Relógio elétrico - Electric clock
Um relógio elétrico é um relógio movido a eletricidade , ao contrário de um relógio mecânico movido por um peso suspenso ou uma mola principal . O termo é freqüentemente aplicado aos relógios mecânicos movidos a eletricidade que foram usados antes dos relógios de quartzo serem introduzidos na década de 1980. Os primeiros relógios elétricos experimentais foram construídos por volta da década de 1840, mas não foram amplamente fabricados até que a rede elétrica se tornasse disponível na década de 1890. Na década de 1930, o relógio elétrico síncrono substituiu os relógios mecânicos como o tipo de relógio mais usado.
Tipos
Os relógios elétricos podem operar por vários tipos diferentes de mecanismo:
- Os relógios eletromecânicos têm um movimento mecânico tradicional , que mantém o tempo com um pêndulo oscilante ou roda de equilíbrio acionado por um trem de engrenagens por uma mola principal , mas usam a eletricidade para rebobinar a mola principal com um motor elétrico ou eletroímã . Este mecanismo é encontrado principalmente em relógios antigos.
- Relógios remontoire elétricos têm trens de engrenagens girados por uma pequena mola ou alavanca de peso, chamada de remontoire , que era acionada mais frequentemente por um motor elétrico ou eletroímã. Esse mecanismo era mais preciso do que uma mola principal, porque o enrolamento frequente calculava a média das variações na velocidade do relógio causadas pela variação da força da mola à medida que ela se desenrolava. Foi usado em relógios de pêndulo de precisão e em relógios automotivos até a década de 1970.
- Os relógios eletromagnéticos marcam o tempo com um pêndulo ou roda de equilíbrio, mas os pulsos para mantê-lo funcionando não são fornecidos por um movimento mecânico e ligação de escape , mas pela força magnética de um eletroímã ( solenóide ). Este foi o mecanismo usado nos primeiros relógios elétricos e é encontrado em relógios de pêndulo elétricos antigos. Ele também é encontrado em alguns relógios decorativos modernos da lareira e de mesa.
- Os relógios síncronos contam com a frequência de 50 ou 60 Hz da rede elétrica CA como fonte de tempo, acionando as engrenagens do relógio com um motor síncrono . Eles contam essencialmente os ciclos da fonte de alimentação. Embora a frequência real possa variar com o carregamento na rede, o número total de ciclos por 24 horas é mantido rigorosamente constante, de modo que esses relógios possam manter o tempo com precisão por longos períodos, impedindo cortes de energia ; ao longo dos meses, eles são mais precisos do que um relógio de quartzo típico. Este era o tipo mais comum de relógio da década de 1930, mas agora foi substituído principalmente por relógios de quartzo.
- Os relógios Tuning Fork marcam o tempo contando as oscilações de um diapasão calibrado com uma frequência específica. Estes foram feitos apenas na forma de bateria. Os relógios alimentados por bateria foram feitos usando os esquemas acima, com a exceção óbvia de um movimento síncrono. Todos os relógios alimentados por bateria foram amplamente substituídos pelo movimento de quartzo de menor custo.
- Os relógios de quartzo são relógios elétricos que marcam o tempo contando as oscilações de um cristal de quartzo vibrante. Eles usam circuitos modernos de baixa voltagem alimentados por CC, que podem ser fornecidos por uma bateria ou derivados da eletricidade da rede elétrica. Eles são o tipo mais comum de relógio hoje. Os relógios de quartzo fornecidos pelo fabricante normalmente marcam a hora com um erro de alguns segundos por semana, embora às vezes mais. Movimentos de quartzo baratos são freqüentemente especificados para manter o tempo dentro de 30 segundos por mês (1 segundo por dia, 6 minutos por ano). O erro mais baixo pode ser alcançado por calibração individual se o ajuste for possível, sujeito à estabilidade do oscilador, particularmente com a mudança na temperatura. Maior precisão é possível com maior custo.
- Os relógios controlados por rádio são relógios de quartzo periodicamente sincronizados com aescala de tempo do relógio atômico UTC por meio de sinais de tempo de rádio transmitidos por estações dedicadas em todo o mundo. Eles são diferentes dos rádios-relógio .
História
Em 1814, Sir Francis Ronalds de Londres inventou o primeiro relógio elétrico. Foi alimentado com pilhas secas , uma bateria de alta tensão com vida extremamente longa, mas com a desvantagem de suas propriedades elétricas variarem com o clima. Ele testou vários meios de regular a eletricidade e esses modelos provaram ser confiáveis em uma série de condições meteorológicas.
Em 1815, Giuseppe Zamboni de Verona inventou e mostrou outro relógio eletrostático funcionando com baterias de pilha seca e uma esfera oscilante. A sua equipa produziu relógios melhorados ao longo de muitos anos, que mais tarde foram denotados como "os movimentos mais elegantes e ao mesmo tempo mais simples produzidos pela coluna eléctrica". O relógio de Zamboni tinha uma agulha vertical suportada por um pivô e era tão eficiente em termos de energia que poderia funcionar com uma bateria por mais de 50 anos.
