ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

влево контактный винт входит в соприкосновение с неподвижным контак­ том 7 и замыкает цепь электромагнита 4. Якорь 5 притягивается к электро­ магниту 4 и одновременно отрывается от постоянного магнита 3, вызывая изменение магнитного потока постоянного магнита. Вследствие этого в об­ мотках катушек 1 и 2 индуктируется электродвижущая сила, создающая кратковременный ток. Нижний полюс постоянного магнита 10 будет втяги­ ваться в катушку 1, вследствие чего маятник получит импульс; при обратном движении маятника контакты 7 и 8 разомкнутся, якорь 5 притянется к по­ люсам постоянного магнита 3, снова вызывая изменение магнитного потока, но другого знака. Постоянный магнит 10 будет выталкиваться из катушки 1, и маятник получит очередной положительный импульс, поддерживающий его колебательный режим.

Продолжительность импульса весьма мала и определяется временем пе­ ремещения якоря 5 из одного положения в другое. Свой маятник Фери назвал маятником с электрическим приводом постоянной силы.

Явление самоиндукции, использованное Фери для устройства маятнико­ вых часов с электрическим приводом прямого действия, послужило толчком для Грегори и Липмана к использованию для этой цели явления мгновенного заряда и разряда конденсатора. В 1899 г. ими на этом принципе были созда­ ны электрочасы (рис. 237). В их схему включен конденсатор 5, который за­ ряжается и разряжается через контакты 5 и 7, замыкаемые маятником. Воз­ никающие при этом в катушках 3 и 4 импульсы тока и наведенное ими элект­ ромагнитное поле, взаимодействуя с постоянным магнитом 2, сообщает маят­ нику 1 необходимый механический момент [389].

Для того чтобы импульсы при заряде и разряде конденсатора были оди­ наковы, необходима хорошая изоляция обкладок конденсатора и отсутствие утечек тока через диэлектрик.

Электрические часы «Балл-Клок». Не малый интерес для электрохроно­ метрии имеет изобретенный около 1920 г. профессором Марселем Мулином и М. Фавр-Баллом электрический привод прямого действия с подвижной ка­ тушкой, примененный ими в часах «Балл-Клок» (Bull Clock) (рис. 238).

Источником энергии этих часов является обычный сухой элемент. Груз маятника 7 представляет собой полую катушку. Она качается, не касаясь постоянного магнита 8 криволинейной формы. Катушка намагничена следую­ щим образом: плюс —в середине, минусы — на концах. Для установки поло­ жения катушки предусмотрена регулировочная гайка 9. На стержне маятника имеется контактный штифт 1, под действием которого поворачивающийся на оси вилкообразный рычаг 2 может качаться. Рычаг прикреплен к корпусу часов. Он играет ту же роль, что и импульсная палета в спусковом механизме механических часов. На внутренней поверхности вилки с одной стороны име­ ется вкладыш из токопроводящего материала, а с другой — вкладыш из изо­ лятора. Когда маятник совершает колебание справа налево, штифт касается токопроводящего вкладыша вилки и замыкает электрическую цепь.

При обратном колебании маятника штифт касается изолятора на вкла­ дыше вилки, следовательно, цепь остается незамкнутой, но вилкообразный рычаг поворачивается так, чтобы быть подготовленным к замыканию цепи при следующем колебании маятника, т. е. справа налево.

Вилкообразный рычаг через коленчатый рычаг 3 воздействует на храпо­ вое колесо 4, которое при каждом периоде колебания маятника передвигается

на один зуб. Движение стрелок осуществляется храповым колесом через посредством червячной передачи 6. В часах имеется устройство, не допускающее отклонения амплитуды колебания маятника от установленной величины.

Часы «Балл-Клок» потребляют весьма незначительный ток, так что одного сухого элемента хватает на год и более.

в действие стрелок, поэтому может рассматриваться, как двигатель и источ­ ник движущей силы.

