Станислав Михаль - Часы. От гномона до атомных часов
В конструктивном и производственном отношении были весьма сложны хронометрические приборы, оснащенные сложным календарным механизмом. Устройство для непрерывного отображения данных с автоматической перестановкой данных в конце месяца, так называемый годовой календарь, иногда дополнялось еще вечным календарем, регистрирующим одновременно и високосные годы. Весьма совершенные карманные часы этого рода с циферблатами лунных фаз производил французский часовщик Ахилл Брокот (1817-1878). Правда, первые часы с указанием лунных фаз появились еще в XVI в., но чаще всего мы встречаем во многих разных видах лишь экземпляры, относящиеся к началу XVIII в. Зодиаковые циферблаты известны по курантам XIV и XV вв. Некоторые астрономические приборы оснащены специальным кулачковым устройством, изменяющим длину маятника в течение хода часов. Включением и выключением кулачкового механизма удавалось измерять на часах среднее или подлинное солнечное время. Форма кулачка, непрерывно изменяющая длину маятника, была выведена из координат, вытекающих из уравнения времени. Это уравнение времени указывает временные разницы между кульминационными пунктами подлинного и среднего солнца. По этому уравнению можно четырежды в год — около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 25 декабря — согласовывать условное среднее солнце с подлинным Солнцем, причем уравнение времени в эти дни равно нулю. Во все остальные дни среднее солнце отклоняется от подлинного либо к востоку, либо к западу. Максимальная разница между обоими временами колеблется от нуля до максимума, достигающего около 16 мин.
Рис. 32. Циферблат астрономических напольных часов (Австрия, XVIII век)
На некоторых часах имеются, кроме указанных циферблатов, еще и другие второстепенные циферблаты для измерения сидерического, мирового времени, времени захода и восхода Солнца, шкала взаимного положения планет в Солнечной системе и т.п. (рис. 32). Другие часы имеют встроенные термометры, манометры, психометры или компасы. Своими конструктивными особенностями обладают и часы с двусторонними циферблатами со сходными или различными шкалами времени. (Одни такие часы с золотыми и платиновыми циферблатами, изготовленные в начале XVIII в. А.И. Бреге, были проданы в Лондоне в 1965 г. за 27500 фунтов стерлингов.)
Рис. 33. Схема секундомерного механизма: 1 — спусковой рычаг, 2 — храповое колесо, 3 — защелка, 4 — установочная пружина, 5 — реверсивный рычат, 6 — вал минутного колеса, 7 — вал секундного колеса, 8 — баланс, 9 — ось коронки.
Особое положение в часовом деле занимают секундомеры и хронографы. Первые из них — это, собственно говоря, часы с центрально расположенным секундным валом и стрелкой, которую можно в любой момент вместе со всем механизмом остановить и возвратить в первоначальное нулевое положение. Секундомеры не имеют часового циферблата, естественного для обычных часов. Поэтому они начинают работать при пуске секундной стрелки, а при ее остановке останавливают работу всего часового механизма. Разгон и остановка производится специальным рычагом 1 (рис. 33), взаимодействующим с балансом. Этот рычаг имеет такую форму, что при освобождении баланса он придает одновременно ему малый импульс разгона. Рычагом 1 управляет колесо 2 с несколькими пальцами и с 15-зубым или 18-зубым храповиком. При нажатии коронки защелка 3 храповика подается на один зуб и пружина 4 одновременно фиксирует положение храповика. Пальцы колеса 2 перемещают раздвоенный рычаг 5, вращающий секундную стрелку или же вторую стрелку для суммирования измеряемых интервалов (до нулевого положения). При первом нажиме на головку секундомера рычаг 5 поднимается, освобождает стрелку, а затем рычаг 1 пускает в ход баланс. При втором нажиме этим рычагом баланс останавливается, при третьем нажиме вильчатый рычаг 5 возвращает стрелку в нулевое положение. Если секундомер устроен так, что храповик управляет лишь спусковым рычагом, а так называемым обнуляющим рычагом управляет специальная кнопка, то можно на таких секундомерах подсчитывать замеренные друг за другом интервалы времени. При нажатии на головку секундомер запускается в работу, а при следующем нажатии механизм останавливается. Если требуется сбросить показания, обнулить данные, то нажимают вторую кнопку. Если надо продолжать измерение времени, то следующим нажимом кнопки приводят механизм секундомера снова в ход. Особой модификацией секундомера является система Виннерля aiquille rattrapante с главной и вспомогательной секундной стрелкой. Вспомогательную стрелку можно в любое время остановить, снять ее показания, а после ее освобождения специальный механизм снова поставит ее в одинаковое положение с основной стрелкой.
