СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ И ИНДИКАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЧАСОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК G04B19/00 

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано в конструкциях приборов измерения времени, скорости и других.

Известен способ измерения времени, использующий 1 с в качестве основной единицы измерения системы СИ, предполагающий наличие эталона времени, пользуясь которым определяют время в часах, минутах и секундах посредством измерительных устройств (часов), реализующих формулу времени равномерного движения: t L/C.

Известный способ измерения времени реализуют, например, известные часы с круглой шкалой, отградуированной в часах и минутах, имеющие стрелку, вращающуюся с постоянной угловой скоростью:
ω= 2π [1/мин] const, где π 3,14.

Таковы, например, наручные механические часы марки "Ракета" 2609 НА ТУ 25-07 1206-78, выпускаемые ЛПО "Петродворцовый часовой завод".

Известны также часы в виде цифрового табло (счетчика) времени суток, фиксирующие время в часах и минутах.

Недостатки известного способа измерения времени проистекают из-за отсутствия в современной науке ясных ответов на вопросы: что такое время и какова скорость течения времени. Нерешенность указанной проблемы времени объясняет давнее мировоззренческое заблуждение, признававшее время (а не скорость) первичным понятием естествознания. Именно поэтому, имея различные эталоны времени (атомные, космические и прочие), метрология до сих пор не располагала общепризнанным эталоном скорости, находясь в противоречии с основной идеей всех измерений, заключающейся в сравнении с эталоном. Можно, однако, показать, что все эталоны времени фактически используют свойство приближенного постоянства средней скорости соответствующих физических процессов, т.е. что все они в действительности являются генераторами движения с постоянной средней скоростью С, моделирующей с масштабным коэффициентом i > 0 ныне отсутствующий, но объективно необходимый безразмерный эталон линейной скорости С_эт С/i. Ограниченно приемлемые для практического использования варианты идеи выражения линейной скорости в ее безразмерных единицах измерения (мерах) хорошо известны. Например, в сверхзвуковой авиации использовалась мера линейной скорости, приписывающая единичное значение числа Маха скорости звука: С 1 320, м/с, а в теоретической физике предполагалось считать численно равной безразмерной единице скорость света С 1 3˙10⁵ км/с.

В астрономии применяется единица длины световой год (расстояние, проходимое со скоростью света С 1 за 1 год, которую удобно было бы считать также и астрономической мерой длительности (времени), определяемой в единицах длины: t L₁/C L₁.

Оптимальный вариант перехода к измерению скорости в безразмерных единицах, обеспечивающий возможность отсчета времени в единицах длины, обосновала аксиоматическая теория (1), открывшая, что формулы всех достоверных законов природы можно преобразовать к виду, выясняющему их объективный смысл, когда они окажутся функциями степеней параметров длины L и скорости С, имеющими в объективно истинной Абсолютной Метрической (АМ) системе мер размерность, равную степени размерности длины, например, сантиметра:
Z f(L; C)[cм± x]АМ. (1)
Определив объективное содержание ряда основных понятий естествознания (масса, время, сила и др.), эта теория показала, в частности, что из трех элементов известной формулы равномерного движения tL/C, путь L и скорость С это первичные и непосредственно измеряемые характеристики движения, а время t их функция, равная расстояния L₁, проходимому с безразмерной единичной (эталонной) скоростью течения времени С_эт 1.

Отсюда следует, что понятие "время" определяет уточненная формула t L₁/C_этL₁, следствием которой является простое определение часов.

Часы счетчик расстояния, проходимого с эталонной скоростью, равной скорости течения времени: С_эт 1.

Признав постоянную скорость течения времени равной скорости конца секундной стрелки эталонного (единичного) радиуса R_эт 1 см точных часов известной конструкции, получим практически удобное соотношение перехода от известной к объективно истинной безразмерной единице измерения линейной скорости: C 2π c/мин 1. Следствием этого является и соотношение для перехода от известной к объективно истинной линейной единице измерения времени:
t 1 мин 2 πсм.

