擺鐘
擺時鐘是使用擺，搖擺重量作為時間管理元素的時鐘。擺錘用於計時的優點是它是一個近似的諧波振盪器：它以精確的時間間隔來回擺動，取決於其長度，並抵制以其他速度擺動。從伽利略·蓋利裡（Galileo Galilei）的啟發到1930年代，從克里斯蒂亞·惠根（ Christiaan Huygens）在1656年發明的發明開始，鐘擺鐘是世界上最精確的計時員，這構成了其廣泛使用。在整個18世紀和19世紀，擺在房屋，工廠，辦公室和火車站的鐘擺是安排日常生活，工作轉變和公共交通工具的主要時間標準。它們更高的準確性可以使工業革命所必需的更快的生活速度。在1930年代和40年代，主鐘的時鐘被不足的同步電時鐘所取代。現在，擺鐘主要用於其裝飾和古董價值。
擺時鐘必須固定才能操作。任何運動或加速度都會影響擺的運動，導致不准確，因此必須在便攜式鐘錶中使用其他機制。
歷史
擺鐘是1656年12月25日由荷蘭科學家和發明家克里斯蒂亞·惠格斯（Christiaan Huygens）發明的，並於次年獲得專利。他在1658年出版的手稿中描述了這一點。Huygens簽約了他的時鐘設計的構造與Clockmaker Salomon Coster ，後者實際上是建造了時鐘。 Huygens的靈感來自於1602年左右開始對伽利略·伽利略（ Galileo Galilei）對擺的調查。Galileo發現了使擺的關鍵特性，使其具有有用的時間守護者：它們是等速的，這意味著擺板的搖擺週期對於不同尺寸的旋轉時期大致相同。伽利略（Galileo）在1637年向他的兒子描述了一種機制，可以保持擺動的擺動，這被稱為第一個擺鐘設計（頂部圖片） 。它是1649年由他的兒子建造的，但都沒有生存。鐘擺的引入是用於計時的第一個諧波振盪器，它極大地提高了時鐘的準確性，從每天約15分鐘到每天15秒，隨著現有的“ Verge and Foliot ”時鐘的迅速擴散，對其進行了迅速擴散。到1659年，鐘錶製造商Nicolaus Hanet和Ahasuerus faranteel在法國製造了擺鐘。
這些早期時鐘由於其邊緣逃逸，擺動的寬幅為80-100°。在1673年對鍾擺振盪的分析中，Huygens表明，寬闊的揮桿使擺板不准確，導致其周期，因此時鐘速率隨著運動提供的驅動力而不可避免地變化。鐘錶製造商的意識到，只有幾個度的擺錘的擺在1658年左右的羅伯特·胡克（Robert Hooke）的錨逃逸的發明是相同的，這使擺錘的搖擺降至4-6° 。錨成為擺時鐘中使用的標準逃逸。除了提高精度外，錨的狹窄的擺搖擺還使時鐘的外殼可容納更長，較慢的擺，這需要更少的功率，並且在運動上造成的磨損較小。秒的擺（也稱為皇家擺）為0.994 m（39.1英寸），其中時間為兩秒鐘，被廣泛用於優質時鐘。威廉·克萊門特（William Clement）在1680年左右首次製造的圍繞這些擺板建造的長狹窄時鐘，他們也聲稱自己是錨逃生的發明，被稱為祖父時鐘。這些發展所產生的精度提高導致從1690年左右開始將微小的手（以前很少見）添加到時鐘面上。
