Warum sollte eine moderne Digitaluhr auf die Netzfrequenz angewiesen sein?

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Ich bin beim Militär, stationiert in Dschibuti, Afrika. Wir erzeugen 240 V / 50 Hz an der Basis, aber einige Gebäude haben auch 120 V-Steckdosen, von denen ich annehme, dass sie an einer anderen Stelle an der Basis umgewandelt wurden, wahrscheinlich in der Diesel-Generatorstation. Ich gehe auch davon aus, dass es auch 50Hz ist (siehe unten).

Wir haben gerade eine neue Kaffeekanne mit einem 120-V-Stecker und einer Uhr / Zeitschaltuhr erhalten:

Melitta Kaffeekanne mit Timer

Nachdem ich zwei Tage lang die Uhr gestellt hatte, auf heißen Kaffee gehofft hatte, als wir bei der Arbeit ankamen und feststellte, dass die Uhrzeit auf dem Display nicht korrekt war, stellte ich fest, dass die Uhr wahrscheinlich 5/6 langsamer ist, da die Stromversorgung 120 V beträgt. 50Hz statt 60Hz. Ein bisschen Zeit bestätigte, dass die Uhr tatsächlich jede Stunde zehn Minuten langsamer ist.

Ich hätte gedacht, dass die interne Uhr eine einfache Quarzuhr ist, die mit gleichgerichtetem Gleichstrom läuft, aber das würde (ich nehme an) die Frequenz des Kristalls nicht beeinflussen. Ich vermute also, dass die Uhr ein anderer A / C-Kreis ist.

Gibt es einen Grund (Kosten?), Warum die Uhr auf einem 60-Hz-Signal basiert?

Chris Gregg
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Im Inneren befindet sich wahrscheinlich ein Platz für einen oberflächenmontierbaren Widerstand / Jumper oder sogar einen kleinen Schalter, der zum Konfigurieren des Clock-Chips oder -Prozessors für den Verkauf des Produkts in Ländern mit 50 Hz oder 60 Hz verwendet wird.
Chris Stratton
@ ChrisStratton Solch ein Hack würde am Hackaday vorgestellt werden - und es ist nicht mit Arduino oder RPi verwandt
Christoph

Antworten:

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Warum? Sie treffen es genau, es ist auf ein Budget ausgelegt.

Die Netzfrequenz über lange Zeiträume ist oft sehr gut geregelt; Die Grafik auf dieser Seite in den Niederlanden zeigt eine Abweichung von nicht mehr als 40 Sekunden über 70 Tage. mehr als genau genug für einen blöden Kaffee Wecker / Timer. Sie können sehen, dass die kurzfristigen Schwankungen auftreten, zum Beispiel in dieser kleinen Echtzeitanzeige des britischen Stromnetzes.

Was die Verwendung der Netzfrequenz in einem Logikschaltkreis (oder mit einem Mikro) betrifft, ist dies wahrscheinlich ziemlich trivial. Führen Sie ihn (oder wahrscheinlich den Ausgang des Transformators) durch ein paar passive Elemente (hohe Widerstände), möglicherweise eine Diode (oder interne Klemmdioden) und einen Taktgeber. Wenn es auf ein Budget ausgelegt ist, ist es wahrscheinlich nicht isoliert, sodass Sie mit allerlei spaßigen, kostensparenden Methoden davonkommen können.

Nick T
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Es ist nicht nur "gut genug", die meisten preiswerten Digitaluhren sind nur für eine Fehlerrate von 30 Sekunden / Monat ausgelegt. und in etwas teureren modellen habe ich noch nie besser als 20sec / mo gesehen.
Dan Neely
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Digitaluhren verwenden einen "ofengetrockneten" Kristall, bei dem die Temperatur bei 99 Grad F +/- 1 Grad gehalten wird. Dies hilft bei der Langzeitstabilität. Die Kaffeekanne ist die umgekehrte Situation: Die Temperatur steigt von Raumtemperatur bis zum Kochen mindestens einmal pro Tag.
Markrages
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@markrages - Ich glaube nicht, dass ich jemals einen OXCO in einer Uhr gesehen habe. Das ist verrückt. Wissen Sie, wie viel Energie es kosten würde, um den Ofen am Laufen zu halten? Auf keinen Fall würde das in eine Armbanduhr passen.
Connor Wolf
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Ich muss den Ofen mehrmals am Tag aufladen, sonst verliert er an Leistung und verhält sich träge.
Markrages
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Die Langzeitstabilität der Uhrentemperatur wird durch Wärmekopplung an den Arm des Trägers gewährleistet !! Das ist, woher die zitierten 99 Grad F kamen.
Michael Karas
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Langzeitstabilität und Uhrzeitsynchronisation - Quelle

