Часы , механическое или электрическое устройство, кроме часов , предназначенное для отображения времени. Часы — это машина , в которой устройство, совершающее регулярные движения через равные промежутки времени, связано со счетным механизмом , записывающим количество движений. Все часы любой формы сделаны по этому принципу. См. также атомные часы ; ядерные часы .

Происхождение полностью механического часы спуска неизвестны; Первые подобные устройства, возможно, были изобретены и использовались в монастырях для звона в колокол, призывавший монахов к молитве. Первые механические часы, о которых существуют четкие ссылки, представляли собой большие машины с весовым приводом, встроенные в башни и известные сегодня какбашенные часы. Эти ранние устройства отбивали только часы и не имели стрелок или циферблата.

Самые старые сохранившиеся часы в Англии находятся в Солсберийский собор , датируемый 1386 годом. Часы, установленные в Руане, Франция, в 1389 году, до сих пор сохранились , и одни построены для Уэллсский собор в Англии хранится в Музее науки в Лондоне . Часы в Солсбери отбивают часы, а часы Руан и У Уэллса также есть механизмы для отбивания четверти часа . Эти часы представляют собой большие конструкции в железной раме, приводимые в движение падающими грузами, прикрепленными к шнуру, обернутому вокруг барабана и регулируемому механизмом, известным как спусковой механизм с венцовым (или заводным) колесом . Их ошибки, вероятно, достигали получаса в день . Первые домашние часы представляли собой уменьшенную настенную версию этих больших общественных часов. Они появились в конце 14 века, и сохранилось лишь несколько экземпляров; большинство из них, крайне строгие по конструкции, не имели ни корпусов, ни средств защиты от пыли.

Около 1450 года часовщики, работавшие, вероятно, на юге Германии или севере Италии, начали изготавливать небольшие часы с приводом отвесна . Это были первые портативные часы, ставшие важной вехой в часовом деле. Циферблаты этих часов обычно имели только часовую стрелку (минутные стрелки обычно не появлялись до 1650-х годов) и были открыты для воздуха; До 17 века обычно не было крышки, такой как стекло, хотя механизм был закрытым, а корпуса были сделаны из латуни.

Около 1581 года Галилей заметил характерное свойство хронометража.маятник . Голландский астроном и физик Христиан Гюйгенс отвечал за практическое применение маятника в качестве регулятора времени в часах с 1656 года. Изобретение Гюйгенса привело к значительному увеличению важности и масштабов изготовления часов. Часы с грузовым приводом и короткими маятниками были заключены в дерево и висели на стене, но эти новые восьмидневные настенные часы имели очень тяжелый вес, и многие из них упали со слабых оштукатуренных стен и были разрушены. Следующим шагом было удлинение корпуса до пола, и на свет появились напольные часы . В 1670 году английские производители часов представили длинный, или секундный, маятник с анкерным спусковым механизмом.

Механические часы

Маятник

Маятник является надежным измерителем времени, поскольку для небольших дуг время, необходимое для полного качания (период ) зависит только от длины маятника и почти не зависит от протяженности дуги. Длина маятника с периодом в одну секунду составляет около 39 дюймов (990 мм), а увеличение длины на 0,001 дюйма (0,025 мм) приведет к тому, что часы будут терять около одной секунды в сутки. Таким образом, изменение длины маятника является чувствительным средством регулирования. Изменение обычно осуществляется путем установки боба на гайку, которую можно завинчивать вверх или вниз по стержню маятника .

Любое расширение или сжатие стержня, вызванное изменениями температуры повлияет на хронометраж маятника; например, маятниковые часы со стальным стержнем будут терять одну секунду в день при повышении температуры примерно на 4 °F (2,2 °C). Для точного измерения времени длина маятника должна поддерживаться как можно более постоянной. Это можно сделать несколькими способами, некоторые из которых используют разные коэффициенты расширения (величину расширения на градус изменения температуры) разных металлов для получения компенсирующего эффекта. В одном популярном методе компенсации боб состоит из стеклянной или металлической банки, содержащей подходящее количество ртути. В решетчатом маятнике используются стержни из разных металлов, обычно из латуни и стали, тогда как в цинково-железной трубке стержень маятника состоит из концентрических трубок из цинка и железа. Однако улучшенный метод состоит в том, чтобы сделать стержень маятника из специального материала. Сплав под названием Инвар . Этот материал имеет настолько малый коэффициент расширения, что небольшие изменения температуры оказывают незначительное влияние и при необходимости могут быть легко компенсированы.

