Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 327

Часы имеют различную точность в зависимости от их назначения: атомные – 1013 с, маятниковые – 1011 с, кварцевые – 108 с, наручные кварцевые – 2 с, балансовые – 15 с, механические – 5—60 с, будильники – 1,5 мин.

Астрономические часы используются для астрономических наблюдений, обладают высокой точностью. Астрономия – древняя наука, и других часов, кроме солнечных, у нее не было. В 1657 г. Х. Гюйгенс изобрел маятниковые часы, которые использовались для астрономических целей. Но длина маятника может меняться в зависимости от температуры, что делает измерение неточным. Для устранения этого влияния маятники изготавливают из специальных материалов, и сами часы изготавливают в специальных камерах. Самые точные механические астрономические часы – это маятниковые часы Федченко. И в конце ХХ в. появились кварцевые, дающие большую точность, чем все другие конструкции.

Часы – прибор для измерения промежутков времени с периодической последовательностью заданной продолжительности, измеряются в единицах, не превышающих одни сутки, начиная с 3/4 с.

Часы подразделяются по размеру и портативности на башенные, карманные, настольные, настенные, наручные. Также часы рассматриваются относительно механизма измерения, и поэтому существуют следующие типы: астрономические, атомные, водяные, кварцевые, огненные, песочные, солнечные, электронные часы.

Астрономические часы относятся к часам, независимым от погодных условий, например изменчивости температур, давления, влажности воздуха, а также от непредвиденных механических воздействий, срока службы механизма осей часов, применяемых смазочных средств, молекулярной трансформации частей часов. Типы астрономических часов:

  1) постоянные, оснащаются гирями, выполняющими функции движущей силы, роль регулятора движения выполняет маятник;

  2) переносные, характеризуемые наличием пружины, постепенное развертывание которой образует силу упругости, создающую движение в часах, регулируются при помощи колебаний упругой и тонкой спирали в соединении с балансом.

Кварцевые часы относятся к электронно-механическим часам, которые созданы на основе сегнетоэлектрического эффекта, на характеристике кристаллов кварца подвергаться деформации при влиянии внешнего электрического поля, а также возможности образования заряда в результате механической деформации. Кристалл кварца обладает особенностью стабильно генерировать колебания, для которых свойственно наличие высокой стабильности во времени и температуре. Конструкция кварцевых часов представляет собой наличие источника энергии, т. е. элемента питания, электронного генератора, обеспечивается счетчиком делителя, предусмотрен выходной каскад усилителя, нагруженного на катушку синхронного электромотора, создающего движение стрелки, которое происходит сквозь систему зубчатых колес.

Механические часы состоят из двигателя, передаточного механизма зубчатых колес, регулятора для равномерного движения, распределителя, иначе называемого спуском. Распределитель производит передачу толчков от двигателя к регулятору, толчки являются источником движения регулятора. Также распределитель контролирует движение передаточного механизма, поэтому служит контрольным фактором отслеживания закономерного движения регулятора, исполняющего функцию измерения времени. Счетчиками единиц времени, которые отсчитываются регулятором, являются зубчатые колеса в соединении со стрелками циферблата. Масштабом для рассмотрения интервалов времени является равномерное суточное вращение Земли вокруг оси.

Главным образом единица времени задается секундой, что составляет 1/86 400 часть от суток. В механических часах регулятор настраивается таким образом, чтобы пройденные интервалы времени соответствовали целой секунде, половине секунды, четверти или пятой части секунды. В случае отмеривания регулятором не заданных интервалов времени, а меньших, срабатывает счетчик, который покажет в заданном периоде времени превышающее число интервалов времени, в этом случае происходит как бы движение механических часов быстрее истинного времени, при показывании уменьшенного числа интервалов получается запаздывание часов. При установленном начальном моменте суток закладывается понятие поправки часов. Поправка положительна, если часы отстают; если часы спешат, то поправка отрицательна. Ход часов определяется в качестве изменения поправки часов в фиксированный интервал времени, положительным ход считается в случае отставания часов, отрицательным – в случае опережающего движения часов. Ход обусловливает погрешности, которые отмеряются регулятором интервалов времени относительно установленной единицы времени. Поправка относится к условной величине, которую возможно исправить в результате нехитрого действия перевода минутной стрелки часов, поэтому поправка может составлять менее мин. Главной особенностью механических часов считается постоянство хода.

