Станислав Михаль - Часы. От гномона до атомных часов

• Название: Часы. От гномона до атомных часов
• Автор: Станислав Михаль
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1983

Книга знакомит с историей и современными методами измерения времени, с различными типами механических и электрических хронометрических приборов, с конструкцией и работой простых часов и сложных систем единого времени. Любители получат новые сведения о происхождении и возрасте ряда старинных часов с указанием малоизвестных экземпляров и интересных особенностей технологии изготовления деталей часовых приборов.

Книга иллюстрирована чертежами и фотоснимками.

[Не все картинки присутствуют в книге]

---

Рис. 29. Амортизатор ударов — система «Инкаблок»

Цилиндрическая форма цапфы баланса стала преобладать как более выгодная, цапфа редко ломалась, в то время как у малых часов с другими формами цапф, например коническими, цапфы ломались чаще всего. Для наг ручных часов, подвергавшихся сотрясениям и ударам, требовалось понизить опасность такого повреждения до минимума. Часовщики боролись с этим, применяя различные амортизаторы ударов, задачей которых было обеспечение надежной посадки вала баланса. На рис. 29 показана работа наиболее часто применяемой теперь конструкции камневых опор часового баланса с амортизатором системы «Инкаблок». Амортизатор позволяет валу баланса вместе с подшипниковым камнем совершать небольшое боковое смещение в направлении удара, при котором утолщенная часть оси баланса упирается, после чего баланс снова возвращается в свое первоначальное положение.

В производстве опор теперь уже не используются натуральные камни; камни изготовляют из синтетического корунда с помощью сложных технологических процессов, а в последнее время — и с помощью лазерной техники. Наручные часы среднего качества имеют 15 камней: два камня палетных, один камень импульсный на импульсном ролике баланса, два сквозных камня с отверстиями для оси баланса и углублением в форме маслины для масла, а также два опорных камня-подпятника для оси баланса. Анкер, спусковое секундное и промежуточное колесо также имеют по два сквозных камня с цилиндрическим отверстием. Все эти камни также имеют масляные чашечки. Дорогие и более точные часы имеют по 17, 21 и больше камней. Прекрасные швейцарские хронометры 80-х годов прошлого века имели до 32 камней.

Опорные камни запрессовываются непосредственно в углубления, имеющиеся в основании. Раньше их всаживали в граненые малые металлические круглые втулки — бушоны, которые, в свою очередь, запрессовывали или привинчивали к основаниям (такой способ иногда называют ливерпульским способом крепления опорных камней).

Опорные камни в часах бывали не раз предметом торговых спекуляций. Многие коллекционеры карманных часов могут убедиться, что данные о количестве опорных камней, указанные изготовителем этих часов, зачастую неправильны. Не один часовой завод обманывал своих заказчиков тем, что монтировал опорные камни лишь на видных местах в нижнем основании, надеясь на то, что покупатель не заметит этого подвоха. Весьма часто мы встречаемся с этим явлением у часов американского происхождения, изготовленных в конце прошлого и начале нашего века.

Обработка опорных камней всегда считалась очень сложным делом, а потому часы с камневыми опорами ценились очень высоко[14]. И чешское часовое производство, которое раньше судьба не баловала, сохранялось в этом отношении на одном уровне с европейским часовым производством благодаря отдельным лицам. В этом имел большую заслугу прежде всего чешский часовщик и конструктор астрономических часов Йозеф Коссек (1780-1858), о котором в отчете от 1829 г. говорится, что он «был первым в Чехии, кто обеспечил для своих часов большое превосходство тем, что он использовал для них опоры из самых твердых камней, которые он обрабатывал на сверлильном и полировальном станках, к тому же сконструированных им самим».

Регулировка хода часов. Влияние температуры воздуха

Период колебании часового осциллятора обусловлен прежде всего его размерами. Если продолжительность колебания маятника не зависит от его веса, то для баланса продолжительность колебания в существенной степени зависит от материала, причем не только баланса, но и волоска.

Величина полупериода (продолжительность полуколебания) маятника определяется его длиной по формуле:

где T — полупериод (продолжительность полуколебания) маятника;

lr — приведенная длина маятника;

g — ускорение силы тяжести.

Расчетом можно установить, что приведенная длина секундного маятника для нашей географической широты равна 99,4 см, а полусекундного — 24,9 см.

