Глава 8 ИЗМЕРИТЕЛИ ВРЕМЕНИ. СУДОВАЯ СЛУЖБА ВРЕМЕНИ
Для решения астрономических и навигационных задач на судне требуется иметь Т ГР с точностью до 0,5—1 с , а для целей эксплуатации требуется Т с до 10 с или 1 м . Поэтому на судне должно храниться и воспроизводиться точное «эталонное» время Т ГР и приближенное поясное—судовое время. Измерителями эталонного времени и его хранителями являются механические и кварцевые хронометры; воспроизводится оно палубными часами и секундомерами. Судовое время воспроизводится судовыми часами — механическими судовыми часами или системой электрических часов, работающих от центрального датчика.
Механический морской хронометр 6-МХ (рис. 57: 1 — корпус хронометра и крышка; 2 — карданов подвес; 3 — стопор подвеса; 4 — циферблат завода; 5 — заводной ключ). Хронометром называются высокоточные переносные часы с пружинным маятником, позволяющие получатьдостаточноточноевремяТ ГР втечениедлительногопромежуткавремени.
Для обеспечения равномерности движения хронометр имеет ряд механических устройств, отличающих его от обычных часов. Внешне хронометр отличается наличием циферблата завода и тем, что у хронометра слышны четкие удары каждые 0,5 с .
Хронометр, как и обычные часы, состоит из следующих основных узлов: двигателя, хода или спуска, регулятора (маятника) и счетчика со стрелками. Рассмотрим особенности узлов хронометра, отличающие его от обычных часов.
Двигатель хронометра — источник энергии, приводящий в движение его части. Он представляет собой сжатую пружину, действие которой передается на систему шестерен через специальный барабан в форме улитки (рис. 58). Улитка 3 соединена с пружиной 1 цепью Галля 2 так, что при полном заводе пружины действие ее передается цепью на малый радиус улитки, а в конце завода — на большой радиус, поэтому крутящий момент на валу зубчатого колеса 4 будет постоянным. Завод пружины осуществляется через головку 5 и цепь 2. Число часов работы пружины от полного завода показывается указателем завода на циферблате.
Хронометрический спуск (ход) предназначен для равномерного (в такт маятнику) пуска и остановки всего счетного механизма. Спуск представляет устройство, пропускающее зубец спускового колеса 6 (см. рис. 58) через 0,5 с и передающее энергию двигателя на регулятор (балансир) 12 без трения толчками-импульсами. Для этого на оси балансира 11 помещены ролики с укрепленными на них спусковым 8 и импульсным 7 камнями. Энергия от пружины передается на балансир через удары зубцов спускового колеса 6 об импульсный камень 7.
Регулятор является основным элементом, воспроизводящим колебательный процесс со строго постоянным периодом. Регулятор
представляет собой пружинный маятник с температурной компенсацией. Он состоит из балансира 12, цилиндрической пружины «волоска» 14, баррета 13 и грузиков q 1 и q 2 .
Период колебаний маятника выражается формулой
где J — момент инерции балансира относительно оси вращения; К — момент упругости волоска на 1 рад.
Момент инерции J зависит от массы балансира и грузиков и расстояния от них до оси вращения, т.е. от радиуса инерции.
Сохранение постоянства периода колебаний маятника при изменении температуры достигается изменением радиуса инерции грузиков. Для этого балансир 12 изготовляется из двухслойных полукруглых пластин: внутренняя
— из никелевой стали, внешняя — из латуни. При повышении температуры все детали балансира расширяются. При этом внешние пластинки расширяются значительно больше внутренних и грузики q 1 и q 2 приближаются к центру, вследствие чего их радиус инерции уменьшается, а общий момент J остается постоянным. При понижении температуры происходит обратное явление.
Примечание. Для регулировки хода хронометра, если суточный ход превысит 4 c в сутки, при крайней необходимости можно слегка отдать или зажать дополнительные грузики
— винты на балансире (см. рис. 58).
Счетчик, или передаточный и стрелочный механизмы, состоит из системы зубчатых колес и стрелок. От часов он отличается конструкцией подшипников, комбинированных из рубина (втулка) и алмаза (опора), куда введена постоянная смазка.
