische Uhr
entwickelt. Zum Regulieren der mechanischen Uhr wird meist die
Federspannung der Unruh verstellt. Dann muss man schnell die
Genauigkeit der Uhr ausmessen können.
Innerhalb von Sekunden hat man schon brauchbare Werte.

- Anzeige des Fehlers in 0,1 Sekunden pro Tag oder Mikrosekunden pro
Sekunde
- sofortige Anzeige des Messwerts mit ständig steigender Genauigkeit
- Fehler durch Fremdgeräusche werden erkannt und nicht ausgewertet
- Mikrofonverstärker mit Bandpass und einstellbarem Schwellwertschalter


Alle Infos (Schaltplan, Layouts, Software, usw.) zu meinem Projekt
unter:
http://www.mikrocontroller.com
--> Projekte
Die Applikation läuft auf unserer AVR-Ctrl-Platine

Gruss,
Holger

Autor: Winfried (Gast)
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Interessantes Projekt, mein Glückwunsch!

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Klasse!
Dann kann ich endlich meine Taschenuhr selbst justieren (die wird
dieses Jahr 100 Jahre alt und ist 'ne Omega. Hat mein U(h)rgroßvater
damals in Genf gekauft).

Autor: Peter Dannegger (peda)
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"Ich habe ein Messgerät für die Ganggenauigkeit der mechanische Uhr
entwickelt."


Ich kann mich noch dunkel erinnern, muß so in den 70-er Jahren gewesen
sein, da hatten sie auf der Leipziger Messe so einen Stand, wo man
seine Armbanduhr justieren lassen konnte.
Ich vermute mal, die Schwingungsdauer wurde akustisch ausgekoppelt, man
hat die Uhr nur draufgelegt, dann etwas justiert, wieder draufgelegt
usw.
Im Unterschied zu Deiner Schaltung hatte das Gerät aber noch keine
LCD-Anzeige (hat trotzdem funktioniert).

Damals hatte ich sogar noch ne mechanische Armbanduhr (bis 1980, bin
dann auf Quarz umgestiegen).


Peter

Autor: Peter Dannegger (peda)
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"Zum Regulieren der mechanischen Uhr wird meist die
Federspannung der Unruh verstellt."


Das stimmt nicht.

Du hast einen mechanischen Anschlag, den Du über die erste Windung der
Unruh verschieben kannst. Die Unruh wird also einfach nur verkürzt oder
verlängert.
Man muß auch aufpassen, daß die Unruh im Anschlag gleitet und sich
nicht verklemmt, sonst geht sie nach dem Lösen der Verklemmung (z.B.
durch Erschütterungen) nachm Mond


Interessant wäre auch, wie Du erstmal den Quarz des AVR kalibriert hast
(DCF77 ?), so ein billig MC-Quarz ist ja von Haus aus nicht sonderlich
genau.


Peter

Autor: Detlef Reichl (Gast)
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Hallo,

da hier mit falschen Begriffen nur so umsich geschmissen wird will ich
mal erklären wie es richtig läuft:

Das Schwungrad das hin- und herschwingt nennt sich Unruh. Die Feder,
die sie immer wieder in die Nulllage zurückzieht ist die Spirale. Das
Teil das zum Einstellen der Reglage dient ist der Rücker.

Wie arbeitet das System?

Die Unruh wird durch einen Hebelmechanismuss aus ihrer Nulllage
ausgelenkt, während die Spirale sie wieder in selbige zurück ziehen
will. Dadurch entsteht die Schwinngung, die für die Zeitteilung
zuständig ist.

Die Reglage erfolgt durch den Rücker in der Weise, dass dieser mit zwei
Stiften rechts und links an einem Teil des letzten Umgangs über die
Spirale greift und so die aktive Spirallänge verkürzt, was zu einen
Vorgang der Uhr führt.

