Meine mechanische Pendeluhr nähert sich der Fertigstellung.
Die Unterschiede zwischen "kinetischer Plastik" und genauer Uhr
sind aber ein anderes Thema.
Zur Regulierung nutze ich ein Quarz-Schiffschronometer mit
einer Genauigkeit von 0,03 Sekunden/Tag.
Eine Pendeluhr reagiert auf Temperatur, Luftdruck und Er-
schütterungen. Um das mal auf die Spitze zu treiben (Rentner,
hat ja sonst nichts zu tun), würde ich gerne Langzeitbeobachtung machen.
Also: Datenaufzeichnung 100 Tage, besser ein Jahr.
Sensoren: Gabellichtschranke (Am Pendel wären das 2 Durchgänge/
Sekunde, ohne Richtungserkennung schwierig. Am Hemmrad wahrscheinlich
besser, weil 1 Zahn/Sekunde).
Luftdruck, Temperatur und evtl. noch Erschütterungen.
Ausgabe als Graph (übereinanderliegend) auf PC.
Es geht also darum, wie ändert sich die Ganggenauigkeit wegen
Temperatur oder Luftdruckschwankungen. Das Ziel soll sein,
nach 100 Tagen eine Abweichung zur Referenzuhr? von 1-10 Sekunden
zu bestimmen.
Das optimale Mittel, zwischen zu schnell und zu langsam zu finden,
ist das Ziel, es wird immer Tage geben, da sind die äußeren Ein-
flüsse vom Pendel nicht wegzubügeln.
Wie geht man das an?
Das Ganze noch bezahlbar für armen Rentner :-)
Viele Grüße
Bernd (Null Ahnung von Mikrokontrollern)
Als preiswerte aber hoch genaue Zeitbasis würde ich ein GPS-Modul verwenden. Ich glaube kaum, dass man als Amateur eine präzisere Zeitbasis für weniger Geld bekommt (~20€).
Die Impuls-Abnahme bzw. der Vergleich mit einer anderen mechanischen Uhr geht natürlich auch irgendwie, ist aber mehr Aufwand ...
Bei "Datenlogger" bist du ja im Bereich der Datenverarbeitung / -speicherung. Das sollte wohl ein Klacks für einen µC sein und die Kosten betragen wahrscheinlich nur einen Bruchteil von deiner Uhr. Nur müsstest du da evtl selbst Hand anlegen um das umzusetzen.
Es gibt einiges auf dem Markt an µC-Boards (z.B. ESP32) mit genügend Speicher oder mit SD-Kartenslot. An einen GPIO die Gabel- oder Reflexlichtschranke.
Als Hobbyuhrmacher beschäftigt man sich auch mit der Historie.
Um 1900 haben deutsche Uhrmacher Präzisionspendeluhren mit
einer Ganggenauigkeit von 1 Sekunde/Jahr und besser gebaut.
(Das werde ich nie erreichen).
Aber, wie haben die das überprüft? Ich habe mal was über spezielle
astronomische Instrumente zum Sterndurchgang gelesen.
(Aber woher will ich wissen, dass das stimmt?).
Das waren damals die genauesten Uhren der Welt, eine Referenzuhr
gab es nicht.
Die Frage wäre ja ob man erst mal überhaupt eine Genauigkeit des Loggers benötigt die über eine normale RTC mit Uhrenquarz rausgeht.
Immerhin geht es um eine mechanische Pendeluhr.
Du kannst damit direkt Sensoren für Temperatur usw auswerten, an Volkszähler schicken
Es gibt eine Scriptsprache
Um die Abweichung der Uhrzeit zu erfassen - es reicht doch eigentlich aus die Impulse, also Pendelbewegungen mit der realen Uhrzeit zu vergleichen?
ESPEasy kann einen NTP-Server abfragen, sollte ausreichend sein?
Als Controller ESP32 oder ESP8266 - auf diesen das Projekt ESPEasy
flashen
(...)
Das funktioniert, wenn man Zeitwaage und Datenlogger trennt. Also sowas, das war der erste Suchtreffer: https://mc.mikrocontroller.com/de/Zeitwaage.php
(0,1 s pro Tag sind 1,2 µs pro Pendelschlag!)
Der Messwert der Zeitwaage, Temperatur und Luftdruck gehen dann in erträglichen Abständen (alle 5 min?) an den Server.
Die Frage wäre ja ob man erst mal überhaupt eine Genauigkeit des Loggers
benötigt die über eine normale RTC mit Uhrenquarz rausgeht.
Immerhin geht es um eine mechanische Pendeluhr.
Vor einiger Zeit haette ich dir noch Recht gegeben, und einen
TXCO empfohlen. Heute kann man aber konfigurierbare GPS-Empfaenger
fuer einstellige Eurobetraege kaufen. (Als USB-Stick getarnt...)
Der TO koennte das Pendel ja "diziplinieren". :)
Dann erspart er sich den Logger.
Da musst du der Lichtschranke wohl erstmal den Jitter abgewöhnen. Wenn es darum geht, Temperatur- und Luftdruckeinfluss zu messen, bewegt man sich auf Skalen von 10er-Minuten bis Stunden. Diese Trägheit des Systems "Umwelt" darf man dann auch gerne nutzen, um den Gang der Uhr über ähnlich lange Zeitintervalle zu bestimmen.
Messungen mit einer noch so genauen Zeitwaage würden immer
nur eine Momentaufnahme bieten.
Das sind Zeitmessungen immer.
Auch wenn du meinst, alle Einflussfaktoren ebenfalls zu erfassen.
Wenn du ueber eine Woche misst, hast du nur einen Mittelwert, der
mit den Einflussfaktoren dieser Woche korrelieren wird.
Das ist auch nur eine Momentaufnahme.
Zeitwaagen dienen dazu, in kurzer Zeit eine Uhr einzuregeln.
Darum geht es hier ja nicht.
Ob Du nur kalibrierst oder auch justierst sei Dir überlassen. Niemand hindert Dich daran, alle fünf Minuten die momentane Abweichung von der Sollfrequenz zu bestimmen und zu loggen, und dabei die Finger von der Mechanik zu lassen.
Wenn du jede Stunde die Phasenlage zum 1PPS-Signal ausmisst und die Differenz berechnest, bekommst du den Mittelwert des Uhrgangs für diese Stunde.
Da sehe ich keine Momentaufnahme. Für die Kontrolle der Uhr geht es um den Gang. Der Stand ist ziemlich egal und sowieso nur das Ergebnis des aufintegrierten Gangs.
Sensoren: Gabellichtschranke (Am Pendel wären das 2 Durchgänge/
Sekunde, ohne Richtungserkennung schwierig. Am Hemmrad wahrscheinlich
besser, weil 1 Zahn/Sekunde).
Wenn Du die Lichtschranke an eine der Endpositionen des Pendels setzt, hast Du nur 1 Impuls pro kompletter Schwingung.
Ich würde einen Raspi nehmen (da tut es auch ein älterer), der kann Sensoren über 1-wire, I2C oder SPI auswerten und über die GPIOs Impulse von der Lichtschranke bzw. einer GPS-Platine empfangen. Logger-Software gibt es im Netz.
Sensoren: Gabellichtschranke (Am Pendel wären das 2 Durchgänge/
Sekunde, ohne Richtungserkennung schwierig. Am Hemmrad wahrscheinlich
besser, weil 1 Zahn/Sekunde).
Wenn Du die Lichtschranke an eine der Endpositionen des Pendels setzt,
hast Du nur 1 Impuls pro kompletter Schwingung.
Ich würde einen Raspi nehmen (da tut es auch ein älterer), der kann
Sensoren über 1-wire, I2C oder SPI auswerten und über die GPIOs Impulse
von der Lichtschranke bzw. einer GPS-Platine empfangen. Logger-Software
gibt es im Netz.
Dann muss aber zumindest ein Echtzeitbetriebssystem auf den Raspi. Mit einem µC ist das meiner Meinung nach einfacher umzusetzen. 1-Wire, I2C und SPI habe die meisten auch.
Na ob der die geforderte Auflösung und Genauigkeit bietet, um die Pendelsekunde so zu vermessen, dass da ein Gangfehler von 1s pro Tag dargestellt werden kann? Für Latenzen im us-Bereich würde ich eher Hardware (Fpga) oder zumindest einen komplett synchronen Mikrocontroller nehmen (also identischer Takt für core und IO) und den mit einem GPSDO takten.
Die Messwerte kann dann ein Raspi aufnehmen und wegschreiben.
Na ob der die geforderte Auflösung und Genauigkeit bietet, um die
Pendelsekunde so zu vermessen, dass da ein Gangfehler von 1s pro Tag
dargestellt werden kann?
Man kann sowohl das GPS-Signal als auch das Signal der Lichtschranke z.B. mit der Python-Funktion time.time() im ms-Bereich sauber erfassen, die Differenz rechnet den Fehler dann raus. Die Sensoren müssen nicht ms-genau erfasst werden. Un die von Bernd gewünschte Langzeiterfassung steigert die Genauigkeit weiter. Ich habe mit dieser Methode TCXOs getestet: https://www.mikrocontroller.net/attachment/634314/tcxod.svg
Man kann das aber auch gut mit einem ESP32 machen, z.B. auch in Micropython, muss dann aber die Funktion time.ticks_ms() oder time.ticks_us() sowie time.ticks_diff(t1,t2) nehmen.
Permanent oder auf Abruf von allen erfassten Werten?
Lass mich raten: Es soll schön aussehen :-)
Die Frequenz des Pendels zu bestimmen, kann ein Pico-Board erledigen, dessen Taktfrequenz per 1 PPS-Signal permanent korrigiert wird. Für einen AVR wäre das auch kein Problem. Dazu gibt es genug fertige Schaltungen im Netz ;-)
Luftdruck und Temperatur können ebenfalls mit erfasst und auf einem SPI-Speicher abgelegt werden. Soweit ist das kein sonderliches Probelm.
Das Ganze noch bezahlbar für armen Rentner :-)
...
Bernd (Null Ahnung von Mikrokontrollern)
Wenn Du die Lichtschranke an eine der Endpositionen des Pendels setzt,
hast Du nur 1 Impuls pro kompletter Schwingung.
Viel Spaß beim Justieren.
Welchen Vorteil soll das bringen?
Die interessierenden Pulse vom Pendel kommen in einem ziemlich festen Takt, d.h. nachdem der erste Puls sicher erfasst wurde, kann die Software einfach in einem ziemlich kleinen Zeitfenster auf den nächsten lauern. Ein möglicher zweiter Puls interessiert dann überhaupt nicht, sondern wird einfach ausgeblendet.
