Un orologio, due scappamenti a confronto

tutti gli argomenti pratici e teorici inerenti agli orologi a pendolo
Rispondi
Avatar utente
oscar
Messaggi: 204
Iscritto il: mer 10 gen 2018, 13:36
Località: venezia

Un orologio, due scappamenti a confronto

Messaggio da oscar »

Il vecchio synchronome tiene il tempo molto meglio di quel che pensassi.
Quando mi riferisco agli errori di misura del tempo in questo contesto penso al rumore prodotto internamente all'orologio. Che disturbano la misura del tempo ci sono anche tutti quegli odiosi potenziali esplicitamente dipendenti dal tempo come la temperatura, la pressione, l'attrazione di un corpo celeste, un tram che passa in strada, l'ENEL che stacca la corrente, ecc....Richiedono tutti delle pezze ad hoc e per ora li ignoriamo. L'oggetto dell' attenzione per cominciare e' il rumore statisticamente costante, quello che non cambia ogni volta che si riproduce una misura.
In un mio post precedente ho comunicato di aver aggiunto all'orologio uno scappamento magnetico (MI) che sembra funzionare davvero bene, se c'è interesse posso descriverlo in dettaglio in un altro post.
Funziona bene nel senso che si puo' ricondurre la durata del periodo coincidente all'impulso al livello di qualsiasi altro periodo successivo ove il pendolo e' libero dallo scappamento. Con lo scappamento magnetico lo si ottiene centrando attentamente l'impulso magnetico nel senso della regola della tangente di Airy. E' quel che si chiama anche azzerare l' "errore dell'impulso", l'impulso non genera variazioni di periodo. Con lo scappamento a gravita' non mi era mai stato possibile, neanche approssimativamente. Con il MI anche la potenza media si riduce rispetto a quello meccanico, conseguenza dell'essersi sbarazzati delle dissipazioni della ruota dentata e i suoi accessori. Ricordo che eliminando una dissipazione del sistema si elimina anche il rumore associato.
Di seguito mostrerò dati ove l'errore circolare non gioca nessun ruolo, l'ampiezza rimane invariata per ore, con variazioni di pochi millesimi di grado, corrispondente a una frazione di microsecondo di errore circolare.
Con i seguenti grafici confronterò due casi, uno con impulsi magnetici e l'altro con il vecchio scappamento a gravità di un sinchronome classico. L'orologio è sempre lo stesso, posso passare da uno schema impulsivo all'altro in pochi minuti sullo stesso orologio, lo stesso orologio che ho acquistato qualche mese fa su Ebay per 280 sterline.
La prima serie di grafici si riferisce allo scappamento classico:
Pasted Graphic 4.jpg
Pasted Graphic 4.jpg (123.99 KiB) Visto 656 volte
La seconda riporta i dati ottenuti con l'impulsazione magnetica:
Pasted Graphic 3.jpg
Pasted Graphic 3.jpg (117.49 KiB) Visto 656 volte
Confrontate per prima cosa il secondo grafico di entrambi i set: il periodo medio del ciclo in funzione del tempo in ore. La media è diversa perché i dati sono stati presi a distanza di mesi e la calibrazione è stata modificata nel frattempo, ma non siamo interessati alla media, siamo interessati alla regolarità dell'orologio. La scala y è circa due volte più grande per i dati MI, infatti nel corso di questa sperimentazione la SD (deviazione standard) dei dati MI è di 4,14 μs mentre per il caso del braccio a gravità la SD è 1,82 μs. I cicli di impulsazione sono diversi, il ciclo MI è composto da 5 periodi dell'orologio, il sinchronome tradizionale e' di 15, ma i dati MI sono stati mediati sullo stesso numero di periodi, 15, prima di calcolare la SD, quindi il confronto è corretto.
La variazione di errore circolare calcolata dall'ampiezza ( l'ampiezza sono i punti verdi al terzo grafico ) è mostrata nella traccia rossa, scala a destra. In entrambi i casi il contributo al periodo dell'errore circolare è trascurabile, una frazione di 1 μs.
La vera sorpresa è nel comportamento del periodo all'interno del ciclo, prima traccia. I dati mostrano le ampiezze dei singoli periodi per pochi cicli. Quelli illustrati si sono verificati alla fine della traccia blu appena sotto il secondo grafico ma sono tutti statisticamente uguali.
Fate attenzione alla scala y in quei grafici, sempre in s, lo scappamento meccanico induce fluttuazioni dell'ordine del ms attorno all'impulso di potenza, mentre l'impulso magnetico induce una variazione dell'ordine di decine di μs, indistinguibile dalle variazioni statistiche di qualsiasi impulso del ciclo. In questo caso l'impulso di MI non è stato ottimizzato come potrebbe esserlo stato, ma le sue deviazioni di ampiezza non sono maggiori di quelle seguenti che corrispondono ad un pendolo libero.
La regolarità di un orologio non è solo una questione di ampiezza delle fluttuazioni ma anche delle loro proprietà di correlazione, quando avrò tempo riportero' i dati della funzione di autocorrelazione, ma le fluttuazioni sono un prerequisito per gli errori e nel caso meccanico sono quasi di 2 ordini di grandezza più grandi che non in quello magnetico.
Avete mai visto l'uscita di un timer da orologi come il Microset con un orologio al quarzo come input? Non si muove neppure la cifra corrispondente ai decimi di μs. Non ho un Microset, uso quel che Luke Mester offre gratuitamente, https://mesterhome.com/timer/index.html, e quello basato su Arduino riportato in un altro mio post, ma il risultato è lo stesso.
Dato che la SD di cui stiamo parlando è quella delle medie sull'intero ciclo, 15 periodi, ciò che ho appena detto significa che quelle grandi deviazioni che si verificano intorno all'impulso meccanico sono regolari e riproducibili come tutte le altre e quindi non hanno un effetto sostanziale sulla regolarita'. Cambiano la media, e se ne tiene conto automaticamente durante la regolazione del periodo, ma non deteriorano la regolarita'.
Lo trovo sorprendente e vorrei condividerlo con tutte quelle folle che sono rimaste senza parole di fronte a questi dati.
Disclaimer: in questo documento le parole che importano il genere maschile devono essere considerate e prese per includere il genere femminile e il singolare per includere il plurale e il plurale il singolare a meno che il contrario di genere o numero sia espressamente fornito o a meno che lo stesso non sia incompatibile con il contesto e dove i contratti devessero essere stipulati da più di una persona, lo stesso deve essere stipulato congiuntamente .....

Rispondi