Wie schon geschrieben muss man beim verschieben des Rückers sehr
aufpassen, da wenn er zu eng eingestellt ist die Spirale sehr leicht
hängen bleiben kann. Wenn es dadurch nur zu Gangabweichungen kommt, hat
man Glück gehabt. Wenn man Pech hat kann man durch falsche Handhabung
auch sehr leicht die Spirale ruinieren, was recht teure reparaturen
nach sich zieht, die man als Laie defintiv nicht mehr selbst
durchführen kann.

Detlef
(seines Zeichens Uhrmacher)

Autor: Detlef Reichl (Gast)
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Noch ein Nachtrag:

Die Ganggenauigkeit einer guten mechanischen Uhr übertrifft die meisten
nicht abgeglichenen Quarze ohne probleme.

Anstatt des 8 MHz Quarzes sollte man einen mit 4,194304 MHz verwenden.
Diese gibt es im gegensatz zu den ersteren auch mit einer Genauigkeit
von 20 ppm was immerhin noch eine Abweichung von ~1,7 Sekunden am Tag
ausmacht.

Autor: Ingo H. (putzlowitsch)
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Auch ich kann mich, wie Peter, dunkel an solch ein Gerät erinnern. Es
war aber bei mir eher Anfang/Mitte der 80er Jahre auf einer Berliner
Bezirks-MMM. Gut möglich, daß es das aber schon vorher gab. Es wurden
ja gerne mal altbekannte Sachen auf einer MMM von hoffnungsvollen
Nachwuchsingenieuren als tolle, bahnbrechende Neuerung "verkauft".

Gruß
Ingo

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Jo Detlef,

die Fachbegriffe kenne ich natürlich nicht, ich meinte die Feder
(Spirale).

In meiner Jugend habe ich einige Wecker auseinandergenommen, bis ich
auch einen wieder funktionsfähig zusammengesetzt gekriegt habe (womit
können die Kids heutzutage noch spielend lernen ?).

In der Lehre habe ich auch mal die damals üblichen Pendeluhren in
Schulen und Betrieben gewartet.


Ich war aber schon etwas verdutzt, daß jemand solche alten Meßmittel
heutzutage noch nachbaut, eben nur mit moderner Technik (MCs).


Haben wirklich alle Uhren mit Unruh die gleiche Frequenz oder gibt es
verschiedene Übersetzungen bis zur Sekunde ?

Die kleinen Damenuhren müßten doch eigentlich eine höhere Frequenz
haben und Wecker eine langsamere als Herrenuhren.


Bei den Pendeluhren, die ich gewartet habe, gab es nur Sekunden und
3/4-Sekundenpendel.
Die Sekundenpendel wurden in Uhrenzentralen mit 2 Pendeluhren
verwendet. Man mußte mehrere Tage kontrollieren, bis beide synchron
liefen. Pendeluhren konnte man aber anhand der errechneten
Gangabweichung sehr genau justieren. Die Pendellänge wurde sogar
temperaturkompensiert (3 Stangen).


Peter

Autor: Detlef Reichl (Gast)
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Auch ich hatte schon mal daran gedacht soetwas zu bauen, da mir die
Geräte die es heute gibt in der einen oder anderen Weise nicht
gefallen.

An Frequenzen gibte es ein paar verschiedene. Da man im allgemeinen die
Schläge (Halbschwingung, je ein "tick" oder "tack") je Stunde angibt
(Frequenzen in Hz werden erst in letzter Zeit paralell angegeben) werden
die Werte als Schlagzahl bezeichnet.

Folgende sind gebäuchlich (in Klammern in Hz):

18.000 (2,5)
19.800 (2,75)
21.600 (3,0)
28.800 (4,0)
36.000 (5,0)

Die Frequenz hat erstmal nichts mit der Größe der Uhr zu tun. Es ist
zwar so, dass größere Uhren häufig geringere Schwingungszahlen haben,
dies ist aber nicht zwangsläufig. Die Schlagzahl wird durch die
Abstimmung der Masse der Unruh zur stärke der Spiralfeder bestimmt.