鐘擺發明後的18世紀和19世紀的鐘錶創新浪潮為擺時鐘帶來了許多改進。理查德·湯利（Richard Towneley）於1675年發明的無聊的逃避逃生，並在1715年左右在其精確的“調節器”時鐘在喬治·格雷厄姆（George Graham）流行，逐漸取代了錨逃生，現在在大多數現代的擺時鐘中使用。觀察到夏季的擺鐘速度放慢，這使人們意識到，溫度變化的擺桿的熱膨脹和收縮是誤差的來源。這是通過溫度補償的擺發明來解決的。格雷厄姆（Graham）在1721年由格雷厄姆（Graham）和約翰·哈里森（John Harrison）在1726年的烤架鐘擺進行的。隨著這些改進，到18世紀中葉，精確的擺鐘每週獲得幾秒鐘的準確性。
直到19世紀，鐘都是由個人工匠手工製作的，而且非常昂貴。在這一時期的鐘擺的豐富裝飾表明它們的價值是富人的狀態象徵。歐洲每個國家和地區的鐘錶製造商開發了自己獨特的風格。到19世紀，鐘錶的工廠生產逐漸使中產階級家庭負擔得起的擺鐘。
在工業革命期間，生活的速度更快，輪班和公共交通工具（如火車）取決於擺鐘實現的更準確的計時。日常生活是在家庭擺鐘周圍組織的。更準確的擺時鐘（稱為調節器）安裝在商業和火車站，用於安排工作並設置其他時鐘。在長海航行期間，需要在天體導航中進行極為準確的計時，以確定船舶在船上的經度，推動了最準確的擺時鐘的發展，稱為天文學調節器。這些精確的儀器在海軍觀測器中安裝在時鐘庫中，並通過觀察到高架恆星過渡，並在一秒鐘內保持準確的速度，以將海洋天文鐘放在海軍和商業船上。從19世紀開始，海軍天文台中的天文監管機構是國家時間分配服務的主要標準，該標准在電報線上分佈了時間信號。從1909年開始，美國國家標準局（現為NIST ）基於Riefler Pendulum Clocks的美國時間標準，每天準確至10毫秒。 1929年，它切換到1930年代以石英標準劃分之前，它切換到短速度的無擺時鐘。每年的誤差少於一秒鐘，Shortt是最準確的商業鐘擺時鐘。
鐘擺的時鐘一直是全球準確計時270年的世界標準，直到1927年石英鐘發明，並被用作第二次世界大戰的時間標準。法國時間服務包括在標準時鐘的整體中的擺鐘，直到1954年。在1930年代和1940年代，由同步的電動時鐘開始以家用計時器為家用時鐘，這保持了更準確的時間，因為它是同步的，因為它已與振盪同步為振盪電力網格。有史以來最準確的實驗擺時鐘可能是愛德華·T·霍爾（Edward T. Hall）於1990年代建造的Littlemore時鐘（2003年捐贈給了美國賓夕法尼亞州哥倫比亞市的國家觀察家和時鐘博物館）。
機制
運行機械時鐘的機制稱為運動。所有機械擺時鐘的運動都有這五個部分：
- 電源；繩索或鏈條上的重量或鏈條上的鏈條或鏈輪的重量
- 齒輪列車（車輪列車），該齒輪升高功率，使其可以使用它。齒輪列的齒輪比還將旋轉速率降低，以使輪子每小時旋轉一次，每12或24小時旋轉一次，以轉動時鐘的手。
- 逃脫的擺在擺錘精確的時機衝動以保持其搖擺，並釋放齒輪輪，以在每個鞦韆上向前移動固定量。這是操作擺時鐘的“滴答聲”的來源。
- 擺桿上的重量，桿上是時鐘的計時元素
- 指示器或撥號記錄逃逸頻率旋轉的頻率，因此已經過去了多少時間，通常是用旋轉手旋轉的傳統時鐘面。
除基本計時外，時鐘中的其他功能稱為並發症。更精細的擺時鐘可能包括這些並發症：
- 罷工火車：每小時都會敲響鈴鐺或鑼，罷工數量等於小時的數量。有些時鐘還會以一次罷工為半小時。從技術上講，更精緻的類型稱為曲鐘，在四分之一小時內進行罷工，並且可能會播放旋律或大教堂的鐘聲，通常是威斯敏斯特地區。
- 日曆錶盤：顯示日期，日期，有時甚至一個月。
- 月相撥號：顯示月光的相位，通常在旋轉磁盤上帶有月球的彩繪圖片。這些對於計劃夜間旅行的人們歷史上很有用。
