永恒的温差时钟

温差钟
温差钟

Atmos Clock 简史:

20世纪20年代末,法国工程师 Jean-Leon Reutter 试制一个不需要用外部机械或电气帮助而能自己上链的钟,令钟在短时间内自动上链并长久运行。几个世纪以来,不少科学家们,包括达芬奇(Leonardo Da Vinci),都在试图制作“永动机”,然而,只有J.L. Reutter 以新颖的方法在钟上面获得成功。

J.L. Reutter 一生中的梦想,就是制作一个“永动钟”,以最低的能量消耗而令钟能够可靠的运行,他参照并学习了当时流行的400天钟的设计理念,并融入到他自己设计的钟里面,并进行了一些改进,包括在擒纵部分和增加了宝石轴承,令他的新钟运行更加安全和可靠。

 

【原理】

关于积家的Atmos钟有各种各样的叫法,例如:叫空气钟、叫气压钟、还有永动钟的,但是我觉的比较准确的说法应该叫它温差钟。

世界上不存在永动机,一些貌似不需要能源的东西,也必须遵守能量守恒定律。积家的Atmos钟实际是利用温差变化得到能量的,为了从温度变化中获取能量,就必须找到一种合适的“媒体”,氯乙烷所具有的特性符合了这个要求。氯乙烷的分子式是C2H5CI,它是一种在常温下呈气体状的有机物,在一定压力下则为液态。其实是医学上常用的一种麻醉剂,(比如在拔牙和临时处理运动外伤的时候止疼用)。氯乙烷另一个特性是,它在50°F ~81°F(华氏温度)之间膨胀系数最高,利用这个特性,把它装在积家Atmos钟的一个大金属盒子里。金属盒子做成风箱状的,可以收缩,实际就成为一个膨胀盒。并用一个铜罩罩住保护它,所以从外面是看不见它的。

它的工作原理是这样的:当温度上升时,氯乙烷的气体迅速膨胀,膨胀盒就像手风琴那样的伸长,同时,膨胀盒内的一个大螺旋弹簧被压缩了。当温度升到81°F时,螺旋弹簧会被完全压缩。当温度下降时,氯乙烷的气体迅速缩小,膨胀盒也收缩,螺旋弹簧螺旋弹簧被放松。温度的高低变化,使螺旋弹簧也随之压缩和放松,当温度下降50°F时,螺旋弹簧会被完全放松。随着膨胀盒做压缩和放松的往复运动的是一个小链条,链条通过一个滑轮和发条盒联系起来,来给发条上弦。温差变化越大,上弦越多。据说,每天只要有2°F的温度变化,所产生的能量就足以维持Atmos钟48小时的运转了。

Atmos温差钟另一个最引人注意的东西,就是它那巨大而旋转缓慢的摆轮了,它每分钟只摆两次,即左右各一次。所以Atmos温差钟的齿轮数目可以减到最少,发条的弱力矩加上摆轮的缓慢释放,使得这个钟磨损几乎达到微乎其微。资料上介绍它工作600年才可能出现磨损。另外,其加工也极为精细,还特别注意平衡问题,包括它的分针,只要有个苍蝇落到分针上,也能使它停走。幸亏它是装在玻璃罩子里的,它还有带水平标的三个支脚,使用时候务必要水平。

Atmos温差钟的走时精度,主要归功于哪个巨大的圆柱型的摆轮,转动惯量很大。并且它是由一根很细的镍基的合金丝(Elinvar)悬吊起来的,这个合金丝经过特殊处理,温度系数极小,几乎不受温度变化的影响。圆柱型的摆轮质量有240克,是一般手表的3000倍,不过它消耗的能力却比普通手表少100倍!还有一个原因,就是Atmos温差钟的发条永远保持适当的盘紧程度,不紧不松。这样使发条之间各圈没有接触摩擦,所以力矩输出永远均匀不变。

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