Часы, соответствующие их новому определению, будут непосредственно отсчитывать время в единицах длины (например, в сантиметрах, а не в традиционных секундах системы СИ).

Недостатки известного способа измерения времени, ответственные также и за неэффективную избыточность размерностей различных физических величин, устраняет данное изобретение, техническим результатом осуществления которого явится упрощение и универсализация конструкции приборов измерения времени, многие важные элементы которых окажутся взаимозаменяемыми с элементами приборов иного назначения.

Сущность изобретения заключается в том, что вместо известного эталона (единицы измерения) времени в качестве эталона выбирают эталон скорости, равный скорости течения времени, чем признают скорость конца секундной стрелки эталонного радиуса Rэт точных часов известной конструкции, а отсчет времени производят путем измерения в единицах длины расстояния, проходимого с такой эталонной скоростью, руководствуясь уточненной формулой времени:
t L₁/C_эт L₁, где L₁ расстояние, проходимое с эталонной скоростью, численно равной безразмерной единице: С_эт 1.

Признав эталонным радиус секундной стрелки Rэт 1 см, получим такое соотношение безразмерной и известной мер линейной скорости: C= 1 2π cм/мин, а также линейной и известной мер времени: t 1 см 1/2π мин.

Предлагаемый способ определяет время посредством измерения расстояния, проходимого с эталонной скоростью конца секундной стрелки эталонного радиуса R_эт1 см, которое и окажется временем (длительностью), определенным, например, в сантиметрах: t см.

Таблица соответствия предлагаемых линейных (объективно истинных) и известных мер времени имеет следующий вид.

Приведенная таблица показывает, что, например, эквивалентом одной минуты является путь конца секундной стрелки эталонного радиуса за один ее оборот: t L₁/C_эт 2π R_эт 2π см 1 мин при С_эт 1.

Из таблицы видно, что эквивалентом 1 с и трех лет времени являются соответствующие расстояния, проходимые с эталонной скоростью: t 1 c π /30 cм ≈1 мм.

t 3 г ≈99,1 км.

Реализовать предлагаемый способ измерения времени частично можно, используя индикаторное устройство часов с цифровым табло времени суток, отличающееся тем, что дополнительно снабжено шкалой отсчета времени длиной 2π см, проградуированной в единицах длины (сантиметрах и миллиметрах), с по крайней мере тремя указателями, размещенными на бесконечном носителе с интервалом, равным длине шкалы, имеющим возможность движения вдоль шкалы с эталонной линейной скоростью: С_эт 2π см/мин.

Бесконечный носитель может быть выполнен в виде перфорированной гибкой ленты, натянутой между ведущим и ведомым роликами.

Более полной реализацией возможности измерения времени в единицах длины является многоразрядный десятичный счетчик расстояний, проходимых с эталонной скоростью течения времени, что найдет практическое приложение после признания Абсолютно метрической системы мер.

Другой вариант реализации изобретения включает табло времени, отличающееся тем, что дополнительно снабжен n шкалами отсчета времени равной длины, проградуированными в единицах длины, нанесенными без пробелов на окружность тела вращения, с осью которой совпадает ось вращения n указателей (с радиусом, равным радиусу шкал), интервал между которыми по дуге равен длине одной шкалы, имеющих возможность движения с эталонной окружной скоростью: C_эт 2 π см/мин, где n 2, 3, 4, 5,
В таком устройстве шкалы могут быть нанесены, например, на наружную поверхность полого цилиндра, а указатели нанесены на боковую поверхность диска. Эти часы могут иметь длину каждой из n шкал, равную 2π см.

