海洋時間表

海洋時間表
倫敦的查爾斯·弗羅德沙姆(Charles Frodsham)由倫敦的海軍陸戰隊計時器顛倒了,以揭示運動。大約1844- 1860年的時間表。
分類
行業 運輸
應用 計時
動力
發明者 約翰·哈里森(John Harrison)
發明 1761

海洋天文組織是一種精確的鐘錶,它是在船上進行的,並通過天體航行來確定船位的位置。它用於通過比較格林威治的平均時間(GMT)以及從天體觀察到的當前位置的時間來確定經度。當18世紀首次發展時,這是一項重大的技術成就,因為對長海航行的時間的準確了解對於有效導航,缺乏電子或通信輔助工具至關重要。第一個真正的計時台是一個人的生活工作,約翰·哈里森(John Harrison)的生活工作,涵蓋了31年的持續實驗和測試,徹底改變了海軍(後來的航空)導航。

術語計時儀是從希臘語單詞χρόνος計時)(表示時間)和儀表(意思是度量)中創造的。英國神職人員和科學家威廉·德勒姆(William Derham)的1713年書籍物理學包括最早的海洋鐘錶理論描述之一。最近,它越來越常用於描述經過測試和認證的手錶以滿足某些精確標準。

歷史

傑里米·塔克(Jeremy Thacker)的海軍陸戰隊“計時儀”在鈴鐺罐中使用了gimbal真空

為了確定地球表面上的位置,需要了解緯度經度高度是必要和足夠的。對於在海平面運行的船隻,自然可以忽略高度注意事項。直到1750年代中期,由於難以計算經度,因此從陸地上看不到土地的準確航行是一個未解決的問題。導航器可以通過在中午(即,當它達到天空中的最高點或高潮)或在北半球中測量太陽的角度來確定其緯度。通常在暮光之城)。但是,為了找到經度,他們需要一個時間標準,以便在船上有效。由於船的運動,通常無法在海上觀察到常規的天體運動,例如基於木星天然衛星的伽利略方法約翰內斯·沃納(Johannes Werner)在1514年最初提出的月球距離法是與海洋天文鐘平行開發的。荷蘭科學家Gemma Frisius是第一個提議使用計時儀表來確定經度的人。

計時儀的目的是準確測量已知固定位置的時間。這對於導航尤為重要。當地球以常規的可預測速率旋轉時,可以使用計時儀和船舶當地時間之間的時間差來計算船的經度相對於素時間子午線(定義為0°) (或另一個起點),如果準確地使用球形三角學。實用的天體導航通常需要海洋天文組織來測量時間,六六分子來測量角度,年鑑給出了天體物體坐標的時間表,一組降低視覺表以幫助執行高度和方位型計算的圖表,地區。在減少視線表的情況下,唯一需要的計算是加法和減法。大多數人可以在使用手動計算方法的一兩天或兩天的指令和練習後掌握更簡單的天體導航程序。使用海洋時間表來確定Chronometer的經度允許導航器獲得合理準確的位置固定。每四秒鐘,時間源處於錯誤狀態,東與源的位置可能會偏離一小英里以上,因為地球的角速度取決於緯度。

很難在海上可靠地工作的鐘錶的創建。直到20世紀,最好的計時員都是擺時鐘,但是在海上滾動的船隻和地球重力的最高變化都使基於重力的鐘擺在理論上和實踐中都無用。

第一個例子

亨利·蘇利(Henry Sully,1680-1729)於1716年提出了第一個海洋鐘錶

克里斯蒂亞·霍根斯(Christiaan Huygens )在1656年發明了鐘擺時鐘之後,在1673年在法國首次嘗試了在Jean-Baptiste Colbert的讚助下。 1675年,正在從路易十四獲得養老金的惠根(Huygens)發明了一個計時型人,該計算機使用了平衡輪螺旋彈簧進行調節,而不是擺鐘,為海上天文彙編者以及現代的口袋手錶和腕錶開闢了道路。他獲得了從科爾伯特(Colbert)發明的專利,但他的時鐘在海上仍然不精確。 Huygens於1675年嘗試從Charles II獲得一項英國專利的企圖刺激了羅伯特·胡克(Robert Hooke) ,後者聲稱自己想像了幾年前的春季時鐘,試圖生產併申請專利。在1675年,霍根斯(Huygens)和胡克(Hooke)分別向查爾斯(Charles)提供了兩個這樣的設備,但沒有一個效果很好,霍根斯(Huygens)和胡克(Hooke)都沒有獲得英國專利。正是在這項工作中,胡克制定了胡克定律

