Hronometrs

Hronometrs.

Hronometrs ir precīzs atsperes pulkstenis, kurš nepieciešams, lai glabātu precīzu Griničas laiku uz kuģa. Jūrniecības astronomijā hronometru izmanto, lai noteiktu ģeogrāfisko garumu. Tas tika izgatavots astoņpadsmitajā gadsimtā un kļuva par svarīgu navigācijas līdzekli, kamēr neieviesa modernās sakaru, radionavigācijas un pavadoņu navigācijas sistēmas.

Uzbūve

Dzinējs.

Hronometrs sastāv no šādiem pamata mezgliem: dzinēja, svārsta, balansiera un ciparnīcas. Hronometra gaitas vienmērību nodrošina galvenokārt dzinējs un svārsts.

Dzinējs

Dzinējs sastāv no divām spolēm (skatīt attēlu). Viena ir veidota cilindra formā, otra koniska. Cilindra iekšpusē ievietota uzvilkšanas atspere. Lai uzvilktu atsperi, uz konusa virsotnes uzliek atslēgu un to griež. Uzvelkot atsperi, ķēde tiek uztīta uz konusa gliemežnīcveida iedobumiem. Laika gaitā ķēde notinas no koniskās spoles un tiek uztīta uz cilindriskās spoles. Izsīkstot atsperes enerģijai, palielinās hronometra mehānisma griešanas plecs. Tādā veidā kopējais hronometra mehānisma griezošais moments paliek praktiski nemainīgs.

Svārsts

Bimetālisks svārsts.

Lai daļēji kompensētu temperatūras izmaiņu iespaidu uz hronometra gaitu, tā svārstam ir īpaša konstrukcija. Svārstu veido diametrāla plāksne, kura ar spirālveida atsperi saistīta ar korpusu. Atspere dod enerģiju svārstībām. Pati diametrālā plāksne nekustīgi novietota uz ass. Pie katra no plāksnes galiem piestiprināts pusriņķis. Pusriņķi izgatavo no divām sapresētām dažādu metālu sloksnēm. Ārējās sloksnes metālam ir lielāks izplešanās koeficients. Svārstu krieviski sauc "регулятор", angliski "balance wheel".

Palielinoties temperatūrai diametrālā plāksne izplešas. Tajā pašā laikā pusriņķu ārējā sloksne izplešas intensīvāk, spiež uz iekšējo sloksni un pietuvina kompensācijas atsvarus rotācijas centram. Rezultātā kopējais svārsta laukums un no tā atkarīgais inerces moments praktiski neizmainās. Līdz ar to svārsta svārstību periods paliek pastāvīgs.

Pārvietojot atsvarus tuvāk pusriņķu nenostiprinātajiem galiem, tiek palielināta temperatūras kompensācija (Skatīt attēlā pa labi - 1). Pārvietojot tikai vienu atsvaru, tiek izjaukts svārsta līdzsvars.

Balansieris

Aiztures jeb hronometra balansieris.

Balansieris nodrošina periodisku pulksteņa mehānisma atbrīvošanu un apturēšanu. To krievu valodā sauc "спуск" un angļu valodā "escapement". Hronometriem lieto aiztures jeb hronometra balansieri. Angliski to sauc "detent escapement". Šī balansiera variantu, ko lieto jūras hronometros 1783. gadā izveidoja angļu pulksteņmeistars Thomas Earnshaw. Viņa balansieros bieza metāla aizturei ir plāns, atsperīgs posms m (skatīt zīmējumu). Aizture ar vienu galu ir nekustīgi nostiprināta pie pamatnes. Uz aiztures ir izveidots akmens, kurš aiztur zobrata zobu s, neļaujot tam griezties uz virzīt uz priekšu hronometra rādītājus. Impulsu skritulis F ir novietots uz ass. Ar šo asi ir saistīts svārsts, kurš to periodiski griež vienā un otrā virzienā, tāpēc arī ar asi nekustīgi savienotais impulsu skritulis periodiski griežas vienā un otrā virzienā. Impulsu skritulim ir akmens z₁, kurš izvietots uz skrituļa ārējās malas, izgriezumā E. Virs impulsu skrituļa uz ass nekustīgi nostiprināts mazāka diametra palaišanas skritulis f, kuram arī ir akmens uz tā ārējās malas z₂. Pie metāla aiztures, ar vienu galu ir piestiprināta arī plāna metāla, atsperīga sloksne n.