Für Latenzen im us-Bereich würde ich eher
Hardware (Fpga) oder zumindest einen komplett synchronen Mikrocontroller
nehmen (also identischer Takt für core und IO) und den mit einem GPSDO
takten.
Jeder ATmega328 macht die genaue Zeitmessung nebenher. Über die Capture-Funktion eines Timer läuft das per Hardware im Hintergrund. Die Software muss nur alle Sekunde das Messergebnis abholen.
Sensoren: Gabellichtschranke (Am Pendel wären das 2 Durchgänge/
Sekunde, ohne Richtungserkennung schwierig. Am Hemmrad wahrscheinlich
besser, weil 1 Zahn/Sekunde).
Wenn Du die Lichtschranke an eine der Endpositionen des Pendels setzt,
hast Du nur 1 Impuls pro kompletter Schwingung.
Oh weh, das ist ein sehr schlechter Vorschlag!
Das Pendel führt ungefähr eine sinusförmige Schwingung aus. Im Umkehrpunkt ist die Geschwindigkeit gleich Null. Und der Punkt ist räumlich gesehen unscharf und nicht konstant. Besser ist es zu messen wenn die Geschwindigkeit am größten ist.
Zumal hast du dann doppelt so viele Meßwerte und der Meßpunkt wird zwangsweise immer erreicht.
Das Pendel führt ungefähr eine sinusförmige Schwingung aus. Im
Umkehrpunkt ist die Geschwindigkeit gleich Null. Und der Punkt ist
räumlich gesehen unscharf und nicht konstant. Besser ist es zu messen
wenn die Geschwindigkeit am größten ist.
Jeder ATmega328 macht die genaue Zeitmessung nebenher. Über die
Capture-Funktion eines Timer läuft das per Hardware im Hintergrund. Die
Software muss nur alle Sekunde das Messergebnis abholen.
Der TE macht mir eher nicht den Eindruck, als ob er einen µC programmieren könnte ...
Du kapierst überhaupt nicht, worum es Bernd überhaupt geht.
.
.
Ja, das ist deine irrige Meinung.
.
Aber ich habe schonmal das Wort "Datenlogger" gehört.
.
Ich wollte ihm auf einen alternativen Ansatz verweisen.
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Du kapierst überhaupt nicht, worum es Bernd überhaupt geht.
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Ja, das ist deine irrige Meinung.
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Aber ich habe schonmal das Wort "Datenlogger" gehört.
.
Ich wollte ihm auf einen alternativen Ansatz verweisen.
man stelle sich einfach mal vor, dass jemand bei einer edlen Rolex, Glashütte, etc. auf die Idee kommt, die per Quarz, etc. elektronisch zu disziplinieren...
Ich bin doch nicht der einzige Spinner auf der Welt.
Hier eine Stimmgabeluhr in groß:
Die Messungen sind überhaupt nicht das Problem. Was blöd ist, daß man Dir alles total passend liefern muß, da Du selber keine Anpassungen vornehmen kannst. Da wäre auch nicht schlimm, aber dazu müßte man bei Dir vor Ort sein.
Alles andere ist mühselig und zeitaufraubend.
Die Uhr müßte in ein Labor - so wird ein Schuh draus.
Um Deinen Perfektionismus ein wenig zu bremsen: Was ist denn schlimm daran, wenn Du die Uhr gegen eine DCF77 Uhr einmal in der Woche vergleichst und dann das Pendel nachjustierst? Mit einem Protokoll über ein Jahr, kannst Du dann die Schwankungen sehen.
Aktuelle Temperatur und Luftdruck aufzuzeichen hilft doch eigentlich garnicht weiter. Wo wären denn die Korrekturmöglichkeiten, diese Einflüsse zu kompensieren?
Aktuelle Temperatur und Luftdruck aufzuzeichen hilft doch eigentlich
garnicht weiter. Wo wären denn die Korrekturmöglichkeiten, diese
Einflüsse zu kompensieren?
In einer geschlossenen Uhrenkasten kann man einfach die Temperatur benutzen, um den Gang zu steuern. Dazu muss man lediglich die Temperaturkompensation des Pendels etwas verstimmen.
Das Problem beim Pendel ist: Mindestens 2 Faktoren sorgen für
Gangabweichungen. Um das Pendel zu optimieren, muss man erst
mal wissen, welcher Faktor zu optimieren ist.
Temperaturkompension: Da haben sich Generationen von Uhrmachern
und Physiker den Kopf drüber zerbrochen, es gibt Lösungen.
Viel gemeiner sind Luftdruckschwankungen: Das Pendel "schwimmt"
in der Luft, steigt der Luftdruck kriegt es mehr Auftrieb.
Gleichzeitig wird die Luft etwas zäher.
Optimal ist es, wenn sich das aufhebt.Aber auch dafür gibt es
mechanische Lösungen (Quecksilber, Anerodiddosen ...)
Nur, um da anzusetzen, braucht es die Daten von Luftdruck und
Temperatur, immer im Verhältnis zur Gangabweichung.
Ich hätte kein Problem damit, das Pendel in x-Varianten
neu zu bauen. Nur geht das ohne Daten nicht.
das ist schon wegen der Luftbewegungen sinnvoll. Diese diese beeinflussen das Pendel auch und lassen sich weder sinnvoll messen noch kompensieren.
Es kommt immer darauf an, welches Ziel man verfolgt. Eine Pendeluhr aus heutiger Zeit soll ja auch ein Blickfang sein. Eine Pendeluhr in einem Kupfergehäuse mit Vakuum, die schwingungsmäßig vom Fundament isoliert im Keller steht, möchte wohl niemand
Um das Pendel zu optimieren, muss man erst
mal wissen, welcher Faktor zu optimieren ist.
Und dazu braucht man Laborbedingungen, die Temperatur und Luftdruck gezielt variieren können. Dann könnte man Meßreihen aufzeichnen, wozu überschlägig ein Tag reichen könnte und nicht 100.
Noch ein Punkt: Bei der grafischen Darstellung wird die Kurve für die Zeitabweichung mehr oder minder in eine Richtung wandern, da sich die Fehler addieren. Jetzt könnte man zwar die Abweichungen zu einem Langzeitmittelwert (ein Tag zum Beispiel) anzeigen, aber die absolute Zeit stimmt trotzdem nicht mehr. Das ist aber der interessante Wert.
Das Ziel soll sein, nach 100 Tagen eine Abweichung zur Referenzuhr?
von 1-10 Sekunden zu bestimmen.
Zur Regulierung nutze ich ein Quarz-Schiffschronometer mit
einer Genauigkeit von 0,03 Sekunden/Tag.
1 Sekunde in 100 Tagen ist ca. 0.1ppm. Ohne NTP, DCF77 oder GNSS wird das nichts. Alle drei sind über mehrere Tage leicht genau genug, aber kurzzeitig beliebig ungenau. Besonders witzig ist der PPS aus billigen GPS-Empfängern, weil der auch mal aus dem frei laufenden Quarz kommt. Bei den u-blox Empfängern ist es per Default auch nicht besser, aber da kann man es wenigstens erkennen und konfigurieren. Man braucht aber auf jeden Fall eine gute RTC o.ä. zur Überbrückung und als lokalen Takt.
Man will auch nicht 100 Tage auf das erste Ergebnis warten, 0.1ppm bleibt aber 0.1ppm. Für eine Messung pro Sekunde müsste der Timer mit stabilen 10 MHz getaktet werden.
Eine Messung pro Sekunde ist aber (zu?) wenig, wenn es um Erschütterungen geht. Zum Beispiel, wenn man eine normale Tür zu einem normalen Zimmer öffnet oder schließt. Dabei gibt es auch größere Druckschwankungen.
Für Latenzen im us-Bereich würde ich eher Hardware (Fpga) oder
zumindest einen komplett synchronen Mikrocontroller nehmen
(also identischer Takt für core und IO)
Hardware für die Erfassung ist ja klar, aber Latenz? Man hat eine halbe Sekunde Zeit für die Verarbeitung. Warum dann komplett synchron?
und den mit einem GPSDO takten.
Das wäre ideal, aber ein eigenes Projekt, oder? Was gibt's da fertig?
Ein GPSDO oder OCXO braucht (viel?) Strom und die ganze Mimik ist ohne USV ziemlich sinnlos. Die sollte auch mehr als ein paar Minuten überbrücken. Mit einem uC, TCXO und u-blox SAM-10Q reicht eine 18650-Zelle für viele Stunden, das sollte noch passen.
Mit 4 NOR-Flash Speicherchips braucht der uC kaum RAM und man kann 127 Tage lang jeden Tag 2MByte Rohdaten speichern. Oder ein Jahr lang, wenn man ein wenig komprimiert. Das würde ich aber nicht machen, weil man ja auch neugierig ist und die Daten wenigstens einmal pro Woche auf den PC kopiert. Ich würde wirklich alles speichern, was die Sensoren her geben, und das 2 Mal pro Sekunde. Das reduziert die Änderungswünsche an der uC-Firmware.
Bleibt noch die Frage, was auf dem PC zur Verfügung steht. Früher hätte man mit einer CSV-Datei und Excel alles erschlagen...
Eine Pendeluhr reagiert auf Temperatur, Luftdruck und Er-
schütterungen. Um das mal auf die Spitze zu treiben (Rentner,
hat ja sonst nichts zu tun), würde ich gerne Langzeitbeobachtung machen.
Ein Vorschlag aus alten Zeiten:
Um meine erste Quarzuhr, gebaut in den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts, abzugleichen, habe ich damals das Zeitzeichen, welches zumeist stündlich vor den Nachrichten gesendet wurde, verwendet.
(„mit dem Ton des letzten Zeichens ist es z.B. genau 10 Uhr“
gibt es das heute noch?)
Dazu wurde ein Frequenzzähler/Periodendauermesser verwendet und mit Hilfe eines FF-IC der Abstand zwischen den Sekundenimpulsen der Uhr und dem Tonstart des Zeitzeichens gemessen.
Könnte man heute evtl. so ähnlich mit DCF77 als Vergleichsbasis machen.
Messen, richtig messen!, das ist ein himmelweiter Unterschied!
Auswertung der Ergebnisse
Überlegen
Wenn man Punkt 7 voran stellt, kommt man ganz schnell zu dem Ergebnis, dass man bei unkorrelierten Störgrößen und linearem System in einer Messserie, die zufällige Störungen durch Temperatur, Luftdruck u.a. beinhaltet, den Einfluss der Größen rechnerisch trennen kann und Punkt 4 überflüssig ist.
Alle drei sind über mehrere Tage leicht genau genug, aber
kurzzeitig beliebig ungenau. Besonders witzig ist der PPS aus billigen
GPS-Empfängern, weil der auch mal aus dem frei laufenden Quarz kommt.