Die Regelung der Netzfrequenz für die Genauigkeit der Zeitmessung war erst nach 1926 und der Erfindung der von einem Synchronmotor angetriebenen elektrischen Uhr üblich. Heutzutage regeln Netzbetreiber die tägliche Durchschnittsfrequenz so, dass die Uhren einige Sekunden vor der korrekten Uhrzeit stehen. In der Praxis wird die Nennfrequenz um einen bestimmten Prozentsatz angehoben oder abgesenkt, um die Synchronisation aufrechtzuerhalten. Im Laufe eines Tages wird die durchschnittliche Frequenz innerhalb weniger hundert Teile pro Million auf dem Nennwert gehalten. Im Synchronnetz Kontinentaleuropas wird die Abweichung zwischen Netzphasenzeit und UTC (basierend auf der internationalen Atomzeit) täglich um 08:00 Uhr in einer Leitstelle in der Schweiz berechnet. Die Zielfrequenz wird dann von 50 Hz nach Bedarf um bis zu ± 0,01 Hz (± 0,02%) eingestellt. um einen langfristigen Frequenzdurchschnitt von genau 50 Hz × 60 Sek × 60 Min × 24 Stunden = 4.320.000 Zyklen pro Tag zu gewährleisten. In Nordamerika wird immer dann, wenn der Fehler 10 Sekunden für den Osten, 3 Sekunden für Texas oder 2 Sekunden für den Westen überschreitet, eine Korrektur von ± 0,02 Hz (0,033%) angewendet. Zeitfehlerkorrekturen beginnen und enden entweder zur vollen oder zur halben Stunde

Warum sollten Sie sich auf diese Methode verlassen - es ist eine bewährte Methode und sie driftet kaum in massiven Zeiträumen heraus - wenn sie driftet, dann, weil sie entweder fehlerhaft ist oder die Mechanismen in der Schweiz versagt haben (Europa)?

Mangel an Wartung muss ein wirklich guter Grund sein, obwohl die Häufigkeit, mit der die Servicetechniker für unsere Getränkeautomaten zu erscheinen scheinen, dies ausschließt !!

Andy aka
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Fand diesen Link ungefähr zur selben Zeit, als du es getan hast! Meine Frage ist jedoch, warum eine moderne Uhr diese Methode immer noch verwendet, wenn ein gleichgerichteter Quarz-Timer so billig und einfach zu sein scheint.
Chris Gregg
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@ ChrisGregg -präzise und wartungsfrei muss der Grund sein.
Andy aka
Ich vermute, der Grund, warum moderne Uhren einen Quarz-Timer verwenden, ist, dass (a) die Verbraucher diese nicht anschließen möchten und (b) die Kosten des Kristalls billiger sind als der Netztransformator für die Logik / Anzeige / etc.
Nick T
@ChrisGregg: Wenn Sie ein Gerät wie eine Kaffeekanne kaufen, können Sie davon ausgehen, dass es einige Jahre lang einwandfrei funktioniert. Quarzkristalle beginnen bei Raumtemperatur mit einer Frequenzgenauigkeit im Bereich von ~ 5-50 ppm (parts per million) und verschlechtern sich erst durch Alterung (oder Temperaturänderungen). Das wäre wahrscheinlich ein Teil mit sehr geringem Budget für eine Kaffeemaschine, sodass Sie wahrscheinlich an einem Kristall mit relativ geringer Präzision festhängen würden. Der Bereich von 5-50 ppm entspricht einem Verlust von ca. 3-30 Minuten pro Jahr.
Jason R
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@ ChrisGregg: Eine gute Uhr enthält normalerweise einen anständigen Kristall. Das obere Ende des Toleranzbereichs (50 ppm) ist für wirklich billige Geräte (oder Geräte, die über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden) reserviert. Uhrenkristalle werden normalerweise so geschnitten, dass sie bei einer Temperatur am genauesten sind, die dem Tragen am Handgelenk entspricht. Solange Sie sie die meiste Zeit bei dieser Temperatur halten, sollten sie ziemlich gut funktionieren.
Jason R
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Wie jemand mir einmal über TV-Design Anfang der 1970er Jahre sagte, wenn man einen "Widerstand retten kann, der ein Held ist", handelt es sich bei der Unterhaltungselektronik für den Hersteller um einen FOB-Preis, nicht um den Preis, den man als Verbraucher zahlt.

ReaddyEddy
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+1 für die Erinnerung an Muntzing .
Davidcary
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Ein Gerät wie eine Kaffeemaschine, die einen signifikanten Strom schaltet, schaltet häufig am Nulldurchgangspunkt des Netzzyklus, um Störungen zu reduzieren. Bei einer ohmschen Last fließt zu diesem Zeitpunkt kein Strom, sodass keine Interferenz erzeugt wird. Sie werden vielleicht bemerken, dass manchmal das Einschalten von Dingen wie Lichtern, die einen einfachen Schalter ohne Nulldurchgangserkennung haben, TVs, Audiogeräte usw. in geringem Maße beeinträchtigt.

Sobald die Wechselstromleitung bereits überwacht wird, um diesen Punkt zu finden, wird sie im Wesentlichen zu einer "freien" Taktquelle. In Ländern, in denen die Frequenz genau überwacht und Anpassungen vorgenommen werden, um die Langzeitgenauigkeit aufrechtzuerhalten, ist sie über einen langen Zeitraum auch viel genauer als eine Quarzuhr.

PeterJ
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Warum sollte eine billige Kaffeemaschine wechseln? Sie brauchen keine feinkörnige Kontrolle, um Wasser zu kochen.
Nick T
@NickT, ich dachte sogar, dass die billigen eine "warmhalten" -Einstellung haben?
PeterJ
Das ist ein anderes Heizelement, das entsprechend dimensioniert ist. Sie sind viel zu viel designen diese Dinge ...
Nick T