В разобранных конструкциях маятниковых часов Бена, Гиппа, Фери, Грегора и Липмана с электрическим приводом прямого действия маятник обычно замыкает в нужный момент тот или иной контакт, будучи чисто механически связан с контактным устройством. Избежать этого недостатка в устройства электрических часов в некоторой степени удалось Чарльзу Фери.

В 1908 г. в Париже он доложил Физическому обществу о созданных им новых электрических часах. Предметом этого изобретения был свободный маятник, или, по словам Фери, маятник, который колеблется без единого ме­ ханического контакта (рис. 239). В часах использовано колебание двух маят­ ников Р1 (основного) и Р (вспомогательного), связанных магнитной связью. Если отвести основной маятник, он будет качаться справа налево; при этом подковообразный постоянный магнит А, укрепленный внизу стержня этого маятника, своим нижним полюсом будет свободно входить в неподвижную катушку Е, а верхним полюсом — в полость короткозамкнутои катушки С, укрепленной на стержне вспомогательного маятника. Благодаря электромаг­ нитной индукции между короткозамкнутои катушкой маятника Р и движу­ щимся магнитом колебание маятника происходит с тем же самым периодом, что и основного маятника Р1 но не в фазе с ним. Маятник Р при качении поочередно касается контактных пружин R и R' с помощью планки, укреплен­ ной на его стержне, и поочередно посылает ток то к основному маятнику P1, то к вторичным часам. Это осуществляется следующим образом. При движе­ нии справа налево основной маятник в силу закона электромагнитной индук­ ции будет увлекать за собой короткозамкнутую катушку, так как основной маятник намного тяжелее вспомогательного и вызовет его отклонение также влево от положения равновесия. Маятник замкнет контакт R, через катуш­ ку Е пройдет ток от батареи 2, и катушка начнет втягивать в себя магнит А, сообщая маятнику импульс.

Когда главный маятник дойдет до крайнего отклонения влево, сила тока в короткозамкнутои катушке вспомогательного маятника станет равной нулю и последний разомкнет пружинящий контакт R. Получив импульс, главный маятник начнет двигаться вправо и при этом опять-таки в силу закона элект­ ромагнитной индукции будет увлекать за собой короткозамкнутую катушку вспомогательного маятника, который, также отклоняясь вправо, замкнет кон­ такт R' и пошлет от батареи 1 ток в сеть вторичных часов.

Изобретение Фери выдержало испытание временем. На использовании принципа устройства его часов были созданы часы с приводом АТО, полу­ чившие довольно большое распространение (особенно во Франции).

Маятник 1 часов АТО (рис. 240) снабжен согнутым по дуге постоянным магнитом 2, свободно входящим в катушку 3. При колебании маятника влево собачка 5 будет поворачивать храповое колесо 6, которое, во-первых, сооб-

Рис. 241. Электрические балансовые часы «Эврика»

Рис. 242. Электрические балансовые часы «Орель-Мжро»

щит движение колесной системе и стрелкам, а во-вторых, замкнет цепь ка­ тушки 3 через рычаг 8 и контакты 4, 7. Катушка 3 втянет магнит 2, и маят­ ник получит импульс. При этом рычаг 8 соскочит с зуба колеса 6, и цепь бу­ дет разомкнута. Часы АТО работают от сухой батареи напряжением 1,5 В.

Особенность часов Фери заключается в использовании для замыкания тока того же самого храпового колеса, которое служит для вращения колес­ ной системы и стрелочного механизма.

Электрические часы «Эврика» изобретены в 1906 г. в США Т. В. Пауэрсом и Г. Н. Кутковым; на это изобретение был выдан патент. Производство часов было организовано в США часовой компанией «Эврика». Часы «Эври­ ка» отличаются от других электрических часов тем, что у них регулятором хода является не маятник, а баланс большого размера, который получает импульс вблизи положения равновесия. Они имеют электропривод прямого действия.