Bei den u-blox Empfängern ist es per Default auch nicht besser, aber da
kann man es wenigstens erkennen und konfigurieren. Man braucht aber auf
jeden Fall eine gute RTC o.ä. zur Überbrückung und als lokalen Takt.
Auf GPS trifft das definitiv nicht zu. Dazu habe ich noch eine Kurve gefunden, die den 60 ns Jitter (EM 406A) zeigt. Der im Mittelwert leichte Anstieg nach rechts, liegt an der Drift des 12 MHz Oszillators (RP2040).
Ein GPSDO oder OCXO braucht (viel?) Strom und die ganze Mimik ist ohne
USV ziemlich sinnlos.
Die Uhr hat eh schon eine Stromversorgung für den Aufzugsmotor und eine Powerbank reicht locker, um Stromausfälle zu überbrücken.
Ich würde wirklich alles speichern, was die Sensoren her geben,
und das 2 Mal pro Sekunde. Das reduziert die Änderungswünsche an der
uC-Firmware.
Auch hier mein Widerspruch :-)
Luftdruck und Temperatur ändern sich nur sehr langsam. Zwar würde ich auch jeden Impuls erfassen, über einen längeren Zeitraum mitteln - 60 s allein schon, um Jitter zu reduzieren - aber erst nach zwei Impulsen auswerten, um die Impulse von immer der gleichen Flanke zu verwenden.
Für die gesamte Schaltung bräuchte ich nur in die Schublade zu greifen, nur wie erwähnt verstehe ich den Ansatz nicht.
Egal.
Für Latenzen im us-Bereich würde ich eher Hardware (Fpga) oder
zumindest einen komplett synchronen Mikrocontroller nehmen
(also identischer Takt für core und IO)
Hardware für die Erfassung ist ja klar, aber Latenz? Man hat eine halbe
Sekunde Zeit für die Verarbeitung. Warum dann komplett synchron?
Bei den meisten 32bit-Controllern, unter anderem bei allen ARM-basierten, läuft das I/O-System asynchron zum Core. Ein pin change interrupt braucht je nach aktuell abgearbeitetem Befehl und Zustand der Pipeline unterschiedlich viele Takte bis er bei der CPU aufschlägt. Genauso ist die Zeit zwischen Lesebefehl und Sampling am Pin unterschiedlich und hängt davon ab, was gerade auf den Bussen los ist.
Eine halbe Sekunde Zeit für die Verarbeitung ist kein Problem, aber den Moment der Flanke willst Du auf 100 ns genau erwischen.
... aber erst nach zwei Impulsen auswerten, um die Impulse von immer
der gleichen Flanke zu verwenden.
Jeden Pulsabstand separat auszuwerten ergibt schon deswegen keinen Sinn, weil dafür die Lichtschranke genau in er Mitte montiert sein müsste (mit einer Genauigkeit, die deutlich über dem Jitter der Zeitbasis liegen müsste).
Dazu habe ich noch eine Kurve gefunden, die den 60 ns Jitter
(EM 406A) zeigt.
Für mich sieht das erstmal ganz kräftig nach Quantisierungsrauschen/Aliasing aus. 67 ns deutet auf eine Abtastung mit 16 MHz hin. Wie wurde diese Messung durchgeführt?
Pendel elektronisch "Disziplinieren" geht gar nicht.
Ich weiss gar nicht, was der TO sich so anstellt. :)
Wenn Mann es richtig macht, sieht das keiner...
Oder Mann macht es lustig, z.B. ein kleines Maennchen dass das
Pendel ab und an "anpustet".
Eine Pendeluhr wird immer (je nach Einflüssen), etwas Vor-
Nachgehen. Es geht um das Mittel im langen Zeitraum.
Das ist eben Pendeluhr V0.9beta.
Ein "Informatiker" wuerde sagen: "Das ist heute nicht mehr zeitgemaess."
Mann sollte heute schon den Mut zur Pendeluhr V2 aufbringen.
Bei deinen Sensoren fehlt im uebrigen der "Mondgravitationssensor".
Das die Einflussfaktoren nur linear an der Uhr drehen, halte ich
im uebrigen fuer ein Geruecht.
Und die ganz schlechte Nachricht: Jeder ermittelte Korrekturfaktor
ist falsch. Weil eben jedes Jahr anders ist.
Um das Pendel zu optimieren, muss man erst
mal wissen, welcher Faktor zu optimieren ist.
Das weiß der TO
Und dazu braucht man Laborbedingungen, die Temperatur und Luftdruck
gezielt variieren können. Dann könnte man Meßreihen aufzeichnen, wozu
überschlägig ein Tag reichen könnte und nicht 100.
Nein
Noch ein Punkt: Bei der grafischen Darstellung wird die Kurve für die
Zeitabweichung mehr oder minder in eine Richtung wandern, da sich die
Fehler addieren.
Das ist falsch!
< Jetzt könnte man zwar die Abweichungen zu einem
Langzeitmittelwert (ein Tag zum Beispiel) anzeigen, aber die absolute
Zeit stimmt trotzdem nicht mehr. Das ist aber der interessante Wert.
Die absolute Zeit ist fast egal.
Mal angenommen, die Uhr ist soweit reguliert, dass sie 0,5
Sekunden/Woche vorgeht. Das wäre ein recht guter Wert.
(Feinregulierung passiert durch Auflegen von Gewichten auf
das Pendel, da lässt sich recht einfach feststellen welches
Gewicht, Milligramm, welche Abweichung bringen)
Aber bei einem Vorlauf von 0,5 Sekunden/Woche wäre ein Vorlauf
von 26,5 Sekunden/Jahr zu erwarten. Ist der Wert völlig anders,
spielen halt die äußeren Einflüsse mit rein.
Die Uhr steht natürlich in einer Glasvitrine. Erstens wegen
Staub, aber auch Temperatureinflüsse werden so stark verzögert
Einfluss haben. Mal kurz Lüften sollte so abgepuffert werden.
Das Pendel hat Invarstäbe. Kohlefaser, oder Glas wären mögliche
Optionen, evtl. auch Superinvar.
mit einem Datenlogger hätte er sich Jahre sparen können :-)
Hier habe ich ein völlig anderes Hemmungssystem (Ob es was taugt,
weiß noch Niemand).
Es ist eine Schwerkraft-Hemmung mit konstanter Kraft.
Solange die Schwerkraft gleich bleibt, sollte die Uhr doch
genau gehen. (Aber, nix Genaues weiß man nicht).
Dazu habe ich noch eine Kurve gefunden, die den 60 ns Jitter
(EM 406A) zeigt.
Für mich sieht das erstmal ganz kräftig nach
Quantisierungsrauschen/Aliasing aus. 67 ns deutet auf eine Abtastung mit
16 MHz hin. Wie wurde diese Messung durchgeführt?
Die Rohdaten zeigen eine Auflösung von 100 ps. Dann war das wohl doch kein RP2040 und ich habe mich falsch erinnert.
Meinem Verständnis nach ist das Ziel des TO eine perfekte mechanische
Lösung.
Davon ist der TO genau so weit entfernt, wie eine Mondsonde die noch
auf der Erde steht.
Schoenen Sonntag!
Und dennoch ist es das Ziel, zum Mond zu fliegen.
Es soll ja sogar zum Mars gehen! In mein Sonntagsgebet habe ich die Hoffnung eingeschlossen, daß der Start möglichst schon morgen stattfinden sollte. Dafür habe ich einige Mitreisennde vorgeschlagen. Auch dabei ist nur das Ziel wichtig. Ob und wo die hinfliegen gebe ich vertrauensvoll in Gottes Hand.
Schon der Einfluss des Luftdrucks ist recht nichtlinear.
Der wirkt nicht nur um einen "Arbeitspunkt" herum.
Niemand hat vor, diese Uhr zwischen Erdoberfläche und Vakuum des Weltraums hin und her zu bewegen und dabei zu erwarten, dass sich die Ganggenauigkeit dabei nicht ändert.
Der Auslösezeitpunkt muss sehr genau definiert sein, Streulicht oder unterschiedliches Tageslicht
und auch die Temperatur hat einen messbaren Einfluss. Der mechanische Aufbau muss daher 100% passen.
Wenn du den Lichtschranken auf 6 Uhr positionierst, und über den Sekundenzeiger alle 60 Sekunden auswertest,
und deine Schaltungenauigkeit der Lichtschranke weniger als 1 Mikrosekunden beträgt, dann hast du eine Genauigkeit von 0.017 ppm. Das entspricht 0.5 Sekunden pro Jahr.
Für diese Genauigkeit kannst du nichts fertiges kaufen.
Du brauchst einem Print mit einem uC und einen beheizten Oszillator in einem hermetischen Gehäuse.
Wenn sich die Temperatur oder der Druck ändert, darf der Oszillator über eine Minute nicht mehr als 0.017 ppm
driften. Die besseren erreichen 0.005 ppm über -20 bis 70 Grad und kosten ca. 100-150 Euro,
und sollten diese Kurzzeitgenauigkeit bei Raumtemperatur locker erreichen.
Dieser Typ kommt in Frage: https://abracon.com/Precisiontiming/AOCJY2.pdf
Der uC wartet auf das Auslösesignal der Lichtschranke, dass jede Minute kommt.
Wenn das Auslösesignal kommt, liest der uC Temperatur, Druck und Feuchte aus und sendet sie an den PC.
Der uC muss ein sehr einfacher Typ sein, der auf den Takt genaue Abarbeitszeiten der Befehle hat,
und keinen Cache, keine Wait-Zyklen und keine Interrupts im Hintergrund hat.
Am besten einen 8051, MPS430, oder ein einfaches FPGA.
Das PC Interface kannst du mit einem FTDI RS232 zu USB Chip machen, das vereinfacht die Programmierung.
Der geringe Drift und der Offset des Oszillators kann über die PC Uhr kompensiert werden, wenn notwendig.
Die PC Uhr ist mit NTP (dem Netzwerk Time Protokol) mit einer Atomuhr synchronisiert, und über lange Zeiträume sehr genau.
Wenn du den mechanischen Aufbau und die benötigten Sensoren festgelegt hast, dann kommen wir einen Schritt weiter.
Der Auslösezeitpunkt muss sehr genau definiert sein, Streulicht oder
unterschiedliches Tageslicht und auch die Temperatur hat einen
messbaren Einfluss.
Solange man kein Stroboskop daneben stellt, ist das halb so kritisch.
Zwischen zwei Pendeldurchgängen ändern sich Tageslicht, Temperatur und Schaltschwelle nicht nennenswert, d.h. mögliche Verschiebungen der Schwelle sind ziemlich unkritisch, weil beide Messungen unter den selben Bedingungen statt finden.