約翰·哈里森(John Harrison )的H1海軍陸戰隊會員1735

該術語的首次發表是在1684年在Kiel Matthias Wastmuth教授的理論工作Arcanum Navarchicum中。接下來是對英國科學家威廉·德勒姆(William Derham)在1713年發表的作品中的進一步的理論描述。德勒姆(Derham)的主要作品,物理學,物理學,或證明了他的創造作品的上帝的存在和屬性,也提出了這種用途。真空密封以確保時鐘操作的準確性更高。傑里米·塔克(Jeremy Thacker)於1714年在英格蘭和法國的亨利·蘇利(Henry Sully)在兩年後在英國開始建造一項工作的海洋文精靈的嘗試。 Sully於1726年與Une HorlogeInventéeetExecutéePar M. Sulli發表了他的作品,但他和Thacker的模特都無法抵抗海洋的滾動,並在船上條件下保持精確的時間。

哈里森(Harrison)的1761年H4鐘錶儀的圖紙發表在哈里森先生的計時員原理上,1767年。

1714年,英國政府為確定海上經度的方法提供了經度獎,該獎項的獎項從10,000英鎊到20,000英鎊(2024年的2024英鎊至400萬英鎊)不等。約克郡木匠約翰·哈里森(John Harrison )於1730年提交了一個項目,並於1735年根據一對反振蕩的加權梁完成了一個時鐘,該梁由彈簧連接的一對反振動加權梁,其運動不受重力或船舶運動的影響。他的前兩個海上鐘錶H1和H2(於1741年完成)使用了該系統,但他意識到它們對離心力具有根本的敏感性,這意味著它們在海上永遠不夠準確。 1759年,他的第三台機器(指定H3)的建造包括新穎的圓形餘額以及雙金屬帶和籠子滾輪軸承的發明,這些發明仍然被廣泛使用。但是,H3的圓平衡仍然證明太不准確了,他最終放棄了大型機器。

費迪南德·伯特德(Ferdinand Berthoud

哈里森(Harrison)在1761年用他較小的H4計時儀設計解決了精確問題。H4看起來很像一個大型五英寸(12厘米)直徑的袖珍手錶。 1761年,哈里森(Harrison)提交了H4,獲得了20,000英鎊的經度獎。他的設計使用了由溫度補償的螺旋彈簧控制的快速平衡輪。這些功能一直在使用,直到穩定的電子振盪器允許以可承受的成本製作非常準確的便攜式時計。 1767年,經度委員會哈里森先生的計時員的原則上發表了他的作品描述。 1767年,在Charles-François-César-le Tellier de Montmirail的Charles-François-César-césar-césar-césar-césar-césar-césar-césar-césarle telier de Montmirail進行了首次測量。

進一步的發展

皮埃爾·勒·羅伊(Pierre Le Roy)海軍陸戰隊會計師計算機,1766年,在巴黎的Arts etMétiers攝影

在法國,1748年,皮埃爾·勒·羅伊(Pierre Le Roy)發明了現代天列表的定期逃生特徵。 1766年,他創建了一個革命性的計時者,該計算機結合了一個持續的逃脫溫度補償的平衡等方面的平衡春季:哈里森表明,海上有可靠的天文鐘的可能性,但勒·羅伊(Le Roy)的這些發展被魯珀特·古爾德(Rupert Gould)視為。現代天文鐘的基礎。勒羅伊(Le Roy)的創新使計時儀比預期的要精確得多。

哈里森(Harrison)的計時量表H5,1772年,現已在倫敦科學博物館展出

法國的Ferdinand Berthoud以及英國的Thomas Mudge也成功地生產了海洋計時員。儘管沒有一個很簡單,但他們證明了哈里森的設計並不是解決問題的唯一答案。邁向實用性的最大進步是在托馬斯·恩肖(Thomas Earnshaw)約翰·阿諾德(John Arnold)的手中,他們在1780年開發並獲得了專利的簡化,獨立的“春季”逃生,將溫度補償轉移到了平衡上,並改善了平衡泉的設計和製造。直到電子時代,這種創新的結合一直是海洋天文組織的基礎。

Ferdinand Berthoud Chronometer No。 24(1782),在巴黎的MuséeDesArtsetMétiers上展出

最初,這項新技術是如此昂貴,以至於並非所有船舶都攜帶的天空按鈕,如東印度人阿尼斯頓的最後一次旅程所示,遭受了372人的生命。但是,到1825年,皇家海軍已經開始常規向其船隻提供天文典禮。