- 時間撥號方程式：這種罕見的並發症在早期使用，通過中午的太陽通過太陽通過。它顯示了時鐘指示的時間與太陽位置指示的時間之間的差異，該時間在一年中的變化多達±16分鐘。
- 中繼器附件：用手觸發時重複小時鈴聲。這種罕見的並發症是在人造照明之前使用的，以檢查晚上什麼時候。
在機電鐘擺時鐘（例如機械鐘形時鐘）中，電源源被電力源代替了電動螺線管，該電磁閥通過磁力為鍾擺提供衝動，而逃逸被開關或光探測器代替，當時pendulum在鐘擺中時會感知到鐘擺接收衝動的正確位置。這些不應與最新的石英擺時鐘混淆，其中電子石英鐘模塊擺動擺動。這些不是真正的擺時鐘，因為計時是由模塊中的石英晶體控制的，而擺動的擺板只是一種裝飾模擬。
重力擺鐘
大多數時鐘（見圖）中的擺由木材或金屬棒（A）組成，其末端稱為Bob （B） 。鮑勃傳統上是鏡頭形的，可減少空氣阻力。木棒通常用於優質時鐘，因為木材的熱膨脹係數比金屬低。桿通常用金屬色帶的短彈簧從時鐘框架上懸掛（d） ；這避免了傳統樞軸引入的不穩定性。在最準確的調節器時鐘中，擺被懸浮在平坦瑪瑙上的金屬刀邊緣（一種將保留高度拋光錶面的硬礦物）。
擺的吊臂是由懸掛在其後面的手臂驅動的，該手臂附著在逃生的錨點（h）上，稱為“拐杖” （e） ，以“叉子” （f）結尾，該（f）包含擺束。擺的每次鞦韆都會釋放出逃逸輪，一把車輪壓在其中一個托盤上，短暫推動穿過拐杖和擺桿上的叉子，以使其保持搖擺。
大多數質量時鐘，包括所有祖父時鐘，都具有“秒的擺”，其中的每個擺動的揮桿都需要一秒鐘（完整的周期需要兩秒鐘），從樞軸到中心約為一米（39英寸）長度（39英寸）鮑勃。壁爐鐘通常具有半秒的擺，大約25厘米（9.8英寸）長。只有幾個塔鐘的鐘錶使用更長的擺，1.5秒的擺長，2.25 m（7.4 ft）長，或偶爾兩秒鐘的擺長，4 m（13 ft），在威斯敏斯特的大時鐘中使用，該時鐘容納了大笨蛋。
擺動的周期隨其有效長度的平方根而變化。對於週期t ，一個完整週期的時間（兩個波動）是
其中l是擺的長度， g是重力的局部加速度。所有的擺時鐘都有調整速率的方法。這通常是在擺鮑勃下方的調節螺母（C） ，它將鮑勃向上或向下移動其桿上。向上移動鮑勃會減少擺的長度，從而減少了擺的時期，因此時鐘增加了時間。在某些擺時鐘中，通過輔助調節進行精細的調整，這可能是一個很小的重量，在擺桿上移動或向下移動。在某些主鐘和塔鐘時鐘中，調整是通過安裝在桿上的小托盤來完成的，該托盤將小重量放置或卸下以更改有效的長度，因此可以調整速率而不會停止時鐘。
擺的周期隨揮桿的寬度（振幅）而略有增加。誤差速率隨幅度的增加而增加，因此，當限制在幾個度的小波動時，擺錘幾乎是等方位的。它的周期與幅度的變化無關。因此，鐘擺中的搖擺限制為2°至4°。
由於數學事實，近似值隨著角度接近零而有效，因此小揮桿角趨向於等到行為。通過進行替換，擺錘方程成為諧波振盪器的方程，在所有情況下，該方程都有固定的時期。隨著揮桿角變大，近似逐漸失敗，並且週期不再固定。
溫度補償
擺鐘的主要誤差來源是熱膨脹。擺桿的長度隨溫度的變化而稍微變化，導致時鐘速率變化。溫度的升高會導致桿膨脹，從而使擺長更長，因此其周期增加，時鐘損失了時間。許多較舊的質量時鐘都使用木擺桿來減少此誤差，因為木材的膨脹比金屬少。