Wenn sich im Tagesverlauf die Schwelle verschiebt, kommt es auf die Pendelamplitude und die Position des Sensors an, genau genommen auf die Geschwindigkeit des Pendels in der Lichtschranke und den Durchmesser des Messquerschnitts (Breite des am Empfänger detektierten Strahls), wie stark sich das auf die Zeitmessung auswirkt. Daran muss man fest machen, was "sehr genau definiert" in Zahlen bedeutet. Solange es darum geht, den Stand der Uhr über 100 Tage zu verfolgen, spielen ein paar Mikrosekunden Eierei über den Tag überhaupt keine Rolle. Falls man z.B. nach 100 Tagen auf 1/10s genau den Stand wissen möchte, darf die täglich Schwankung bei der Messung locker 1ms betragen, ohne dass dies stört.
Indem man die Messgenauigkeit (und Auflösung) ausreichend hoch treibt, ist der Einfluss von allem messbar. Kriterium für die geforderte Genauigkeit einer Messung muss immer die Fragestellung und nicht die Machbarkeit sein.
Falls man z.B. nach 100 Tagen auf 1/10s
genau den Stand wissen möchte, darf die täglich Schwankung bei der
Messung locker 1ms betragen, ohne dass dies stört.
Der TE will u.a. den Einfluss des Lufdruckes messen, der bleibt aber keine 100 Tage stabil. 4 oder 6 Stunden würden auch eine deutlich bessere Auflösung bringen, ohne dass sich in dieser Zeit der luftdruck um mehr als 2-3 hPa ändert.
...
Wahrscheinlich brauchst du zusätzlich PT1000 Temperatursensoren an
verschiedenen Stellen der Uhr.
Hier gibt es genaue PT1000 Temperatur Sensoren zum Anschrauben:
...
Eigentlich muß man nur einen PT1000 unten an's Pendel schrauben, dann ergibt sich der Rest von alleine.
Es muß also unbedingt ein FTDI-Chip sein, CH340 geht garnicht?
...
Wo lernt man eigentlich so destruktive Lösungsansätze zu finden?
:-(
Der TE will u.a. den Einfluss des Lufdruckes messen, der bleibt aber
keine 100 Tage stabil.
Das erwartet auch keine. Bei einer Uhr, die nach 100 Tagen nicht mehr als 1s abweicht, muss der MITTLERE Gang unter 10ms pro Tag liegen.
Die Lage der Schaltschwelle kann man ziemlich gut eliminieren, indem man nicht den Zeitpunkt nur einer Flanke, sondern die Mittenzeit des Durchgangs (Mittel aus den Zeiten beider Flanke) heran zieht.
Bei 100 Tagen kannst Du aber den Einfluss z.B. des Luftdruckes nicht
messen, weil Du den ihn zumindest teilweise herausmittelst.
Unsinn.
Wer sagt denn, dass du nur am Anfang und am Ende der 100 Tage eine Messung machst. Du verfolgst natürlich über die 100 Tage den Gang und/oder den Stand der Uhr und rechnest dann das Modell für Temperatur- und Druckabhängigkeit über minimale Fehlerquadrate. Systematische Abweichungen erkennst du daran, dass der Restfehler nicht nur aus Rauschen besteht, sondern systematische Anteile enthält, über die man sich dann Gedanken machen muss, wenn man dies in Messungen beobachtet. Dort würden sich dann neben Messrauchen z.B. Tageszyklen oder Gezeiteneinfluss bemerkbar machen. Um periodische Einflüsse zu erkennen, kann man sich z.B. per Fouriertransformation der Restfehler deren Spektrum ansehen.
Hallo!
Wahrscheinlich habe ich irgend eine technische Revolution verpasst.
Hier wird eine Uhr gezeigt, die von allen üblichen Zeitanzeigen abweicht.
Wie wird die Uhr abgelesen, wenn nach 21:59 die nächste Minute abgelaufen ist? Ist es dann 21:60 oder 22:60? Genau so verwirrend ist die Sekundenanzeige: nach 59 kommt nicht etwa 00 plus einer Minute sondern plus einer Minute und 60 Sekunden???
Welch kranker Geist denkt sich sowas aus?
Wie wird die Uhr abgelesen, wenn nach 21:59 die nächste Minute
abgelaufen ist? Ist es dann 21:60 oder 22:60? Genau so verwirrend ist
die Sekundenanzeige: nach 59 kommt nicht etwa 00 plus einer Minute
sondern plus einer Minute und 60 Sekunden???
Das ist wohl für die Schaltsekunden vorbereitet. Woher weißt du überhaupt, welcher der Sekundenzeiger ist?
Woher weißt du
überhaupt, welcher der Sekundenzeiger ist?
Es gibt zwei Scalen, wo statt 00 60 steht.
Ich besitze keine Uhr, bei der 60 angezeigt wird, weder bei Minuten noch bei Sekunden!
Auch bei Mitternacht springt die Anzeige von 23:59 auf 00:00 und nicht auf 24:00.
Pendel zu kurz?
Im Prinzip schon, um das Hemmrad Sekundensprünge machen zu lassen.
Übliche Sekundenpendel haben eine Länge von ca. 1 Meter.
Eine Grahamhemmung löst aber bei jeder Halbschwingung aus.
Die Pendellänge steigt quadratisch, ein Pendel für 1 Sekunde-
Vollschwingung ist nur ca. 25 cm lang.
Dann braucht man halt eine Hemmung, die nur einseitig auslöst.
Schon macht das Hemmrad die gewünschten Sekundensprünge.
Zum Zifferblatt: Das ist ein sogenanntes "Regulatorblatt".
Sekunden (unten), Minuten (zentral) und Stunden (oben), haben
jeweils eigene Blätter/ Ziffernringe.
Pendel zu kurz?
Im Prinzip schon, um das Hemmrad Sekundensprünge machen zu lassen.
Übliche Sekundenpendel haben eine Länge von ca. 1 Meter.
Eine Grahamhemmung löst aber bei jeder Halbschwingung aus.
Lösen nicht alle Hemmungen bei jedem Tick und Tack aus?
Hallo!
Wahrscheinlich habe ich irgend eine technische Revolution verpasst.
Hier wird eine Uhr gezeigt, die von allen üblichen Zeitanzeigen
abweicht.
Wie wird die Uhr abgelesen, wenn nach 21:59 die nächste Minute
abgelaufen ist? Ist es dann 21:60 oder 22:60? Genau so verwirrend ist
die Sekundenanzeige: nach 59 kommt nicht etwa 00 plus einer Minute
sondern plus einer Minute und 60 Sekunden???
Welch kranker Geist denkt sich sowas aus?
Hier eine Nummer größer, als Turmuhr. (Die gleiche Uhr steht
auch in meinem Büro :-)
Es ist dieses Zusammenspiel aus schiefer Ebene mit Rolle
im Pendel ( Takte zählen und Energie dem Pendel zuführen)
und der Mechanik mit Hemmrad, Greifer und Anker. Die Mechanik
sorgt dafür, dass sich das Räderwerk bewegt und die Rolle
immer wieder auf ihren Ursprungszustand gehoben wird, dies
passiert ohne weiteren Kontakt zum Pendel.
Ein pin change
interrupt braucht je nach aktuell abgearbeitetem Befehl und Zustand der
Pipeline unterschiedlich viele Takte bis er bei der CPU aufschlägt.
Genauso ist die Zeit zwischen Lesebefehl und Sampling am Pin
unterschiedlich und hängt davon ab, was gerade auf den Bussen los ist.
Ja, man kann natürlich völlig falsch an die Sache rangehen und alles vergurken.
Ein simpler ATmega328 kann den Capture Input mit CPU-Takt einlesen, d.h. hat einen Quantisierungsfehler von 50ns @20MHz (20ppm/s bzw. 0,2ppb/d).
Irgendwelche Programmlaufzeiten spielen keine Rolle.
Ja, man kann natürlich völlig falsch an die Sache rangehen und alles
vergurken.
Ein simpler ATmega328 kann den Capture Input mit CPU-Takt einlesen, d.h.
hat einen Quantisierungsfehler von 50ns @20MHz (20ppm/s bzw. 0,2ppb/d).
Irgendwelche Programmlaufzeiten spielen keine Rolle.
Man kann auch ohne Capture-Funktion einen (Hardware-)Timer per Interrupts auslesen. Die Latenz stört nicht, da sie bei allen Interrupts nahezu gleich bleibt und sich damit aufhebt. Was als Fehler bleibt, ist ein absoluter Fehler, der sich nicht addiert. Die Messung über 100 Tage hat den gleichen Fehler wie die über eine Sekunde. Es werden maximal ein paar µs sein.
Da schätze ich den Jitter einer Lichtschranke größer ein.
Was man unbedingt machen muß: Man muß es einfach angehen.
Was man unbedingt machen muß: Man muß es einfach angehen.
Das muss man aber erst mal können. Ich fürchte Bernd kann nicht einfach eine Microcontrollerschaltung bauen und programmieren. Das wäre ein weiter weg, angefangen bei einer Blinkschaltung.
Da schätze ich den Jitter einer Lichtschranke größer ein.
Schade, daß keinerlei Angaben zur Größe der Uhr, des Pendels und dessen Auslenkung existieren.
Es wäre mal interessant, welchen Weg das Pendel in einem CPU-Takt (50ns) zurück legt. Ein Pendel soll ja max um 5° ausgelenkt werden, da es sonst zu ungenau wird.
Das muss man aber erst mal können. Ich fürchte Bernd kann nicht einfach
eine Microcontrollerschaltung bauen und programmieren.
Alter Hut: Das hatte er bereits eingangs mitgeteilt!
Mich stört, daß hier Anforderungen künstlich hochgeschraubt werden, weil das Beste mal wieder nicht gut genug ist.
Ein Pendel soll ja max um 5° ausgelenkt werden, da es sonst
zu ungenau wird.
Warum soll das Pendel ab 5° Auslenkung zu ungenau werden?
Was ist überhaupt ein ungenaues Pendel?
Ein reales Pendel weicht sowieso immer vom mathematische Pendel ab, bei dem in der Berechnung der Schwingungsdauer die Näherung sin(x)=x steckt.
Beim realen Pendel geht dann die Schwingungsamplitude in die Schwingungsdauer ein. Dort kommt es auf die Stabilität der Amplitude und die Anforderungen an, welche Amplitude als "zu ungenau" eingestuft wird.
Das muss man aber erst mal können. Ich fürchte Bernd kann nicht einfach
eine Microcontrollerschaltung bauen und programmieren.
Alter Hut: Das hatte er bereits eingangs mitgeteilt!
Mich stört, daß hier Anforderungen künstlich hochgeschraubt werden, weil
das Beste mal wieder nicht gut genug ist.
