Точность часов

Когда люди говорят о точности, они подразумевают отклонение хода часов от эталонного в течение некоторого периода времени. Для наручных механических часов приемлемым отклонением является -40/+60 секунд в сутки, а для кварцевых +/-20 секунд в месяц. Существует понятие «хронометр» — особо точные часы, чьи характеристики подтверждены циклом особых испытаний в специальной лаборатории. Механические хронометры имеют точность порядка -4/ +б секунд в сутки, а особо точные кварцевые часы +/- 5 секунд в год.

Говоря о точности, на заводах и в ремонтных мастерских используют понятие «мгновенный ход» — результат измерения отклонения хода часов в течение некоторого времени на специальном приборе. От чего зависит точность часов? Каждый тип часовых механизмов имеет свои особенности.

 

Точность механических балансовых часов

Точность хода механических часов задается узлом баланс-спираль и во многом зависит от конструкции и характеристик этого узла. В механических часах может быть разный по размерам и весу баланс, а также частота его колебаний. В разных конструкциях эта частота варьируется от 2,5 до 5 колебаний в секунду. Считается, что чем выше частота колебаний баланса, тем точнее могут идти часы. Аналогично, чем больше момент инерции баланса, тем выше точность часов. Соответственно конструкторы стремятся сделать момент инерции баланса выше, а для этого диаметр баланса — больше.

Факторы, от которых зависит точность механических часов

Изменение температуры

Даже небольшое изменение температуры очень сильно влияет на точность балансовых механических часов. Так, при нагревании изменяется диаметр баланса (он становится больше) и, соответственно, меняется его момент инерции, к тому же изменяется длина и жесткость спирали. Мы получаем увеличение момента инерции баланса плюс уменьшение жесткости волоска. В результате меняется период колебаний баланса и точность хода часов изменяется. Примерно в 30-х годах ХХ века были открыты материалы с низким коэффициентом температурного расширения и материалы, мало меняющие свою жесткость при изменении температуры. Использование их для изготовления баланса и волоска позволило сделать часы достаточно точными.

Положение часов в пространстве

Это связано с влиянием силы тяжести на баланс часов. Разброс показателей точности часов в различных положениях зависит от их конструкции и, в еще большей степени – от тщательности изготовления. Так, одни и те же часы в положении «головкой вверх» могут отставать на 20 секунд в сутки, в положении «головкой вниз» - спешить на 40 секунд. Надпись «Unadjusted» на механизме часов означает, что каких-либо специальных мер по минимизации разницы в показаниях в различных положениях не предпринималось. «Adjusted for 6 positions»— точность часов примерно одинакова в 6 положениях: циферблатом вверх, циферблатом вниз, метками «3,6, 9 и 12 часов» вверх.

Качество изготовления и состояние механизма

Говоря об этом, прежде всего имеют в виду точность изготовления деталей часов, качество их обработки и их состояние, чистоту поверхности трибов и колес, чистоту обработки цапф осей и многие другие факторы. От каждого из них зависит, насколько высоко трение между деталями и каковы потери энергии в механизме часов.

Износ деталей механизма

Износ деталей механизма у механических часов достаточно велик. Причем раньше всего изнашиваются детали спускового механизма, которых отвечают за точность хода. Точность хода снижается и из-за загустения смазки.

Заведенная или «распущенная» пружина

Только что заведенная часовая пружина и уже раскрученная по-разному давят на стенки барабана. Точность хода часов с почти «разряженной» пружиной ниже, чем только что заведенных. По мере распускания пружины уменьшается импульс, передаваемый балансу часов, и уменьшается амплитуда его колебаний. Т.е. баланс поворачивается на меньший угол, часы начинают спешить.

 

Именно из-за того, что с распусканием пружины часы начинают спешить, связана разница в допустимых погрешностях хода часов: в «+» она всегда больше, чем в «-», например +40/-20 сек/сутки. Для компенсации этого эффекта существует устройство, названное улиткой. В часах с автоподзаводом, пружина которых фактически всегда находится на «взводе», влияние этого эффекта минимально — и точность их хода чуть выше, чем у «традиционных» механических часов

Если наручные часы начали «хронически» спешить либо отставать, это далеко не всегда означает поломку. Точность хода часов можно отрегулировать в мастерской, причем операция эта достаточно простая. В механических балансовых часах есть устройство, называемое «градусник», которое позволяет изменять действующую длину волоска и тем самым регулировать частоту колебаний системы баланс-спираль в пределах +/- 4...5 мин в сутки. Однако, если часы требуют более существенной корректировки точности хода, это является показателем неисправности и такие часы нужно ремонтировать, а не регулировать.

