Систем сатова

Пре много година случајно сам дошао до једног двостраног секундарног часовника, каквих је некада било по јавним установама (школе, железничке станице итд.). Дуго је стајао неискоришћен, а онда сам случајно на бувљаку нашао машину од зидног сата са тегом и клатном, јако квалитетну, из 50-их година (такође Искра). Помислио сам да не би било лоше да направим један поуздан систем сатова за кућу. И тако - мало по мало, замисао сам остварио.

Систем сатова се састоји од мастера (може бити механички, електромеханички или електронски) и секундарних сатова. Улога мастера је да на линију сваког минута шаље импулсе трајања 1-2 секунде, чији се пол наизменично мења. Ово спречава да баунсинг (скакутање) контаката при укључењу изазове неконтролисано напредовање секундарних сатова. Напон на линији код већине секундараца може да се бира повезивањем калемова (серијски или паралелно) и додавањем серијског отпорника, и најчешће је 6, 12, 24, 48 или 60 волти. Ја сам изабрао напон од 12 волти јер ми је било најпогодније ради резервне батерије која служи при нестанку струје. Мора такође да постоји могућност ручног подешавања секундараца са једног места, ако се деси да систем стане или треба померити време. Линија би требало да је осигурана једним осигурачем у случају кратког споја.

За механички главни сат (мастер) сам направио дрвено кућиште, и уградио два опто-пикапа који региструју импулс на сваки минут. Електронски уређај са резервним батеријским напајањем се брине да те импулсе претвори у погодан облик за погон секундарних (слејв) сатова. Електроника је прилично једноставна, а главни сат се навија једном недељно. Машина је довољно поуздана да не одступа више од 5 секунди месечно, зависно од временских утицаја (атмосферски приотисак и температура). За нешто прецизнији рад било би потребно много труда и улагања.

Касније сам набавио још неколико секундарних сатова и машина, а две машине сам преправио да раде као секундарне уградњом мотора направљених од старих вентилатора за рачунар. Један од тих сатова је будилник.

Главни сат (мастер)

Секундарни сат Искра

Секундарни сат GW

Машина секундарног сата CTW

Машина секундарног сата Искра

Машина секундарног сата GW

Секундарни сат - будилник

Електронска централа

Од свих секундарних сатова, једино овај источно-немачки GW прави буку јер има ону металну виљушку која удара у челичне чивије ротора. То сам покушао да пригушим пластичним бужиром на тим чивијама али без резултата. Сат стоји у кухињи па мало буке не смета... Они које сам ја правио нису бешумни али се слабо чују, а Искра и CTW су скоро потпуно без шума. 

Највише времена ми је одузела израда кућишта за главни сат, а затим и конструисање електронске централе. Иако је електроника једноставна, требало је доста експериментисања да би све прорадило и било поуздано.

Једна идеја је да уградим аутоматско навијање мастера тако да постоји и резервни ход од дан или два. Мотор који би га навијао, тј. дизао тег, напајао би се из батерије централе па би систем био независан од мрежног напајања. Мали проблем је како спрегнути мотор са осовином за навијање јер нема много места, али није то неизводљиво. Могао би да се искористи пужни пренос на пример.

5.6.2013.

Пре неколико дана сам уградио уређај за аутоматско навијање, овде се налази чланак 

Успут сам уочио и проблем са централом који се појављивао повремено, а манифестовао се као изостављање импулса на магистрали. Систем за окидање релеја је био реализован са дарлингтон транзисторима и великим електролитом (2200 микрофарада) у колу намотаја релеја. Ово је радило када је узлазна ивица сигнала са оптокаплера била довољно стрма, али кад се деси да напон расте споро онда је проблем са пуњењем тог конденатора, јер се он споро пуни и струја не достигне довољну вредност да би се активирао релеј. Ово се може решити штеловањем али је то врло пипаво, па сам на крају одлучио да направим нову електронику за централу. Она се састоји од компаратора са хистерезисом у који се уводи сигнал и једног транзистора који пали релеј. Када сигнал из оптокаплера пређе праг окидања, излаз операционог појачала даје тренутно напон. Затим се пуни кондензатор и активира се транзистор а тиме и релеј. Кад се кондензатор напуни транзистор се гаси, а са тиме и релеј. Тако сам избегао зависност рада уређаја од брзине пораста напона сигнала са оптокаплера.

Ево принципијелне шеме једног канала, други је идентичан. Искористио сам LM2904 у DIL8 кућишту. Ово коло је јефтино и стандардно, лако се набавља а има добре карактеристике. Излазни транзистор може бити било који а ја сам узео ВС337. Напајање је на 12 волти.

9.6.2014.