Kad impulsu skritulis griežas zīmējumā parādītās bultas virzienā, palaišanas skrituļa zobs z₂ nonāk līdz plānajai sloksnei n, un to bīda uz leju. Tā kā sloksne n atrodas virs aiztures, arī tā tiek bīdīta uz leju. Aiztures akmens atbrīvo zobrata zobu s. Ja zobrats ir kustībā, viens no tā zobiem, šajā gadījumā u, tiek iebīdīts impulsu skrituļa F izgriezumā E aiz akmeņa z₁. Akmenis z₁ ar savu mugurpusi saņem impulsu no zobrata zoba u un novada to pa asi līdz svārstam. Tādējādi svārstam tiek pievadīta enerģija nerimstošu svārstību veikšanai. Kad palaišanas skrituļa zobs ir aizgriezies prom no sloksnes n, aiztures plānais, atsperīgais posms m atgriež aizturi ar akmeni iepriekšējā pozīcijā un aptur zobrata zobu t. Kad impulsu skritulis ir uzsācis kustību atpakaļ, palaišanas skrituļa akmens atkal aizķer plāno sloksni n. Bet tā kā šī sloksne pie aiztures ir piestiprināta tikai ar vienu galu, tā padodas uz augšu pati, bez aiztures, un ļauj palaišanas skrituļa akmenim turpināt kustību. Ja zobrats ir nekustīgs, impulsu skrituļa akmens z₁ veic kustību telpā starp zobiem un tos neaizskar. Pēc tam impulsu skritulis atkal virzās bultiņas virzienā un process atkārtojas.

Aiztures jeb hronometra balansieris nodrošina ļoti ātru hronometra mehānisma atbrīvošanu, bez berzes - ar īsiem grūdieniem. Caur balansiera zobratu, uzvilktās atsperes enerģija tiek novadīta hronometra rādītājiem. Hronometra balansieris nevar iedarboties pats, to jāpalaiž, kad pirmo reizi uzvelk hronometru.

Ciparnīca

Ciparnīcā ir stundu, minūšu, sekunžu rādītāji un īpašs rādītājs, kurš rāda cik ilgi hronometrs darbojas pēc pilnas tā uzvilkšanas. Lielākā daļa jūras hronometru nodrošina 56 stundu nepārtrauktu darbu. Dažu marku hronometri pat ilgāku laiku. Stundu un minūšu rādītāji novietoti uz ass ar četrstūrainu galu, kur uzlikt uzvelkamo atslēgu rādītāju pārbīdīšanai. Hronometra ciparnīcai ir divpadsmit stundu iedalījums, tādēļ katram rādījumam var būt divas nozīmes: 1 vai 13^st, 2 vai 14^st utt. Hronometra ciparnīcas lejasdaļā ir maza ciparnīca, sadalīta 60 sekundēs, pa kuru pārvietojas sekunžu rādītājs. Sekunžu rādītājs kustās grūdienu veidā ik pēc 0,5^s ar raksturīgu skaņu.

Lietošana

Hronometra mehānisms ievietots metāla korpusā, kas ar kardāna mehānismu iekārts koka kastē ar dubultu vāku. Korpuss no augšas nosegts ar noskrūvējamu vāciņu ar stiklu. Korpusa apakšpusē ir atvere uzvelkamās atslēgas ievietošanai.

Kastes apakšējā, labajā stūrī ir kardāna piekares fiksators, ar ko nostiprina hronometra korpusu nekustīgi, hronometru transportējot. Uz kuģa, hronometram darba stāvoklī, fiksatoram jābūt noņemtam. Kastes augšējā, labajā stūrī ir vieta uzvelkamajai atslēgai.

Hronometru uzvelk katru dienu vienā un tai pašā laikā, parasti no rīta. Uzmanīgi pagriež hronometru ar dibenu uz augšu, ievieto atverē uzvelkamo atslēgu, iepriekš atbīdot aizsegplāksnīti. Hronometra diennakts darba nodrošināšanai pietiek izdarīt 7 - 8 atslēgas pusapgriezienus pret pulksteņa rādītāju kustības virzienu. Pēdējo pusapgriezienu izdara uzmanīgi, nostādot hronometra darba laika rādītāju atzīmju 4 - 8^st robežās. Hronometra atsperi neuzvelk līdz galam, lai to nejauši nesalauztu, tāpat neļauj tai notecēt līdz galam. Tas tāpēc, lai atspere saglabātu pēc iespējas pastāvīgu spriegumu, kas nodrošina hronometra vienmērīgāku gaitu.