Solche Geräte werden immer noch benötigt, da ja auch immer noch
mechanische Uhren hergestellt werden.

Ich hatte für mich an eine Lösung gedacht, wo die Darstellung auf dem
PC erfolgt. Dort kann man dann die einzelnen Ganggeräusche als
Fortlaufende Linie darstellen, wodurch Fehler in der Hemmung gut zu
erkennen sind.

Autor: Holger B. (holgerb)
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Hallo Leute,

über das Kalibrieren des Messgerätes an sich habe ich auch schon
nachgedacht. Evtl. werde ich die Möglichkeit einer Kalibrierzeit in
Form von Sekunden pro Tag o.Ä. einbauen. Dann könnte man z.B. die
Zeitwaage an eine mechanische Funkuhr anschliessen und über eine
längere Messung den Fehler ermitteln.
Im Moment wäre ich allerdings schon zufrieden, wenn meine
Lieblings-Automatikuhr mit der Genauigkeit des Quarzes laufen würde.
Laut meiner Zeitwaage habe ich eine Abweichung von 47 Sekunden pro
Tag.
Zum Kalibrieren der Unruh anhand des Rückers bin ich mich noch nicht
gekommen, weil ich (noch) kein Werkzeug zum Öffnen des verschraubten
Bodens habe...

Gruss,
Holger

Autor: Winfried (Gast)
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Hab letztens dort bestellt, da gibts auch Uhrmachersachen:
http://www.zujeddeloh.de/artikel371.html

Autor: Holger B. (Gast)
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Hallo Winfried,

da kann man nur als Uhrmacher bestellen :-(
Nun habe ich den Öffner:
http://www.uhrenwerkzeug.com/html/angebot_diverses...
bei eBay (der selbe Händler) bestellt.

Gruss,
Holger

Autor: 3 Newton (Gast)
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Hallo,

ich finde das mal ein echt gelungenes Projekt aber ich habe doch einige
Fragen. Der Schaltplan zeigt, dass die Grenzfrequenz der Schaltung bei
etwa 30kHz liegt. Reicht das aus für genaue Messungen wie sie hier
durchgeführt werden sollen? Wie hoch ist der Jitter im Signal und im
akustischen Kreis? Bei der Verstärkung (100 schon in Stufe 1) rauscht
der Kreis doch wie blöd. Es mag ja sein dass die Schaltung was anzeigt,
aber wer sagt dass das stimmt? Die Idee mit der Funkuhr ist vermutlich
auch nicht sonderlich hilfreich, denn das ändert am Quarz gar nichts!
Man will doch nach ein paar Sekunden bereits eine Anzeige, oder? Real
Time Clocks machen übrigens nur 10 ppm (zumindest die die Reichelt
hat).

3N
mal so eine Frage: warum geht meine Uhr egtl. nur eine Sekunde pro
Woche falsch?

Autor: Profi (Gast)
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@Holger
Laut Deiner Waage 47 Sekunden pro Tag
Wieviele Sekunden sind es tatsächlich pro Tag?

@3N
weil Du Glück hattest und eine genaue erwischt hast.
Meist hängt die Ganggenauigkeit auch von der Temperatur ab, d.h. es
hängt davon ab, ob Du die Uhr stets am Handgelenk trägst oder
dazwischen ablegst.
es gibt Kompensierte Quarzoszillatoren (TCXO)
und den DS32kHz.

Gib mal in der Threadliste
http://www.mikrocontroller.net/forum/list-1-1.html
ganz oben rechts in das Suchfeld (Im Betreff suchen) genau* ein.
Viele der Treffer handeln von genau diesem Thema.

Mit dieser Anordnung kann man auch Quarzuhren messen und abgleichen
(sofern sie einen Trimmer haben). Man kann das Sekunden-Signal auch
induktiv gewinnen (manche Uhren haben weniger als 1 Imp/Sekunde).

