संतुलन पहिया: Difference between revisions

संतुलन चक्र, या संतुलन, यांत्रिक घड़ियाँ और छोटी घड़ियों में इस्तेमाल होने वाला समयनिर्धारक उपकरण है, जो लोलक घड़ी में लोलक के अनुरूप है। यह एक भारित पहिया है जो आगे और पीछे घूमता है, यह सर्पिल मरोड़ वसंत द्वारा अपने केंद्र की स्थिति की ओर लौटाया जाता है, जिसे संतुलन वसंत या ''बालकमानी '' के रूप में जाना जाता है। यह पलायन द्वारा संचालित है, जो घड़ी गियर ट्रेन की घूर्णन गति को संतुलन पहिये को दिए गए आवेगों में बदल देता है। पहिया के प्रत्येक लोलक (जिसे टिक या बीट कहा जाता है) गियर ट्रेन को एक सेट राशि को आगे बढ़ाने की अनुमति देता है, हाथों को आगे बढ़ाता है। संतुलन पहिया और ''बालकमानी ,'' हार्मोनिक ऑसिलेटर बनाते हैं, जो अनुनाद के कारण एक निश्चित दर पर अधिमानतः दोलन करता है, इसकी गुंजयमान आवृत्ति या बीट, और अन्य दरों पर दोलन का विरोध करता है। संतुलन पहिया के द्रव्यमान और वसंत की लोच का संयोजन प्रत्येक दोलन के बीच का समय रखता है या बहुत स्थिर टिक करता है, इसके लगभग सार्वभौमिक उपयोग के लिए लेखांकन के रूप में यांत्रिक घड़ियों में वर्तमान में टाइमकीपर का उपयोग होता है। 14 वीं शताब्दी में अपने आविष्कार से जब तक कि स्वरित्र और स्फटिक आंदोलनों 1960 के दशक में उपलब्ध नहीं हो गए, तो लगभग हर पोर्टेबल समयनिर्धारक उपकरण ने संतुलन पहिया के कुछ रूप का उपयोग किया।

1980 के दशक के संतुलन पहिया कालमापक, बैंक की तिजोरी समय के ताले, युद्ध सामग्री के लिए समय फ़्यूज़, अलार्म घड़ियों, किचन टाइमर और विराम घड़ी में इस्तेमाल होने वाली टाइमकीपिंग तकनीक थे, लेकिन क्वार्ट्ज तकनीक ने इन अनुप्रयोगों को संभाल लिया है, और मुख्य शेष उपयोग गुणवत्ता यांत्रिक घड़ियों में है।।

आधुनिक (2007) वॉच बैलेंस व्हील्स आमतौर पर ग्लूसीडुर से बने होते हैं, बेरिलियम, कॉपर और आयरन का एक कम थर्मल विस्तार मिश्र धातु, जिसमें निवरॉक्स जैसे लोच मिश्र धातु के कम थर्मल गुणांक के स्प्रिंग्स होते हैं।<ref name="Odets">{{cite web

}}</ref> दो मिश्र धातुओं का मिलान किया जाता है, इसलिए उनके अवशिष्ट तापमान प्रतिक्रियाएं रद्द कर देती हैं, जिसके परिणामस्वरूप तापमान कम त्रुटि होती है।वायु घर्षण को कम करने के लिए पहियों को चिकना किया जाता है, और पिवोट्स को सटीक गहना बीयरिंग पर समर्थित किया जाता है।पुराने बैलेंस व्हील्स ने कविता (संतुलन) को समायोजित करने के लिए रिम के चारों ओर वजन शिकंजा का उपयोग किया, लेकिन आधुनिक पहियों को कारखाने में कंप्यूटर पर खड़ा किया जाता है, एक लेजर का उपयोग करके रिम में एक सटीक गड्ढे को जलाने के लिए उन्हें संतुलित बनाने के लिए।<ref>{{cite web  

