elektrische klokken

We zijn nu aangekomen bij de laatste fase van de ontwikkeling van de elektrische klok. William Hamilton Shortt koppelde twee Synchronoom klokken zo aan elkaar dat de éne - de slaaf - de gravitatiearm van de andere - de meester - zou ontkoppelen. Gebruik makend van zijn “hit & miss“ systeem kon hij deze slingers met elkaar laten “communiceren“.

William Hamilton Shortt (1881-1971)
In 1921 slaagde William Hamilton Shortt, een voormalig Britse spoorweg-ingenieur en directeur van de Synchronome Co Ltd, er in een systeem (patent nr.187814) te ontwikkelen waarbij twee slingers precies in fase gehouden worden.

Rechts zien we hier een gewone Synchronoom klok (de slaaf) waar een bladveer aan de slinger is toegevoegd en verder nog een “hit & miss” synchronisatiespoel. slaafklok
hoofdklok Links de vrije slinger (de meester) die in een vacuümtank geplaatst is. Hier geen telrad, maar er is wel een elektromagneet aan toegevoegd om de gravitatiearm te ontkoppelen.
animatie

Experimenten door Shortt uitgevoerd hebben aangetoond dat, wanneer het vacuüm in de tank op 3 cm kwik gehouden wordt, de energie nodig voor het verbuigen van de slingerveer gelijk is aan de energie nodig om de resterende luchtmoleculen te verplaatsen; een hoger vacuüm is dus niet nodig.

Elke halve minuut zal het vaantje a bevestigd aan telrad b de gravitatiearm c ontkoppelen om de slinger van de slaafklok een impuls te geven. Na het geven van impuls raakt de gravitatiearm contactschroef d van anker e. De elektromagneten f worden nu bekrachtigd en hun anker werpt de gravitatiearm weer op. Op het zelfde moment wordt dan ook elektromagneet g van de vrije slinger bekrachtigd en ontkoppelt gravitatiearm h van de vrije slinger die net door de nulpositie gaat. Een robijntje j van de gravitatiearm, valt nu op een wieltje van de impulsarm van de vrije slinger. Op deze manier begint de impuls wanneer het robijntje het oppervlak van het wieltje afwikkelt en eindigt wanneer het van het wieltje valt.

De gravitatiearm valt dan tegen vangarm k en ontkoppelt hefboom m die tijdens zijn val de gravitatiearm terugzet op zijn vangarm. Aan het eind van deze val wordt contact gemaakt met anker p en de wordt de hefboom teruggeworpen door de bekrachtigde elektromagneet r.

Wanneer magneet r wordt bekrachtigd worden ook de magneten s en t bekrachtigd die de wijzers verzetten en het anker v van de “hit & miss“ synchronisatiespoel neertrekken.

De aanzienlijke tijd die tussen de ontkoppeling van gravitatiearm h en de verrichtingen van het remontoir verstrijkt kan nu beter worden begrepen. Deze bedraagt ongeveer 0.7 tot 0.8 seconde, de tijd waarin de slinger van de slaafklok, die net voorbij nulpositie gekomen is, zijn slingering voltooit en weer terugkeert naar de nulpositie om daar wel of geen correctie te krijgen.

Wanneer de slinger van de slaafklok te laat is, zal bladveer z door het anker v gegrepen worden en zo de slinger versnellen. Wanneer de slinger van de slaafklok te vroeg is, zal het anker de bladveer missen en gebeurt er niets.

Wanneer we de energie nodig om de slingerveer te verbuigen en de lucht-moleculen te verplaatsen buiten beschouwing laten, is de slinger helemaal vrij en heeft geen enkele arbeid te verrichten. De enige verstoring van de vrijheid van de slinger is het ontvangen van een impuls iedere halve minuut.

De komst van de vrije slinger van Shortt betekende een enorme stap voorwaarts en er werden ongeveer honderd van deze klokken gebouwd. De eerste versie van Shortt’s vrije slinger werd in de Sterrenwacht van Edinburg geïnstalleerd. In één klap was de nauwkeurigheid van het meten van tijd verhoogd tot ongeveer één milliseconde per dag en het duurde dan ook niet lang voordat sterrenwachten over gehele de wereld van dit systeem gebruik maakten.

Geschiedenis van de ontwikkeling van de elektrische klok