На рис. 241 показан механизм часов со снятым циферблатом и футляром. Обод баланса изготовлен из двух металлов (биметаллический), он разрезан в двух местах и снабжен обычными регулировочными винтами. Диаметр ба­ ланса 82 мм, ширина обода 6,4 мм. Ось баланса расположена на шариках. Электромагнит с обмоткой и сердечником размещен на перекладине баланса, а якорь представляет собой основание часов, на котором поддерживается весь механизм.

Когда баланс находится в покое, электромагнит не взаимодействует с яко­ рем, контактный штифт не касается контактной пружины и цепь разомкнута. Замыкание цепи осуществляется лишь тогда, когда полюс электромагнита приближается к железному якорю, что происходит при колебании баланса справа налево, т. е. при колебании баланса только в одном направлении. Та-

ким путем баланс получает необходимый для поддержания его колебаний импульс.

На оси баланса сидит диск, который на своей поверхности имеет кулачок. При каждом колебании баланса он отводит вправо посредством колесика верхнюю часть рычага. При этом нижняя часть рычага, изогнутая и снабжен­

и трибка с восемью зубцами, от которой движение передается через соот­ ветствующую зубчатую передачу к минутной и часовой стрелкам.

Часы «Эврика» изготовлялись также и в Англии; производство их было прекращено во время первой мировой войны.

Электрические часы фирмы «Орель-Микро». В электрических часах «ОрельМикро» (рис. 242) вместо маятника используется также баланс; он выполняет те же функции, что и маятник в часах «Балл-Клок», т. е. служит источником движущей силы. Часы «Орель-Микро» благодаря применению в качестве дви­ гателя баланса (вместо маятника) более портативны, и ход их менее зависит от положения часов.

Движение балансу В передается посредством якоря С, одно плечо кото­ рого качается в прорези магнитопровода электромагнита D. Поводок Я, рас­ положенный на оси баланса, приходит в контакт с пластинчатой пружиной Е, осуществляя замыкание цепи через электромагнит. Это происходит только во время колебания баланса в одном направлении — вправо. Тогда поводок на оси баланса касается изогнутой изнутри пружины Е и отгибает ее кверху, чтобы осуществить контакт. При обратном размахе баланса поводок, ударяя пружину, отгибает ее книзу, и цепь размыкается. Контакт осуществляется несколько ранее того, как рычаг якоря войдет в прорезь электромагнита.

Передвижение стрелок часов происходит следующим образом. На оси баланса сидит пружинящая собачка F специальной формы, которая действует на храповое колесо G с 15 зубцами; это колесо ведет шестеренку, приводя­ щую в движение зубчатую передачу от секундной к минутной и часовой стрелкам.

Баланс обладает большой кинетической энергией, продвижение храпового колеса легкое и надежное. Обыкновенная батарея карманного фонаря в 4,5 В может обеспечивать ход часов «Орель-Микро» в течение 9 месяцев.

Основным недостатком рассмотренных конструкций маятниковых и ба­ лансовых часов с электрическим приводом прямого действия является нали­ чие в них механических контактов. Недостатки контактных устройств побу­ дили изобретателей электрических часов изыскать иные пути для создания бесконтактных часов. Изобретение и усовершенствования часов такого уст­ ройства сначала были связаны с появлением трехэлектродных вакуумных ра­ диоламп, но получили свое развитие только благодаря практическому приме­ нению полупроводниковых приборов — транзисторов. Вопрос о развитии бес­ контактных электрических часов будет рассмотрен ниже.

Развитие маятниковых часов

сэлектрическим приводом косвенного действия

Вчасах с электроприводом косвенного действия маятник или баланс получает импульс от падающего груза (рычага) или от изогнутой пружины. Роль электромагнита состоит лишь в том, чтобы -возвращать груз или пружи­ ну в исходное положение. Особенностью этих часов является постоянство им­ пульса и независимость его от напряжения источника питания электромагнита.

Вдальнейшем мы рассмотрим конструкции электрических часов с приводом косвенного действия в той исторической последовательности, в какой они фактически развивались.

