Gridiron pendel
Gallerpendeln var en temperaturkompenserad klockpendel som uppfanns av den brittiske klockmakaren John Harrison omkring 1726 och senare modifierad av John Ellicott . Den användes i precisionsklockor. I vanliga klockpendlar expanderar pendelstången och drar ihop sig med temperaturförändringar. Perioden för pendelns svängning beror på dess längd, så en pendelklockas hastighet varierade med förändringar i omgivningstemperaturen, vilket orsakade felaktig tidtagning . Gallerpendeln består av alternerande parallella stavar av två metaller med olika värmeutvidgningskoefficienter, såsom stål och mässing . Stavarna är förbundna med en ram på ett sådant sätt att deras olika termiska expansioner (eller sammandragningar) kompenserar för varandra, så att pendelns totala längd, och därmed dess period, förblir konstant med temperaturen.
Gallerpendeln användes under den industriella revolutionen i pendelklockor , precisionsklockor som användes som tidsstandard i fabriker, laboratorier, kontorsbyggnader och postkontor för att schemalägga arbete och ställa andra klockor. Gallret blev så förknippat med noggrann tidtagning att många klockor än i dag har pendlar med dekorativa falska galler, som inte har några temperaturkompenserande egenskaper.
Hur det fungerar
Dess enklaste och senare form består av fem stavar. En central järnstång löper upp från boben till en punkt omedelbart under upphängningen.
Vid den punkten sträcker sig ett tvärstycke (mellanbryggan) från den centrala stången och ansluter till två zinkstänger , en på var sida om den centrala stången, som når ner till, och är fästa vid, bottenbryggan strax ovanför boben. Den nedre bron rensar den centrala stången och ansluter till ytterligare två järnstänger som löper tillbaka upp till den översta bron som är fäst vid upphängningen. När järnstavarna expanderar i värme, sjunker bottenbryggan i förhållande till upphängningen, och bobben sjunker i förhållande till mellanbryggan. Den mellersta bryggan höjs dock i förhållande till den nedre eftersom den större expansionen av zinkstavarna skjuter den mellersta bryggan, och därmed boben, uppåt för att matcha det kombinerade fallet som orsakas av det expanderande järnet.
Enkelt uttryckt motverkar den uppåtgående expansionen av zinken den kombinerade nedåtgående expansionen av järnet (som har en större totallängd). Stånglängderna beräknas så att zinkstavarnas effektiva längd multiplicerad med zinks termiska expansionskoefficient är lika med järnstavarnas effektiva längd multiplicerad med järnets expansionskoefficient, varigenom pendeln håller samma längd.
Harrisons ursprungliga konstruktion med mässing (ren zink är inte tillgänglig då) är mer komplex eftersom mässing inte expanderar lika mycket som zink gör. Ytterligare en uppsättning stavar och broar behövs, vilket ger totalt nio stavar, fem järn och fyra mässing. Den exakta kompensationsgraden kan justeras genom att ha en del av den centrala stången som är delvis mässing och delvis järn. Dessa överlappar varandra (som en smörgås) och förenas med en stift som passerar genom båda metallerna. Ett antal hål för stiftet görs i båda delarna och att flytta stiftet upp eller ner på staven ändrar hur mycket av den kombinerade staven som är mässing och hur mycket som är järn. I slutet av 1800-talet företaget Dent en vidareutveckling av zinkgallret där de fyra yttre stängerna ersattes av två koncentriska rör som var sammanlänkade med en rörformad mutter som kunde skruvas upp och ner för att ändra graden av kompensation.
Nackdelar
Forskare på 1800-talet fann att gallerpendeln hade nackdelar som gjorde den olämplig för klockor med högsta precision. Friktionen hos stavarna som glider i hålen i ramen fick stavarna att anpassa sig till temperaturförändringar i en serie små hopp, snarare än med en mjuk rörelse. Detta fick pendelns takt, och därmed klockan, att plötsligt ändras för varje hopp. Senare fann man att zink inte är särskilt stabilt dimensionellt; den är föremål för krypning . Därför användes en annan typ av temperaturkompenserad pendel, kvicksilverpendeln , i de högsta precisionsklockorna.
År 1900 använde de astronomiska regulatorklockorna med högsta precision pendelstavar av material med låg termisk expansion som invar och smält kvarts .