От чего зависит точность механических часов

Точность часов: механика и кварц

Точность считается основной характеристикой часов. Что это такое — точность часов, от чего она зависит, и какая точность является нормальной для разных типов часов?

Говоря «точность», имеют в виду скорее максимальную погрешность, которую допускают часы. Под точностью подразумевают отклонение хода часов от эталонного в течение некоторого периода времени, обычно — суток. Для наручных механических часов с автоподзаводом нормальным отклонением является -/+ 20 секунд в сутки, с ручным заводом до -/+ 60 секунд в сутки. Хронометры, т.е. особо точные часы, чьи характеристики подтверждены циклом особых испытаний в специальной лаборатории, имеют точность порядка −5 +7 секунд в сутки.

Стандартной для кварцевых часов является точность в пределах ±20 секунд в месяц, а лучшие из наручных кварцевых часов показывают результат ± 5 секунд в год. Таким образом, даже самые простые и недорогие наручные часы являются одним из наиболее точных измерительных приборов, созданных человеком. Они обеспечивают погрешность измерений менее 0.05%.

Как настроить точность хода часов. Простые способы увеличить точность механических часов

На часовых заводах и в ремонтных мастерских, где для определения точности часов нет возможности ждать сутки или месяц, используют понятие «мгновенный ход» — результат измерения отклонения хода часов, полученные с помощью специального прибора.

Рассмотрим, от чего зависит точность различных типов часов.

Точность хода механических часов задается узлом баланс-спираль, и, во многом, зависит от конструкции и характеристик этого узла. В зависимости от модели, баланс в механических часах может иметь разный размер и вес, а частота его колебаний варьироваться 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.

Обеспечить точность часов тем сложнее, чем меньше калибр механизма. Это нашло отражение и в ГОСТе — если для мужских часов с калибром механизма более 20 мм допустимая точность −40/+60 сек/сутки, то для часов с калибром менее 20 мм (женские типа «Заря», «Чайка» и другие) −60/+85 сек/сутки.

Точность хода часов может меняться под воздействием различных факторов внешней среды. Всем со школы известно, что при нагревании тела расширяются. Даже небольшое изменение температуры очень сильно влияет на точность балансовых механических часов. При нагревании, во-первых, увеличивается диаметр баланса и, соответственно, его момент инерции, во-вторых, изменяется длина и жесткость волоска. В результате увеличения момента инерции баланса и размягчения волоска меняется период колебаний баланса и часы начинают отставать.

Точность часов — что это? Секреты ГОСТов

Раньше с этим явлением боролись, используя разрезной биметаллический баланс. Обод баланса делали не из одного металла, а из двух, причем с разрезами по окружности. Баланс конструировали так, чтобы при нагревании его момент инерции не изменялся. Изготовить такой баланс — а его диаметр редко достигает 1 сантиметра — задача, доступная лишь очень квалифицированным мастерам. Поэтому точные часы, способные безошибочно ходить независимо от температуры, встречались редко и стоили дорого.

В выпускаемых сегодня часах биметаллический баланс почти не встречается. Примерно в годах XX 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 и недорогими, и достаточно точными.

Точность хода механических часов зависит от их положения в пространстве. Это связано с влиянием силы гравитации на баланс часов. Разброс показателей точности часов в различных положениях зависит от их конструкции и, в еще большей степени — от тщательности изготовления. Так, в положении «головкой вверх» часы могут отставать на 20 секунд в сутки, в положении «головкой вниз» — спешить на 40 секунд. Поэтому в течение дня, в зависимости от положения руки их обладателя, такие часы будут ходить с различной точностью.

Надпись «Unadjusted» на механизме часов означает, что каких-либо специальных мер по минимизации разницы в показаниях в различных положениях не предпринималось. «Adjusted for 6 position» — точность часов примерно одинакова в положениях: циферблатом вверх, циферблатом вниз, метками 3. 6, 9 и 12 часов вверх.

