Хронограф - прибор для точной регистрации времени какого-либо событияХронограф // Большая Советская Энциклопедия / под ред. А. М. Прохорова. 3-е изд. Т.28. М., «Советская энциклопедия», 1978..
Хронографы служили для определения промежутков времени путём сравнения отметок начала и конца наблюдаемых промежутков с отметками известных промежутков времени. Так, например, если на движущейся бумаге получена запись AabcdA' какого-нибудь явления, где излом ab обозначает начало, a cd конец явления и запись BB', где каждая из линий формы οαβγι изображает запись, положим, одной секунды, и если относительное положение перьев, чертивших АА' и ВВ', нам известно, например если оба пера были установлены так, что их концы находятся на одной линии, перпендикулярной к направлению движения бумаги, то мы легко можем сделать заключение о продолжительности (ad) явления.
Для этого проведём из а и d перпендикуляры ak и dl; очевидно, что искомая продолжительность явления больше 2 секунд, но менее 4 и близка к 3 сек. Если длины, изображающие секунды по смежности с k и l, близки между собой, то искомый промежуток времени определим точнее; если средняя длина секунды около k получилась, например, 15 мм, а расстояние между точками k и о равно 3 мм, то должно прибавить к двум секундам 3/15 сек., или 0,2 сек. Подобным же образом найдём, что время, соответствующее длине 2 l, будет 0,75 сек. Искомая продолжительность ad равна = 2 + 0,2 + 0,75 = 2,95 сек. Основанный на таком принципе хронограф является самым совершенным и должен состоять, следовательно, из следующих частей: подвижной части, на которой получаются отметки, например вращающегося барабана, ленты, движущейся поступательно, и пр. Отметчиков моментов разного рода явлений, например замыкания и размыкания тока, нажатия резиновой груши и пр. Прибора, дающего определённые небольшие промежутки времени, как то: часы (секунды, полусекунды), камертон (1/100 сек. и менее).
Если подвижная часть (1) при помощи какого-либо механизма движется с достаточно равномерной скоростью, то эту скорость легко определить, наблюдая перемещение этой части за известный промежуток времени, определяемый при помощи часов. Полученная скорость и есть путь, соответствующий одной секунде; измерив этим масштабом расстояние между отметками наблюдаемого явления, получаем искомое время. Это уже будет хронограф в упрощённой форме. Одним из известных универсальных хронографов является хронограф Марея, состоящий из часового пружинного механизма А, снабжённого регулятором скорости (Фуко) и барабана В, ось которого может быть установлена в трёх положениях, в которых барабан и может вращаться с тремя определёнными скоростями.
В каждом из этих положений ось барабана служит продолжением соответствующей оси часового механизма и с ней сцепляется и вращается, например на одной оси — раз в минуту, на другой — 6 раз, на третьей 36 раз в минуту. На барабан В наклеивают гладкую бумагу, которую покрывают лёгким слоем копоти, например от свечи. Запись на копоти самым деликатным отметчикам представляет весьма малое сопротивление и легко может быть закреплена спиртовым раствором шеллака. Отметчик устанавливается на горизонтальном стержне С, укреплённом на неподвижной стойке. Наиболее употребительны быстрые отметчики: воздушный — Марея и электромагнитный — Марсель Депре. Отметчик Марея состоит из металлического сосуда а, передняя стенка которого затянута тонкой каучуковой перепонкой с; на эту перепонку наклеен лёгкий алюминиевый кружок d.
Если вдунуть воздух в а через трубку b, то движение диска d при помощи рычажка передаётся лёгкому пёрышку е, которое и сделает соответствующую отметку на закопчённой поверхности цилиндра. Винтом f можно изменять длину короткого плеча рычага и таким образом изменять величину перемещения конца е; прорезь в е даёт возможность устанавливать при этом рычажок, соединяющий е с d, перпендикулярно к d и е. Соединив резиновую грушу с трубкой b, можем нажатием груши произвести отметку на цилиндре с некоторого расстояния. Скорость передачи отметки зависит от длины соединительной трубки и её внутреннего диаметра (а также и от упругости трубки), но всё же близка к скорости звука в воздухе. Время действия самого отметчика при крайне малой массе подвижных частей и сравнительно сильном нажатии груши весьма мало и измеряется тысячными долями секунды. Общее запаздывание отметчика во всяком случае будет ничтожно в сравнении с ошибкой, которую делает наблюдатель, дающий сигнал, которая не меньше 1/5 сек.; если же сигнал даётся автоматически, быстро движущимся телом, то иногда нужно считаться с запаздыванием отметчика и со способом нажатия груши. Электромагнитный отметчик Марсель Депре может быть применён в большем числе случаев и с большим удобством.