Все эти устройства и высокое качество изготовления делают хронометр чрезвычайно надежным инструментом, который при соблюдении правил ухода может непрерывно работать 10—15 лет (срок службы его 25 лет и обеспечить получение на судне Т гр с точностью до ±0,5—1 с .
Кварцевые хронометры (часы) . Кварцевые часы представляют электронное и электромеханическое устройство, в котором регулятором равномерного хода стрелок являются периодические колебания пластинки кварца под воздействием электрического тока.
На блок-схеме (рис. 59, а) этих часов показана пластинка кварца 1, которая под воздействием тока то расширяется и замыкает электроды 2, то
размыкает их с постоянной частотой f = T 1 . В результате этого с такой же
частотой происходит колебательный процесс в электромагнитном контуре 3. Эти колебания усиливаются в усилителе 4, затем их частота уменьшается в делителе частоты 5. Полученный переменный ток вращает со строго определенной частотой асинхронный двигатель 6, который перемещает стрелки на циферблате и, кроме того, дает импульсы на репитеры — вторичные часы 7, показывающие установленное на них среднее время Т гр . Кварц заключен в термостат 8, а полупроводниковый контур и усилитель — в общий термостат 9. Питание часы получают от преобразователя или батарей.
Судовая модель кварцевого хронометра фирмы КН (рис. 59,б) обеспечивает работу еще четырех репитеров. Стрелка движется импульсами по
0,2 с ; ошибка хода не превышает 0,01° в сутки, что позволяет определять и поправку реже, чем для обычного хронометра, однако принято получать ее также ежесуточно. Специальной кнопкой поправка вводится в показания хронометра, поэтому он всегда дает точное Т тр . Механический хронометр в таких случаях сохраняется как контрольный и запасной.
Палубные часы. Палубные часы представляют собой точные переносные часы с температурной компенсацией, воспроизводящие Т ГР и служащие для производства астрономических наблюдений, а также для замены хронометра в случае его порчи. Эти часы имеют анкерный спуск, как у обычных часов, балансир с компенсацией и регулировку хода путем изменения длины волоска (секундная стрелка делает скачки в 0,2 с по большому светящемуся циферблату).
Секундомеры. Для измерения промежутков времени на судах применяют секундомеры. Секундомеры разделяются на три класса точности; обычно на судах встречаются секундомеры третьего класса (ошибка меньше 0,8 с за 15 м хода). Однако для астрономических наблюдений следует применять секундомеры I и II класса, например двухстрелочный «СД спр-1 или однострелочный «С-1-2А» (за 30 м дают отклонение меньше 1 с ).
В настоящее время астрономические наблюдения рекомендуется производить с двухстрелочным секундомером, пущенным по хронометру или непосредственно по сигналам времени, так что секундомер представляет основной инструмент, воспроизводящий точное Т гр при наблюдениях.
Судовые (морские) часы. Кроме эталонного гринвичского времени, на судне широко применяется судовое Т с , по которому осуществляется
организация службы, быта и отдыха команды и пассажиров. Для измерения судового времени служат судовые механические и электрические часы и различные бытовые часы.
Судовые часы представляют собой стенные пружинные часы с анкерным ходом в специальном корпусе с циферблатом, разделенным на 12 Ч (старые — на 24 Ч ); некоторые образцы часов, например 5-ЧМ, имеют секундную стрелку.
Судовые часы с секундной стрелкой устанавливаются в радиорубке, штурманской и рулевой рубках и в машинном отделении. В остальных помещениях и каютах можно устанавливать часы без секундных стрелок или обычные настенные часы. Судовые часы идут по Т с , кроме часов в радиорубке, установленных по московскому времени.
Наиболее современной является система электрических судовых часов, работающих от центрального датчика (электронного или механического). Электрические часы устанавливаются во всех помещениях и дают время до 1 c . Они переводятся и согласовываются с центрального поста и не требуют завода.
§37. ПОПРАВКА ХРОНОМЕТРА И ЧАСОВ
Поправкой и хронометра называется разность между гринвичским средним временем Т гр и показанием хронометра Т хр в один и тот же момент, т.е.
