Хронограф

Хронограф, часовой механизм, служащий для измерения вполне определенного, ограниченного промежутка времени с большой точностью—до сотых или тысячных долей секунды. Слово хронограф происходит от греческого хрόνος—время и νρχ^ω—пишу, то есть обозначает прибор, записывающий время или во всяком случае фиксирующий его. Фиксация начала и конца измеряемого промежутка времени может производиться или посредством включаемого при начале и выключаемого в конце стрелочного механизма, который показывает Непосредственно секунды и доли йх, или путем отметки на двигающейся бумажной ленте начала и конца процесса, параллельно с секундными отметками нормальных часов.

Кроме того возмож- _ _д

но использовать и иные ^L — процессы, зависимость которых от времени хоро- _{фиг> 1} ^ шо изучена и наперед известна, например свободное падение тел. Остановимся сначала на этом последнем типе приборов. Представителем их является классический X. для измерения скорости артиллерийских снарядов, предложенный в 1864 г. бельг. артиллеристом Ле-Буланже и усовершенствованный Бреже. Он основан на измере-

о. нии высоты свободного падения тел и определении времени этого падения. Время свобод ного падения

где h—высота, с к-рой падает тело, и д—ускорение силы тяжести. X. сист. Ле-Буланже состоит из двух укрепленных на специальном штативе электромагнитов а и б (фигура 1), к сердечникам которых подвешены два жезла в и г,удерживаемых магнитами только до тех пор, пока по обмоткам их .течет ток. Короткий жезл в при разрыве цепи электромагнита б падает вниз и ударяет своей тяжестью о правое плечо рычага О, к-рый, поворачиваясь против часовой стрелки, освобождает нож е. Нож под действием пружины соскакивает и делает на цинковой оболочке стержня длинного жезла г метку 1. Если цепи обоих электромагнитов разомкнуть одновременно, то на жезле г получится т. н. метка размыкания 2. Если же цепь электромагнита а будет разомкнута позже, чем цепь б, тона жезле г получится окончательная метка 5, которая и даст возможность определить искомое время. Если перед дульным срезом орудия поставить рамку из проволоки, включенной в цепь а, и на расстоянии 50 метров от нее по направлению траектории снаряда—другую рамку, включенную в цепь б, .то при выстреле будет сперва разорвана цепь a, a затем, после того как снаряд пролетит 50 м, цепь б. Обозначая длину стержня жезла г от метки 1 до метки 3 через 1_г-₃ и длину стержня жезла от 1 до 2 через 1_г-₂, получим время полета снаряда между решетками:

_{t =} 2Ϊ1Ζ3 _ γ2ίι_2 _β

Обыкновенно величину 1_г-₂ подбирают таким образом (путем поднимания и опускания электромагнита б относительно рычага 0), чтобы она была равна 110,37 миллиметров; тогда второй член вышеприведенного равенства будет равен 0,150 ск. В этом случае время полета будет:

t=_0,150 ск. у 9

На масштабной линейке, прилагаемой к прибору, кроме миллиметровой шкалы имеется еще другая шкала, которая при=110,37 миллиметров и расстоянии между решетками в 50 метров дает непосред-

ственно значения v₂₅=y, то есть средней скорости снаряда на участке в 50 метров X. этот м. б. использован и для других целей, когда необходимо точно измерить время в пределах от 0,001—0,16 ск.; он очень прост по устройству и регулировке, почему и пользуется всеобщим распространением.

Наряду с X., основанными,на принципе свободного падения тел (Le-Boulenger, Siebert— Bianchi, Watkin), маятника (Navez), камертона (Siebert—Beetz), принципах струнного гальванометра и осциллографа (Edelmann, Duda), искры (W. Siemens, Noble, Caspersen, de Brettes, Hans Boas), пружины (Schmidt), разряда конденсатора (Sabine und Radakovi6), а в последние годы электронных ламп (С. Cranz und Th. Rossmann) вошли в практику измерительной техники X., устроенные по принципу механич. часов с электромагнитным или ручным управлением. Среди них первое место занимает X. сист. Гиппа-Уитстона, изображенный на фигуре 2. В этом хронографе использован своеобразней ход Гиппа, к-рый состоит из ходового колеса а, имеющего 100 зубцов, и колеблющейся пластинки б. Ходовое колесо поддерживает ко лебания упругой пластинки, которая в свою“ очередь при каждом полуколебании вверх пропускает, а при полуколебании вниз задерживает ближайший зубец ходового колеса. Пластинка отрегулирована т. о., что число собственных колебаний ее в секунду (частота) равно 1 000, тогда ходовое колесо будет делать полный оборот в 0,1 секунды. Стрелка верхнего циферблата е, разделенного на 100 частей, насажена на оси легкого колеса, сцепляющегося:

при помощи осевого перемещения то с ходовым колесом·то с неподвижным колесом, укрепленным на платине механизма. Перемещение это осуществляется рычагом, управляемым двумя электромагнитами, включенными в измеряемые цепи. Разрыв цепи первого электромагнита пускает стрелку, разрыв цепи второго электромагнита останавливает ее. Т. о. верхняя стрелка будет делать полный оборот в 0,1 ск. и одно деление верхнего циферблата будет равно 0,001 ск. Стрелка нижнего циферблата г, разделенного также на 100 частей, делает‘полный оборот в 10 ск., и следовательно одно деление нижнего циферблата будет равно 0,1 ск. Прибор может измерять промежутки времени 0,001—10 ск. с точностью до 0,001 ск. Механизм работает при помощи гири д, а ходовое колесо а пускается и останавливается посредством двух рычажков ей ж, приводимых в движение шнурками. X. сист. Гиппа нуждаются в регулировке для того, чтобы периоды времени, в течение которого происходят сцепления стрелочного колеса с ходовым и неподвижным, были друг другу равны, т. к. в противном случае X. может дать ошибку, далеко превосходящую его, номинальную точность. Регулировке подлежит, натяжение пру-*жин, возвращающих якорь электромагнитов в положение равновесия. Поверяются часы Гиппа при помощи X. сист. Ле-Буланже или маятника Гельмгольц-Вольфа.

Вопрос об измерении малых промежутков времени с большой точностью в области мелкой хронометрии был разрешен до 0,01 ск. в том смысле, что вместо обыкновенных секундомеров с балансом, дающим 18 000 колебаний в час, были построены часы, баланс которых делает 180 000 и даже 360 000 колебаний в час. Это дало возможность увеличить предельную точность показаний X. с ¹/₅ ск. до Vso или Vioo ск. пропорционально числу колебаний. Следует однако иметь в виду, что в громадном большинстве случаев точность в ¹/₅ ск. является более чем достаточной, и только в специальных случаях, при исследовании скорости фотографических затворов, исследовании. дистанционных тру бок и аналогичных работах требуется большая точность. Конструктивное выполнение баланса, пружины и хода со столь легкими частями представляет довольно большие затруднения. Представителем часов этого рода являются терцийные часы Лёбнера (фигура 3), баланс которых делает 100 колебаний в 1 секунду. Верхний циферблат показывает сотые доли ск., правый циферблат-минуты и левый—секунды. Нижний циферблат показывает имеющееся в распоряжении время хода часов, предположительность завода которых равна 45 метров Часы снабжены двумя кнопками, из которых задняя пускает и останавливает баланс, а передняя служит для установки стрелок на нуль. Диам. циферблата этих часов равен 75 миллиметров.

На фигуре 4 показано применение терцийных часов а для измерения времени горения дистанционных трубок. На колонке б укреплена ось вращения рычага в с винтом и контргайкой для нажима на пусковую кнопку г часов. Рычаг этот оттягивается вверх шелковой ниткой, проходящей мимо бокового отверстия трубки д (через к-рое в этом опыте производится зажигание овой мякоти). Другой рычаг е под действием тяжелого груза стр мится своим коротким плечом поднять вверх первый рычаг и остановить т. о. часы. Но он так же, как и первый рычаг, оттянут шелковой ниткой, проходящей мимо запального отверстия трубки. Трубка в этом’опыте зажигается при помощи стоппина с бокового отверстия, причем перегорает верхняя шелковая нить, верхний рычаг опускается, нажимает кнопку X., и механизм часов начинает работать. После того как выгорит овая мякоть в канале обеих тарелей, огонь передается в хвост трубки, пережжет нижнюю нить,

и рычаг е поднимет рычаг в, остановив т. о. X. При спортивных состязаниях в беге, авто-, мото- и велогонках состязающиеся при старте разрывают первую нить, соединенную путем системы блоков с пусковой кнопкой, а при финише разрывается вторая нить, останавливающая часы. Очень удобно использовать электромагнит для обслуживания пусковой кнопки; применение электричества делает всю систему очень гибкой и удобоприменяемой в самых различных условиях науки, техники и спорта. X. с балансом, делающим в час 180 000 и 360 000 колебаний, изготовляются также в виде карманных часов под различными названиями: <Micrograph», «Semicrosplit» и т. π.