Помимо конструкции, точность механических часов зависит от качества изготовления и состояния механизма. Говоря об этом, прежде всего имеют в виду качество обработки деталей (трибов, колес, цапф осей), износ деталей, состояние смазки и загрязненность механизма. Все это очень влияет на то, насколько велико трение между деталями и насколько высоки потери энергии в механизме часов.

Точность кварцевых часов прежде всего зависит от частоты 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 то «мегагерцовые» часы требуют замены источника питания каждый год (причем в них обычно используются литиевые батарейки гораздо большей, чем обычно, емкости). Компромиссом между обычными часами и «мегагерцовыми» является то, что 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. Точность кварцевых часов, также как и часов других типов, меняется с изменением температуры. Но в любом случае они остаются намного более точными, чем механические.

Так как точность кварцевых часов определяется электронным блоком, она, в отличие от механических часов, практически не зависит от состояния механизма. Только в случае совсем сильного износа деталей или сильной загрязненности механизм будет на некоторое время останавливаться, «заедать», но никогда не будет спешить.

Из рассказа видно, что различные виды часов обеспечивают различную погрешность измерения времени. Вместе с тем практически любые современные часы гарантируют нормальную для повседневной жизни точность. Но из-за того, что точность часов во многом зависит от состояния конкретного экземпляра и даже условий носки, в реальной жизни показания даже нескольких экземпляров одинаковой модели будут различаться. Данные, указанные в стандартах и паспорте часов, определяют лишь максимальный диапазон погрешности, в который они должны уложиться.

Источник

Что такое точность в часах?

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/ +6 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» измерения отклонения хода часов в течение некоторого времени на специальном приборе. От чего зависит точность часов? Дело в том, что 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.

Точность механических часов тем хуже, чем меньше калибр механизма. Это нашло отражение и в стандарте — если для мужских часов с калибром механизма более 20 мм стандартная точность -20…+40 сек/сутки (по ГОСТу -40/+60 сек/сут), то для часов с калибром менее 20 мм (женские типа «Заря», «Чайка» и другие) -60/+85 сек/сут. Это связано с тем, что:

— при уменьшении размера механизма необходимо уменьшать и размер баланса, что сразу отрицательно сказывается на ходе часов;

— уменьшается размер заводной пружины. Уменьшение размеров приводит к уменьшению развиваемого пружиной момента, и, как следствие — к уменьшению энергии, получаемой балансом. Трение между деталями в механизме маленького размера остается почти таким же, как и в больших часах.

Факторы, от которых зависит точность механических часов:

Даже небольшое изменение температуры очень сильно влияет на точность балансовых механических часов. Такт 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 ЗО-х годах XX 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 и недорогими, и достаточно точными.

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 «Unajusted» на механизме часов означает, что каких-либо специальных мер по минимизации разницы в показаниях в различных положениях не предпринималось. «Ajusted for 6 positions» — точность часов примерно одинакова в 6 положениях: циферблатом вверх, циферблатом вниз, метками «3, 6, 9 и 12 часов» вверх.

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

1. 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.

Если часы требуют более существенной корректировки точности хода, это является показателем неисправности и такие часы нужно ремонтировать, а не регулировать.

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:

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 Herrnle 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.

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.

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.

Точность кварцевых часов

Факторы, от которых зависит точность кварцевых часов:

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.

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

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.

Ряд кварцевых механизмов имеют модуль радиоконтроля. Такие часы улавливают эталонные сигналы точного времени, передаваемые специальным передатчиком (не нужно путать их с «бибиканьем» на обычных каналах радио), и автоматически настраиваются на точное время. Таким образом, показания этих часов всегда будут совпадать с точным временем. К сожалению, ближайший передатчик расположен в Германии, и на большей части России и Украины его сигналы не принимаются. Часы с радиоконтролем эффективны только в нескольких самых западных регионах России.

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 … Читать далее

Источник

От чего зависит точность механических часов?

Точность часового механизма — это основная ценность часов, и наиболее важный фактор: без наличия точности теряется сам смысл часовых механизмов. Конечно, не сравнить точность первых механических маятниковых часов (отмечающих только часы, без возможности отследить минуты), ее же через 100-200 лет после значительного усовершенствования технологии (с погрешностью до нескольких минут в день), и точность часов наших дней (возможная величина погрешности — несколько секунд в год).