Сначала были изобретены электрические часы с импульсными грузами. В 1849 г. Чарльз Шеферд (Англия) изобрел электрический маятник с посто­ янным импульсом, подаваемым маятнику грузом на плече рычага (рис. 243). Когда маятник L совершает колебание налево, винт 1 отодвигает рычаг 2, загнутый под прямым углом, и вместе с тем отключает его от загнутого под прямым углом грузового рычага 3, который, освободившись от него, начинает давить на штифт 4, закрепленный на выступе маятника, и передает ему им­ пульс. После этого маятник совершает колебание в обратном направлении (направо); тогда противовес рычага 3 опустится на рычаг 5, где он и оста­ навливается. В конце своего колебания направо маятник замыкает контакт 6, и ток от батареи 7 возбудит электромагнит 8, который притянет к себе ры­ чаг 5 и приподнимет грузовой рычаг 3 в его исходное положение, где снова защелкнется выступом 2а.

Эти часы имели недостаток, связанный с тем, что маятнику приходилось при колебании осуществлять усиленное механическое воздействие, что суще­ ственно отражалось на его нормальной работе.

В 1855 г. Фроман (Франция) создал электрические часы, в которых кон­ такт стал осуществляться с меньшим давлением (рис. 244).

На стержне маятника L имеется выступ с установочным винтом /, ко­ торый при каждом левом колебании маятника вступает в контакт с небольшим грузиком, расположенным на конце гибкой пружины 4. На правом конце ры­ чага 3 укреплен якорь магнита 2, а левый его конец изогнут; на него опира­ ется пружина 4, когда якорь не притянут к электромагниту. Рычаг 3 враща­ ется на оси, неподвижно прикрепленной к платине механизма.

При колебании маятника налево установочный винт / замыкает цепь, производя давление на грузик пружины 4, ток проходит через обмотку элект­ ромагнита, и сердечник намагничивается; электромагнит 2 притягивает якорь на рычаге 3. Тогда изогнутый конец рычага 3 опускается вниз, а грузик на конце рычага 4 создает дополнительное давление на установочный винт 1, сообщая таким образом маятнику энергию, необходимую для поддержания колебаний.

При правом нисходящем полуколебании маятника грузик опускается на винт / до тех пор, пока пружина 4 не ляжет на изогнутый конец рычага 3. Тогда контакт разомкнётся, электромагнит отпустит якорь и грузик будет снова поднят в исходное положение изогнутым концом рычага 3.

Для характеристики действия часов Фромана весьма важное значение имеет то обстоятельство, что грузик поднимается винтом при восходящем колебании влево на значительно меньшую величину, чем он опускается вме-

Рис. 243. Схема работы ча­ сов Шеферда

Рис. 244. Электрические ча­ сы косвенного действия Фромана

Рис. 245. Электрические ча­ сы косвенного действия Гейста

сте с установочным винтом при нисходящем правом полуколебании. Благо­ даря этому и возникает та энергия, которая поддерживает колебания маят­ ника.

Кроме часов Фромана, на континенте Европы были известны часы с элект­ рическим приводом косвенного действия, изобретенные в 1905 г. Гейстом (Вюрцбург). В этих часах (рис. 245) приподнимается груз, который всегда падает с одинаковой высоты на плечо рычага, прикрепленное к стержню маятника. .

Сердечники т и п электромагнита прикреплены вертикально к латунной пластинке В. В нижней части сердечников электромагнита помещается якорь Л, вращающийся вокруг точки С, несущий слева фрикционный (трущийся) ро­ лик R.

Маятник снабжен вверху платиновым штифтом Z, который при качании влево касается пружины f и замыкает цепь тока, так что якорь, притягивае­ мый полюсами электромагнита, приподнимается. На правой стороне маятника Находится рычаг Р, который при падении якоря вниз встречает фрикционный

ролик R. Посредством его передается импульс маятнику. При притяжении яко­ ря отодвигается пружинящая собачка К с помощью находящегося на левом конце штифта 5 до тех пор, пока штифт дойдет до выступа собачки и она зацепится. Если же прерывается контакт между платиновым штифтом Z и пружиной f, то якорь освобождается, однако не может падать вниз, так как штифт S находится в зацеплении с собачкой К. При качании маятника вправо плечо рычага Р отодвинет собачку в сторону, якорь упадет вниз до штиф­ та t и приподнимется вверх при последующем замыкании контакта.