| access-date=2007-06-15}}</ref> बैलेंस व्हील्स प्रत्येक स्विंग के साथ लगभग 1½ मुड़ते हैं, अर्थात्, उनके केंद्र संतुलन की स्थिति के प्रत्येक पक्ष में लगभग 270 °।बैलेंस व्हील की दर को नियामक के साथ समायोजित किया जाता है, अंत में एक संकीर्ण स्लिट के साथ एक लीवर जिसके माध्यम से संतुलन वसंत गुजरता है।यह स्लिट स्टेशनरी के पीछे वसंत का हिस्सा रखता है।लीवर को स्थानांतरित करने से संतुलन वसंत को ऊपर और नीचे स्लाइड किया जाता है, इसकी प्रभावी लंबाई को बदलते हुए, और इस प्रकार संतुलन की गुंजयमान कंपन दर।चूंकि नियामक वसंत की कार्रवाई में हस्तक्षेप करता है, इसलिए क्रोनोमेटर्स और कुछ सटीक घड़ियों में 'फ्री स्प्रिंग' बैलेंस होता है, जिसमें कोई नियामक नहीं होता है, जैसे कि गायरोमैक्स।<ref name="Odets" />उनकी दर को बैलेंस रिम पर वजन शिकंजा द्वारा समायोजित किया जाता है।

एक संतुलन की कंपन दर पारंपरिक रूप से प्रति घंटे बीट्स (टिक), या बीपीएच में मापा जाता है, हालांकि प्रति सेकंड और हर्ट्ज का उपयोग भी किया जाता है।बीट की लंबाई दिशा के उलटफेर के बीच बैलेंस व्हील का एक स्विंग है, इसलिए एक पूर्ण चक्र में दो बीट हैं।सटीक घड़ियों में शेष राशि को तेजी से धड़कन के साथ डिज़ाइन किया गया है, क्योंकि वे कलाई के गतियों से कम प्रभावित होते हैं।<ref>{{cite web  

}}</ref> अलार्म घड़ियों और रसोई के टाइमर में अक्सर प्रति सेकंड 4 बीट (14,400 बीपीएच) की दर होती है।1970 के दशक से पहले की गई घड़ियों में आमतौर पर प्रति सेकंड 5 बीट (18,000 बीपीएच) की दर थी।वर्तमान घड़ियों में 6 (21,600 बीपीएच), 8 (28,800 बीपीएच) की दरें हैं और कुछ में 10 बीट प्रति सेकंड (36,000 बीपीएच) हैं।ऑडेमर्स पिगुइट वर्तमान में 12 बीट्स/एस (43,200 बीपीएच) की बहुत अधिक संतुलन कंपन दर के साथ एक घड़ी का उत्पादन करता है।<ref name="Audemars">{{cite web

   | access-date = 15 October 2020}}</ref> WWII के दौरान, एल्गिन ने एक बहुत ही सटीक स्टॉपवॉच का उत्पादन किया जो प्रति सेकंड (144,000 बीपीएच) 40 बीट्स पर चला, इसे 'जिटरबग' उपनाम दिया।<ref>{{cite web  

| access-date=2007-06-20}}</ref> कलाई पर सबसे अच्छा संतुलन पहिया घड़ियों की सटीकता प्रति दिन कुछ सेकंड के आसपास है।सबसे सटीक बैलेंस व्हील टाइमपीस मरीन क्रोनोमेटर्स थे, जो कि देशांतरण के लिए जहाजों पर उपयोग किए गए थे, जो देशांतर को निर्धारित करने के लिए एक सटीक समय स्रोत के रूप में थे।WWII द्वारा उन्होंने प्रति दिन 0.1 सेकंड की सटीकता हासिल की थी।<ref>{{cite encyclopedia | encyclopedia=Encyclopædia Britannica online| year=2007 | title=Marine Chronometer |publisher= Encyclopædia Britannica Inc. | url=http://www.britannica.com/ebc/article-9360740 | access-date=2007-06-15}}</ref>

 

सेकंड में एक बैलेंस व्हील की दोलन टी की अवधि, एक पूर्ण चक्र (दो बीट) के लिए आवश्यक समय, किलोग्राम मीटर में जड़ता के पहिया के क्षण द्वारा निर्धारित किया जाता है² और न्यूटन-मीटर प्रति रेडियन में इसके संतुलन वसंत की कठोरता (वसंत स्थिर):