На фигуре 5 показан такой двухстрелочный X. с периодом баланса, равным Vioo ^ск· Большая стрелка обегает циферблат в 6 ск.; пуск в ход и остановка обеих стрелок одновременно, начиная с нуля (цифра 6), производятся нажатием ремонтуарной головки, которая также используется и по прямому назначению для заводки часов. При нажатии боковой кнопки добавочная стрелка останавливается, а главная продолжает ит-ти, при вторичном нажатии ее добавочная стрелка мгновенно нагоняет главную стрелку, сливается с ней, и обе стрелки снова движутся вместе.

При следующем нажатии ремонтуарной головки обе стрелки останавливаются и при третьем нажатии одновременно становятся на нуль. Маленькая стрелка указывает целые кратные 6 ск. и минуты и передвигается скачками при переходе главной стрелки через нуль. X. с двумя стрелками (франц. avec aiguille ratrappente — с нагоняющей стрелкой) очень удобен при наблюдении различного рода производственных процессов, хронометраже, научных исследованиях и лабораторных работах, т. к. дает возможность наблюдать параллельно два процесса, не затрудняя наблюдателя обслуживанием двух X. Все перечисленные до сих пор приборы нельзя назвать в полном смысле слова X., т. к. они, хотя и фиксируют продолжительность какого-нибудь явления,но не записывают его на бумаге.

Приборы,к-рые производят подобную запись, правильнее было бы назвать компараторами времени, т. к. при помощи этих приборов в действительности производится сравнение продолжительности наблюдаемого явления с продолжительностью секундных отметок на бумажной ленте. Представителем приборов этого рода является электрический X. систо Гиппа-Фаварже (фигура 6). В нем бумажная лента двигается с равной скоростью посредством механизма, управляемого таким же ходом, какой применяется в хронографе сист. Гиппа-Уитстона, и перья, соединенные системой рычагов—каждое со своим электромагнитом,—чертят на бумажной ленте чернилами прямые линии. Один из электромагнитов получает секундные кратковременные

импульсы от нормальных контактных¹ часов с электрич. контактом или от контактного X. Другое перо включено в цепь, замыкаемую и размыкаемую (или наоборот) в начале и конце исследуемого явления от руки или автоматически. Длина отрезка, отвечающего 1ск., получается равной ~ 40 миллиметров. При обработке результатов и измерении отрезков на ленте целые ск. считаются непосредственно, а дробные части 1 ск. легко сосчитать при помощи т. н. компаратора Оппольцера (фигура 7), на к-ром вообще можно производить вск> разработку ленты X. Удобство прибора Оппольцера заилю чается в том,что он

Фигура 6.

дает возможность сильно увеличить" величину ск. чисто геометрии, приемом и сразуже отсчитать дроби ск. по шкале с указателем. При по-верке нормальных (звездных) часов при помощи астрономии, наблюдений в пассажном инструменте применяется т. н. окулярный микрометр Репсольда, включаемый в цепь электромагнита одного из перьев X“. сист. Гиппа-Фаварже. Устроен он т. о., что если наблюдатель будет держать крест нитей микрометрии, окуляра трубы в совпадении с наблюдаемым светилом, начиная с момента появления его в поле зрения трубы, посредством поворачивания головки микромет-ренного винта, передвигающего крест нитей, то в момент прохождения светила через меридиан данного места барабан из агата с платиновым сектором, укрепленныйwia микрометрии, винте,

Фигура 7.

замкнет цепь X., и на бумажной ленте появится отметка, указывающая точно время прохождения светила через меридиан. Сравнивая эту точку с прерывистой линией от пера нормальных часов посредством компаратора Оппольцера, определяют точно состояние нормальных часов в момент прохождения звезды через меридиан, после чего определяют поправку нормальных часов. Для удобства отсчетов в контактном колесе нормальных часов зубец, отвечающий 60-й(или нулевой) ск., выпилен, поэтому более длинный интервал между секундными отметками соответствует началу каждой минуты, и зигзаг черты, следующий за длинным промежутком, будет первая секунда. Микрометр Репсольда удобен тем, что не отвлекает внимания наблюдателя и исключает личное уравнение ошибки наблюдения.

• Лит.: Chap о n ni ёге Н., Le chronographe et ses applications, Vienne, 1924; L о e s k e M., Die Chrono-graphen u. Stoppuhren, B., 1921; C r a n z C., Lehrbuch d. Ballistik, B. 3, B., 1927; Niesiolowsky-Gawin V., Handbuch d. Physik, hrsg. v. H.Geiger u. K. Scheel, B. 2, B., 1926. Л. Шиш ел OB.