В маятниковых часах спусковому колесу разрешено вращаться на шаг в один зуб при каждом двойном качании маятника и передавать маятнику импульс для поддержания его раскачивания. Идеальный спусковой механизм должен передавать импульс, не мешая свободному ходу, и импульс должен быть как можно более равномерным. Двойной трехногий гравитационный спуск, который обеспечивает второе из этих условий, но не первое, был изобретен Эдмундом Беккетом, впоследствии лордом Гримторпом , и использован им для больших часов в Вестминстере, теперь широко известных как Биг-Бен , который был установлен в 1859 году. Он стал эталоном всех действительно точных башенных часов.

Часы с приводом от гири

Настоящим новшеством в часах с грузовым приводом был спусковой механизм, система, которая обеспечивала передачу энергии гравитационной силы, действующей на гири, счетному механизму часов. Самым распространенным спусковым крючком был край и лист .

В типичном спусковом механизме с выступом и листом утяжеленная веревка разматывается из ствола , поворачивая зубчатое спусковое колесо. Управление движением колеса осуществляется гранью — вертикальным стержнем с поддонами на каждом конце. Когда колесо вращается, верхний поддон останавливает его и заставляет диск с регулирующими грузами колебаться. Это колебание поворачивает грань и освобождает верхний поддон. Колесо продвигается вперед до тех пор, пока оно снова не будет захвачено нижним поддоном, и процесс повторяется. Действия спускового механизма стабилизируют силу гравитационной силы и обеспечивают тиканье часов с приводом от веса.

Колесная работа

Механизм, или поезд, часов представляет собой серию движущихся колес (шестерни ), которые передают движение от груза или пружины через спусковой механизм минутной и часовой стрелкам. Очень важно, чтобы колеса и шестерни были изготовлены точно, а форма зубьев была спроектирована так, чтобы мощность передавалась как можно более равномерно.

В часах, приводимых в движение грузом или пружиной, мощность сначала передается главным, или большим, колесом. Это взаимодействует с шестерня ( шестерня с небольшим количеством зубьев, предназначенная для зацепления с большим колесом), чьяоправка (поворотный стержень, к которому прикреплены шестерни) прикреплена ко второму колесу, которое, в свою очередь, входит в зацепление со следующей шестерней и так далее по всему поезду до спускового механизма. Передаточные числа таковы, что одна оправка , обычно вторая или третья, вращается один раз в час и может использоваться для установки минутной стрелки. Простая передача 12:1, известная как работа движения, обеспечивает необходимое понижающее передаточное число для движения часовой стрелки. Пружина или груз снабжены механизмом, позволяющим при необходимости перематывать ее, а оправка, на которой установлена ​​минутная стрелка, снабжена простой скользящей муфтой , позволяющей устанавливать стрелки на правильное время.

Хронометрическая часть всех часов с весовым приводом, включая большие башенные, практически одинакова. На рисунке показан механизм простых часов с весовым приводом и маятником. Рама состоит из двух пластин, на которых закреплены оси различных колес и других движущихся частей, и которые объединены и разделены четырьмя опорами. Приводной груз подвешивается на леске, намотанной на ствол или звездочку, которую поднимают поворотом намоточного угольника или, в некоторых случаях, натягиванием лески. Основное колесо входит в зацепление с центральной шестерней, на оправке (оси) которой также установлена центральное колесо . Передняя ось этого колеса и шестерни удлинена справа на рисунке; на нем находится минутная стрелка и часть механизма, необходимого для привода часовой стрелки.

Центральное колесо также соединено через подходящую зубчатую передачу со спусковым колесом, которое входит в зацепление с поддонами, закрепленными на оправке между передней пластиной и краном маятниковой подвески. К оправке поддона также прикреплен костыль, который на нижнем конце заканчивается вилкой, охватывающей стержень маятника.

Механизм движения, используемый для приведения в движение стрелок, установлен между циферблатом и передней пластиной рамы. Шестерня пушки, приводящая в движение двигательную работу, вращается один раз в час; он соединен с центральной оправкой плоской пружиной, которая действует как сцепление и позволяет устанавливать руки.