बैलेंस व्हील 14 वीं शताब्दी के यूरोप में पहली यांत्रिक घड़ियों के साथ दिखाई दिया, लेकिन यह वास्तव में अज्ञात लगता है कि यह कब या जहां पहली बार उपयोग किया गया था।यह फोलियट का एक बेहतर संस्करण है, एक प्रारंभिक जड़त्वीय टाइमकीपर जिसमें केंद्र में एक सीधी पट्टी होती है, जो छोरों पर वजन के साथ होती है, जो आगे और पीछे दोलन करती है।घड़ी की दर को समायोजित करने के लिए फोलियट वेट को बार में या बाहर खिसकाया जा सकता है।उत्तरी यूरोप में पहली घड़ियों ने फोलियट्स का इस्तेमाल किया, जबकि दक्षिणी यूरोप में उन लोगों ने संतुलन पहियों का इस्तेमाल किया।<ref>{{cite book | last=White | first=Lynn Jr. | title=Medieval Technology and Social Change | year=1966 | publisher=Oxford Press | isbn=978-0-19-500266-9}},  p. 124</ref> चूंकि घड़ियों को छोटी बनाई गई थी, पहले ब्रैकेट घड़ियों और लालटेन घड़ियों के रूप में और फिर 1500 के बाद पहली बड़ी घड़ियों के रूप में, बैलेंस व्हील्स का उपयोग फोलियट्स के स्थान पर किया जाना शुरू हुआ।<ref>{{cite book | last=Milham | first= Willis I. | title=Time and Timekeepers | year=1945 | publisher=MacMillan | location=New York | isbn=0-7808-0008-7}}, p. 92</ref> चूंकि इसका अधिक वजन अक्ष से दूर रिम पर स्थित है, इसलिए एक संतुलन पहिया एक ही आकार के एक फोलियट की तुलना में जड़ता का एक बड़ा क्षण हो सकता है, और बेहतर समय रखता है।पहिया के आकार में भी कम वायु प्रतिरोध था, और इसकी ज्यामिति आंशिक रूप से तापमान परिवर्तन के कारण थर्मल विस्तार त्रुटि के लिए मुआवजा दी गई थी।<ref name="Headrick">{{cite journal | last=Headrick | first=Michael | year=2002 | title=Origin and Evolution of the Anchor Clock Escapement | periodical=Control Systems magazine, Inst. of Electrical and Electronic Engineers | volume=22 | issue=2 | url=http://www.geocities.com/mvhw/anchor.html | access-date=2007-06-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20091025120920/http://geocities.com/mvhw/anchor.html|archive-date=2009-10-25}}</ref>

=== संतुलन वसंत के अलावा ===

ये शुरुआती बैलेंस व्हील कच्चे टाइमकीपर थे क्योंकि उनके पास अन्य आवश्यक तत्व की कमी थी: बैलेंस स्प्रिंग। प्रारंभिक संतुलन पहियों को एक दिशा में भागने के द्वारा एक दिशा में धकेल दिया गया था जब तक कि कगार झंडा जो कि भागने वाले पहिया पर एक दांत के संपर्क में था, दांत की नोक पर फिसल गया (बच गया) और भागने की कार्रवाई उलट हो गई, जिससे पहिया को पीछे धकेल दिया मार्ग। इस तरह के एक जड़त्वीय पहिया में, त्वरण ड्राइव बल के लिए आनुपातिक है। एक घड़ी में या बिना संतुलन के वसंत के बिना, ड्राइव बल दोनों बल प्रदान करता है जो पहिया को तेज करता है और बल भी जो इसे धीमा कर देता है और इसे उलट देता है। यदि ड्राइव बल में वृद्धि होती है, तो त्वरण और मंदी दोनों में वृद्धि होती है, इसके परिणामस्वरूप पहिया तेजी से आगे और पीछे धकेल दिया जाता है। इसने टाइमकीपिंग को पलायन द्वारा लागू बल पर दृढ़ता से निर्भर बना दिया। एक घड़ी में, मेन्सप्रिंग द्वारा प्रदान की गई ड्राइव बल, टाइमपीस की गियर ट्रेन के माध्यम से भागने के लिए लागू किया गया, वॉच के रनिंग अवधि के दौरान मेनस्प्रिंग अनचाहे के रूप में गिरावट आई। ड्राइव फोर्स को बराबरी करने के कुछ साधनों के बिना, घुमावदार के बीच चलने की अवधि के दौरान घड़ी धीमी गति से खो गई, जिससे यह समय खो गया। यही कारण है कि सभी प्री-बैलेंस स्प्रिंग घड़ियों को फ्यूज (या कुछ मामलों में स्टैकफ्रीड्स में) की आवश्यकता होती है, जो कि भागने से बचने के लिए बल को बराबरी करने के लिए, यहां तक ​​कि न्यूनतम सटीकता प्राप्त करने के लिए।<ref>"Brittens Old Clocks & Watches" Edited by Cecil Clutton, G H Baillie & C A Ilbert, Ninth Edition Revised and Enlarged by Cecil Clutton. Bloomsbury Books London 1986 {{ISBN|0906223695}} page 16</ref> इन उपकरणों के साथ भी, बैलेंस स्प्रिंग से पहले घड़ियां बहुत गलत थीं।