 

Точность кварцевых часов

Факторы, от которых зависит точность кварцевых часов

Частота генератора

Стандартной для абсолютного большинства кварцевых часов является частота 32 кГц. В высокоточных часах применяются генераторы с частотой около 1 МГц, это позволяет достичь точности порядка 5 секунд в год. При этом такой генератор потребляет больше энергии, и если в обычных кварцевых часах батареи хватает на 2-4 года, то «мегагерцовые» часы требуют замены батареи каждый год (причем в них обычно используются литиевые батарейки гораздо большей, чем обычно, емкости). Компромиссом между обычными часами и «мегагерцовыми> являются модели, где генератор работает на частоте 144 кГц. При помощи ряда технических ухищрений в таких механизмах удается добиться точности порядка 20 секунд в год и низкого энергопотребления: от одной батарейки часы могут работать до 10 лет.

Изменение температуры 

Точность кварцевых часов, так же как и часов других типов, меняется с изменением температуры. Но в любом случае они намного точнее, чем механические.

Старение кристалла кварца

Со временем кристалл кварца «стареет», и его резонансная частота меняется. Однако это изменение не является сильным.

 

В отличие от механических, большинство кварцевых часов не позволяет регулировать их точность хода — в этом просто нет необходимости. Однако в ряде кварцевых механизмов (обычно более дорогих) имеется подстроечный конденсатор, позволяющий регулировать точность хода часов. Наличие такого конденсатора несколько снижает надежность часов, в то же время такие механизмы более ремонтопригодны, т.к. допускают замену кварцевого резонатора.

 

Точность маятниковых часов

Маятниковые часы потенциально намного точнее балансовых: точность лучших из них сопоставима с точностью кварцевых часов. Не случайно до изобретения атомных часов именно различные вариации маятниковых часов использовались в астрономических обсерваториях. Максимальная достигнутая точность астрономических часов — 0,0002 секунды в сутки. Однако астрономические часы и обычные ходики, несмотря на схожесть лежащей в их основе идеи, имеют между собой мало общего. Одним из отличий является то, что часы в обсерваториях сконструированы так, чтобы максимально оградить механизм от внешних воздействий.

Факторы, от которых зависит точность маятниковых часов

Изменение температуры 

В маятниковых часах при изменении температуры удлиняется подвес (штанга) маятника, длина маятника увеличивается и изменяется период его колебаний. Для борьбы с этим используют устройство температурной компенсации, чаще всего так называемую решетку Грахама. Так, в дешевых моделях Hermle маятник висит на одной палочке, а в более дорогих моделях используют маятник в виде решетки из желтых и белых прутьев. Это стальные и латунные стержни. Коэффициент температурного расширения металлов разный, и характеристики стержней подобраны так, что при изменении температуры длина маятника фактически не изменяется.

Давление воздуха

При изменении атмосферного давления происходят три вида изменений: изменяется сопротивление воздуха качанию маятника, изменяется масса воздуха, которую маятник «носит» вместе с собой, и происходит «всплытие» линзы маятника. Но реально эти значения очень малы. Для борьбы с влиянием изменения давления на точность придумали устройство барометрической компенсации, но оно используется очень редко.

Способ подвеса гирь

В маятниковых часах можно встретить модели с цепным и тросовым подвесом гирь. Модели с тросовым подвесом дороже, и считается, что обладают более высокой точностью. В механизмах с цепным подвесом гири подвешены на шестеренку-звездочку. и когда очередное звено находит на звездочку или соскакивает с нее, происходит скачок, микроудар, который распространяется по всему механизму часов, нарушая, в том числе, равномерность колебаний маятника. В механизме с тросовым подвесом гирь такого явления нет.

 

Как правило, точность маятниковых часов регулируют изменением длины маятника. Вращая небольшую гайку, на которой крепится линза маятника, можно несколько увеличить или уменьшить его длину и, соответственно, замедлить или ускорить ход часов.

Интернет-магазин часов “Protime" ул. Нижний Вал, 33, г.Киев, Украина
Осуществляем доставку по Киеву, Днепропетровску, Харькову, Одессе, Львове, Запорожье, Кировограде и других городах Украины.