Описанный принцип относится и к современным секундомерам и к хронометрам. Сначала их механизм был проще. Роль секундомера могли играть любые часы, механизм которых можно было в любой момент быстро остановить. Самый легкий способ остановки часов состоял в заблокировании баланса. Успешно и быстро остановить баланс можно было лишь тогда, когда его диаметр был достаточно большим, чтобы для резкого торможения не требовалась большая сила и чтобы точность измерения была максимальной.
В отличие от секундомеров хронограф представляет собой хронометрический прибор с основным двухстрелочным часовым циферблатом и центральной секундной стрелкой, указывающей время на специальной шкале с малыми делениями. Часовой механизм хронографа можно нажатием кнопки соединить со специальным пусковым и обнуляющим механизмом, подобным механизмам секундомера с секундной стрелкой. Автором первого такого хронографа был швейцарец Жан Мойзе Пузаит (1743-1793), который в 1776 г. построил часы с центральной секундной стрелкой, скачущей через целые секунды. Эту стрелку можно было останавливать и снова пускать в ход независимо от хода часов. Изобретение Пузаита усовершенствовали опять-таки швейцарцы Николе и Капт, дополнившие в 1862 г. первоначальную конструкцию устройством, которое возвращало секундную стрелку снова в нулевое положение. Развитие хронографа достигло своего расцвета в 80-х годах прошлого века. Тогда швейцарские часовые фирмы стали поставлять на рынок такие красивые и совершенные изделия, которые приведены, например, на рис. 34.
Рис. 34. Карманный хронограф (Швейцария, XIX век)
Наименование «хронограф», перенятое из терминологии часовщиков, не вполне правильно с точки зрения существа дела. В действительности такой прибор относится к так называемым хромоскопам, поскольку истинный хронограф является прибором с графической записью показаний времени. Чтобы различить обе группы этих приборов, назовем действительный хронограф регистрирующим хронографом. Одним из самых старых приборов этого рода был регистрирующий хронограф англичанина Уайтсхорста из Дерби, построенный в 1750 г. Его принцип заключался в том, что вместе с часовой стрелкой вращался диск со штифтами, проходящими под ударником, который при пуске отбивал соответствующее показание времени на бумаге. Фактически цифровой хронограф современного типа изобрел лишь в 1885 г. Банди из США. Его цифровая регистрирующая система была усовершенствована через три года Дейем из Абердиена. Первые опыты с печатающими хронографами безусловно привели к созданию табельных часов, приоритет в изобретении которых (1894 г.) приписывается американцу Куперу.
Глава 3. Электрические и электронные часы
Развитие электрических часов
На начальной стадии развития электрических часов совершенно четко видны следы долгой эры механических часов, причем как крупных стационарных, так и малых портативных часов. В обоих случаях электроэнергия служила сначала лишь для завода механического ведущего устройства — груза или пружины.
Пионером в конструировании первых электрических часов, принцип которых существенно отличался от принципа классических шестеренчатых часов, был Александр Бэйн (1811-1877) из Эдинбурга, изобретатель электромеханического печатающего телеграфа. В 1840 г. он получил патент на электрические часы, главными деталями которых были, правда, еще механические часы, приводимые пружиной, но индикатор времени был решен на принципе суммирования электрических импульсов, подаваемых маятником часов. Лишь в период 1845-1847 гг. Бэйн завершил свою работу над первыми действительно электрическими часами, главным механизмом которых был электрический контакт, управляемый движением часового маятника, приводимого в движение импульсами электромагнита. Железное ярмо на линзе маятника проходило через полости катушек соленоидов. Изменение полярности магнитного поля и попеременные притягивания и отталкивания ярма обеспечивали электрический контакт на маятнике. Количество колебаний регистрировал электромагнитный счетчик, связанный колесной передачей со стрелками на циферблате часов.