Relativ. Ein normaler Microcontroller mit externen Quarz reicht in jedem Fall erst mal aus. Das ist korrekt. Da brauchts keine sonstigen Verrenkungen.
Trotzdem ist der Input Capture hier der richtige Ansatz und man muss nicht ohne Not vom einfachsten und besten Ansatz abrücken.
Aber wie stellst du dir das mit dem "Anfangen" konkret bei Bernd vor? Ich hatte ihm teure aber fertige Geräte empfohlen. Weil das das einzige ist, was er überhaupt nutzen kann.
Eine weitere Alternative wäre ein digitales Oszi mit dem die Pendelbewegungen gemessen werden. Über die Statistikfunktionen kann man dann auch einiges zur Genauigkeit sagen.
Relativ. Ein normaler Microcontroller mit externen Quarz reicht in jedem
Fall erst mal aus. Das ist korrekt. Da brauchts keine sonstigen
Verrenkungen.
Eine weitere Alternative wäre ein digitales Oszi mit dem die
Pendelbewegungen gemessen werden. Über die Statistikfunktionen kann man
dann auch einiges zur Genauigkeit sagen.
Und wie genau ist die Zeitbasis dieser µC bzw. Geräte?
Warum soll das Pendel ab 5° Auslenkung zu ungenau werden?
Das mußt Du einen Uhrenbauer fragen.
Ich habe früher mal RFT-Pendeluhren revisioniert. Dabei mußte überprüft werden, daß der Ausschlag 5° nicht überschreitet, d.h. die Hemmung zuviel Energie zuführt. Ansonsten läßt sich die Uhr nicht ordnungsgemäß justieren.
Man hat dann ständig Gangabweichungen.
Warum soll das Pendel ab 5° Auslenkung zu ungenau werden?
Das mußt Du einen Uhrenbauer fragen.
Ich habe früher mal RFT-Pendeluhren revisioniert. Dabei mußte überprüft
werden, daß der Ausschlag 5° nicht überschreitet, d.h. die Hemmung
zuviel Energie zuführt. Ansonsten läßt sich die Uhr nicht ordnungsgemäß
justieren.
Man hat dann ständig Gangabweichungen.
ein Pendel soll sinusförmig schwingen, wenn die auslenkung zu groß wird dann bekommst du Oberschwingungen
Ich würde keinesfalls die Lösung der DGL ausrechnen, weitaus zielführender wäre es, die Lösungen von BYE, GSM, MFG, USA, BRD, UPS, DPD, PPM, ADE, CIA oder BND zu berechnen (ohne Anspruch auf Vollständigkeit.
;-)
Edit1: PPM hinzugefügt
Edit2: CIA und BND hinzugefügt
Und wie genau ist die Zeitbasis dieser µC bzw. Geräte?
Kann man nachmessen und solange das Gerät bei Raumtemperatur steht, eiert das auch nicht wild durch die Gegend. Einen GNSS-Empfänger mit 1PPS-Ausgang gibt es für ein paar €. Das Oszilloskop muss nur die Phasenlage von Pendel zu 1PPS ausmessen, d.h. wenn man das in mehreren Minuten Abstand macht, spielt die Genauigkeit der Zeitbasis fast keine Rolle mehr.
Ein simpler ATmega328 kann den Capture Input mit CPU-Takt einlesen, d.h.
hat einen Quantisierungsfehler von 50ns @20MHz (20ppm/s bzw. 0,2ppb/d).
Irgendwelche Programmlaufzeiten spielen keine Rolle.
Ein Atmega hat synchrones Timing. Da laufen Core und IO mit dem selben Takt. Entsprechend sind die Latenzen der Hardware auch immer gleich. Bei ARM-basierten SOCs sieht es anders aus.
Deshalb sind die "kleinen" Controller für solche Aufgaben besser geeingnet als ein SoC oder gar ein PC.
Das bedeutet, dass die Pendelstange in 1 Sekunde eine mittig
angeordnete Lichtschranke 2 x durchläuft. (in unterschiedlicher
Richtung).
Das Hemmrad springt bei meiner Hemmung pro Sekunde einen Zahn weiter.
Also beliebig? Dann stimmt die Uhrzeit ja nicht mehr.
Man misst nicht die absolute Uhrzeit sondern die Zeitdifferenz zwischen dem Impuls der Lichtschranke und einem Referenztimer, z.B. dem 1PPS von GPS, geht die Uhr falsch, wird die Differenz immer grösser.
Zur Erhöhung der Genauigkeit misst man nicht jede Sekunde sondern z.B. alle 2000 Pendelimpulse vs. alle 1000 1PPS-Impulse. Bei 1000 Sekunden kommt man schon in die Nähe von 1-2 ppm, wenn man Millisekunden messen kann.
Also beliebig? Dann stimmt die Uhrzeit ja nicht mehr.
Es geht um den Gang der Uhr in Abhängigkeit von Temperatur und Druck,
nicht um den Stand.
Esmu P. schrieb:
ein Pendel soll sinusförmig schwingen, wenn die auslenkung zu groß wird
dann bekommst du Oberschwingungen
Hört das Pendel dann plötzlich auf zu schwingen, oder was ist daran so
schlimm?
Die Pendelfrequenz soll sich kontinuierlich mit der Pendellänge einstellen lassen. Und das soll wohl bei größerem Ausschlag des Pendels so nicht richtig möglich sein.
Also beliebig? Dann stimmt die Uhrzeit ja nicht mehr.
Man misst nicht die absolute Uhrzeit sondern die Zeitdifferenz zwischen
dem Impuls der Lichtschranke und einem Referenztimer, z.B. dem 1PPS von
GPS, geht die Uhr falsch, wird die Differenz immer grösser.
Zur Erhöhung der Genauigkeit misst man nicht jede Sekunde sondern z.B.
alle 2000 Pendelimpulse vs. alle 1000 1PPS-Impulse. Bei 1000 Sekunden
kommt man schon in die Nähe von 1-2 ppm, wenn man Millisekunden messen
kann.
Wenn man ein Diagramm zeichnet auf der dann auf der x-Achse die "richtige" Zeit eingetragen wird und auf der Y-Achse die Zeit dieser Uhr, dann sollte es eine Gerade im 45 Grad Winkel sein. Es werden sich diverse andere Störungen ergeben die dazu führen das es eben nicht so sein wird.
Die Pendelfrequenz soll sich kontinuierlich mit der Pendellänge
einstellen lassen. Und das soll wohl bei größerem Ausschlag des Pendels
so nicht richtig möglich sein.
Das ist bei Pendelausschlägen jedweder Größe so!
Allerdings wirkt es sich bei geringen** Auslenkungen kaum** aus.
Wer mit g und tan() nicht gänzlich auf dem Kriegsfuß steht, kann sich das ja mal ausrechnen.
Wenn man ein Diagramm zeichnet auf der dann auf der x-Achse die
"richtige" Zeit eingetragen wird und auf der Y-Achse die Zeit dieser
Uhr, dann sollte es eine Gerade im 45 Grad Winkel sein.
Die Daten für das Diagramm differenzierst du besser erstmal, d.h. du trägst nicht die angezeigte Zeit gegen die "richtige" Zeit auf, sondern den Gang. Sonst siehst du da gar nichts, weil der "Bleistiftstrich" viel zu breit ist.
Wenn man ein Diagramm zeichnet auf der dann auf der x-Achse die
"richtige" Zeit eingetragen wird und auf der Y-Achse die Zeit dieser
Uhr, dann sollte es eine Gerade im 45 Grad Winkel sein.
Die Daten für das Diagramm differenzierst du besser erstmal, d.h. du
trägst nicht die angezeigte Zeit gegen die "richtige" Zeit auf, sondern
den Gang. Sonst siehst du da gar nichts, weil der "Bleistiftstrich" viel
zu breit ist.
Dann drehe das Koordinatensystem uim 45 Grad und passe den Maßstab an.
Dann drehe das Koordinatensystem uim 45 Grad und passe den Maßstab an.
Den Unterschied zwischen Differenzieren und Drehmatrix kannst du dir selber einmal ausrechnen. Du verlierst mit deinem Pragmatismus das Ziel aus den Augen.
Meine mechanische Pendeluhr nähert sich der Fertigstellung.
Die Unterschiede zwischen "kinetischer Plastik" und genauer Uhr
sind aber ein anderes Thema.
Hallo Bernd
mit Interesse habe ich mitgelesen. Ich selbst habe vor 60Jahren Feinmechaniker gelernt. Wegen wenigen Lehrlingen waren wir zusammen mit den Uhrmachern auf der Berufsschule. Im späternen Leben war ich dann hauptsächlich erlektronisch orientiert. Durch meine Frau auch künstlerisch angehaucht. Deshalb hab ich folgende Meinung zu diesem Projekt:
Ich denke der Schwerpunkt dieser Diskussion sollte mit dem Schwerpunkt auf "kinetischer Plastik" liegen. Die hast du anscheinlich sehr schön gelöst. Mechanisch wohl auch optimal. Und wenn du die Ideen legendärer Uhrmacher berücksichtig hast, dann ist die Ganggenauigkeit wohl mehr als ausreichend. Und damit solltest du mit deinem Werk zufrieden sein.
Außer den physikalischen Schwierigkeiten, die du messen willst, fallen mir auch viele mechanische Randbedingungen ein, die aber meist durch Alterung eintreten.
Nicht umsonst haben alle Wissenschaftler, die hochgenaue Zeitmessungen benötigen, von einer mechanischen Lösung Abstand genommen, sobald die Technologie bereit war. Zunächst elektronisch mit Quarz, dann als Atomuhr. Die ist beim DCF77 eine riesen Einrichtung. Vielleicht kommt mal auch noch was besseres, evtl. Quantenzeugs.
Wenn ich noch was beitragen kann, schreib mir eine PN.
Ich kann Bernd verstehen, dass er nicht nur eine schöne, sondern auch eine möglichst genaue mechanische Uhr bauen will und auch noch externe Einflüsse untersuchen will. Die grosse Aufmerksamkeit hier bestätigt das doch, auch wenn - wie hier üblich - einige Beiträge an der eigentlichen Frage vorbei gehen.
Ich kann Bernd verstehen, dass er nicht nur eine schöne, sondern auch
eine möglichst genaue mechanische Uhr bauen will und auch noch externe
Einflüsse untersuchen will. Die grosse Aufmerksamkeit hier bestätigt das
doch, auch wenn - wie hier üblich - einige Beiträge an der eigentlichen
Frage vorbei gehen.
Diese Uhr läuft bei mir unter "Versuchsuhr".
Das Ziel ist jetzt nicht, möglichst schnell damit fertig zu werden,
sondern Fehler zu finden und weiter zu optimieren.