Das mit der forlaufenden Linie habe ich von einem befreundeten
Uhrmacher auch schon gehört. Man kann darin ablesen, ob die Lagerung
der Unruh  und  alle Zähne des ersten Zahnrades (=Hemmung?) in Ordnung
sind.

Autor: Winfried (Gast)
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@Holger: Ich hab dort privat bestellt und Ware auch erhalten. Sollte
also kein Problem sein. Auf den Laden aufmerksam geworden bin ich
übrigens auch über Ebay. Hab dann aber direkt dort bestellt.

Autor: Steffen (Gast)
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Wie wäre es denn einen GPS Empänger als Referenzfrequenz zu nutzen?
Dieser sollte ja eine passable Genauigkeit haben...

Oder anhand des DCF Trägers ableiten...

Autor: Holger B. (Gast)
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Hallo!

@Newton:
Der Einwand mit der oberen Grenzfrequenz und dem Jitter ist berechtigt.
In der Tat ist der Jitter schon so gross, dass man Ihn auf dem
Oszilloskop sehen kann. Der Jitter verbessert sich auch nicht, wenn man
die Grenzfrequenz des Verstärkers ändert.
Das Problem habe ich wie folgt gelöst:
Alle Messzeiten zwischen dem Ticken der Uhr werden ständig aufaddiert.
Zum Schluss wird durch die Anzahl der Ticks geteilt.
Wenn nun eine Messzeit aufgrund des Jitters einmal zu gross sein
sollte, weil das Signal etwas zu spät erkannt wurde, wird die nächste
Messzeit um die selbe Zeit kürzer sein.
Je länger die Messung nun läuft, desto weniger geht der tatsächlich
Jitter in den Fehler ein, weil die Jitterzeit durch die Gesamtzeit
geteilt wird. Das ist auch der Grund, warum die Messung immer genauer
wird.

@Profi:
Mein Messgerät zeigt beharrlich 47 Sekunden an. Wenn ich die Uhr am
Handgelenk trage, stelle ich einen Fehler von ca.55 Sekunden am Tag
fest. Die Abweichung von diesen 8 Sekunden liegt wahrscheinlich an der
Temperatur, Bewegung der Uhr und Quarzfehler des Messgerätes.

Gruss,
Holger

Autor: Detlef Reichl (Gast)
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Die Schwankungen des Quarzes werden in den kommerziellen Zeitwaagen zum
einen dadurch vermieden, dass man vorgealterte Quarze verwendet und
diese mit einer geregelten Heizquelle auf konstanter Temperatur hält.
Neuere Modelle werden auch schon per funk abgeglichen.

Der größte Teil des Jitter sollte vom sogenannten Abfallfehler
herrühren. Wenn die Unrunh in ihrer Nulllage nicht exakt in grader
Linie zu den Antriebsorganen (Anker und Ankerrad) steht dauert die eine
Halbschwingung länger als die andere. Allein dadurch dass Du immer nur
jedes zweite Geräusch auswertest solltest Du schon eine stabilere
Signalfolge bekommen. Aber auch bei den käuflichen Geräten wird immer
über einige Sekunden (2 - ...) gemittelt.

@Profi
über die fortlaufende Linie kann man alles mögliche Ablesen, vom
Abfallfehler über falsche Tolleranzen in der Hemmung bis hin zu
Eingriffsfehlern zwischen den einzelnen Rädern. Ursprünglich wurde
diese Linie auf Papier gedruckt / gebrannt. Doch auch bei den heutigen
Digitalgeräten wird es noch genau so auf dem Display angezeigt, da es
bei der Uhrenreparatur sehr viele Fehler aufdeckt.

Autor: Jan K. (prokyona)
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Ein bisschen was zur Genauigkeit und dem justieren von Quarzen steht
hier, für die, die es noch nicht kennen:
http://www.sprut.de/electronic/mess/frequenz.htm

Dazu dann evtl. ein DCF77-Modul.
Die Korrektur kann man auch automatisch "in Software" machen, dann
hat man eben eine krumme Quarzfrequenz und muss das bei der Berechnung
berücksichtigen.

