УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ Российский патент 1997 года по МПК G04B19/00 

Изобретение относится к области приборов измерения времени, скорости и их производных.

Известны часы в виде цифрового табло (счетчика) времени суток, а также механизмы-счетчики для цифровой индикации времени с цифрами часов и минут, нанесенными на коаксиально расположенных барабанах (колесах), где десятичным является лишь один младший разряд, отсчитывающий время в минутах от 0 до 9.

Известны также часы с круглым циферблатом, отградуированным в часах и минутах, и секундной стрелкой, имеющей постоянную угловую скорость:

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

Недостатки известных устройств измерения времени происходят из отсутствия в науке ясных ответов на казалось бы простые вопросы: "что такое время? " и "какова скорость течения времени? ". Нерешенность указанной "проблемы времени" объясняет давнее мировоззренческое заблуждение, признававшее "время" (а не "скорость") первичным пояснением естествознания. Именно поэтому, имея различные "эталоны времени" (атомные, космические и прочие), метрология до сих пор не располагает "эталоном скорости", находясь в противоречии с основной идеей всех измерений, заключающейся в сравнении с эталоном. Можно, однако, показать, что все так называемые эталоны времени фактически используют свойство приближенного постоянства средней скорости соответствующих физических процессов, то есть, что все они в действительности являются "генераторами" движений с постоянной средней скоростью С, моделирующей с масштабным коэффициентом i>0 ныне отсутствующий, но объективно необходимый безразмерный эталон линейной скорости:

Ограниченно приемлемые для практического использования варианты выражения линейной скорости в безразмерных единицах (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 предлагалось 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 один 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 автора (1), открывшая, что формулы всех достоверных законов природы можно (и должно) преобразовать к виду, выясняющему их объективный смысл, когда они окажутся функциями степеней параметров длины /L/ и скорости /C/, имеющими в объективно истинной Абсолютно Метрической /АМ/ системе мер размерность, равную степени разности длины (например, сантиметра): Z=f(L;C)(см^+ - X)АМ.

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: t=L/C, путь L и скорость C это первичные и непосредственно измеряемые характеристики движения, а время t есть их функция, равная расстоянию L₁, проходимому с безразмерной единичной эталонной скоростью "течения времени": C_эт 1. Из такого определения времени следует определение часов: часы это счетчик расстояния, проходимого с эталонной скоростью "течения времени".

Следствием новой теории была также заявка N 4953913 от 27.06.91 г. на изобретение "Способ измерения времени.", заключающийся в том, 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.

Целью изобретения является создание часов, адекватных их новому определению, то есть способных непосредственно измерять время в его линейных (объективно истинных) единицах, например, сантиметрах или миллиметрах (а не "секундах" известной системы мер).

Техническим результатом осуществления изобретения является также упрощение и универсализация конструкции приборов измерения времени, основные элементы которых станут взаимозаменяемыми с элементами приборов иного назначения.

Осуществить такую цель позволит устройство измерения времени, включающее цифровое табло, суммирующее время в соответствии с формулой времени, и источник движения с постоянной средней скоростью, пропорциональной "скорости течения времени", отличающееся тем, что по крайней мере один разряд табло оцифрован в единицах длины, обеспечивая возможность отсчета времени в единицах длины в соответствии с уточненной формулой времени: t=L₁/C_эт=L₁, где L₁ расстояние, проходимое с эталонной скоростью "течения времени", равной окружной скорости конца секундной стрелки эталонного радиуса R_эт. Признав эталонную скорость численной равной безразмерной единице: C_эт 1, и радиус R_эт 1 см, получим такие соотношения линейной и известной мер времени: t 1 см 1/2π мин, и безразмерной и известной мер линейной скорости: C 1 2π см/мин, показывающие, что эквивалентном одной минуты является путь конца секундной стрелки эталонного радиуса за один ее оборот:
Таково, например, устройство измерения времени, первый (младший) разряд табло которых оцифрован в сантиметрах числами от 0,2π до 6, а старшие разряды оцифрованы в традиционных минутах и часах.