糾正此錯誤的第一個擺錘是格雷厄姆（Graham）在1721年發明的汞擺，它用於20世紀的精確調節器時鐘。這些鮑勃由液體金屬汞的容器組成。溫度的升高會導致擺桿膨脹，但是容器中的汞也會膨脹，其水平在容器中會略有上升，將擺的重心移動到樞軸上。通過使用正確量的汞，擺錘的重心保持在恆定高度，因此儘管溫度變化，其周期仍保持恆定。
最廣泛使用的溫度補償的擺是約翰·哈里森（ John Harrison）在1726年左右發明的烤架擺。鋼。如果正確組合，高曝光桿的長度變化補償了低膨脹桿的長度變化，再次隨著溫度變化而實現了擺的恆定時間。這種鐘擺與質量變得如此相關，以至於在擺在沒有實際溫度補償功能的擺鐘上經常看到裝飾性的“假”格里德龍。
從1900年左右開始，一些最高精度的科學時鐘具有由超低膨脹材料製成的擺（例如鎳鋼合金Invar或熔融二氧化矽）製成的，對於溫度的影響幾乎不需要補償。
大氣阻力
擺動的空氣的粘度會隨大氣壓，濕度和溫度而變化。這種阻力還需要否則可以應用於延長繞組之間的時間的功率。傳統上，擺鮑勃是用狹窄的流線型鏡頭形成的，以減少空氣阻力，這是大多數駕駛功率在優質時鐘中發揮作用的地方。在19世紀末和20世紀初，天文學觀測器中精確調節器時鐘的擺鐘通常是在一個室內運行的，該房間被泵送至低壓，以減少阻力並通過避免大氣壓力變化，從而使擺錘的運作更加準確。可以通過對密封殼體內部壓力的輕微更改進行細微調整時鐘速率。
平整和“擊敗”
為了準確保持時間，擺時鐘必須是水平的。如果不是，則鐘擺比另一側波動更多，這使逃生的對稱操作感到不安。通常可以在時鐘的滴答聲中聽到這種情況。 tick或“節拍”應完全間隔間隔，以發出聲音，“ tick ... tock ... tick ... tick ... tock”；如果不是，並且發出聲音“ tick-tock ... tick-tock ...”，時鐘已經失敗了，需要平整。這個問題很容易導致時鐘停止工作，並且是服務通話的最常見原因之一。與依靠節拍的聲音相比，精神水平或觀察計時機可以達到更高的準確性。精密調節器通常具有內置的精神水平。較舊的獨立鐘通常具有可調節螺釘以使其平整的腳，較新的鐘錶在機芯中進行了調整。一些現代的擺時鐘具有“自動曲線”或“自我調節的調整”設備，並且不需要此調整。
局部重力
由於擺率將隨著重力的增加而增加，並且局部重力加速隨地球上的緯度和高度而變化，因此必須重新調整最高的精度擺時鐘以在移動後保持時間。例如，擺時鐘從海平面移至4,000英尺（1,200 m），每天將損失16秒。使用最準確的擺時鐘，即使將時鐘移到高建築物的頂部也會導致由於重力較低而損失可衡量的時間。由於赤道和極點之間的緯度，局部重力的變化約為0.5％，由於地球的扁平形狀，重力在較高的緯度時增加。因此，在20世紀初期用於天體導航的精確調節器時鐘必須重新校準到不同的緯度。
扭轉擺
這也稱為扭轉彈簧的擺，這是一個輪子質量（通常是四個球體的橫輻射），該質量是從彈簧鋼的垂直條（絲帶）懸掛的，用作扭轉擺時的調節機制。大規模風的旋轉並放鬆懸架彈簧，並將能量衝動應用於彈簧的頂部。這種擺的主要優點是低能用途。與重力擺錘的0.5-2s期相比，有12-15秒的時間為12-15秒，可以製作只需要每30天甚至每年一次或更長時間才能每30天傷口的時鐘。由於恢復力是由彈簧的彈性提供的，該彈簧的彈性隨溫度而變化，因此與重力 - 旋轉擺的影響更大。最準確的扭轉時鐘使用Elinvar的彈簧，該彈簧具有低溫係數的彈性。