Для компенсации действия силы, вызванной остаточным магнетизмом, Гейст в своих часах на конце якоря А расположил перемещаемый груз G. В других конструкциях, для того чтобы исключить действие остаточного маг­ нетизма, на якорь падает тело, которое приподнимается при притяжении якоря,

ав соответствующий момент освобождается.

Вэлектрических часах системы Гуде-Детуша вверху по обеим сторонам стержня маятника прикреплены дугообразные плечи, над каждым плечом рас­ положены пружины. При качании маятника влево левое плечо касается на­ ходящейся над ним пружины и замыкает цепь тока. Якорь притягивается к электромагниту. Приподнимается правая пружина. При качании маятника вправо эта пружина освобождается правым плечом маятника и сообщает маят­ нику толчок.

ВРоссии первые маятниковые часы с приводом косвенного действия были представлены на Московской выставке промышленных изделий Ф. С. Буткевичем в 1865 г. В 1870 г. Обществом любителей естествознания при Московском университете Буткевичу за эти часы была вручена Большая серебряная ме­ даль. Описание их устройства приведено в нашей книге [19, 188—191].

Предыстория электрических маятниковых часов Шорта

Крупным достижением в области электрохронометрии были электрические маятниковые часы английского ученого В. X. Шорта с двумя (свободным и ра­ бочим) маятниками, с подачей импульса через каждые полминуты при помощи рычагов-грузиков.

Часы Шорта имели электрический привод косвенного действия. Созданию этих часов в 1921 г. предшествовал ряд изобретений других авторов, в ко­ торых содержались уже не только отдельные элементы конструкции, нашед­ шие затем воплощение в часах Шорта, но и предвосхищалась идея создания таких часов. Технические решения, соответствующие этой идее, нашли наибо­ лее удачное и полное отражение в устройстве часов В. X. Шорта.

Электрические часы со свободным ходом, с подачей импульса маятнику в пределах больших и в то же время постоянных интервалов времени.

В электрических часах Гиппа подача импульса происходит в пределах боль­ шого, но не всегда постоянного интервала времени. После Гиппа было немало часовщиков-изобретателей, искавших средства и возможности подавать импульс в пределах продолжительного и неизменного интервала времени. Можно отметить ряд таких изобретений, на которые были выданы патенты, в Англии.

В 1893 г. британский патент был выдан двум часовщикам М. А. и Н. КамПриче на применение счетного колеса для осуществления ежеминутного кон­ такта (рис. 246). Импульс подается маятнику посредством плоской пружины BD. Эти часы считаются первыми, в которых счетное колесо было использовано таким образом. Энергия, требующаяся для контакта, поступает от маятника L. Подача импульса осуществляется так. На оси счетного колеса 1 имеется ры­ чаг 2, который каждую минуту замыкает пружинный контакт 3; магнит М притягивает якорь А, и через систему рычагов С, F, Е импульс передается маят­ нику. Между импульсами маятник совершает свободные колебания.

В 1906 г. Лауну был выдан британский патент на применение счетного колеса с целью замера полуминутных интервалов от одного импульса до дру­ гого. Импульс маятнику сообщался непосредственно; он был постоянным, не зависящим от мощности батареи. Собачка на: маятнике поворачивала счетное колесо — зуб за зубом — в течение одной минуты. При каждом полуобороте колесо замыкало электрические контакты, пока маятник совершал колебание налево. От действия электромагнита изгибалась пружина, а затем зацеплялась защелкой. При следующем размахе маятник освобождал защелку и получал импульс от пружины. После этого маятник мог продолжать качаться свобод­ но до следующего контакта. Маятник при этом не испытывал никакой помехи, кроме действия на него, оказываемого счетным колесом.