बैलेंस स्प्रिंग का विचार उन टिप्पणियों से प्रेरित था जो स्प्रिंग हॉग ब्रिसल कर्ब्स, पहिया के रोटेशन को सीमित करने के लिए जोड़ा गया, इसकी सटीकता बढ़ गई।<ref>{{cite book | last=Britten | first=Frederick J. | title=On the Springing and Adjusting of Watches | year=1898 | publisher=Spon & Chamberlain | location=New York | url=https://books.google.com/books?id=1SgJAAAAIAAJ&pg=PA9 | access-date=2008-04-16 }} p. 9</ref><ref>{{cite book | last=Brearley | first=Harry C. | title=Time Telling through the Ages | year=1919 | publisher=Doubleday | location=New York | url=https://books.google.com/books?id=UO3j49UJ17wC&pg=RA1-PA109 | access-date=2008-04-16 }} pp. 108–109</ref> रॉबर्ट हुक ने पहली बार 1658 में बैलेंस के लिए एक धातु वसंत लागू किया और जीन डी हाउटेफ्यूइल और क्रिस्टियान ह्यूजेंस ने 1674 में अपने वर्तमान सर्पिल रूप में सुधार किया।<ref name="Headrick" /><ref>Milham 1945, p. 224</ref> वसंत के अलावा ने बैलेंस व्हील को एक हार्मोनिक ऑसिलेटर बना दिया, जो हर आधुनिक घड़ी का आधार था।इसका मतलब है कि पहिया एक प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्ति या 'बीट' पर कंपन करता है और घर्षण या बदलते ड्राइव बल के कारण इसकी कंपन दर में परिवर्तन का विरोध करता है।इस महत्वपूर्ण नवाचार ने प्रति दिन कई घंटों से घड़ियों की सटीकता को बहुत बढ़ा दिया<ref>Milham 1945, p. 226</ref> शायद प्रति दिन 10 मिनट,<ref name="NIST">{{cite web|year=2002 |title=A Revolution in Timekeeping, part 3 |work=A Walk Through Time |publisher=NIST (National Inst. of Standards and Technology) |url=http://physics.nist.gov/GenInt/Time/revol.html |access-date=2007-06-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20070528005441/http://physics.nist.gov/GenInt/Time/revol.html |archive-date=2007-05-28 |url-status=live }}</ref> उन्हें महंगी सस्ता माल से उपयोगी टाइमकीपरों में बदलना।

शेष वसंत को जोड़ा जाने के बाद, अशुद्धि का एक प्रमुख शेष स्रोत तापमान में बदलाव का प्रभाव था। शुरुआती घड़ियों में सादे स्टील और पीतल या स्टील के संतुलन से बने बैलेंस स्प्रिंग्स थे, और इन पर तापमान के प्रभाव ने दर को प्रभावित किया।