從1820年開始,格林威治的英國皇家天文台在金鐘煽動的試驗或“天文鐘競爭”計劃中測試了海洋天文組織,旨在鼓勵改善天文鐘。第七天文學家皇家喬治·比德爾·艾里(Royal George Biddell Airy)開始了1840年,以不同格式進行了新的試驗。這些試驗一直以與1914年第一次世界大戰爆發的格式相同的格式持續幾乎相同。儘管正式審判停止了,但對皇家海軍的天文計測試卻沒有。

海洋時間表製造商將位於西歐的天文天文台的緣素進行了研究,以對其鐘錶進行準確評估。一旦機械鐘錶運動提高了足夠的精度以允許適當準確的海洋導航,這些第三方獨立評估也發展為位於西歐的天文學觀察者所謂的“天文儀競爭”。 Neuchâtel天文台日內瓦天文台Besançon天文台Kew天文台德國海軍天文台漢堡Glashütte天文台是觀察機械時間準確性的觀測站的重要例子。天文台測試制度通常持續30至50天,並且包含的​​準確性標準比現代標準(例如由Cont [Contiel officiel suisse desChronomètres(COSC))所設定的標準更為嚴格和困難。當運動通過天文台測試時,它被認證為天文台計時儀表,並從天文台收到了馬爾凱公告,並規定了運動的表現。

當時,船隻很常見,例如皇家天文台的格林威治(Greenwich)時間球,在出發前進行長途航行之前檢查他們的天文序者。每天,船隻都會在格林威治的泰晤士河上短暫錨定,等待觀測站的球落在下午1點。這種做法在很小的一小部分是為了隨後採用格林威治的平均時間作為國際標準。 (隨著廣播時間信號的引入,時間球變得多餘,這本身在很大程度上被GPS Time取代。)除了在離開航行之前設置時間,還經常檢查船上的船上計時器,同時在海上進行準確性檢查。進行月球或太陽觀測。在典型的用途中,計時台將安裝在甲板下方的庇護位置中,以避免損壞和暴露於元素。水手將使用計時儀表設置所謂的黑客手錶,該手錶將在甲板上攜帶以進行天文觀察。儘管與計時儀表相比精確得多(且價格便宜),但設置後的短時間內將令人滿意(即,足夠長的時間來進行觀察)。

合理化生產方法

第二次世界大戰後,蘇聯在蘇聯生產的Einheitchronometer模式MX6海洋天元群眾群眾群眾
第二次世界大戰期間和之後,漢密爾頓模型21 Model Mode Marine Chronometer Massure

儘管工業生產方法開始在19世紀中葉徹底改變製表,但Chronometer的製造仍然持續了更長的基礎,並由英國和瑞士製造商主導。在20世紀初,諸如尤利西·納丁(Ulysse Nardin)之類的瑞士製造商在結合現代生產方法並使用完全可互換的零件方面取得了長足的進步,但僅在第二次世界大戰的一開始才能使美國漢密爾頓觀察公司(Hamilton Watch Company)完善從1942年開始為美國軍事和商人海軍陸戰隊分支機構以及第二次世界大戰期間的其他盟軍生產大眾生產過程,從而使其能夠生產成千上萬的漢密爾頓模型21和22模型的天貨幣計。漢密爾頓21海軍陸戰隊會計師的鏈條驅動器,其二手前進了 12-秒在60秒標記的子錶盤中遞增。在德國,在那裡進口或使用了外國關鍵組件, Drei-pfeiler Werk Einheitschronometer (三柱運動統一的臨時計算機)是由Wempe Chronometerwerke和A. Lange&Söhne公司之間的合作而開發的。 。精確且廉價的Einheitschronometer的發展是1939年的德國海軍指揮和航空部驅動的倡議。連續生產始於1942年。所有部分都是在德國製造的,可互換。在第二次世界大戰過程中,當原材料變得稀缺時,必須進行必要的修改,並且有必要工作,有時在各種德國製造商之間自願共享以加快生產的速度。德國統一設計的天列表及其統一組件的生產一直持續到第二次世界大戰後的德國和蘇聯,他們沒收了原始的einheitschronometer技術圖紙,並於1949年在莫斯科建立了一條生產線包含德國製作的動作。從1952年到1997年,MX6天文儀表與次要的часп址(NII CHASPROM - 蘇聯時代的鐘錶學研究所)設計的更改是由蘇聯製造的組成部分產生的。德國Einheitschronometer最終成為最高體積生產的機械海洋計時器設計,生產了約58,000輛。其中,在第二次世界大戰期間生產了不到3,000人,在西德和東德戰爭後約5,000人,在蘇聯和後來的蘇聯俄羅斯大約50,000。在第二次世界大戰期間和之後,漢密爾頓21海軍陸戰隊會計師的生產大約13,000輛。儘管Einheitschronometer和Hamilton的成功,但在機械計時員時代,以舊方式製造的天文鐘從未從市場上消失。托馬斯·默瑟(Thomas Mercer)的天列表是繼續製造它們的公司之一。