Итак, в часах конструкции Камприче и Лауна имелся длительный интер­ вал времени между импульсами, но, в отличие от часов Гиппа, этот импульс осуществлялся в постоянных интервалах. Кроме того, в часах Лауна импульс был постоянным по величине.

В 1902 г. часовому мастеру Пальмеру был выдан британский патент на применение грузового рычага А, который подавал импульс маятнику посред­ ством штифта В на коротком плече рычага (рис. 247). Маятник L двигал счет-

ное колесо F, освобождавшее грузовой рычаг А через каждые полминуты. При падении рычаг подавал импульс маятнику и освобождал от защелки плоскую пружину D. Она осуществляла контакт, необходимый для возбуждения магни­ та, под действием которого рычаг снова устанавливался на прежнее место. В 1904 г. Парсонс и Балл в своих электрических часах применили отдельные элементы конструкций, которые были изобретены ранее, в том числе счетное колесо Камприче, грузовой рычаг Пальмера, действующий на маятник, по­ добно второй палете хода Грагама, некоторые элементы из предшествующих конструкций часов Хоуп-Джонса и т. д.

Выбор отдельных элементов из известных устройств и создание на их осно­ ве новых устройств не только вполне законный, но, можно сказать, единствен­ ный путь для технического прогресса.

Устройство Парсонса и Балла было прогрессивным, однако пока они про­ изводили расчеты и составляли чертежи для заявки на патент, Франк ХоупДжонс в марте 1905 г. сделал заявку на изобретение, очень похожее на устрой­ ство Парсонса и Балла, и получил британский патент.

Полуминутный интервал подачи импульса стал с тех пор стандартным для часов; в этом же интервале времени производится подача импульса и в часах Шорта, т. е. так же, как и в часах Хоуп-Джонса, известных под названием «синхроном».

Вклад Хоуп-Джонса в хронометрию. Большое значение для успеха элек­ трохронометрии в Англии имела работа Франка Хоуп-Джонса (1863—1950), направленная на усовершенствование электрического привода косвенного дей­ ствия. Первые результаты его изобретательской работы стали уже известны в 1895 г. К этому времени относится создание им привода, основанного на использовании спускового механизма гравитационного типа Гримторпа с тем отличием, что грузовые рычаги в устройстве Хоуп-Джонса возвращаются в свое первоначальное положение действием электромагнита. В часах ХоупДжонса импульсы секундному маятнику подаются при каждом его размахе двумя грузовыми рычагами.

Электропривод состоит из двух электромагнитов D и D' (рис. 248, а), ко­ торые при замыкании цепи притягивают якоря А или А', сидящие на одной и той же оси вращения, что и грузовые рычаги G и G1. Эти рычаги снабжены регулируемыми грузами и выступами в форме крючков. Штифты Р и Р' являются ограничителями падения якорей вниз и поднятия грузовых рычагов кверху. На стержне маятника закреплены два контакта напротив концов гру­ зовых рычагов.

Когда маятник совершает колебание вправо, рычаг G' вступает с ним в контакт и находится в совместном движении до определенного момента. Элек­ трическая цепь, показанная на рисунке, идет от батареи вдоль линии 3 к маг­ ниту D, затем вдоль линии 4 к грузовому рычагу G' до контакта, располо­ женного на правой стороне маятника 1; отсюда через пружинный подвес 5 к циферблату и далее обратно к батарее. Под действием этой электрической цепи возбуждается электромагнит D и притягивает якорь Л, который при своем дви­ жении к магниту захватывает крючок грузового рычага G и поднимает его в положение, показанное на рисунке.

Когда маятник совершает колебание влево, штифт Р останавливает даль­ нейшее падение якоря А' и освобождает крючок грузового рычага от совмест­ ного движения с маятником. Маятник вступает в контакт с рычагом G. Элек-