На фиг. 1 изображено индикаторное устройство часов, где время в единицах длины отсчитывает указатель линейной шкалы длиной 2 π см и первый разряд табло времени суток; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображены часы, где время в единицах длины отсчитывает и указатель линейной шкалы длиной 10 см, и все разряды табло, являющегося десятичным счетчиком; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5, 6 изображено индикаторное устройство часов с тремя шкалами, нанесенными на цилиндрическую поверхность, и тремя указателями, отсчитывающими время в единицах длины.

Индикаторное устройство часов, представленное на фиг.1, имеет цифровое табло 1, старшие разряды которого отградуированы и оцифрованы в часах и минутах, а младший (первый) разряд 2 оцифрован в сантиметрах числами от 0/2 π до 6. Эти часы дополнительно снабжены линейной шкалой 3 длиной 2π см, проградуированной в единицах длины (сантиметрах и миллиметрах) с указателем 4, размещенным с интервалом от соседних указателей, равным длине шкалы (2π см), на бесконечной гибкой ленте 5, натянутой между ведомым 6 и ведущим 7 роликами радиусам R_эт 1 см.

В рабочем состоянии ведущий ролик имеет эталонную угловую скорость ω_эт= С_эт/R_эт 2 π 1/мин, обеспечивающую движение указателя вдоль шкалы с эталонной линейной скоростью С_эт 1 2 π см/мин. При этом, когда один из трех указателей, размещенных на гибкой ленте, достигает правого края шкалы, с его левого края появляется другой указатель, обеспечивая этим эффект непрерывности отсчета времени по шкале как бы одним указателем. Параллельно отсчет времени в единицах длины в пределах каждой минуты t 1 мин 2π см (но с меньшей точностью) осуществляет также младший разряд табло.

Таким образом, устройство, непосредственно отсчитывающее время в пределах каждой минуты в единицах длины, т.е. в сантиметрах и миллиметрах, позволяет безболезненно отказаться от использования секунд времени, поскольку: t 1 c ≈1мм (см. таблицу).

Время, зафиксированное часами, изображенными на фиг. 1, соответствует при перерасчете в его линейные меры величина t 21 ч 35 мин ˙2 см 2520 π + 70 π + 2 см8134,8 см.

В более полной мере идею изобретения реализуют часы, изображенные на фиг. 3, имеющие двигатель 1, на валу 2 которого закреплено коническое зубчатое колесо 3, а также колесо 4 первого разряда 5-разрядного десятичного счетчика времени, имеющего второй разряд 5 и другие 6. На валу 7 закреплено коническое зубчатое колесо 6, а также ведущее колесо 9 радиусом 1 см ременной передачи, имеющей два ведомых колеса 10 и 11 и бесконечную гибкую ленту 12 длиной 30 см, на внешней поверхности которой закреплены с интервалом 10 см (равным длине шкалы) три указателя 13.

В рабочем состоянии колесо первого разряда счетчика времени вращается с угловой скоростью ω= π /5ω_эт, так что каждый полный его оборот увеличивает на единицу цифру второго разряда счетчика, фиксирующего время в дециметрах, и т.д. При этом указатель движется вдоль линейной шкалы с эталонной скоростью С_эт 2π см/мин, отсчитывая время в сантиметрах в пределах от 0 до 10 см, так же как и младший разряд табло.

Такие часы могут найти применение для измерений отрезков времени, превышающих 1 сут, например в электронном исполнении, на космических кораблях, при проведении многосуточных научных экспериментов и т.п.

Индикаторное устройство часов, изображенных на фиг. 5, 6 имеет три отградуированные в единицах длины (сантиметрах и миллиметрах) линейные шкалы 1 длиной по 2π см, нанесенные без пробелов на наружной поверхности полого цилиндра радиусом R 3 см, с осью которого совпадает ось вращения диска 2 радиусом R 3 см с нанесенными на его боковой поверхности с интервалом в 2 π см тремя указателями 3.