歷史意義

維多利亞女王的皇家遊艇維多利亞和阿爾伯特(Albert)的機械盒裝海洋貨艙

船舶的海洋時間表是有史以來最精確的便攜式機械鐘錶,在靜態環境中,只有不可折疊的精度擺鐘來擊敗天文台。他們在六分之一的旁邊確定了海上船舶的位置。航海國家在開發這些精確儀器方面進行了豐富的投資,因為海上的精確位置具有決定性的海軍優勢。如果沒有他們的準確性和啟用海洋天文組織的導航壯舉的準確性,皇家海軍的上升和大英帝國的擴張可能並不是如此的絕大部分發生,這是可以說的。戰爭和國外殖民地征服帝國的形成發生在英國船隻由於貨幣計的可靠導航時期,而他們的葡萄牙語,荷蘭和法國對手則沒有。例如:法國人在印度和英國之前的其他地方都建立了良好的建立,但在七年戰爭中被海軍擊敗。

在20世紀,當第一次世界大戰後,英國皇家天文台的天文台計時儀部門的工作在很大程度上僅限於對金鐘和觀察的評級,而金鐘已經擁有並提供了接受測試,所以評級和維持海洋天文組織的評級和維持非常重要。 1937年,時代部首次設立了一個研討會,以維修和調整英國武裝部隊發行的天文鐘錶和手錶。這些維護活動以前已外包給商業研討會。

從大約1960年代開始,機械彈簧驅動器海上天貨艙逐漸被基於電動工程技術和技術的天元器逐漸取代並取代。 1985年,英國國防部通過招標邀請競標,以處置其機械漢密爾頓21 Model Mode Marine Chronerters。美國海軍將他們的漢密爾頓21模型海洋時間表保持服務,作為Loran-C雙曲線無線電導航系統的備份,直到1988年GPS全球導航衛星系統被批准為可靠。在20世紀末,機械海洋天文組織的生產已經下降到這樣的地步,以至於俄羅斯的第一家莫斯科觀察工廠“基洛夫”( Poljot )在俄羅斯,德國的Wempe和英格蘭的Mercer訂購了少數。

包括哈里森(Harrison)的H1至H4在內的最完整的國際海洋天典集合在英國倫敦格林威治(Greenwich)的皇家天文台

特徵

計時型機製圖(文本為德語)。注意Fusee將不同的彈簧張力轉化為恆力
Einheitschronometer模式海洋鐘錶儀(A. Lange&Söhne,1948年)顯示其二手在12-秒中以60秒的標記為子錶盤,以獲得GFZ處的天體角度測量的最佳時機

關鍵的問題是找到一個諧振器,該諧振器仍然不受海上船舶所遇到的變化條件的影響。利用到彈簧的平衡輪解決了與船體運動相關的大多數問題。不幸的是,大多數平衡彈簧材料的彈性相對於溫度而變化。為了補償不斷變化的彈簧強度,大多數計時量計平衡都使用雙金屬條將小重量移動到振蕩的中心,從而改變了平衡週期以匹配彈簧的變化力。平衡春季問題通過一種名為Elinvar的鎳鋼合金在正常溫度下彈性。發明家是查爾斯·埃杜瓦德·吉拉姆(CharlesédouardGuillaume) ,他因其冶金工作而獲得了1920年諾貝爾物理獎

逃避有兩個目的。首先,它允許火車分級前進並記錄餘額的振盪。同時,它提供了微量的能量來應對摩擦的微小損失,從而保持了振蕩平衡的動力。逃脫是滴答作響的部分。由於振蕩平衡的自然共振是天文鐘的核心,因此,計時儀的逃逸旨在干擾盡可能少的平衡。有許多恆定力和獨立的逃生設計,但最常見的是彈簧定義和樞軸的延伸。在這兩種情況下,一個小的替補都將逃生輪鎖定,並讓平衡完全擺脫干擾,除非在振盪中心短暫的一小段時間(當它最不容易受到外部影響)時。在振蕩的中心,餘額人員的滾筒暫時移動了定位,使逃生輪的一齒可以通過。然後,逃生齒齒將其能量賦予平衡人員的第二個滾筒。由於逃生輪僅朝一個方向轉動,因此平衡只能沿一個方向衝動。在返回振盪時,置於驅動器的尖端上的彈簧使工作人員的解鎖滾輪可以在不移動替代的情況下移動。任何機械計時器的最弱點是逃避的潤滑。當油通過年齡或溫度加厚或通過濕度或蒸發而消散時,速率會發生變化,有時會隨著平衡運動在逃逸中較高的摩擦而降低。由於不需要潤滑,因此與其他逃生相比,逃生逃脫具有強大的優勢。從逃生輪到衝動滾輪的衝動幾乎是死機,這意味著幾乎不需要潤滑的滑動動作。按照金屬在黃銅和鋼上的下滑摩擦摩擦,計時型逃生輪和延伸彈簧通常是金。