Und die Möglichkeiten sind fast grenzenlos, ganze Generationen von
Uhrmachern haben da Beiträge geleistet.
Den Bauplan für die Superuhr gibt es nicht, da muss man sich
im Rahmen seiner Möglichkeiten rantasten. Das ist doch eine
spannende Aufgabe.
Man misst nicht die absolute Uhrzeit sondern die Zeitdifferenz zwischen
dem Impuls der Lichtschranke und einem Referenztimer, z.B. dem 1PPS von
GPS, geht die Uhr falsch, wird die Differenz immer grösser
So ist es.
Siehe auch: Wolle G. (wolleg) vom 08.03.2025 13:22
Wolle G. schrieb im Beitrag #7841820:
Dazu wurde ein Frequenzzähler/Periodendauermesser verwendet und mit
Hilfe eines FF-IC der Abstand zwischen den Sekundenimpulsen der Uhr und
dem Tonstart des Zeitzeichens gemessen.
Könnte man heute evtl. so ähnlich mit DCF77 als Vergleichsbasis machen.
Könnte man heute evtl. so ähnlich mit DCF77 als Vergleichsbasis machen.
DCF77 ist sehr unsicher und funktioniert nur als Mittelwert über einen längeren Zeitraum, weil es schwierig ist, den exakten Beginn der Impulse zu bestimmen, das können die üblichen einfachen DCF77-Bausteine nicht sehr gut.
1PPS von GPS funzt auch mit einfachen GPS-Platinen sehr stabil, z.B. ublox Neo-6M etc
Ich kann Bernd verstehen, dass er nicht nur eine schöne, sondern auch
eine möglichst genaue mechanische Uhr bauen will
Für die Genauigkeit ist auch der Aufbau der Hemmung ganz entscheidend.
Es ist erstaunlich, daß selbst nach 2000 noch neue Hemmungen entwickelt wurden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Details sind leider auf seinem Bild nicht zu erkennen. Ich nehme an, daß er nur eine recht einfache Hemmung verwendet und daher weit weg von der Genauigkeit typischer Pendelhauptuhren sein wird, wie sie früher in Betrieben und Schulen verwendet wurden.
Genaue mechanische Uhren arbeiten mit 2 Pendeln. Damit die Schwingung des Hauptpendels möglichst wenig gestört wird, erfolgt die Anregung nur alle 30s. Auch muß es kein Anzeige- und Signaleinrichtungen treiben.
"Der Gangfehler dieser fast reibungsfreien Konstruktion liegt bei einigen Millisekunden pro Tag, was erst von temperaturstabilisierten Quarzuhren übertroffen wurde."
Wenn ich mir einmal so ein 20 € Modul ansehe und dann diesen popeligen Uhrenquarz entdecke, dann ist Schluß mit der Genauigkeit bzw. Vertrauenswürdigkeit.
Wenn ich mir einmal so ein 20 € Modul ansehe und dann diesen popeligen
Uhrenquarz entdecke, dann ist Schluß mit der Genauigkeit.
Die 1PPS-Impulse werden nicht direkt von Quarz abgeleitet, sondern mit der GPS-Zeit korrigiert. Die sind sehr genau und auch monoton. Sozusagen ein GPSCXO.
Wenn ich mir einmal so ein 20 € Modul ansehe und dann diesen popeligen
Uhrenquarz entdecke, dann ist Schluß mit der Genauigkeit bzw.
Vertrauenswürdigkeit.
Wäre die Genauigkeit der GPS Zeit bzw. der GPS Impuls von diesem Quarz abhängig könnte das GPS niemals eine annährend korrekte Position liefern.
Bei GPS würden 0,5s zeitliche Abweichung, 30.000km räumliche Abweichung verursachen.
@Bernd
Wie geht es jetzt bei Dir weiter, hast Du schon einen Plan?
Ja.
Ich bin etwas erschlagen von den Infos.
Mein Plan: Erstmal die Uhr komplett fertigbauen. Dazu gehört
noch ein ganz besonderes Teil. Das ist eine Feinregulierung
an der Pendelfeder.
Eine Gabel greift um die Pendelfeder und erlaubt, den Festpunkt
zu verschieben. Bei einem M 2 Gewinde als Verstellschraube
ergibt sich 0,4 mm/ Umdrehung. Ein Verstellweg von 0,8 mm
wäre schon ausreichend.
Minimale Auflösung der Stellschraube wäre ca. 1/60 einer Um-
drehung. Das wäre eine Verschiebung der Gabel um 0,0066 mm.
Das sollte fein genug sein.
(Eine große Herausforderung ist der Schlitz in der Gabel,
die Feder ist 0,04 mm dick, der Schlitz sollte 0,041 mm haben).
Dann noch optisch schön machen und die Glashaube bauen.
Jetzt etwas Fleißaufgabe: Erstmal möglichst genau regulieren.
Täglich Buch führen über Temperatur und Luftdruck.
Gangabweichung immer mit der gleichen Referenzuhr prüfen.
Das ist natürlich längst nicht so elegant und genau, wie die
elektronische Lösung, aber unsere Vorfahren haben die Ermittlung
der Ursachen der Abweichungen auch damit erreicht.
Jetzt etwas Fleißaufgabe: Erstmal möglichst genau regulieren.
Täglich Buch führen über Temperatur und Luftdruck.
Gangabweichung immer mit der gleichen Referenzuhr prüfen.
Der Luftdruck kann sich innerhalb eines Tages um 10 hPa ändern.
Siehe Anlage, am 24.02.2025
Bei einem M 2 Gewinde als Verstellschraube
ergibt sich 0,4 mm/ Umdrehung.
Mit einem M2 Feingewinde DIN 13-2 wäre 0,25 mm möglich
Natürlich.
Aber Schraube und Mutter (Gewindebohrer und Schneideisen)
kosten min: 50,-€. Ein wenig viel, für eine Schraube.
Mit kleinem Zeiger und Sekundenzifferblatt (20 mm Durchmesser).
reicht auch M 2 Regelgewinde.
Das Problem (fertigungsmäßig) ist die Spielfreiheit der Gabel
auf der haarfeinen Pendelfeder. Unsere Vorfahren haben aber auch
da schon sinnreiche Konstruktionen entwickelt.
Auf dem Bild so eine alte Konstruktion. Die Pendelfeder ist
völlig verbogen, man kann aber erkennen, dass durch die Schlitze
rechts und links der Pendelfeder eine gewisse Vorspannung und
Spielfreiheit erreicht wird.
Bei einem M 2 Gewinde als Verstellschraube
ergibt sich 0,4 mm/ Umdrehung. Ein Verstellweg von 0,8 mm
wäre schon ausreichend.
Minimale Auflösung der Stellschraube wäre ca. 1/60 einer Um-
drehung. Das wäre eine Verschiebung der Gabel um 0,0066 mm.
Warum machst Du bei der Stellschraube kein Feingewinde, für Deine M2 Schraube eine 0,2'er Steigung. Dies ist eine genormte Steigung und da dürfte es noch die passenden Werkzeuge geben.
Die einfachste Lösung für die Zeitmessung wäre eine Gabellichtschranke, die mittig unter dem Pendel sitzt. Der Abstand zwischen Pendellinse und Fuß ist aber so groß, dass das grauenhaft aussehen würde.
Jetzt habe ich gerade diese Linienlaser¹ entdeckt. Die könnte man im Fuß versenken und daneben eine Fotodiode. Das Pendel braucht dann einen Spiegel, z.B. eine Art Hutmutter statt der Sechskantmutter. Der Laser erzeugt eine Linie senkrecht zur Pendelbewegung. Die Reflexion wandert durch die Pendelbewegung zwangsläufig über die Fotodiode, man muss nichts genau ausrichten.
Nachteil: der Laser muss sichtbar sein (650nm geht gerade noch), deshalb funktioniert es nicht, wenn die Sonne drauf scheint. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Blitz (Foto, Gewitter) stört, ist sehr gering. Der Datenlogger weiß ja, wann das Pendel das nächste Mal vorbei kommt.
Und dafür gibt es einen Grund: Du kannst keine der genannten Selbstbau Lösungen umsetzen. Die sind für dich eine Sackgasse. Konzentriere dich auf die Messung mit fertigen Geräten (Oszi, Zähler, Datenlogger o.ä.).
Ich wollte noch mal alternativ Lösungen zur Lichtschranke vorschlagen:
Den Sensor eines Fahrradcomputers, dies hätte man vermutlich aber früher im Bau berücksichtigen müssen.
Einen Time of Fly sensor, das ist ein Radar seitlich auf das Pendel gerichtet, bei genauer Zeitbasis würde man die Position des Pendels über die Zeit auftragen können,
Grob falsch. Es gibt dort evt. keine Lufttemperatur. Aber Wärmeeintrag durch Strahlungswärme. Auf dem Mond herrscht quasi ein Vakuum, trotzdem hast du 3 stellige Celciuswerte. Im freien Raum genauso. Ist man in der Sonne, heizt sich alles extrem auf.
Ich wollte noch mal alternativ Lösungen zur Lichtschranke vorschlagen:
Den Sensor eines Fahrradcomputers, dies hätte man vermutlich aber früher
im Bau berücksichtigen müssen.
Genauso wie eine gute Lösung für eine Lichtschranke. Fahrradsensor und Lichtschranke möchte man beide mittig unter dem Pendel im Fuß verstecken. Für die Lichtschranke muss an die Gewindestange ein Blech montiert werden. Für den Fahrradsensor müsste das ein kleiner Magnet sein. Das scheint mir genauso einfach (oder schwierig) zu sein.
Aber: Magnet und Spule bremsen das Pendel, das mag man eigentlich nicht. Würde ein Hallsensor auch bremsen?
Einen Sensor verwenden, der die Messung evtl beeinträchtigen kann, ist natürlich obsolet. Ein Hallsensor könnte beim Vorbeischwingen des Pendels zu Luftverwirbelungen führen, da die Abstände meist recht klein sind.
Nö, die Spule bremst nur, wenn auch ein Strom fließt.
Also einfach mit einem MOSFET oder CMOS-IC das Signal auswerten.
Wenn kein Strom fließt kannst du den Durchgang auch nicht auswerten. Du kannst nur argumentieren dass der Strom sehr klein ist und nur kurz zum umladen fließt. Trotzdem fließt er und bremst.
Warum sollte man das tun wenn es die Möglichkeit gibt optisch zu messen?
Wenn kein Strom fließt kannst du den Durchgang auch nicht auswerten.
Die Spannung ist proportional der Geschwindigkeit des Magneten, hat also im Nulldurchgang des Pendels ein Maximum. Ein Strom darf nicht fließen.
https://youtu.be/m6bqWlAB2mI?t=35
Nö, die Spule bremst nur, wenn auch ein Strom fließt.