Поправка может быть положительной «+», если хронометр позади, или отрицательной «—», если хронометр впереди Т гр , но величина ее не превышает ±6 Ч . Однако практически невыгодно иметь большую поправку, поэтому, если поправка велика, то стрелки хронометра переводят так, чтобы и была порядка 1 м и со знаком «+». Перевод стрелок выполняют с помощью ключа, надетого на головку минутной и часовой стрелок, поворотом их «по ходу» вправо до нужного отсчета; секундную стрелку трогать нельзя. Однако если хронометр остановился, то пуск его после завода лучше выполнить, подождав, когда показания хронометра сравняются с Т гр , которое рассчитывается по другим
Все сказанное выше о поправке хронометра относится также к палубным и обыкновенным часам.
Аналогично определяется и поправка часов относительно московского
времени или другого поясного времени, т.е.
Показания любых часов дают соответствующее время только после
При расчете Т гр предварительно надо определить гринвичскую дату и приближенное Т гр по формуле
Этот расчет рассмотрен выше в §27.
Определение поправки хронометра по радиосигналам времени. Все сигналы времени в настоящее время передаются в шкале всемирного координированного времени TUC (сокращенно — координированного времени
Т к , см. §28). Оно отличается от Т гр на величину поправки ∆Т К , т.е.
Величина поправки ∆Т К передается вместе с сигналами точного времени,
как показано ниже, или выводится по предыдущей.
С учетом величины ∆Т К поправка хронометра, полученная по
радиосигналам, определяется по формуле
Поправка u’ полученная без учета ∆Т К имеет точность около ±1°; требуемая же точность поправки ±0,5 С .
Сигналы времени . Передача сигналов времени как у нас, так и за рубежом производится широковещательными и специальными радиостанциями
по двум типам программ: вещательные сигналы (шесть точек) и сигналы точного времени.
Вещательные сигналы для проверки времени передаются всеми нашими и большинством зарубежных станций в виде «шести точек», т.е. импульсов длительностью 0,1 c , через 1 c в шкале TUC, т.е. в атомных секундах, начиная с 59 М 55 С и до 0,0 с следующего часа. Точность их подачи московскими станциями на европейской территории СССР до 0,1 с ; для других районов погрешность может достигать 0,5 с .
Однако после вещательных сигналов не дается разность шкал ∆Т К . Ее нужно получить по сигналам точного времени, как показано ниже, записать в журнал и вводить после приема вещательных сигналов по формуле (125). При этом обеспечивается точность поправки порядка ±0,5 С . Следовательно, на судне можно принимать сигналы шесть точек, но следует учитывать поправку ∆Т К .
Сигналы точного времени. В настоящее время все радиосигналы точного времени подаются в шкале TUC и состоят из секундных сигналов (точек) и удлиненного сигнала (тире) на начало минуты. Такие сигналы называются «типа А 1 ». В СССР применяются восемь программ подачи радиосигналов точного времени.
Программы отличаются последовательностью и продолжительностью подачи сигналов А 1 и других сигналов. Все данные о программах публикуются в брошюре «Эталонные сигналы частоты и времени» (издательство «Стандарты», Москва), а также в английском пособии «The Admiralty List of Radio Signals», vol. V. На западе страны и в Атлантике хорошо слышны московские станции РБУ (66,6 кГц) и РВМ (около 5, 10 и 15 тыс. кГц), работающие по первой и второй программам, горьковская УТР — 3(25 кГц), работающая по седьмой программе; на востоке страны — РТЗ и РИД, работающие по первой и третьей программам, хабаровская УШЦ (25 кГц) — по седьмой программе, а также РНС-В по восьмой программе. Наиболее благоприятное поясное время приема радиосигналов от 0 до 7 ч; наименее благоприятное — от 8 до 16 Ч . Рассмотрим две основные программы сигналов
Первая программа подается станцией РБУ от 0 до 15 Ч 07 М ; с 17 до 22 Ч 07 М и с 22 Ч 20 М до 24 Ч московского времени, а радиостанцией РТЗ с 1 до 24 Ч :
Источник