В механическом исполнении носитель первого разряда табло времени имеет возможность вращения со средней скоростью, равной эталонной угловой скорости секундной стрелки, определяющей такое соотношение предлагаемой и известной мер угловой скорости:
w_эт = C_эт/R_эт= 1(1/см)=2π(1/мин).
В более полной мере идею изобретения выражает устройство измерения времени, где все разряды табло являются десятичными, оцифрованными в единицах длины числами от 0 до 9. В механическом исполнении таких часов носитель первого разряда табло имеет возможность вращения с постоянной средней угловой скоростью:

Таково, например, устройство измерения времени, использующее механический десятичный счетчик, колесо первого разряда жестко связано с валом двигателя, имеющим возможность вращения с постоянной угловой скоростью: ω.

В электронном исполнении устройство имеет двоичный счетчик, связанный с генератором импульсов единичной частоты: f = 1/Δt, где: единичный период следования импульсов, суммируемых счетчиком, равный единице младшего разряда табло.

На фиг. 1 изображен внешний вид устройства измерения времени, у которого время в сантиметрах отсчитывает первый разряд табло, а также указатель шкалы; на фиг. 2 внешний вид устройства измерения времени, все разряды табло которого отсчитывают время в единицах длины; на фиг. 3 вариант конструкции устройства измерения времени, изображенного на фиг. 2; на фиг. 4 блок-схема устройства измерения времени в единицах длины с генератором импульсов постоянной единичной частоты.

Часы, изображенные на фиг. 1, имеют цифровое табло времени суток 1, первый разряд 2 которого оцифрован в сантиметрах числами от 0/2π/ до 6 а старшие разряды оцифрованы в часах и минутах. Кроме того, эти часы имеют линейную шкалу 3 длиной 2π см проградуированную и оцифрованную в сантиметрах числами от 0 до 2 см, и указатель 4, имеющий возможность движения вдоль шкалы со скоростью течения времени (эталонной скоростью): C_эт= 1 = 2π(см/мин).

В рабочем состоянии указатель, двигаясь по шкале, непосредственно отсчитывает время (в пределах каждой минуты) в единицах длины с точностью большей точности отсчета времени первым разрядом табло, работающим параллельно. В момент, когда указатель достигает правого конца шкалы, значение второго разряда табло (оцифрованного в минутах) увеличивается на единицу. В этот же момент в левой части шкалы указатель начинает новый цикл движения и т.д.

Время, зафиксированное такими часами, для преобразования в его линейную меру требует следующих вычислений, проведенных с учетом того, что время:

Такое же время, но уже непосредственно в единицах длины: t 8134,6 (см) зафиксировали часы, изображенные на фиг. 2 и 3, имеющие 7-разрядный десятичный счетчик, где 1-й разряд 2 оцифрован в сантиметрах, 2-й дециметрах, 3, 4, 5-й метрах, 6,7-й километрах. Эти часы дополнительно снабжены шкалой 3 длиной 10 см, проградуированной в сантиметрах и миллиметрах, с тремя указателями 4, размещенными с интервалом, равным длине шкалы, на бесконечном носителе (например, гибкой ленте) 5, натянутой между ведомым 6 и ведущим 7 роликами, связанными конической зубчатой передачей 8 с валом 9 двигателя, где закреплено зубчатое колесо 10 радиуса R_эт, связанное с зубчатым колесом 11 радиуса R, передаточное отношение которых:

где угловая скорость колеса 10;
угловая скорость колеса 11, имеющего радиус .

В рабочем состоянии вал двигателя, имея эталонную угловую скорость: сообщает первому разряду счетчика времени вращение с угловой скоростью: а указателю -эталонную линейную скорость: C_эт=2π(см/мин)=1 так что, когда указатель проходит от начала до конца шкалы длиной 10 см, колесо первого разряда счетчика, отсчитывающее время от 0 до 10 см, делает один полный оборот. При этом значение второго разряда счетчика, формирующего время в дециметрах, увеличивается на единицу и т.д.

Наибольшее время, фиксируемое в единицах длины такими часами, превышает три года: t 9 999 999 см ≈ 100 км > 3 лет ≈ 99,1 км.

Такие часы найдут применение прежде всего для измерения отрезков времени, превышающих 1 сутки, например, при определении времени многосуточных экспериментов, на космических кораблях, на поездах дальнего следования и т. д. Часы, изображенные на фиг. 4, имеют 7-разрядное цифровое табло 1, связанное с генератором 2 импульсов единичной частоты:

где единичный период следования импульсов.