Em 1840, Alexander Bain , um fabricante escocês de relógios e instrumentos, foi o primeiro a inventar e patentear um relógio movido a corrente elétrica. Sua patente original do relógio elétrico é datada de 10 de outubro de 1840. Em 11 de janeiro de 1841, Alexander Bain, juntamente com John Barwise, um fabricante de cronômetros, tirou outra patente importante que descreve um relógio no qual um pêndulo eletromagnético e uma corrente elétrica são empregados para mantê-lo o relógio funcionando em vez de molas ou pesos. Patentes posteriores expandiram suas idéias originais.
Inúmeras pessoas pretendiam inventar o relógio elétrico com designs eletromecânicos e eletromagnéticos por volta do ano de 1840, como Wheatstone, Steinheil, Hipp, Breguet e Garnier, tanto na Europa quanto na América.
Matthäus Hipp , relojoeiro nascido na Alemanha , é creditado por estabelecer a série de produção, relógio elétrico comercializável em massa. Hipp abriu uma oficina em Reutlingen , onde desenvolveu um relógio elétrico para o Hipp-Toggle, apresentado em Berlim em uma exposição em 1843. O Hipp-Toggle é um dispositivo acoplado a um pêndulo ou roda de equilíbrio que permite impulsos ocasionais eletromecânicos ou dirigir até o pêndulo ou roda quando sua amplitude de oscilação cai abaixo de um certo nível, e é tão eficiente que foi subsequentemente usado em relógios elétricos por mais de cem anos. Hipp também inventou um pequeno motor e construiu o cronoscópio e o cronógrafo de registro para medir o tempo.
Os primeiros relógios elétricos tinham pêndulos proeminentes porque essa era uma forma e design familiares. Relógios menores e relógios com balança em espiral são feitos nos mesmos princípios dos relógios de pêndulo.
Em 1918, Henry Ellis Warren inventou o primeiro relógio elétrico síncrono em Ashland, MA, que mantinha o tempo das oscilações da rede elétrica. Em 1931, o Synclock foi o primeiro relógio elétrico síncrono comercial vendido no Reino Unido.
Relógio eletromecânico
Um relógio que emprega eletricidade de alguma forma para alimentar um mecanismo de relógio convencional é um relógio eletromecânico. Qualquer relógio acionado por mola ou peso que usa eletricidade (CA ou CC) para rebobinar a mola ou aumentar o peso de um relógio mecânico é um relógio eletromecânico. Em relógios eletromecânicos, a eletricidade não tem função de manter o tempo. A função de cronometragem é regulada pelo pêndulo. Perto do final do século XIX, a disponibilidade da bateria de célula seca tornou prático o uso de energia elétrica em relógios. O uso de eletricidade levou a muitas variações de projetos de relógios e motores. Os relógios eletromecânicos foram feitos como relógios individuais, mas mais comumente eram usados como partes integrantes de instalações de tempo sincronizado. A experiência em telegrafia levou à conexão de relógios remotos (relógios escravos) por meio de fios a um relógio de controle (relógio mestre). O objetivo era criar um sistema de relógio em que cada relógio exibisse exatamente a mesma hora. O mestre e os escravos são relógios eletromecânicos. O relógio principal possui um mecanismo de relógio de corda automática convencional que é rebobinado eletricamente. O mecanismo de relógio escravo não é um mecanismo de relógio convencional, pois consiste apenas em uma roda dentada e um trem do tempo. Os relógios escravos dependem de impulsos elétricos do relógio mestre para mover mecanicamente os ponteiros do relógio uma unidade de tempo. Os sistemas de tempo sincronizado são compostos de um relógio mestre e qualquer número de relógios escravos. Os relógios escravos são conectados por fios ao relógio mestre. Esses sistemas são encontrados em locais onde vários relógios seriam usados, como instituições de ensino, empresas, fábricas, redes de transporte, bancos, escritórios e instalações governamentais. Um exemplo notável desse tipo de sistema é o relógio Shortt-Synchronome , que é um exemplo de remontoire eletromecânico gravitacional . Esses sistemas de relógio com corda automática eram geralmente CC de baixa tensão. Eles foram instalados na década de 1950 e, àquela altura, os sistemas com relógios com motor síncrono estavam se tornando o sistema de relógio de escolha.
Relógio eletromagnético
A configuração deste dispositivo é comparativamente muito simples e confiável. A corrente elétrica alimenta um pêndulo ou um oscilador eletromecânico .
O componente do oscilador eletromecânico possui um ímã conectado que passa por dois indutores . Quando o ímã passa pelo primeiro indutor ou sensor, o amplificador simples causa a corrente através do segundo indutor e o segundo indutor funciona como um eletroímã , fornecendo um pulso de energia para o oscilador em movimento. Este oscilador é responsável pela precisão do relógio. A parte eletrônica não geraria pulsos elétricos se o oscilador estivesse ausente ou não se movesse. A frequência de ressonância do oscilador mecânico deve ser várias vezes por segundo.
