Rys. 1 Charakterystyka stabilności temperaturowejDla większości dostępnych na rynku kwarców zegarkowych, standardowa dokładność częstotliwości, dla temperatury +25°C wynosi ±20 ppm. Dostępne są także kwarce o dokładności ±10 ppm i wykonania specjalne o jeszcze lepszych parametrach. Ale jak dalej się okaże, nie ten parametr jest najistotniejszy. Praktycznie najważniejszym parametrem decydującym o dokładności, jest charakterystyka stabilności temperaturowej.
Przykładowa charakterystyka przedstawiona została na rys. 1
Gdy się jej dokładnie przyjrzymy, to możemy stwierdzić, że jeżeli generator naszego zegara astronomicznego wyposażony jest w możliwość regulacji, a producent dysponuje odpowiednio dokładną aparaturą pomiarową, to praktycznie może łatwo zniwelować niedokładność częstotliwości kwarcu i dla przedziału temperatur otoczenia +20 - +30°C uzyskać dokładność prawie 100%.
Dzięki temu w parametrach technicznych zegarów, z pełną odpowiedzialnością producent może zapisać, że dokładność w np. temperaturze +25°C wynosi 1 s na dobę, a nawet i 0,3 s. Niestety, to osiągnięcie na niewiele się zdaje. Znakomita większość zainstalowanych sterowników astronomicznych tylko znikomą część czasu pracy spędza w tak komfortowych warunkach.
Sterowniki zainstalowane w szafkach zewnętrznych, pracują (w warunkach krajowych) w zakresie temperatur od -30 do nawet +80°C. Temperatura +80°C została zmierzona wewnątrz metalowej szafki, latem, w pełnym słońcu.
Jeżeli teraz spojrzymy ponownie na rys. 1 i odszukamy wartości dla tych skrajnych temperatur, to okaże się, że pojawia się odchyłka częstotliwości przekraczająca nawet 100 ppm, a to odpowiada odchyłce czasu wynoszącej ponad 10 s/dobę.
Na szczęście w cyklu dobowym ekstremalne temperatury trwają stosunkowo krótko. Także cykl roczny poprawia nam tą sytuację. Podsumowując - uzyskanie w cyklu rocznym średniej odchyłki na poziomie 2 s/dobę należy uznać za sukces.
Ale ten sukces nie przekłada się na zadowolenie użytkownika, gdyż 2 s/dobę to już 12 min/rok.
Dobrze jest, gdy wszystkie zegary na danym obszarze mają odchyłkę o jednakowym znaku. Znacznie gorzej jest, gdy sąsiednimi obszarami sterują zegary, które mają odchyłki o przeciwnych znakach i pracują w różnych warunkach temperaturowych.
Rys. 2Teoretycznie tak. Można to uzyskać stosując stabilizację temperatury kwarcu, np. na poziomie ok. 60 ÷ 70°C i odpowiednio zestrajając generator, aby uzyskać odpowiednią dokładność. Jest to jednak rozwiązanie bardzo kłopotliwe w realizacji, powiększające koszty urządzenia i jego gabaryty, a dodatkowo przyspieszające procesy starzeniowe.
Radykalnym rozwiązaniem tego problemy jest zastosowanie synchronizacji z wzorcem czasu. Obecnie istnieje powszechny dostęp do dwóch takich wzorców. Jednym jest radiowy sygnał DCF, a drugim wzorzec czasu w systemie nawigacji GPS. Na rynku są dostępne oba rozwiązania.
Takie rozwiązanie zapewnia 100% dokładność, ale ma też dwie „wady”:
Firma AUTOMATEX Poznań uruchomiła produkcję nowej wersji programowalnych sterowników oświetlenia, w oparciu o nową generację układów RTC (real time clock) z zintegrowaną auto korekcją temperaturową. Wbudowany w układ czujnik temperatury „dostraja” układ generatora w taki sposób, że końcowa dokładność w zakresie temperatur 0 ÷ 40°C wynosi ±2 ppm, a w zakresie -40 ÷ 85°C wynosi tylko ±3,5 ppm (patrz rys. 2).
Ponieważ na etapie strojenia jest jeszcze możliwość korekcji częstotliwości, to efektem końcowym są sterowniki pracujące z dokładnością lepszą niż 1 s na miesiąc.
Dodatkową zaletą tego układu zegarkowego jest bardzo niski pobór prądu z baterii.
Leszek Boinski
ZAiE AUTOMATEX Sp. z o.o. - Poznań