|
Главная /
Техподдержка / Статьи / История появления и развития бытовых и промышленных часов. История появления и развития бытовых и промышленных часов.
История появления и
развития бытовых и промышленных часов начинается с древних времен. Часы прошли
в процессе своей эволюции множество этапов, однако неизменной оставалась
причина – необходимость знать точное время. Причем каждый этап эволюции часов
сопровождался увеличением точности часовых механизмов, уменьшением их размеров
и возрастанием удобства их использования.
Однако, обо всем по
порядку: самыми первыми часами стали солнечные
часы (рисунок 1). Появление таких часов тесно связано с астрономией и гномоникой – наукой об обустройстве гномонов – древнейших
астрономических инструментах, вертикальных предметах в виде стел, колонн, позволяющих определить
угловую высоту солнца по наименьшей длине их тени в полдень.
Рисунок 1. Солнечные
часы.
Солнечные часы имели
простейшее устройство: в центре круга, разделенного на 12 частей, вертикально
устанавливался столб или шест. По мере движения солнца тень от колонны
перемещалась по кругу, показывая время. Однако, такие
часы были неудобны, ведь получить значение времени можно было только в
солнечную погоду.
После солнечных часов
появились песочные и водяные часы, наиболее удобными из которых были первые. Песочные часы представляют собой два
сообщающихся сосуда, песок в которых
пересыпается в течение определенного времени из верхнего сосуда в
нижний, после чего часы требуется перевернуть (рисунок 2). Несмотря на неудобство
использования и невысокую точность, такими часами до сих пор пользуются в
лабораториях, медицинских учреждениях для грубого отсчета интервала времени.
Рисунок 2. Песочные часы.
Затем были огненные часы – сначала свечные, затем
масляные – принцип действия которых строился на постепенном «таянии» свечи
длиной около метра, с нанесенной шкалой времени, либо «тлении» масляного
фитиля. Свечные часы относительно точно показывали время, а в ночные
часы еще и освещали помещения, в которых были установлены часы (рисунок 3.). К
боковым сторонам свечи иногда прикреплялись металлические штырьки. По мере
того, как воск таял и выгорал, такие штырьки падали, а сопровождаемый падению
удар по металлической чашке подсвечника являлся своего рода сигналом о
наступлении определенного часа. Такие часы тоже прошли несколько этапов
развития, однако, также оставались не совсем удобными и точными, к тому же
постоянно требовали расходные материалы в виде свечей, масла, фитилей.
Рисунок 3. Огневые
свечные часы.
Поэтому, на смену солнечным, водяным, песочным и огненным
часам пришли механические часы со стрелками.
Поначалу, они устанавливались в высоких башнях, и назывались «башенными часами» (рисунок 4). Вращение
стрелки в таких часах осуществлялось при помощи системы колес и шестеренок,
которые приводились в движение постепенно опускающейся гирей или грузом.
Рисунок 4. Башенные
часы.
Эволюционируя, механические часы уменьшались в размерах, а
для более точного отсчета времени был применен маятник. В 19-20 веках часовые
механизмы постоянно совершенствовались, повышалась точность хода, вводились
дополнительные функции. Это связано с появлением часовой системы баланс-спирали
(рисунок 5).
Рисунок 5. Устройство баланс-спирали
На данный момент развитие механических часов, фактически,
достигло своего предела.
Хотя первые электрические часы были изобретены к
середине XIX века, массовое внедрение
электроники в часах началось в 60 — 70-е годы XX века, когда был изменен сам принцип работы
часовых механизмов того времени. Из классической колебательной хронометрии (маятники, анкерные задатчики) часы перешли к кварцевым опорным генераторам,
изобретенным ещё в 20-е годы XX
века.
Кварцевые часы, также называют
электронно-механическими. Они широко распространены в настоящее время. В
частности, большинство наручных часов являются кварцевыми. В состав таких часов
входит кварцевый генератор, делитель, шаговый или балансовый двигатель,
колесный и стрелочный механизм.
В дальнейшем,
совершенствующиеся технологии производства больших интегральных схем, и
разработанные электронные индикаторы позволили создать полностью электронные
часы.
