Станислав Михаль - Часы. От гномона до атомных часов

Шарль Огюст Пейлар (1840-1895) изобрел в 1877 г. в качестве побочного продукта при производстве платины неокисляющийся немагнитный сплав палладия с температурой плавления 1550°C. В то же время англичане производили эксперименты с волосками из стекла и золота. Изобретение Пейлара имело бесспорно большое значение для внедрения новых материалов в часовое производство, но это изобретение затмили дальнейшие изобретения Гильома, касающиеся ферроникелевых сплавов. Целью экспериментов Гильома было создание биметаллического баланса без вторичной погрешности. Ферроникелевый сплав, подходящий для такого баланса, содержал 42% никеля. В 1897 г. Поль Перре изготовил из этого сплава волосок, который имел намного меньшие изменения упругости в зависимости от температуры, чем сталь. После многих лет дальнейших экспериментов был создан, наконец, в 1913 г. опять-таки благодаря Шарлю Эдуарду Гильому новый температурно-стабильный материал элинвар (название произошло от сокращенных слов elasticite invariable) с содержанием хрома от 10 до 12%. Этот ферроникелевый сплав хотя и имел постоянный модуль упругости, но слишком сильно снижал амплитуду колебаний баланса и был очень чувствителен к магнитному полю. Другими его недостатками были мягкость и легкая деформируемость.

Несмотря на это, все же такая передача функций температурной компенсации с баланса на волосок привилась, так что в нынешнем часовом производстве применение компенсационных волосков — обычное дело. Исключением являются хронометры, где до сих пор сохранился биметаллический баланс с цилиндрическим стальным волоском. Нынешние наручные часы имеют компенсационные волоски из специальных ферроникелевых сплавов, известных под торговыми названиями «ниварокс», «изовал» и т.п., и гладкий монометаллический баланс, которые не участвуют в компенсации температурных влияний.

В историческом обзоре развития многих сплавов следует упомянуть эксперименты М.Р. Штрауманна из Вальденбурга, который использовал для баланса температурную анизотропию (различную степень растяжимости материала в разных направлениях) цинковых сплавов, достигаемую их надлежащей обработкой. Этими новыми материалами удалось еще более понизить температурную погрешность часов.

Балансовый осциллятор является весьма сложным устройством. Наряду с температурой и барометрическим давлением на стабильность его полуколебаний воздействует еще ряд других факторов, среди которых есть и неизохронная погрешность, возникающая при непостоянстве амплитуды баланса. Укажем для полноты изложения хотя бы на главные источники неизохронной погрешности, вызываемой нестабильностью амплитуды. Наряду с переменным импульсом спускового механизма это бывают колебания упругости волоска, влияние формы его крепления на концах, изменение зазора в замке регулировочной стрелки, градусника, изменение положения центра тяжести волоска и др.

Исследуя детальнее форму плоских волосков, мы должны обратить внимание в некоторых случаях на особую форму их концевой кривой. Волосок с особой формой закругления носит наименование волоска с кривой Бреге по имени самого создателя. Это, по существу, обычный плоский волосок, последний внешний виток которого несколько приподнят над остальными витками и сформирован в особую кривую, компенсирующую вредное переменное влияние крепления волоска в колодке и на мостике баланса.

Точная регулировка хода переносных часов и при хороших регуляторах с компенсационными элементами является весьма трудным делом, поскольку при изменении положения баланс, осциллятор и часовой механизм непрерывно подвергаются изменяющимся влияниям, например влиянию силы тяжести баланса и волоска или различного трения цапф в опорах при горизонтальном и вертикальном положениях механизма. Чтобы устранить неправильности хода, вызываемые положениями механизма, Бреге создал специальное устройство «турбиллион». Принцип его работы состоял в размещении спуска с осциллятором в особой клетке, которая постоянно вращалась вокруг вала секундного колеса со скоростью одного оборота в минуту. Этим способом Бреге исключил влияние силы тяжести баланса и волоска при изменении положения часов. Производство турбиллионов достигло высокого уровня в Швейцарии. Известны турбиллионы Фредерика-Луи Фавре-Булле (1770-1849), Эрнеста Гвинарда (1879) и, наконец, одного из главных позднейших производителей этих приборов Альберта Пеллатона-Фавре (1832-1914) и его сына Джеймса.

В 1894 г. Бэйн Бонниксен из Ковентри изобрел другой вариант турбиллиона — карусель, которая отличалась от турбиллиона Бреге главным образом скоростью вращения клети. Первоначально клеть со спуском в каруселях Бонниксена вращалась вокруг вала секундного колеса один раз в 52,5 мин, но у новейших типов время оборота сократилось до 39 мин.

Идея соединить сигнальное устройство с часами по меньшей мере так же стара, как идея механических часов. Механизм боя самого старого типа запускали в ход поворотным часовым циферблатом с отверстиями, предусмотренными для часовых делений. Штифт, вложенный в одно из отверстий, приподымал в заданный момент спусковой рычаг, который приводил в действие механизм боя. Механизм боя со шпинделем, налетами и корончатым колесом настолько сильно напоминает спусковой механизм первых механических часов, что можно полагать, что спусковой механизм возник, например, из прежнего сигнального устройства водяных или других средневековых часов.

Новейшая компоновка будильников — это уже небольшой часовой циферблат, расположенный посередине главного часового циферблата. Во время работы часов он, правда, вращался вместе с часовой стрелкой, но независимо от этого можно было устанавливать час сигнала путем поворота циферблата в направлении часовых стрелок так, чтобы удлиненный задний конец часовой стрелки был направлен на соответствующий час, указанный на циферблате. Наряду с обычным металлическим колокольчиком часовщики придумывали различные типы будильников с музыкальными механизмами и инструментами или даже такими устройствами, которые вместо звонка производили выстрел и т.д.

С самой старой формой механизма боя мы уже встречались при описании механических часов. Это было простое устройство, которое объявляло каждый час ударом молоточка по звонку. Механизм боя приводился в ход штифтом на часовом колесе, который приподымал спусковой рычаг.

Более совершенный механизм боя, отбивающий часы соответствующим количеством ударов, был сконструирован позже и в течение нескольких столетий имел два различных вида. Более старый вариант — со стопорным колесом. На окружности этого колеса имеется 11 зазоров, расположенных на пропорционально нарастающих расстояниях, определяемых количеством ударов бьющего молотка. Пуск механизма осуществлял первоначально опять-таки штифт на часовом колесе. Согласование работы механизма боя и механизма хода было весьма кропотливым делом. Если часы спешили, то не оставалось ничего иного, как останавливать их на необходимое время, а если они опаздывали, требовалось, наоборот, задерживать механизм боя и дать пройти требуемому интервалу задержки.