Also einfach mit einem MOSFET oder CMOS-IC das Signal auswerten.
Wenn kein Strom fließt kannst du den Durchgang auch nicht auswerten. Du
kannst nur argumentieren dass der Strom sehr klein ist und nur kurz zum
umladen fließt. Trotzdem fließt er und bremst.
Warum sollte man das tun wenn es die Möglichkeit gibt optisch zu messen?
Zwecks der Schönheit, eine Lichtschranke kann man kaum unsichtbar montieren. Die Idee mit dem Laser funktioniert auch nur vielleicht.
Die klassische Zeitwaage für die Armbanduhr reagiert auf Körperschall. D.h. sie wertet nicht die Drehschwingung des Pendels aus, sondern "hört" auf das Klackern der Hemmung. Der Ansatz wäre hier auch denkbar -- man könnte das sicherlich hörbare Rasten der Hemmung auswerten. Oder dort die Lichtschranke unterbringen.
Die klassische Zeitwaage für die Armbanduhr reagiert auf Körperschall.
D.h. sie wertet nicht die Drehschwingung des Pendels aus, sondern "hört"
auf das Klackern der Hemmung. Der Ansatz wäre hier auch denkbar -- man
könnte das sicherlich hörbare Rasten der Hemmung auswerten. Oder dort
die Lichtschranke unterbringen.
An der Hemmung ist kein Platz für eine Lichtschranke, siehe Bild.
Und der TE will Langzeit-Messungen machen, da kommen leicht mal "fremde
Töne" rein.
Na ja, da gibt es ja nur ein sehr kleines, fast winziges Zeitfenster, in dem gelauscht werden muss. Außerdem muss man ja nicht unmittelbar mit einem solchen Zeit-Schnappschuss arbeiten. Die packt man in ein gleitendes Fenster und prüft jeweils die letzten /n/ auf eventuelle Ausreißer.
Eine Gabellichtschranke ist eine bewährte Lösung, um
eine Pendeluhr zu überwachen.
Die Befestigung wäre temporär, also nach max. einem Jahr
sollte alles geklärt sein.
Feine Litzen zum Anschluss könnten zwischen Sockel und Glas-
haube eingeklemmt werden.
Im Moment gab es noch ein gravierendes mechanisches Problem
zu lösen. Ich habe die Uhr exakt im Gleichklang zu einer
Quarzuhr reguliert. Null Abweichung nach 8 Stunden.
Eine Stunde später: 3 Sekunden Vorgang.
Finde die U(h)rsache. Zufällig konnte ich beim elektrischen
Aufzugsvorgang beobachten, dass es wegen Fertigungstoleranzen
bei der Kette und meinem Kettenrad während des Aufzugsvorganges
zu einem Aufklettern der Kette kam. Das passiert äußerst selten.
In der Folge rutscht das Antriebsgewicht schlagartig einige
Millimeter zurück, das gab Mehrfachauslösung der Hemmung.
Lösung: Neues Kettenrad fräsen.
Zufällig konnte ich beim elektrischen
Aufzugsvorgang beobachten, dass es wegen Fertigungstoleranzen
bei der Kette und meinem Kettenrad während des Aufzugsvorganges
zu einem Aufklettern der Kette kam.
Herzlichen Glückwunsch, Lotto spielen brauchst du jetzt nicht mehr ;) Das heißt, der Datenlogger sollte auch das Aufziehen registrieren.
Eine Gabellichtschranke ist eine bewährte Lösung, um
eine Pendeluhr zu überwachen.
Die Befestigung wäre temporär, also nach max. einem Jahr
sollte alles geklärt sein.
Feine Litzen zum Anschluss könnten zwischen Sockel und Glas-
haube eingeklemmt werden.
Sehr schön. Darf man den Datenlogger auf den Fuß schrauben? Dann könnte man alles auf eine Leiterplatte bauen, also Lichtschranke, Druck-, Temperatur- und Erschütterungssensor, GNSS-Empfänger, Mikrocontroller, Datenspeicher, USV und WLAN. Die Lichtschranke muss natürlich dort sitzen. Den Luftdruck will man auch innerhalb der Haube messen. Nur für Erschütterungen und evt. Temperatur(en) gibt es vielleicht bessere Plätze? Die wären aber auch innerhalb der Haube, oder?
So braucht man wenige bis keine Kabel und vor allem nur 2 nach "draußen" für die Stromversorgung. Dafür könnte man die Befestigungsschrauben benutzen, dann könnte die Haube ziemlich dicht werden. Innen im Fuß sitzt doch der Aufzugsmotor? Kann man da 12 Volt abzapfen? Wenn nicht, ist ein Kabel vom Steckernetzteil in den Fuß immer noch schöner als feine Litzen einzuklemmen.
Interessiert uns überhaupt die Luftfeuchtigkeit oder stört die nur mit Holzpendeln? Ich fürchte nämlich, dass Feuchtesensoren schwierig zu löten sind. Und das ist interessant, weil ich so eine Leiterplatte bauen möchte.
Den Luftdruck will man auch innerhalb der Haube messen
Druckdicht ist die Haube sowieso nicht. Da ist es ziemlich egal, wo der Sensor sitzt. Selbst wenn der Kamin oder die Dustabzugshaube den Druck im Raum senkt, gleich er sich innerhalb kürzester Zeit an.
Falls der TE (Bernd F.) noch mit liest, eine kleine Frage/Bitte.
Wäre es möglich das Klicken des Uhrwerkes aufzuzeichnen? Eine Minute vielleicht? Oder zwei.
Smartphone wäre vermutlich schon in Ordnung, /besser/ wäre natürlich besser. ;-)
Mich interessiert die akustische Auswertung mittels Mikrocontroller in besonderem Maße.
Und trotz intensiver Suche, ich habe kein einziges mechanisches Uhrwerk im Haushalt.
Mich interessiert die akustische Auswertung mittels Mikrocontroller in
besonderem Maße.
Würde dafür nicht ein NE555 mit angeschlossener Piezokapsel reichen?
Und trotz intensiver Suche, ich habe kein einziges mechanisches Uhrwerk
im Haushalt.
Dafür habe ich zwei Uhren mit Pendel ;-)
Jedoch finde ich in meinen Schubladen keine Lichtschranke für eigene Versuche. Zum Experimentieren würde ich Laser verwenden und vor den Sensor ein Röhrchen zum Abschirmen gegen Seitenlicht anbringen. Laser deshalb, um eine möglichst abrupte Unterbrechung des gebündelten Strahls zu erhalten.
Natürlich wird so ein Aufbau die Optik stark verändern, aber anders wird es vermutlich nicht gehen. Vielleicht funktioniert auch eine Erkennung per Reflexion des Pendels von hinten durch's Gehäuse.
Jedoch finde ich in meinen Schubladen keine Lichtschranke für eigene
Versuche. Zum Experimentieren würde ich Laser verwenden und vor den
Sensor ein Röhrchen zum Abschirmen gegen Seitenlicht anbringen. Laser
deshalb, um eine möglichst abrupte Unterbrechung des gebündelten Strahls
zu erhalten.
Laser deshalb, um eine möglichst abrupte Unterbrechung des gebündelten
Strahls zu erhalten.
Bei einer Gabellichtschranke erreichst du das durch einen schmalen Spalt vor dem Empfänger. In (vernünftigen) Datenblättern ist das Schaltverhalten dazu angegeben.
Eine Laserdiode mit gutem Kollimator bietet lediglich den Vorteil, dass man mit den Abständen flexibler ist.
Natürlich wird so ein Aufbau die Optik stark verändern
So große ist eine geeignete Laserdiode mit Kollimator nun wirklich nicht, zumal man damit einfach Reflexlichtschranke aufbauen kann, die von der Pendelstange unterbrochen wird und hinter dem Querbalken kurz über dem Pendel sitzen könnte.
https://www.amazon.de/dp/B07H9514ZX
Eine Laserdiode mit gutem Kollimator bietet lediglich den Vorteil, dass
man mit den Abständen flexibler ist.
Das wäre aber evtl. wichtig, denn wenn Sender oder Empfänger zu dicht am Pendel sitzen, kommt es evtl. zu Störungen der Bewegung durch Luftwirbel. Man kann aber auch mit Schlitzmaske Entfernungen von einigen cm gut überbrücken, das hätte den Vorteil, dass man mit IR 950 nm arbeiten kann.
Das wäre aber evtl. wichtig, denn wenn Sender oder Empfänger zu dicht am
Pendel sitzen, kommt es evtl. zu Störungen der Bewegung durch
Luftwirbel.
Man wird mit einem Selbstbau nichtmal annähernd die Genauigkeit einer alten Hauptpendeluhr erreichen können. Daher ist es vollkommen müßig, Erbsen zu zählen.
Ich würde in der Bodenplatte einfach einen DCF-77 Empfänger verstecken und damit die Uhr synchronisieren.
Das wäre aber evtl. wichtig, denn wenn Sender oder Empfänger zu dicht am
Pendel sitzen, kommt es evtl. zu Störungen der Bewegung durch
Luftwirbel.
Man wird mit einem Selbstbau nichtmal annähernd die Genauigkeit einer
alten Hauptpendeluhr erreichen können. Daher ist es vollkommen müßig,
Erbsen zu zählen.
Ich würde in der Bodenplatte einfach einen DCF-77 Empfänger verstecken
und damit die Uhr synchronisieren.
Man kann aber auch mit Schlitzmaske Entfernungen von einigen
cm gut überbrücken, das hätte den Vorteil, dass man mit IR 950 nm
arbeiten kann.
Die Schlitzmaske vor dem Empfänger wird bedeutungslos, wenn der Abstand zur unterbrechenden Kante groß wird. Dann entscheidet die Ausdehnung der Lichtquelle.
Eine dicke 5mm LED wäre deswegen z.B. denkbar ungeeignet.
Man wird mit einem Selbstbau nichtmal annähernd die Genauigkeit einer
alten Hauptpendeluhr erreichen können. Daher ist es vollkommen müßig,
Erbsen zu zählen.
Das würde ich nicht unbedingt mit Absolutheit sagen. Wie gut die Uhr wird hängt am Ende vom Geschick des Erbauers, dessen Werkzeugaustattung, der richtigen Materialwahl und einigen anderen Dingen ab.
Schau Dir einfach mal hier http://www.tatjavanvark.nl/Youtube.html an, was man soals Einzelkämpfer erreichen kann. Geschaffen hat den Kram die im Anhang abgebildete Dame. Auf ihrer Webseite (http://www.tatjavanvark.nl) kann man sich die Geräte genauer ansehen. Eine spezielle Pendeluhr hat sie auch gebaut.