Он состоит из электромагнита С и подвижного якорька А, оттягиваемого назад от с спиральной пружинкой R. Винт B может перемещать конус, ограничивающий размах якорька наружу, а листок тонкой бумаги препятствует ему пристать вплотную к сердечнику электромагнита. На одном конце якоря зажато пёрышко D из весьма тонкой роговой пластинки. Масса якорька должна быть по возможности мала, а сила притяжения и натяжения пружинки R должна быть относительно велика, для того чтобы время действия приборчика, или отставание его, было ничтожно. Существующие приборчики Депре легко могут отметить 1500 размыканий и столько же замыканий в секунду, время замыкания или размыкания в отдельности может быть доведено до 1/5000 сек. соответственным регулированием натяжения пружинки. Электромагниту с приданы малые размеры, чтобы уменьшить запаздывание намагничивания и размагничивания. Обратимся вновь к рисунку 1, изображающему хронометр Марея. Если продолжительность наблюдаемого явления менее, чем время одного оборота барабана В, то очевидно можем, установив тот или другой отметчик и пустив в ход механизм, записать явление. Если же продолжительность явления более, чем самое большее время оборота барабана, то нужно сообщить стойке С поступательное движение, параллельное оси цилиндра В. Тогда отметчик пишет по поверхности цилиндра винтовую линию, делая на ней зубцы при получении сигнала. Для этой цели рядом с барабаном В устанавливают прибор, изображённый на следующем рисунке.
На этом приборе имеется винт С', вращение которого при помощи гайки сообщает поступательное движение катящейся на колёсиках по рельсам тележке В', на которой находится вертикальная стойка D' для отметчиков. Винт С' приводится во вращение или часовым механизмом А', как это изображено на рисунке справа, или шнуром при помощи шкивков, устанавливаемых на оси винта C и на осях, выступающих влево из часового механизма А. Число оборотов винта С' подбирается таким, чтобы шаг винтовой линии, получающейся на барабане хронографа, был достаточен для того, чтобы записи отметчика или двух отметчиков, стоящих рядом, не налегали друг на друга. На приборе, изображённом справа, изменение числа оборотов винта С' достигается поворотом лопастей ветрянки часового механизма А'. Так как благодаря регулятору Фуко скорость вращения барабана хронографа Марея держится достаточно постоянной в течение опытов (изменение скорости менее 1 %), то лишь в некоторых случаях следует отмечать ещё время и ставить 2 отметчика. Если требуется оценка времени до 1/10 сек., то вполне достаточно отмечать лишь секунды, для чего можно воспользоваться часами с электрическими контактами или даже одним секундным маятником, размыкающим ток. Для оценки малых промежутков времени или для точных определений времени пользуются камертоном, дающим известное число колебаний в секунду (метод Дюгамеля). Прикрепив к ветви камертона лёгкое пёрышко, можно записать колебания камертона непосредственно на вращающемся цилиндре, покрытом копотью: тогда получим волнистую линию с постепенно уменьшающимися амплитудами. Гельмгольц и Фуко ввели в употребление камертоны, колебания которых поддерживаются непрерывно при помощи электромагнита, наподобие якоря электрического звонка. В хронографе Марея и многих других, прерывистые токи, поддерживающие колебания камертона, пропускают ещё через отметчик Депре; при числе колебаний камертона до 100 в сек. отметчик Депре даёт запись с весьма резкими зубцами. Такая именно схема изображена на рисунке 1, она применена там для выверки равномерности вращения барабана хронографа. В хронографе Ришара и других подвижная тележка с отметчиком или двумя, а иногда и тремя, монтирована вместе с часовым механизмом и барабаном; в такой форме прибор более удобен при переноске. Однако производить запись на закопчённой поверхности удобно, лишь когда явления весьма кратковременны. Если же нужно измерять только до 1/10 или 1/20 сек., то можно гораздо удобнее пользоваться записью на бумаге чернилами, особенно когда время наблюдения может быть очень велико. Один из таких хронометров изображён на следующих рисунках (Пейэр, Фаварже): он похож на телеграф Морзе и записывает на длинной бумажной ленте.
Часовой механизм этого хронографа, снабжённый регулятором Гиппа () с вибрирующим стержнем, проводит бумажную ленту под тремя сифонными отметчиками, пишущими особыми невысыхающими чернилами. Эти отметчики приводятся в действие каждый порознь, своим электромагнитом E, и дают зубцы при замыкании и размыкании тока через соответствующий электромагнит. В этом хронографе степень регулирования ниже, чем в регуляторе Фуко, но зато, располагая с удобством тремя отметчиками, можем один из них соединить с часами для записи секунд. Здесь масса и трение частей отметчиков уже значительны, кроме того, чернила не всегда поспевают записывать на бумаге, движущейся слишком скоро, и поэтому большей частью довольствуются скоростями ленты 10 или 20 мм в секунду. До изобретения Марселем Депре его отметчика отметки на бумаге и на закопчённой поверхности металлического цилиндра делались при помощи электрической искры. Разряд лейденской банки делает весьма явственные проколы на бумаге, а самая слабая искра и без банки даёт несколько размытую отметку на копоти. Такой отметчик крайне прост и быстр, но место появления отметки бывает различно от случайных причин, а иногда и появление отметки несколько капризно, кроме того, требуется порядочная изоляция, если сигнал подаётся издали. Достоинство этого метода заключается в возможности придать при помощи не особенно сильного механизма весьма большую скорость барабану, так как отметчик с искрой не оказывает никакого сопротивления вращению барабана. На следующем рисунке изображён один из приборов такого рода, работы Сименса и Гальске.