तापमान में वृद्धि से संतुलन वसंत के आयाम और थर्मल विस्तार के कारण संतुलन बढ़ता है। एक वसंत की ताकत, एक विक्षेपण के जवाब में यह बहाल करने वाला बल, इसकी चौड़ाई और इसकी मोटाई के घन के लिए आनुपातिक है, और इसकी लंबाई के विपरीत आनुपातिक है। तापमान में वृद्धि वास्तव में एक वसंत को मजबूत बनाती है यदि यह केवल इसके भौतिक आयामों को प्रभावित करता है। हालांकि, सादे स्टील से बने संतुलन वसंत में एक बहुत बड़ा प्रभाव यह है कि तापमान बढ़ने पर वसंत की धातु की लोच काफी कम हो जाती है, शुद्ध प्रभाव यह है कि एक सादा स्टील स्प्रिंग बढ़ते तापमान के साथ कमजोर हो जाता है। तापमान में वृद्धि भी एक स्टील या पीतल संतुलन पहिया का व्यास बढ़ाती है, इसकी घूर्णी जड़ता को बढ़ाता है, इसकी जड़ता का क्षण, संतुलन वसंत के लिए तेज करने के लिए कठिन हो जाता है। वसंत के भौतिक आयामों और संतुलन पर बढ़ते तापमान के दो प्रभाव, संतुलन वसंत को मजबूत करने और संतुलन की घूर्णी जड़ता में वृद्धि, विरोधी प्रभाव और एक हद तक एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।<ref name="Rawlings">A.L. Rawlings, Timothy Treffry, The Science of Clocks and Watches, Publisher: BHI, {{ISBN|0 9509621 3 9}}, Edition: 1993, 3rd enlarged and revised edition.</ref> तापमान का प्रमुख प्रभाव जो एक घड़ी की दर को प्रभावित करता है, वह बढ़ते तापमान के साथ संतुलन वसंत का कमजोर होना है।

समुद्री यात्राओं के दौरान खगोलीय नेविगेशन के लिए एक सटीक घड़ी की आवश्यकता ने 18 वीं शताब्दी के ब्रिटेन और फ्रांस में बैलेंस टेक्नोलॉजी में कई प्रगति की।यहां तक कि एक समुद्री क्रोनोमीटर में प्रति दिन 1 सेकंड की त्रुटि 2 महीने की यात्रा के बाद जहाज की स्थिति में 17 मील की त्रुटि के परिणामस्वरूप हो सकती है।जॉन हैरिसन को पहली बार 1753 में एक बैलेंस व्हील पर तापमान मुआवजे को लागू करने के लिए, वसंत पर एक द्विध्रुवीय 'मुआवजा अंकुश' का उपयोग करते हुए, पहले सफल समुद्री क्रोनोमेटर्स, एच 4 और एच 5 में।इन्हें प्रति दिन एक दूसरे के एक अंश की सटीकता हासिल की,<ref name="NIST" />  लेकिन इसकी जटिलता के कारण मुआवजे के अंकुश का उपयोग आगे नहीं किया गया था।

पियरे ले रॉय द्वारा 1765 के आसपास एक सरल समाधान तैयार किया गया था, और जॉन अर्नोल्ड, और थॉमस इर्नशॉ द्वारा सुधार किया गया था: द इयरशॉव या बैलेंस व्हील की भरपाई।<ref>Milham 1945, p. 233</ref> कुंजी तापमान के साथ बैलेंस व्हील चेंज आकार बनाने के लिए थी। यदि संतुलन को व्यास में सिकुड़ने के लिए बनाया जा सकता है क्योंकि यह गर्म हो गया है, तो जड़ता का छोटा क्षण संतुलन वसंत के कमजोर होने की भरपाई करेगा, दोलन की अवधि को समान बनाए रखता है।

इसे पूरा करने के लिए, संतुलन का बाहरी रिम दो धातुओं के 'सैंडविच' से बना था; अंदर की तरफ स्टील की एक परत बाहर की तरफ पीतल की एक परत से जुड़ी होती है। इस द्विध्रुवीय निर्माण के स्ट्रिप्स स्टील की ओर की ओर झुकते हैं जब वे गर्म होते हैं, क्योंकि पीतल का थर्मल विस्तार स्टील से अधिक होता है। रिम को पहिया के प्रवक्ता के बगल में दो अंकों पर खुला काट दिया गया था, इसलिए यह दो परिपत्र द्विध्रुवीय 'आर्म्स' के साथ एक एस-आकार (चित्र देखें) जैसा दिखता था। इन पहियों को कभी-कभी Z-Balances के रूप में संदर्भित किया जाता है। एक तापमान में वृद्धि भुजाओं को पहिया के केंद्र की ओर अंदर की ओर झुकती है, और द्रव्यमान के अंदर की ओर की पारी संतुलन की जड़ता के क्षण को कम करती है, जिस तरह से एक कताई आइस स्केटर उसकी बाहों में खींचकर जड़ता के क्षण को कम कर सकता है। जड़ता के क्षण में �