Ja hronometrs bijis apstājies, vispirms to uzvelk, tāpat līdz atzīmēm 4 - 8^st. Pēc tam nofiksē kardāna piekari nekustīgi, atskrūvē metāla vāciņu ar stiklu, un ar uzvelkamo atslēgu nostāda hronometra rādītājus vajadzīgajā stāvoklī, griežot tos kustības virzienā. Nostādot minūšu rādītāju, jāseko, lai tā stāvoklis atbilstu sekunžu rādītāja stāvoklim. Aizskrūvē vāciņu un neaizmirst atbrīvot fiksatoru. Pienākot uz hronometra iestādītajam momentam, to palaiž, viegli, bet asi pagriežot ap vertikālo asi par 40 - 50°. Bez šāda grūdiena hronometrs darboties nesāks.

Korekcija

Katram hronometram piemīt kaut kādas konstruktīvas novirzes, kuru dēļ tas vai nu steigsies, vai atpaliks, dažs vairāk, dažs mazāk. Tāpēc vienmēr būs kāda atšķirība starp Griničas laiku (GMT) un hronometra rādījumu, šo starpību sauc par hronometra korekciju u_hr.

u_hr = T_Gr - T_hr.

No formulas redzams, ja T_Gr > T_hr (hronometrs atpaliek), u_hr būs ar "+" zīmi. Ja T_Gr < T_hr (hronometrs steidzas), u_hr būs ar "-" zīmi.

Lai jebkurā momentā uz kuģa varētu uzzināt precīzi T_Gr, ir jāzina hronometra korekcijas lielums. Tāpēc katru dienu, parasti no rītiem vienā un tai pašā laikā, nosaka hronometra korekciju pēc pareizā laika signāliem, kurus pārraida gan speciālas radiostacijas, gan parastās radiostacijas. Mūsdienās hronometra korekciju biežāk nosaka pēc GPS uztvērēja, jo arī tas dod pareizu Grinvičas laiku.

Ja radiouztvērējs ir turpat hronometra tuvumā, vienkārši precīzā laika signāla (T_Gr) momentā fiksē hronometra rādījumu (T_hr) un pēc formulas aprēķina u_hr. Ja uztvērējs ir citur, piemēram, radiomājā, precīza laika signāla momentā palaiž sekundmēru. Pēc tam uz hronometra noskata kādu laika momentu T_hr' (parasti veselu minūti) un šinī momentā sekundmēru aptur. Atņemot no T_hr' sekundmēra rādījumu T_sek, iegūstam T_hr precīzā laika signāla momentā. Zinot u_hr, jebkurā momentā var atrast precīzu Griničas laiku:

T_Gr = T_hr + u_hr.

Uz kuģa visus novērotos un aprēķinātos datus ieraksta hronometra korekciju žurnālā.

Diennakts gaita

Ja hronometrs bijis nostādīts precīzi Griničas laikā, bet tas steidzas vai atpaliek, laika gaitā tā rādījums arvien vairāk atšķirsies no T_Gr uz vienu vai otru pusi. Katru dienu noteiktā hronometra korekcija atšķirsies no iepriekšējās par apmēram vienu un to pašu lielumu. Hronometra korekcijas izmaiņu vienas diennakts laikā sauc par hronometra diennakts gaitu ω:

ω = u_{hr 2} - u_{hr 1},

ja laika posms nav viena diennakts:

ω = (u_{hr 2} - u_{hr 1}) ÷ ΔT.

Pēc šīm formulām nosaka arī diennakts gaitas zīmi: ja hronometrs atpaliek, ω ir ar "+" zīmi, ja steidzas ω ir ar "-" zīmi.

Pēc diennakts gaitas var spriest par hronometra kvalitāti. Pēc tehniskajām prasībām ω nedrīkst pārsniegt ± 4^s, bet savā starpā atšķirties vairāk nekā 0,5^s.

Ja kāda iemesla dēļ nevar uztvert precīzā laika signālus, u_hr aprēķina:

u_{hr 2} = u_{hr 1} + ω.

Lai dabūtu precīzāku momentu astronomisko novērojumu laikā, hronometra korekciju aprēķina pēc formulas:

u_{hr 2} = u_{hr 1} + ωΔT,

kur ΔT - laika sprīdis no pēdējās noteiktās u_{hr 1}, izteikts diennaktīs un tās daļās.

Mūsdienas

Moderno jūras hronometru darbība var tikt bāzēta uz kvarca pulksteņiem, kurus periodiski koriģē ar GPS signālu vai radio laika signālu. Kad signāls netiek uztverts, šo hronometru precizitāte pamazām zūd, bet pat kvarca kristālu rokas pulksteņi gada laikā atpaliek tikai par 10 līdz 20 sekundēm.

Skatīt arī

• Pulkstenis

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Hronometrs.
• Hronometrs
• Balansiera darbība