В рабочем состоянии диск вращается с постоянной угловой скоростью ω С_эт/R 2π см/мин/3 2/3π 1/мин, так что его указатели двигаются относительно делений соответствующих шкал с эталонной скоростью С_эт 2π см/мин.

Такие часы, позволяющие вести синхронный отсчет времени сразу несколькими наблюдателями, сидящими по разные от них стороны, могут найти применение при обучении операторов сложных систем, психологическом тестировании, в научных экспериментах, интеллектуальных играх, при проведении "круглых столов" и др. В по настоящему широких масштабах данное изобретение будет внедрено после международного признания Абсолютно Метрической системы мер, в которой, согласно теории (1), размерность любой физической величины явится степенью размерности длины. Этому должно предшествовать появление ряда новых эталонов, таких как предлагаемый данным изобретением эталон скорости: С_эт 1_АМ 2 πсм/мин СИ и новый эталон массы, равный единице объема составляющих ее неделимых частиц (изготовленный из сплава пластины): m nV 1 см³АМ 100 г СИ.

Изобретение показывает, что Абсолютно Метрическая система единиц измерения физических величин это объективно необходимое будущее метрологии.

Использование: техника измерения времени. Сущность изобретения: задают эталон скорости, равный скорости течения времени, чем признают окружную скорость конца секундной стрелки эталонного радиуса R_эт= 1 см и отсчет времени производят путем измерения в единицах длины расстояния, проходимого с этой эталонной скоростью. Индикаторное устройство часов содержит шкалу длиной π проградуированную в единицах длины, с по крайней мере тремя указателями, размещенными на бесконечном носителе с интервалом, равным длине шкалы, и имеющими эталонную линейную скорость C_эт= 2π см/мин или индикаторное устройство снабжено n шкалами отсчета времени равной длины, нанесенными без пробелов на окружность тела вращения, с осью которой совпадает ось вращения n указателей. 3 с. и 5 з. п. ф-лы, 6 ил. 1 табл.

1. Способ измерения времени, заключающийся тем, что задают эталон и производят отсчет времени с использованием измерительного устройства, реализующего формулу времени, отличающийся тем, что в качестве эталона выбирают скорость конца секундной стрелки эталонного радиуса R_эт, равную скорости "течения времени", а отсчет времени производят путем измерения в единицах длины расстояния, проходимого с такой эталонной скоростью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эталонную скорость признают численно равной безразмерной единие и производят отсчет времени в единицах длины с использованием устройства, реализующего уточненную формулу времени
где L₁ расстояние, проходимое с эталонной скоростью C_эт 1. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что эталонным считают радиус R_эт 1 см, что определяет такое соотношение безразмерной и известной мер линейной скорости
C=1=2π(см/мин),
а также линейной и известной мер времени
t=1см=1/2π[мин],
где π 3,14. 4. Индикаторное устройство часов, включающее табло времени суток, отличающееся тем, что дополнительно снабжено шкалой отсчета времени длиной 2π, проградуированной в единицах длины (сантиметрах и миллиметрах), с по крайней мере тремя указателями, размещенными на "бесконечном" носителе с интервалом, равным длине шкалы, имеющими возможность движении вдоль шкалы с эталонной линейной скоростью
C_эт=2π(см/мин).
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что бесконечный носитель выполнен в виде перфорированной гибкой ленты. 6. Индикаторное устройство часов, включающее табло времени, отличающееся тем, что дополнительно снабжено n шкалами отсчета времени равной длины, нанесенными без пробелов на окружность тела вращения, с осью которой совпадает ось вращения указателей, с радиусом, равным радиусу шкал, интервал между которыми по дуге равен длине одной шкалы, имеющими возможность движения с эталонной окружной скоростью
C_эт=2π(см/мин),
где n 2, 3, 4, 5. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что шкалы нанесены на наружную поверхность полого цилиндра, а указатели на боковую поверхность диска. 8. Устройство по пп.6 и 7, отличающееся тем, что шкалы имеют длину по 2π(см).