И все же бывает, что часы «начинают врать», и их приходится настраивать либо ремонтировать. В данной статье мы рассмотрим механические часы, в современном ассортименте представленные в двух основных видах: маятниковые и балансовые.

Маятниковые механические часы — часы, в которых основой колебаний служит маятниковый регулятор. Балансовые часы используют балансир в качестве регулятора хода. Факторы, влияющие на точность механизма, для различных видов часов будут отличаться.

От чего зависит точность маятниковых механических часов?

Показатель точности маятниковых часов в среднем выше, чем балансовых. Максимальная погрешность лучших экземпляров часов составляет 0,0002 секунды в сутки. На равномерность работы балансира оказывают влияние следующие факторы:

• Температурные колебания. Штанга маятника (рычаг, на который он подвешен) при колебаниях температуры изменяет свою длину, и, как следствие, изменяется частота колебаний. Для защиты механизма часов от воздействия резких колебаний температур применяются специальные устройства температурной компенсации различных принципов действия (решетку Грахама и другие).
• Принцип подвеса гирь. Подвес может быть цепным и тросовым. При цепном подвесе гири соединены с шестеренкой-звездочкой, в момент перехода очередного звена на звездочку предыдущее соскакивает, получается микроудар, способный оказать воздействие на ход часов. При тросовом подвесе резких скачков механизма не происходит.
• Атмосферное давление воздуха. Изменение давления влечет за собой изменение массы воздуха, меняется сопротивление воздуха колебаниям маятника и происходит «всплытие» маятниковой линзы. Реально воздействие давления на ход механизма очень мало и не вызывает значительных погрешностей.

От чего зависит точность балансовых механических часов?

В часах такого типа точность хода задает узел баланс-спираль. Этот узел может иметь разную конструкцию и разную частоту колебаний (в разных часах частота колеблется от 2,5 до 5 колебаний в секунду). Чем выше частота колебаний, тем большую точность способен показывать часовой механизм. Четко прослеживается еще она взаимосвязь: чем меньше калибр механизма, тем больше погрешность показывают часы. Например, мужские часы более крупного размера показывают большую точность, чем женские часы с абсолютно аналогичным механизмом, но меньшего калибра.

Кроме вышеперечисленных параметров на точность балансовых часов влияют следующие факторы:

• Колебания температуры. Балансовые часы более чувствительны к температурным скачкам, чем любые другие виды часов: нагревание увеличивает диаметр баланса, а также меняется длина и жесткость спирали. Все в сумме меняет период колебаний маятника, что заметно отражается на точности часов. Использование в современных часах стойких к температурным изменениям материалов позволило существенно снизить влияние температур на механизм и снизить стоимость часов.
• Положение в пространстве. В зависимости от конструкции часов их положения циферблатом вверх, вниз и под разными углами могут незначительно влиять на точность механизма. Ошибка может составлять в различных положениях до 40 секунд в сутки. Маркировка часов «Ajusted for 6 positions» означает: часы собраны таким образом, что в 6 различных положениях показывают одинаковое время, то есть, приняты определенные меры по снижению величин погрешностей.
• Состояние пружины. В заведенном состоянии пружина сильнее давит на стенки барабана, и точность, соответственно, выше. По мере распускания пружины импульс уменьшается, снижается частота колебаний, баланс поворачивается на меньший угол, и часы начинают спешить.
• Износ механизма. Быстрее всего происходит износ деталей спускового механизма, который отвечает за точность хода. Загустевание смазки вызывает тот же эффект.
• Качество изготовления механизма. От того, насколько чисто изготовлены и качественно обработаны детали часового механизма, зависит сила трения в механизме и потеря энергии, что в конечном итоге весомо отражается на точности часов.

Если ваши часы начали «хронически» спешить в пределах 4-5 минут в сутки, то это не обязательно может означать поломку: возможно, такие часы можно отрегулировать в мастерской путем несложных манипуляций мастера. Более существенные отклонения в ходе свидетельствуют о неисправности механизма и нуждаются в починке.

Источник