Период полуколебания баланса обусловлен его размерами и вращающим моментом волоска. Для точного регулирования хода служит так называемый градусник, регулировочная стрелка которого закреплена подвижно на мосту баланса. Ее хвостовик с замком, охватывающим волосок на его последнем внешнем витке вблизи колодки, при повороте стрелки изменяет рабочую длину, а с ней и вращающий момент волоска. В большинстве случаев смещение регулировочной стрелки на одно деление шкалы изменяет суточный ход часов примерно на 2 мин. У старых пружинных часов с балансовым осциллятором без волоска ход регулировался только изменением силы приводной пружины. Для этого на крышке барабана пружины был специальный храповик с защелкой. У часов с балансом фолио его амплитуда задавалась щетинными упорами, закрепленными на неподвижной и регулируемой консолях. Карманные часы XVIII в. со шпиндельным спуском имели специфический так называемый регулятор Томпиона, который, как и градусник с регулировочной стрелкой, изменял рабочую длину волоска.

Количество полуколебаний баланса различается в зависимости от типа часов, их величины и исполнения. Нижний предел этого количества начинается с трех полуколебаний в секунду у больших часов, например у будильников. Морские хронометры с четырьмя полуколебаниями в секунду также относятся к группе часов с низкой частотой осциллятора. Продолжительность колебания карманных часов около 1/5 с, а наручных — колеблется в пределах от 1/5 до 1/6 с[15].

Венцы балансов некоторых карманных и наручных часов имеют на окружности маленькие регулировочные винтики. Изменением их положения на венце выравнивается ход часов, прежде всего различия в частоте при горизонтальном и вертикальном положении баланса, вызываемые изменением трения цапф.

О некоторых причинах различной длительности полуколебаний мы уже упоминали при описании спусковых механизмов. Наряду с колебаниями ведущей силы, чувствительными прежде всего у точных часов, и различными побочными явлениями, вызываемыми изменениями смазочных свойств стареющего масла и т.п., на ход часов влияет и изменение температуры и давления воздуха. При изменении температуры вещества изменяют свой объем, причем изменяются их механические свойства, что особенно важно для подвесных пружин маятника и волосков. О том, что в часовом деле нельзя пренебрегать тепловым расширением, свидетельствует то обстоятельство, что однопроцентное изменение в длине маятника изменяет суточный ход часов на целые 432 с.

Сравнительно хорошие результаты давали в этом отношении маятники из высохшей еловой древесины, температурная погрешность которых колебалась в пределах 1/5 с в день на 1°C. Для астрономических измерений такая степень точности, само собой разумеется, недостаточна, поэтому пришли к идее создания компенсационных элементов. Принцип всех температурных компенсаторов маятников заключался в сохранении постоянства расстояния между центром тяжести и точкой подвески маятника. В 1720 г. эту проблему вполне успешно решил Грагам с помощью ртути, заполняющей частично пространство линзы маятника. Температурная погрешность его маятника упала до 0,001 с/сутки на 1°C.

Большой интерес у часовщиков вызвали биметаллические решетчатые маятники, составленные из двух систем стальных и латунных стержней. Одна система была жестко соединена с подвеской маятника, а другая — с его линзой. При выборе размеров необходимо было учитывать различные коэффициенты температурного расширения обоих металлов так, чтобы и при большом изменении температур длина маятника от точки подвеса до центра линзы оставалась неизменной. Интересно решенные решетчатые маятники создали Гаррисон, Юргенсен, Берту, Леруа, Депарсье, Троугтон и многие другие (некоторые их конструкции показаны на рис. 30).

Рис. 30. Маятник с биметаллической компенсацией температурной погрешности

Первым чешским часовщиком, производившим температурно-компенсированные маятники собственной конструкции, был опять-таки Йозеф Коссек, которым были созданы некоторые весьма интересные конструкции ртутных и биметаллических компенсаторов. И известная пражская мастерская Вилленбахера и Ржебичека, основанная в первой половине прошлого века, конструировала собственные типы биметаллических маятников.

Шарль Эдуард Гильом (1861-1938) исследовал свойства ферроникелевых сплавов и нашел сплав с содержанием 36% никеля, известный под названием «инвар» (от французского слова invariable), не только стойкий к коррозии, но и обладающий самым малым коэффициентом температурного расширения. В 1897 г. Тюри использовал инвар Шарля Эдуарда Гильома для создания маятников, а через три года стал монтировать инварные маятники у своих часов для астрономических измерений времени мюнхенец Рифлер. С того времени происходят и первые кварцевые маятники венского конструктора точных часов Карла Сатори, стабильность длины которых была еще на 60% больше, чем у инварных.