計時儀通常包括其他創新以提高其效率和精度。紅寶石和藍寶石等硬石通常被用作珠寶軸承,以減少樞軸和逃生的摩擦和磨損。 Diamond通常被用作較低平衡工作人員樞軸的帽子石頭,以防止從小型樞軸端旋轉多年的磨損。直到20世紀第三季度的機械計時儀生產結束,製造商繼續嘗試諸如滾珠軸承和鍍鉻旋轉樞軸之類的東西。

鐘錶通常受到元素的保護,並將其保持在固定位置的固定位置,以懸掛在gimbals中的傳統盒子(通過軸承連接的一組環)。這樣可以使計時儀保持在水平的“撥號”位置中隔離,以對抗船舶傾斜度(搖擺)運動引起平衡輪上的時機誤差。

海洋時間表始終包含維持能力,使天文鐘在受傷時保持運轉,並且功率儲備指標可以顯示計時儀將繼續運行多長時間而不會受傷。

這些技術規定通常會在機械海洋天文組織中準確地定時使用,至每天0.5秒以內。

計時量表等級

用嚴格的鐘錶術語來說,“等級”是指儀表儀,是在儀器進入服務之前,在儀器隨附的評級證書上觀察並記錄每天的平均收益或損失率。該每日速率在現場使用以糾正儀器指示的時間以獲得準確的時間閱讀。即使是最佳溫度補償等最佳製作的計時儀,也表現出兩種類型的誤差,(1)隨機和(2)一致。儀器的設計質量和製造的質量使隨機錯誤保持較小。原則上,一致的錯誤應該可以通過調整來消除,但是實際上不可能如此精確地進行調整,以完全消除此錯誤,以便使用評級技術。由於油的增厚,在使用儀器的情況下,速率也將發生變化,因此,在長期探險中,該儀器的速率將根據天文觀測確定的準確時間進行定期檢查。

今天的海洋時間表使用

Omega 4.19 MHz( 4 194 304 = 2 22高頻石英諧振器)船隻海洋貨架計算機,每年的自主準確度小於5秒,法國海軍發行,1980年。第二手可以以1⁄2的增量促進最佳的天體時間。對象的角度測量。

自1990年代以來,船隻船隻可以使用幾個全球導航衛星系統(GNSS)來瀏覽世界上所有的湖泊,海洋和海洋。海上GNSS單元包括對水有用的功能,例如“人過頭” (MOB)功能,可以立即標記一個人落入舷外的位置,從而簡化了救援工作。 GNSS可以使用NMEA 0183接口連接到船上的自我檢測裝備圖表圖,還可以通過啟用自動識別系統(AIS)來提高運輸流量的安全性。

即使使用這些方便的21世紀技術工具,現代實用的導航器也通常使用使用電動的時間來源與衛星導航使用天體導航。小型手持計算機,筆記本電腦,導航計算器甚至科學計算器使現代導航器通過自動化所有計算和/或數據查找步驟,使現代導航器能夠在幾分鐘內“減少”六分之光。使用多個獨立的位置修復方法,而無需僅依靠主題到失敗的電子系統有助於導航器檢測錯誤。專業水手仍必須精通傳統的飛行員和天體導航,這需要使用精確調整和評級的自動級或定期外部時間信號校正式計算機。這些能力仍然是某些國際水手認證的要求,例如負責航海手錶的官員,碩士兼伴侶甲板官員,並在長距離私人巡航遊艇上補充了離岸遊艇大師。

現代海洋天文組織可以基於石英時鐘,這些石英鐘定期通過衛星時間信號或無線電時間信號(請參閱無線電時鐘)進行校正。當未收到信號時,這些石英時間表並不總是是最準確的石英時鐘,並且它們的信號可能會丟失或阻塞。但是,即使在手錶中,也有自主的石英運動,每年都可以在5或20秒內準確。除了GPS時信號校正之外,至少一個用於高級導航的石英計時儀利用了使用平均值校正的多個石英晶體。

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