Autor: Detlef Reichl (Gast)
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Wenn man den Abgleich per DCF77 hat sollte man doch ganz einfach
Kapazitäten nach Bedarf zuschalten können. So erspart man sich das
rechnen mit krummen Wert, was wenn man pech hat Fließkommaaritmethik
erfordert.

Autor: Holger B. (Gast)
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Hallo Detlef,

eine Eingabe von Differenz/Tag in 1/10 Sekunden wäre kein Problem.
Diese Differenz könnte ich zum Ende der Berechnung einfach aufaddieren.
Diese Rechnung ist zwar nicht 100% richtig, der Fehler dieser Rechnung
sollte allerdings in der Nachkommastelle verschwinden.

Gruss,
Holger

Autor: Holger B. (Gast)
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Hallo Leute,

die Schaltung und den Tonabnehmer konnte ich noch erheblich
verbessern.

Schaltung:
1.Ich verwende nun Operationsverstärker in zwei unterschiedlichen
Chips.  Es kam zum Übersprechen von dem Kanal, der zum Digitalsignal
wandelt, zu dem ersten Verstärker.
2.Als OPs kommen nun extrem rauscharme zum Einsatz, die bekommt man
aber trotzden noch günstig bei Reichelt.
3. Die Digitalstufe drückt sich für einige Millisekunden selbst die
Empfindlichkeit weg. Das sorgt dafür, dass nur ein einziger satter
Impuls erzeugt wird.

Tonabnehmer:
Als Mikrofon benutze ich nun einen Piezo, den man sonst als Summer
kennt. Der nimmt kaum Schall aus der Luft auf, reagiert aber extrem
empfindlich auf Körperschall. Genau dass, wonach ich gesucht hatte.
Die Files stelle ich heute aben online.

Mit dieser Modifikation zeigt das Messgerät nun auch für meine Uhr 56
Sekunden Fehler an, die ich tatsächlich am Tag feststelle.

Gruss,
Holger

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Als Zeitbasis bietet sich noch der Horizontalimpuls der
öffentlich-rechtlichen Fernsehsender an:
http://www.id-elektronik.de/produkte/messtechnik/f...
Ewald hat vor Jahren die Abweichung verschiedener TV-Sender gemessen,
die Kommerzkanäle waren deutlich ungenauer.

Autor: don hendi (dg3hda) (Gast)
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Hi,

beim runterrollen wollte ich genau das vorschlagen was Christoph
vorschlug, ebenfalls mit Referenz zu Ewald. Zu spät :-)
Allerdings kann man mit dem sowieso vorhandenen µC sicher das meiste
hinter dem LM1881 ersetzen...

Zur Kalibrierung von Uhren benutze ich als einfachstes Mittel übrigens
die Videotextuhr des 2. Programmes, allerdings die analoge. Die ist
genau wie alles andere vom Superduper-Taktsignal des ZDF abgeleitet,
und den passenden Decoder hat fast jeder zu Hause.

Grüße,

Hendrik

Autor: Holger B. (holgerb)
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Hallo,

gerade habe ich die Eagle-Files V1.0 und die aktuellsten Quellen V1.0
im Downloadbereich von:
www.mikrocontroller.com
bereitgestellt.

Gruss,
Holger

Autor: Holger B. (Gast)
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Hallo,

das Werkzeug zum Öffnen der verschraubten Böden habe ich bekommen und
mich gleich ans Kalibrieren gemacht.
Das Ergebnis ist erstaunlich, weil die Abweichung in zwei Tagen nun
erst bei 3 Sekunden liegt.
Im Gegensatz zu den 50Sekunden pro Tag(!) vorher ist das schon ganz
erstaunlich.

Gruss,
Holger

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