Впервые электронные
часы с цифровой индикацией на светодиодах появились в 1971 году. Именно этот
год ознаменовал переход на цифру, заменив отображение времени при помощи
стрелок, продолжавшееся более 200 лет (рисунок 6).
Рисунок 6. Цифровые диодные часы.
Здесь, необходимо сделать паузу и пояснить, что точность
секунды повышалась не постепенно, а ступенями, по мере того, как повышались
требования к точности часовых приборов со стороны промышленности, мореходства,
науки и техники. Карл Маркс писал: «Что было бы без часов, в эпоху, когда
решающее значение имеет стоимость товаров, а потому и рабочее время,
необходимое для производства?». Ниже представлен график роста точности
механических приборов времени (рисунок 7.).
Рисунок 7. График
повышения точности приборов времени
Развивающееся капиталистическое производство требовало все
более и более совершенных систем контроля за использованием
рабочего времени и, соответственно, точности и синхронности часовых механизмов.
Ценность реального значения времени возрастала - поэтому, в промышленности стало необходимостью вводить системы часофикации.
Часофикация или по-другому система точного/единого времени
- применяется для того, чтобы все часы предприятия, собранные в систему,
показывали одинаковое время, а при необходимости проведения коррекции текущего времени,
она выполнялась только на одних, первичных часах (рисунок 8).
Рисунок 8. Схема
устройства системы точного/единого времени.
Собственно, для часофикации
подходят только электрические часы, поэтому попытки создания первичных и
вторичных часов были сделаны лишь в 30-40-х гг XIX
века. Однако, на практике, распространение получили лишь маятниковые часы
Гиппа в 1842 году. Такие первичные часы имели магниты
постоянного тока, расположенные как на корпусе часов, так и, непосредственно,
на маятнике. При прохождении маятника мимо центра часов, магниты создавали
секундный импульс.
До недавнего времени, маятник Гиппа
можно было встретить в первичных часах повсеместно (рисунок 9). В России первые
электрические маятниковые часы Ф.С. Буткевича
появились в 1865 году. Однако вторичные часы появились немного позже.
Рисунок 9. Маятниковые часы Гиппа.
В России, впервые, систему единого времени воссоздал И.А.
Данишевский в 1872 году, который, также, изобрел первый морской
электрохронометр постоянного тока с
компенсационным балансом с периодом колебания 0,5 с. От него, ученый совершил передачу
на расстояние периодических импульсов тока на вторичные часы. Такие системы
единого времени были смонтированы в Московском высшем техническом училище, где работал
И. А. Данишевский, в Астрономической обсерватории Московского университета, а также в Политехническом музее. За границей, в то
время, системы единого времени работали от первичных маятниковых часов.
Так же, свою конструкцию электрохронометра
в 1882г. представил механик И.А. Тимченко. Позднее, ещё ряд изобретателей
представили свои конструкции балансовых электрических часов. Следует отметить,
что в США первые электрические балансовые часы, названные «ЭВРИКА», появились
лишь в 1906 г.
Далее, эволюция систем часофикации
шла в ногу с развитием электроники и электротехники. Появились и полностью
электронные системы единого времени.
В настоящее время различные электромеханические приборы
измерения времени с маятниковым, балансовым, кварцевым и камертонным
устройством применяются и как автономные приборы
и как первичные часы в системах часофикации.
Сегодня, в силу развития науки и техники,
современные первичные
часы могут быть изготовлены в виде небольшой коробочки, которая может
показывать не только время, но и дату, температуру, а также программироваться
на воспроизведение текстовой информации, а вторичные часы,
могут иметь гигантские размеры и быть выполнены в виде стрелочных, светодиодных
часов, а так же в виде табло и бегущих строк. Настройка времени
первичных часов, помимо прямого ввода на клавиатуре устройства, может
осуществляться по компьютеру, по спутнику GPS или же от радиотрансляционной линии. К одним первичным часам
может быть подключено до нескольких десятков штук вторичных часов (рисунок 10).
Рисунок 10. Часовая
станция ЧС-1-02-2.
Системы точного (единого) времени получат, в перспективе,
еще большее распространение, как неотъемлемая часть крупных развивающихся
систем связи, транспорта, управления в различных отраслях промышленности и
сельского хозяйства, служб быта и энергосистем.
|