一、摆钟原理- -简介

　　摆钟，英文名称为astronomical clock，是1657年基于单摆定律制造的一种时钟，通过摆锤控制其它器件，使得钟可以走的快慢均匀。

　　二、摆钟原理- -结构

　　摆钟主要由走时部分、打点部分、指针部分和打点控制部分四部分构成。

　　走时部分包括头轮、二轮、三轮、四轮、擒纵轮、擒纵叉、摆锤组件等。其中，头轮用于为走时部分提供能源;二轮、三轮、四轮都是传动轮;擒纵轮与传动轮结构大致相同，由轮轴、轮片、销轮构成;擒纵叉用于接过擒纵轮并送出去;摆锤组件指的是摆锤、摆杆及挂摆装置。

　　打点部分包括打点条盒轮、打点二轮、打点三轮、打点四轮、打点五轮和风轮。打点三轮上有一个星角轮，当轮系转动时使得打点轴上的抬止杆不断地抬起落下，使得锤头敲击音簧发出声响;风轮主要用于调节轮系转动速度。

　　指针部分包括分轮、跨轮和时轮。

　　打点控制部分包括二角凸轮、十二角凸轮、扇形齿、抬闸杠杆、开关杠杆、拨齿凸轮等。由于摆钟每隔半小时打点一次，整点敲击的次数必须与时针指示的时刻相同，因此它的打点必须由走时来控制。

　　三、摆钟原理

　　摆钟主要是基于单摆原理来完成工作的，即不停地进行重力势能与动能之间的相互转化。当摆钟位于最高点时，其重力势能达到最高而动能为零;随着摆钟位置的下降，重力势能转换为动能，直至到达最低点时动能最大而重力势能为零;之后又反向升高，由动能转换为重力势能，直至最高点时重力势能最高而动能为零;之后摆钟下降重力势能再次转换为动能，进行上述两步的循环。由于空气阻力的影响，其最大摆动高度会逐渐降低并最终停在最低点处，因此，为了要保证摆钟的持久性和稳定性，需要为其提供能量。

　　带钟摆的旧式时钟由于使用年久，多因机械磨损造成走时误差大。虽然有些时钟可调节摆长来调整走时精度，但机械时钟走时精度总不及电子钟。旧式时钟大都造型别致，古色古香，且多具有打点功能：1：00时打铃一下，2：00时打铃两下，12：00时打铃12下，点缀居室颇具气派。如仅因走时精度问题将其弃之，实为可惜。本文介绍一种“电子校正法”使钟摆的摆动受精确的秒信号的控制，以便提高走时精度。这样，旧时钟又可重新焕发出青春。

　　电路见图1，校正原理是利用石英钟机心输出的精确的秒脉冲信号来同步钟摆的摆动周期。本方法适用于摆动周期为1s的钟摆。同步的方法是，因钟摆通常是铁质的(不是铁质的可在其上粘一块铁皮)，如其摆动周期变长(摆速变慢)，就使图1中的电磁线圈在钟摆向它靠近时接通电源产生磁场吸引钟摆，令摆速加快;反之，如果摆速过快，就使电磁线圈在钟摆离开它时产生磁场吸引钟摆，由于电磁线圈的通电是受秒信号控制的，因此就实现了钟摆摆动周期与秒信号的同步。

　　图1中A、B为石英钟机心电路板电源输入端，C、D为秒脉冲信号输出端(该二端原连接机心秒轮驱动线圈)，制作时将秒轮驱动线圈焊去不用，C3、C4直接焊在该电路板电源输入两端，除电磁线圈L外的其他元件焊在另一块自制的电路板上，通往机心电路板的A、B、C、D四根线使用两根双绞线以减少干扰，并将两块电路板安装在远离电磁线圈的地方。电磁线圈L可用单相电度表里的电压线圈(前几年农网改造时有大量的淘汰电度表)，也可用220V/5W的电源变压器代替(需将I片去掉，E片朝同方向插回原线圈骨架)。将电磁线圈固定在离钟摆合适的地方，令铁心开口处正对钟摆，安装方法参见图2。

　　制作好后试通电，将钟摆靠近线圈，当感觉到钟摆被吸引时松手，让钟摆摆动，适当调整电磁线圈位置。观察到钟摆受电磁线圈所控制即可。因为交流电的频率为50Hz，经桥式整流后加在可控硅上的脉动电压是100Hz，而石英钟机心输出的秒脉冲即可控硅的触发脉冲的频率为1Hz，二者的精度不同。所以电磁线圈获得的电压不是恒定的，表现为对钟摆周期的吸引力有周期性强弱变化，但基本不影响秒信号对钟摆周期的校正。