В рабочем состоянии импульсы ГИ суммируются цифровым табло, реализующим формулу времени:
,
где n число импульсов, суммируемых табло времени.

Источником импульсов единичной частоты может быть (вместо ГИ) датчик, закрепленный вблизи колеса (с m=10 сигнальными метками, нанесенными с равным интервалом), имеющего возможность вращения с постоянной угловой скоростью, например . При этом на табло суммируются импульсы единичной частоты:
с периодом следования: Δt = 1(см).
Для повышения точности измерения времени число сигнальных меток колеса может быть увеличено до m 100, когда частота импульсов: а период их следования: Δt = 1(мм)..

Данное изобретение, реформирующее основания метрологии, найдет особенно широкое внедрение после признания Абсолютно Метрической системы мер, обоснованной работой (1), и другими изобретениями автора. Это изобретение распространяет прогрессивные принципы Метрической системы мер на область измерения времени (и скорости).

Используемая литература:
1. Эйдельман М.С. Аксиоматика природы. Журнал "Аксиоматика природы", N 1,С.-П.1991 (1SSN 0131 9876).

2. Приборы времени технические и часовые механизмы. Номенклатурный справочник. М: 1979.

3. Электронные приборы времени. Полупроводниковые приборы. Сер.2, вып. 7 /211/, 1977.

Устройство измерения времени включает источник движения с постоянной средней скоростью, пропорциональной скорости "течение времени", и цифровое табло /счетчик/, реализующее формулу времени, по крайней мере один разряд табло проградуирован в единицах длины, обеспечивая возможность отсчета времени в единицах длины посредством реализации уточненной формулы времени: , где: L₁ - расстояние, проходимое с безразмерной единичной /эталонной/ скоростью "течение времени": С_эт = 1, равной окружности скорости конца секундной стрелки /эталонного/ радиуса. Устройство может иметь линейную шкалу длиной 2π см или 10ⁿ см, где n = 0, 1, 2 .../, проградуированную в единицах длины, с указателем, имеющим эталонную линейную скорость С_эт. 9 з. п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство измерения времени, включающее цифровое табло (счетчик) и указатель, перемещающийся относительно делений шкалы с постоянной средней скоростью, реализующее формулу времени, отличающееся тем, что младшие или все разряды табло, а также линейная шкала проградуированы и оцифрованы в единицах длины так, что обеспечивая возможность реализации уточненного выражения формулы времени t L₁ / C_эт L₁, табло фиксирует (суммирует) время в единицах длины, равное расстоянию L₁, проходимому указателем вдоль шкалы с единичной (эталонной) скоростью C_эт 1, названной "скоростью течения времени", равной окружной скорости конца секундной стрелки часов единичного (эталонного) радиуса R_эт. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эталонный радиус R_эт 1 см, что определяет соотношения безразмерной и известной мер линейной скорости C = 1 = 2π см/мин и линейной и известной мер времени

где p = 3,14... .
3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что младший разряд табло проградуирован и оцифрован в сантиметрах числами от 0 до 6, где цифра начала (нуль "0") отсчета совпадает с цифрой его конца 2π, соответствующей наибольшему времени, фиксируемому данным разрядом t = 2π = 6,28 см.
4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что носитель младшего разряда имеет возможность вращения с эталонной угловой скоростью
5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что все разряды табло являются десятичными, оцифрованными в единицах длины числами от 0 до 9. 6. Устройство по пп. 1, 2 и 5, отличающееся тем, что носитель младшего разряда имеет возможность вращения с угловой скоростью
7. Устройство по пп. 1, 2, 5 и 6, отличающееся тем, что имеет механический десятичный счетчик, являющийся носителем цифр табло. 8. Устройство по пп. 1, 2 и 5, отличающееся тем, что имеет генератор импульсов единичной частоты

где или 1 мм и т.п. единичный период следования импульсов, равный единице младшего разряда табло. 9. Устройство по пп. 1 8, отличающееся тем, что снабжено линейной шкалой отсчета времени, проградуированной в сантиметрах, с указателем, имеющим возможность движения с эталонной скоростью. 10. Устройство по пп. 1 9, отличающееся тем, что шкала имеет длину 2π см или 10ⁿ см, а по крайней мере три указателя размещены на "бесконечном" носителе с интервалом, равным длине шкалы, где n 0, 1, 2, 3,