只需每年繞組的扭轉擺時鐘有時被稱為“ 400天的時鐘”或“週年紀念鐘”，有時也稱為結婚禮物。扭轉擺在不需要繞組的“永久”時鐘中也使用，因為它們的發條彈彈性通過風滾布排列而被大氣溫度和壓力的變化保持損傷。一個示例， Atmos時鐘使用扭轉擺，較長的振盪週期為60秒。
逃脫
逃逸是一種機械連接，將鐘輪從時鐘車輪列車轉換為衝動，使擺在來回擺動。這是使工作擺時“滴答”聲音的部分。大多數逃生由帶尖齒的車輪組成，稱為逃生輪，該齒輪被時鐘的車輪列車轉動，並浮出水面，牙齒向上推，稱為托盤。在大部分擺動的鞦韆期間，由於牙齒靠在其中一個托盤上，因此阻止了車輪轉動。這稱為“鎖定”狀態。擺的每個鞦韆托盤都會釋放出逃生輪的牙齒。車輪向前旋轉固定量，直到牙齒抓在另一支托盤上。這些釋放使時鐘的車輪列車在每次鞦韆上都可以提高固定量，並以恆定的速度向前移動，並由擺錘控制。
儘管逃脫是必要的，但其力會擾亂擺的自然運動，並且以精確的擺時鐘，這通常是時鐘準確性的限制因素。多年來，擺在鐘擺中使用了不同的逃逸，以嘗試解決此問題。在18世紀和19世紀，逃生設計是計時前進的最前沿。直到1800年代改進版本，《無力逃逸》（ DeadBeat Escapement ）接管精確時鐘時，錨點逃逸（請參閱動畫）是使用的標準逃逸。今天幾乎所有的擺時鐘都使用它。 Remontoire是一種小時的彈簧機構，以隔離式彈簧機構，可將逃逸與車輪火車的不同力量隔離開來。在塔樓中，車輪火車必須在建築物外部的鐘錶上旋轉大雙手，而這些手的重量隨雪和冰的堆積而變化，在車輪列車上施加了不同的負載。重力逃脫用於塔鐘。
到19世紀末，最精確的時鐘（稱為天文調節器）使用了專門的逃生，這些時鐘被用於海軍觀測和科學研究。 Riefler Escapement用於Clemens-Riefler調節器時鐘，每天準確至10毫秒。開發了電磁逃逸，使用開關或光電管打開螺線管電磁體，從而使擺脈衝脈沖不需要機械連接。最準確的擺時鐘是短時同步鐘，這是一個複雜的機電時鐘，由WH Shortt和Frank Hope-Jones於1923年開發了兩個擺，它的準確性比每年一秒鐘更好。單獨時鐘中的奴隸擺由電路和電磁體連接到真空水箱中的主擺。奴隸的鐘擺執行了計時功能，使主擺的搖擺實際上不受外部影響的影響。在1920年代，短時同步組簡要成為孔子時鐘之前的觀測值的最高標準，以作為精度時間標準取代擺的時鐘。
時間指示
指示系統幾乎始終是傳統的錶盤，並帶有移動的小時和分鐘。許多時鐘的第三隻手很小，在子公司錶盤上指示幾秒鐘。擺鐘通常設計為通過打開玻璃面蓋並手動將微小的手在錶盤上推到正確的時間來設置。微小的手安裝在滑動的摩擦套筒上，可以將其打開喬木。小時手不是從車輪火車上驅動的，而是從微小的軸上驅動的，穿過一小件齒輪，因此手動旋轉分鐘還可以設置小時手。
維護和修理
擺鐘長期存在，不需要大量的維護，這是其受歡迎程度的原因之一。
與任何有運動部件的機制一樣，需要定期清潔和潤滑。已經為時鐘開發了特定的低粘度潤滑劑，這是使用最廣泛的Polyalcanoate合成油之一。
彈簧和銷釘可能會磨損並破裂，需要更換。
樣式
擺鐘不僅僅是功利主義計時員。由於其高昂的成本，它們是表達所有者財富和文化的地位象徵。它們以多種傳統風格發展，特定於不同的國家和時代以及預期的用途。案例樣式在此期間有點反映家具樣式。專家通常可以在幾十年內通過其案例和麵部微妙的差異來確定何時製作古董時鐘。這些是擺鐘的一些不同樣式：