Претходна конструкција са релејима има један недостатак, а то је трајност релеја. Произвођачи обичне релеје декларишу на 20 милиона активирања механички, или 100.000 под оптерећењем. Како сам релеје предимензионисао 20 пута, значи да је овде релевантан само механички век јер је струја на контактима занемарљива. Дакле, теоријска трајност релеја би требало да износи 40 милиона минута, односно 76 година. Наравно, толико не могу да издрже ни електронске компоненте тако да је можда и беспредметно правити излазни степен са транзисторима, али рецимо да је сем трајности овде повећана поузданост. Такође, ово је само теоријски век, у пракси релеји би могли и много брже да страдају.

Овде је степен са релејима замењен транзисторским мостом, а остатак шеме је исти. Шема је принципијелна тако да вредности кондензатора и отпорника на излазу операционог појачавача треба прилагодити по потреби.

15.6.2015.

После око годину дана сам приметио да су се времена држања релеа продужила на око 2-3 секунде. Посумњао сам на електролитске кондензаторе у колу базе излазног транзистора. Капацитивност им се није променила, али сам установио да је струја цурења око 240 микроампера при напону од 19 волти, што је много више у односу на неки други кондензатор код кога је та струја испод 10 микроампера. Ово је велика струја па се транзистор зато спорије гасио. Променом кондензатора сам време свео на око 0,8 секунди како је и било у почетку. Очигледно да ови кондензатори нису баш најквалитетнији, а изабрао сам неке са радним напоном од 100 волти мислећи да ће дуже да трају јер им је напон само 10 волти. Можда их уништава импулсна струја, ко зна. Ради дужег века требало би можда ставити танталске кондензаторе.

11.2.2017.

Мастер је почео понекад да стаје приликом навијања па сам машину раставио и очистио. Показало се да је углавном уље испарило, у лежиштима није било црних остатака (што значи да нема трошења материјала) а на малим зупчаницима је било нешто мало нечистоће као и на палетама анкера. Све сам очистио и подмазао.

6.1.2019.

Услед квара на механизму за навијање скинуо сам машину, па сам је подмазао. Уље је добрим делом испарило мада не у потпуности. Möbius уље које користим је доста старо и изгледа да је почело убрзано да испарава иако се није згуснуло.

23.5.2020.

Како сам коначно завршио велики матични сат са машином Бомајер (Carl Bohmeyer Hanau), пребацићу цео систем секундарних сатова на њега. При томе ћу да оставим матичну Искру за резерву и направићу аутоматски селектор мастера. Селектор се састоји од једног тајмера који се ресетује са сваким импулсом. Ако импулс изостане у одређено време, бистабилни релеј пребацује магистралу на резервни мастер. Пребацивање на главни мастер врши се ручно.

Бомајер има напајање преко мреже али ћу да додам и батерије тако да ће систем да ради и без струје. Једино је мотор за дизање тегова на 220 волти али је резерва хода преко 12 сати.

26.5.2020.

Усавршена верзија аутоматског селектора има осетљиви тиристор (струја гејта 20-200 микроампера) и напаја се директно са линије. Преко греца и диода (шотки ради мањег пада напона) током импулса се пуне сва три електролитска кондензатора. У нормалном стању је транзистор проводан тако да тиристор не добија струју и закочен је. Током сваког импулса се обнавља пуњење кондензатора. Ако импулс изостане, напон на кондензатору од 100 микрофарада опадне довољно да се после 10-15 секунди транзистор закочи, тиристор преко отпорника 33к добије довољну струју из средњег кондензатора да проведе чиме се активира релеј из десног кондензатора и преклопи линију на излаз резервног мастера. 

Услед једноставности кола време реакције зависи од напона импулса, али се креће у границама од 70-75 секунди за напоне на линији од 11 до 12,5 волти. Како је резервно напајање преко 3 серијски повезане литијум-јонске ћелије, то је реалан опсег напона импулса на линији. На први поглед срењи кондензатор је превелике капацитивности али су експерименти показали да са мањим кондензатором коло ради нестабилно и време реакције много зависи од напона импулса тако да сам оставио ову вредност. 

7.10.2020.

Систем сам пребацио на аутоматски селектор повезан на мастере Бомајер и Мозер-Баер. Главни мастер је Бомајер а у случају да сат стане или из неког разлога изостане импулс, селекор аутоматски пребацује линију на Мозер-Баер. Линију је могуће пребацити и ручно. Мозер-Баер има згодну могућност синхронизије секундарних сатова са временом на мастеру тако да се може користити за потеривање целог система за сат унапред или другу корекцију. Ако се казаљке врате уназад цео систем ће да оде напред и опет ће да буде синхронизован.

25.3.2021.

Будилник је стао јер се уље згуснуло, превасходно у биксни мотора. Очистио сам и подмазао па сада ради. Ставио сам 5W30 jeр се оно показало трајним за такве биксне.