Ich würde in der Bodenplatte einfach einen DCF-77 Empfänger verstecken
und damit die Uhr synchronisieren.
Es soll eine mechanische Uhr ohne elektronische Gangkorrektur sein, da wäre DEin Vorschlag ein Stilbruch. Das Du da eher pragmatisch ran gehst und auch recht schnell alte Zöpfe abschneidest ist ja allseits bekannt. Ist ja am Ende auch DEine Sache. Es soll aber Leute geben die das anders sehen. Ich würde meinem alten Regulator (ca. 120 Jahre alt) auch keinen "Herzschrittmacher" verpassen. Der bleibt so wie er ist mit seinen Macken. Das der in der Woche 5Min nachgeht, stört mich nicht weiter - wird eh beim nächsten Aufziehen korrigiert. Ich erfreue mich einfach an dem alten Teil, welches an sich auch nichts Besonderes ist. Es ist ein ganz einfaches Uhrwerk, wie es früher in den meisten Haushalten zu finden war. Es ist einfach schön das es auch nach so langer Zeit noch seinen Dienst tut.
Ich würde in der Bodenplatte einfach einen DCF-77 Empfänger verstecken
und damit die Uhr synchronisieren.
Die haben aber einen ziemlichen Jitter, den man auch durch Phasendemodulation nicht ganz weg kriegt. Der 1PPS-Impuls eines GPS ist da deutlich besser.
Ausserdem will der TE ja keine disziplinierte Uhr, sondern er will erfassen welche Einflüsse sich wie auswirken (so habe ich ihn jedenfalls verstanden).
Zur Klarstellung: Eine elektronische Zeitwaage dient dazu,
dass der Uhrmacher in kurzer Zeit eine venünftige Regulierung
erreichen kann (Zeit ist Geld).
Darum geht es mir nicht. Ich möchte das Langzeitverhalten meiner
Konstruktion bezüglich Temperatur und Luftdruck wissen, um
evtl. durch eine geänderte Konstruktion einzugreifen.
Dazu ist es recht egal, ob die Uhr eine Sekunde/Tag vor-
oder nachgeht.
Macht Dein Browser aus der URL ein https://... ? Das funktioniert wirklich nicht.
Mit http so wie von mir angegeben geht es. Die Webseite ist allerdings sehr einfach gehalten (s. Bildle). Die Links zu Home bzw. Index funktionieren aber. Mit Index kommst Du zu Gerätegalerie. Kannst ja mal diesen Link http://www.tatjavanvark.nl/projects.html probieren, damit solltest Du auf die Projektseite kommen.
Die Temperaturkompensation würde ich berechnen und nicht messen. Da du schon eine Invarpendelstange hast, bei der der Ausdehnungskoeffizient bekannt sein dürfte, fehlt nur noch ein Rohr für die Kompensation. Hier sollte ebenso ein Material mit definierten thermischrn Verhalten genommen werden. Das Verhältnis der Längen ist dann ganz einfach zu berechnen so das die mathematische Länge konstant bleibt.
Beim thermischen Fehler bleibt dann natürlich noch die Spannungsänderung der Pendelfeder. Die Pendelfeder bringt darüber hinaus auch noch einen nicht linearen Fehler bei Amplitudenschwankungen mit. Mit ein Grund warum man bei Präzisionsuhren die Pendelfeder häufig durch eine Schneidenlagerung ersetzt hat.
Zur Pendelfederfeineinstellung: was hältst du davon, den Schlitten mit einer Klemmung auszuführen? Die eine Backe fährt dann genau auf der einen Seite der Pendelfeder entlang und die andere kann duch eine einfache Klemmvorrichtungen angelegt werden. Insgesamt finde ich die Pendelfeder allerdings viel zu lang. Umso länger sie ist, umso mehr kann irgendwo schlackern.
Tempatatur und Luftdruck würde ich mit einem klassischen Smarthome-Sensor den man übersNetz auslesen kann erfassen. Damit erspart man sich schon viel Bastelei und teurer als eine gebastelte Lösung ist es wahrscheinlich auch nicht.
Das Ganggeräusch würde ich mal versuchen ganz simpel über ein Mikrofon aufzunehmen. Z.b. auf einem RasPi sollte die Auswertung nicht ins Gewicht fallen. Ich denke, dass auf jeden Linux-System ntp standardmäßig installert ist. Damit hat man eine ausreichend genaue Zeitbasis, die mann dann mit der realen Frequenz der Soundkarte verrechnet. Die Genauigkeit bei jedem Schlag zu erfassen ist nur nötig, wenn man Gleichlaufschwankungen der Räderwerks ermitteln will. Da du ja eine Hemmung mit konstanter Kraft hast - ich hätte gern mal ein gutes Foto davon 😉, ist es für dich also irrelevant. Eine Messung pro Stunde sollte voll ausreichen, da sich die Umwelteinflüsse so schnell ja auch nicht ändern.
Ich denke, dass auf jeden Linux-System ntp standardmäßig
installert ist. Damit hat man eine ausreichend genaue Zeitbasis,
Warum sollte man NTP nehmen (das z.B. einen Jitter hat), wenn es ganz genaue Zeitbasen wie GPS gibt.
Zur Pendelfederfeineinstellung: was hältst du davon, den Schlitten
mit einer Klemmung auszuführen? Die eine Backe fährt dann genau auf
der einen Seite der Pendelfeder entlang und die andere kann duch
eine einfache Klemmvorrichtungen angelegt werden. Insgesamt finde
ich die Pendelfeder allerdings viel zu lang. Umso länger sie ist,
umso mehr kann irgendwo schlackern.
Und wenn man dann den Link "The Free Pendulum Shortt-Synchronome system
(1999)" anklickt kommt die 404
Nö bei mir kommt die Seite wie auf dem Bildle. Man muß penibel darauf achten das in der Adresszeile kein https steht. Mein Browser (aktueller Mac Safari auf aktuellem Mac OS) macht aus dem geposteten Link https://..., wenn ich drauf klicke und die Indexseite wird dann auch nicht korrekt angezeigt. Korrigiert man das in der Adresszeile zu http:// da funktioniert alles und auch der Link "The Free ..." führt dann zum richtigen Ziel.
Warum sollte man NTP nehmen (das z.B. einen Jitter hat), wenn es ganz
genaue Zeitbasen wie GPS gibt.
Weil man dem PPS nicht trauen darf. Ohne Fix wird der Ausgang abgeschaltet oder, noch schlimmer, er läuft frei weiter. Man braucht auf eine lokale Zeitbasis, die wenigstens solche Ausfälle überbrücken kann. Wenn die stabil genug ist, funktioniert NTP genauso gut wie GPS.
Man braucht NTP /und/ GPS, damit man Fehler erkennen kann. Zum Beispiel kann der uC einen GPS-Empfänger simulieren. Der wird dann vom ntpd als refclock benutzt. So sieht man sehr schön, wie weit der daneben liegt.
Und schließlich gibt es NTP geschenkt, weil wir einen Linux-Rechner einfach voraussetzen. Schon alleine, um die Messwerte ganz einfach über diverse Protokolle in beliebigen Formaten zu liefern.
Warum sollte man NTP nehmen (das z.B. einen Jitter hat), wenn es ganz
genaue Zeitbasen wie GPS gibt.
Weil man Ahnung hat? Egal, ob NTP, DCF oder GPS, alle haben Jitter und brauchen einen lokalen Takt, der mit einer großen Zeitkonstante korrigiert wird.
Ein PC mit NTP wird Stunden nach nach dem Start um mehrere hundert Millisekunden abweichen, sägezahnartig in beide Richtungen. Lässt man ihn mehrere Tage laufen, wackelt er nur noch wenige Millisekunden, weil er die Korrekturen integriert.
Weil man dem PPS nicht trauen darf. Ohne Fix wird der Ausgang
abgeschaltet oder, noch schlimmer, er läuft frei weiter. Man braucht auf
eine lokale Zeitbasis, die wenigstens solche Ausfälle überbrücken kann.
Wenn die stabil genug ist, funktioniert NTP genauso gut wie GPS.
Ja, nicht "Ausfälle überbrücken", sondern integrieren.
Ein PC mit NTP wird Stunden nach nach dem Start um mehrere hundert
Millisekunden abweichen, sägezahnartig in beide Richtungen. Lässt man
ihn mehrere Tage laufen, wackelt er nur noch wenige Millisekunden, weil
er die Korrekturen integriert.
Das sieht bei mir dann doch glücklicherweise deutlich besser aus, aber die Grundaussage stimmt ebenfalls. Hat nicht nur mit der Synchronisation zu tun, sondern auch mit dem Aufwärmprozess des Mainboards bis eine Art thermische Stabilität erreicht ist.
Kurz nach dem Einschalten (erste halbe Stunde): Grauenvoll.
Ein bis zwei Stunden nach dem Einschalten: Innerhalb 30ms…50ms, oft weniger.
Abends: Verdammt stabil.
Wir sollten bedenken, dass hier kein Kosten-optimiertes Produkt entstehen soll, eher im Gegenteil. Aber wenn man NTP praktisch geschenkt bekommt, nimmt man es natürlich mit. Wenn man z.B. der Erschütterungssensor einen I2C-Adresspin hat, schließt man natürlich einen zweiten an; wenn nicht, dann eben nicht.
Die Temperaturkompensation würde ich berechnen und nicht messen. Da du
schon eine Invarpendelstange hast, bei der der Ausdehnungskoeffizient
bekannt sein dürfte, fehlt nur noch ein Rohr für die Kompensation. Hier
sollte ebenso ein Material mit definierten thermischrn Verhalten
genommen werden. Das Verhältnis der Längen ist dann ganz einfach zu
berechnen so das die mathematische Länge konstant bleibt.
Im Prinzip ja, aber.
Leider stimmen die angegebene Werte für die verschiedenen Materialien
nicht wirklich. Die Streuungen bei Stahl und Messing sind zu groß,
dass es möglich wäre, anhand der Berechnung ein Temperatur konstantes
Pendel zu bauen.
Da hilft nur Messen des vorliegenden Materials (mit Hausmitteln nicht
machbar), oder Probieren.
Eine Längenausdehnung des Pendel von 1 Millionstel Millimeter =
1 Sekunde/Jahr.
Dazu kommt eine andere Sache. Der Luftdruck. Über das Jahr gesehen,
ergibt sich: Hochdruck=Schönwetter=Warm. Mit einer gewissen Über-
kompensation (Kürzer, wenn wärmer) , lassen sich Luftdruckeinflüsse
etwas wegzaubern, ohne zusätzliche Hilfskonstruktionen, wie Quecksilber-
röhren oder Anaeroiddosen.
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