Relógio elétrico síncrono
Um relógio elétrico síncrono não contém um oscilador de cronometragem, como um pêndulo ou roda de equilíbrio, mas, em vez disso, conta as oscilações da corrente da rede elétrica CA de seu plugue para manter a hora. Consiste em um pequeno motor síncrono AC , que gira os ponteiros do relógio por meio de um trem de engrenagens de redução . O motor contém eletroímãs que criam um campo magnético giratório que gira um rotor de ferro . A taxa de rotação do eixo do motor é sincronizada com a frequência da rede elétrica ; 60 ciclos por segundo (Hz) na América do Norte e partes da América do Sul, 50 ciclos por segundo na maioria dos outros países. O trem de engrenagens dimensiona essa rotação para que o ponteiro dos minutos gire uma vez por hora. Assim, o relógio síncrono pode ser considerado não tanto um cronômetro quanto um contador mecânico, cujos ponteiros exibem uma contagem contínua do número de ciclos de corrente alternada.
Uma das engrenagens que gira os ponteiros do relógio possui um eixo com encaixe de fricção deslizante, de forma que os ponteiros do relógio podem ser girados manualmente por meio de um botão na parte traseira, para acertar o relógio.
Os relógios com motor síncrono são robustos porque não têm um pêndulo delicado ou roda de equilíbrio. No entanto, uma queda de energia temporária parará o relógio, o que mostrará a hora errada quando a energia for restaurada. Alguns relógios síncronos têm um indicador que mostra se ele parou e reiniciou.
Número de postes
Alguns relógios elétricos têm um motor síncrono bipolar simples que funciona a uma revolução por ciclo de potência, ou seja, 3600 RPM a 60 Hz e 3000 RPM a 50 Hz. No entanto, a maioria dos relógios elétricos tem rotores com mais pólos magnéticos (dentes), conseqüentemente girando em um submúltiplo menor da frequência da linha. Isso permite que o trem de engrenagens que gira os ponteiros seja construído com menos engrenagens, economizando dinheiro.
Precisão
A precisão dos relógios síncronos depende de quão perto as concessionárias de eletricidade mantêm a frequência de sua corrente no valor nominal de 50 ou 60 hertz. Embora as variações de carga da concessionária causem flutuações de frequência que podem resultar em erros de alguns segundos durante o curso do dia, as concessionárias ajustam periodicamente a frequência de sua corrente usando o relógio atômico UTC para que o número total de ciclos em um dia forneça uma frequência média esse é exatamente o valor nominal, portanto os relógios síncronos não acumulam erros. Por exemplo, as concessionárias europeias controlam a frequência de sua rede uma vez por dia para fazer o número total de ciclos em 24 horas correto. As concessionárias dos EUA corrigem sua frequência quando o erro cumulativo atinge 3–10 segundos. Esta correção é conhecida como Correção de Erro de Tempo (TEC).
Em 2011, a North American Electric Reliability Corporation (NERC), uma organização da indústria baseada em consenso, solicitou à Federal Energy Regulatory Commission (FERC) a eliminação do TEC. Embora isso tivesse livrado as empresas de energia da ameaça de multas e também fornecido um aumento extremamente modesto na estabilidade de frequência, também foi observado que os relógios síncronos, que incluem relógios de parede, despertadores e outros relógios que calculam a hora com base em sua energia elétrica acumularia vários minutos de erro entre as reinicializações semestrais para o horário de verão . Essa consequência foi noticiada na mídia americana e a iniciativa foi abandonada. No entanto, no final de 2016, uma proposta semelhante foi novamente apresentada pelo NERC à FERC, que foi aprovada dois meses depois. Depende da remoção do padrão WEQ-006, e o NERC também requereu ao North American Energy Standard Board (NAESB), uma organização não governamental voltada para negócios, a remoção desse padrão. Se a FERC adotar a petição NAESB, os TECs não serão mais utilizados nos Estados Unidos e Canadá, e os relógios cronometrados por eles provavelmente ficarão sem controle até que sejam zerados manualmente; foi observado em um artigo técnico por funcionários do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e do Observatório Naval dos EUA que, se os TECs não tivessem sido inseridos em 2016, teria havido mais de sete minutos perdidos por relógios eletricamente cronometrados em grande parte dos Estados Unidos e Canadá, conforme mostrado na Figura 8 de seu artigo.
Relógios de início giratório
Os primeiros relógios síncronos da década de 1930 não eram de partida automática e precisavam ser iniciados girando um botão de partida na parte traseira. Uma falha no projeto desses relógios de partida giratória era que o motor podia dar partida em qualquer direção, então, se o botão de partida fosse girado da maneira errada, o relógio funcionaria para trás, os ponteiros girando no sentido anti-horário. Os relógios de partida manual posteriores tinham catracas ou outras ligações que impediam a partida reversa. A invenção do motor de pólo sombreado permitiu que relógios de partida automática fossem feitos, mas como o relógio iria reiniciar após uma interrupção de energia, a perda de tempo não seria indicada.
Veja também
Notas
Referências
- Viradez, Michel. História dos Relógios Elétricos
- Katz, Eugenii. Biografia de Alexander Bain
- Eletromotriz perpétua de Giuseppe Zamboni
- Chirkin, K. Electromechanical clocks. Radio, 7 (1968): p. 43