Первые огненные часы отмечены в Китае. Конструкция часов включала в себя спираль, состоящую из горючего материала, на которую устанавливались в подвешенном состоянии металлические шарики. Вместо спирали могли браться палочки. В результате горения материал сгорал, и шарики, падая, попадали в фарфоровую вазу, установленную под ними. При соприкосновении шарика и вазы получался звон. Огненные часы, используемые в Европе, создавались на основе свечей с метками, которые представляли собой своеобразную шкалу равномерных меток. Заданный отрезок между метками принимался за установленную единицу времени.

Песочные часы созданы на принципе прохождения точно откалиброванного речного песка сквозь отверстие, соответствующее размеру одной песчинки. Состоят из двух частей, которые объединяются перешейком с отверстием для пересыпания из одной части в другую песка, при этом отверстие задано размером в одну песчинку. Части для поступления песка изготавливались в виде чаши, заполнение которых обусловливало определенный промежуток времени. Для того чтобы происходило непрерывное исчисление времени, песочные часы необходимо переворачивать при полном заполнении одной из частей.

Солнечные часы разработаны на основе отбрасывания тени предметов в результате освещения объектов солнечным светом и определения солнечного пути как эталонного значения для различных промежутков времени. Однако для таких часов необходимо учитывать поправки на широту местопребывания солнечных часов.

Электронные часы разработаны на принципе считывания периодов колебания от стабильного кварцевого генератора при помощи счетчиков делителей, полученные значения отправляются на электронный дисплей, где мы их можем увидеть. Дисплеи могут быть электро-люминисцентно-вакуумными, светодиодными, жидкокристаллическими. Вначале часы такого типа изготавливались на отдельных лампах, модернизация позволила перейти к производству на основе транзисторов, а затем и микросхем.

Наручные электронные часы оснащались светодиодными дисплеями, их недостатком являлось большое поглощение питания светодиодами, поэтому был сделан переход к жидким кристаллам, для которых свойственны ориентирование во внешнем электрическом поле и возможность пропускания света при наличии одного направления ориентации.

При внедрении света от внешних источников между двумя поляризаторами впитывается системой «поляризатор – жидкий кристалл – поляризатор – отражатель». При влиянии электрического поля создается компонент изображения, что позволяет сократить потребление энергии и увеличить срок эксплуатации элементов питания. Современные модели электронных часов обеспечиваются микроконтроллером. Часы разрабатываются с большим количеством вспомогательных функций. Например, в часах предусматривается наличие будильника, календаря, возможность воспроизведения заданного количества мелодий. Микроконтроллер основан на считывании периода колебания кристалла кварца. Созданы электронные часы, работающие относительно подсчета периодов частоты сети, от которой часы потребляют энергию. Существуют стандарты стабильности частоты, однако в результате колебания нагрузки возможно модифицирование частоты, поэтому точность часов такого типа не определяется как нормальная, являющаяся достаточной для большинства людей.

Шагомер – прибор для измерения количества шагов, пройденного расстояния, затраченной в результате движения энергии, т. е. количества затраченных калорий и количества «сожженного» жира.

Точность измерений современных приборов не зависит от его местонахождения, например когда он положен в карман или находится на шее. Также он не зависит от скорости движения, поэтому применяется как при беге, так и при ходьбе. Некоторые модели шагомеров обеспечиваются звуковым синхронизатором шагов, хронометрами, часами.