Электрические часы

Электрический ток может использоваться вместо гири или пружины в качестве источника энергии и в качестве средства передачи показаний времени от центральных главных часов на широкий спектр удаленных индикаторных циферблатов. Изобретенный в 1840 году первые электрические часы на батарейках приводились в движение пружиной и маятником и использовали электрический импульс для управления несколькими циферблатами. Последовала значительная экспериментальная работа, и только в 1906 году были изобретены первые автономные часы с батарейным питанием.

ВВ системе главных часов электричество используется для подачи прямых импульсов маятнику, что, в свою очередь, приводит в движение зубчатую передачу часов или поднимает рычаг после того, как он передал импульс маятнику. В различных современных главных часах маятник приводит в действие легкое счетное колесо , которое поворачивается на шаг на один зуб при каждом двойном качании и устроено так, чтобы освобождать рычаг каждые полминуты. Этот рычаг дает импульс маятнику и затем возвращается в исходное положение с помощью электромагнита . Импульс тока, который управляет электромагнитом, также может передаваться на ряд удаленных циферблатов, илиподчиненные часы, стрелки каждого из которых перемещались на полминуты . Таким образом, главные часы могут управлять множеством циферблатов в большой группе зданий, а также такими другими устройствами , как регистраторы времени и сирены.

Электрические главные часы этого типа являются хорошими хронометристами, поскольку импульс может подаваться симметрично при прохождении маятника через его среднее положение и помехи его движению невелики.

С применением синхронный электродвигатель к часам. В 1918 году стали популярны отечественные электрические часы. Синхронный электродвигатель работает синхронно с частотой источника электроэнергии , которая в большинстве стран колеблется с частотой 60 герц (циклов в секунду). Электродвигатель соединен с понижающей передачей, которая приводит в движение стрелки часов с правильной скоростью.

Синхронные электрические часы сами по себе не обладают хронометрическими свойствами и полностью зависят от стабильности частоты подаваемого переменного тока . Если эта частота изменится, электрические часы не будут показывать правильное время.

Самым точным механическим хронометристом являются Короткие маятниковые часы; в нем используется механизм, описанный выше для систем главных электрических часов. Часы с маятником Шорта состоят из двух отдельных часов, одни из которых синхронизируют другие. Элементом хронометража является маятник, который свободно качается, но раз в полминуты получает импульс от плавно опускающегося рычага. Этот рычаг освобождается электрическим сигналом, передаваемым от его подчиненных часов. После отправки импульса обратно на ведомые часы передается синхронизирующий сигнал, который гарантирует, что импульс на свободный маятник поступит ровно на полминуты позже предыдущего импульса. Маятник качается в герметичном ящике, в котором воздух находится под постоянным низким давлением.. Короткие часы в обсерваториях хранятся в помещении, обычно в подвале, где температура остается почти постоянной, и в этих условиях они могут поддерживать правильное время с точностью до нескольких тысячных секунды в сутки .

В 1929 году кристалл кварца впервые был применен для измерения времени; это изобретение было, вероятно, самым большим вкладом в точное измерение времени . Кристаллы кварца, колеблющиеся с частотой 100 000 герц, можно сравнить и определить разницу частот с точностью до одной части из 10 ¹⁰ .

Элемент хронометража Кварцевые часы состоят из кварцевого кольца диаметром около 2,5 дюймов (63,5 мм) , подвешенного на нитях и заключенного в теплоизолированную камеру. Электроды прикреплены к поверхностям кольца и соединены с электрической цепью таким образом, чтобы поддерживать колебания. Поскольку частота вибрации, 100 000 Гц, слишком высока для удобного измерения времени, ее уменьшают с помощью процесса, известного как деление частоты или деммножение, и применяют к синхронному двигателю, соединенному с циферблатом часов через механическую передачу. Если, например, частота 100 000 герц подвергается комбинированному электрическому и механическому уменьшению зубчатой ​​передачи с 6 000 000 до 1, то секундная стрелка синхронных часов совершит ровно один оборот за 60 секунд. Вибрации настолько регулярны, что максимальная погрешность кварцевых часов обсерватории составляет всего несколько десятитысячных секунды в день, что эквивалентно ошибке в одну секунду каждые 10 лет.

About Author

VOST

See author's posts