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摆轮游丝系统(振动系统)——发展简史

作者:万表网内容来源:万表网时间:2014-09-26
[导读]摆轮游丝系统(振动系统)——发展简史 成熟的钟表应该从英国钟表开始讲起 自17世纪那场著名的“航海天文钟”比赛起,英国钟表曾经是世界上最好的。早期的英国表的摆轮游丝系统是一个金属的闭合光摆配合铁基做成的平游丝(发蓝),也就是荷兰科学...

摆轮游丝系统(振动系统)——发展简史

成熟的钟表应该从英国钟表开始讲起

自17世纪那场著名的“航海天文钟”比赛起,英国钟表曾经是世界上最好的。早期的英国表的摆轮游丝系统是一个金属的闭合光摆配合铁基做成的平游丝(发蓝),也就是荷兰科学家惠更斯发明的摆轮游丝钟的缩小版。通常,高级的英国表的摆轮是由贵金属制造(k金)以增加摆轮的惯量,可以达到走时准确的目的。就以现在留存的这些珍贵钟表看,每日的走时误差大约会在5分钟内。

后期的英国表也用到了双金属截断摆轮

双金属截断摆轮

这种摆轮也是由英国人发明的(具体谁的忘了)。摆轮的外圈是黄铜,内圈是钢,这两种金属由螺丝紧密的结合在一起。这摆轮边上多出的十几个螺丝,不仅固定金属用,而且还可以调整摆轮的位差。这样的设计巧妙的补偿了游丝由于温度变化而引起刚性的改变,而刚性的改变会带来不小的走时误差。当温度升高时,游丝变长,而摆轮由于铜的膨胀系数大于钢的,会往内收缩。反之,温度降低,游丝变短,摆轮会向外扩张。这种设计一直持续到因瓦合金的发明而结束。

这样精密的设计通常还多见于“航海天文钟”上,而天文钟配合的却是一种绕成圆柱状游丝,俗称“桶形游丝”。桶形游丝制作非常困难,但是这种游丝带来的好处也是显而易见的——可以大大减小由游丝舒张不同心所带来的位差。但这种游丝通常却不用于便携式钟表上,因为他的占用的体积太大,一位衣着得体的绅士,他放怀表的口袋却鼓囊囊的一大块,这实在是不优雅的。

到了18世纪,英国人已经不在钟表上占有绝对优势,另外一个突起大军——法国钟表也占有了一席地位。其中一位大家耳熟能详的大师级人物:宝玑先生。他解决了游丝不同心和桶型游丝体积过于庞大的问题:宝玑式上饶游丝。

这种游丝的好处在于他解决了两个问题:游丝同心、体积又小。最原始的宝玑式游丝的上饶部分是有一条直线的(上图)

后来有了不同的变种,即取消了这条直线,不过功能还是齐全的。

至于宝玑先生为了彻底解决位差这一现象的存在而发明陀飞轮的故事,这里就不阐述了。

但是这里值得一提的是,并不是只有宝玑先生解决了困扰大家多年的游丝同心问题。卢瑟尔(LOSSIER) 游丝同样也有异曲同工之妙,虽然他的重点不在于解决同心问题,据现在仅有的资料讨论,这样的发明,主要解决的了宝玑游丝容易受震而挂桩的问题。

1896年瑞士物理学家夏尔·爱德华·纪尧姆(C.E.Guillaume)发明了一种合金,这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少,出现所谓反常热膨胀现象(负反常),从而可以在室温附近很宽的温度范围内,获得很小的甚至接近零的膨胀系数,这种合金的组成是64%的Fe和36%的Ni,呈面心里方结构,其牌号为4J36,它的中文名字叫殷钢,英文名字叫因瓦合金(invar),意思是体积不变。这个卓越的合金对科学进步的贡献如此之大,致使其发现者(瑞士物理学家纪尧姆)为此获得1920年的诺贝尔物理学奖,在历史上他是第一位也是唯一的科学家因一项冶金学成果而获此殊荣。

这项发明很快便运用到钟表里面,双金属截断摆轮已经成为历史,因为由因瓦合金制造的游丝不需要摆轮来进行温度变化补偿了。

人们渐渐发现,甩掉了摆轮上沉重的螺丝后,频率可以提高到前所未有的速度,光摆再次回到人们的眼前,而频率记录也在不断的刷新,从原始的1\2秒,1\4秒,在短时间内迅速提高到1\6,1\8,1\10甚至不可思议的1\100秒!钟表的准确度再一次被提高。

从古光摆到现代光摆,也是一个有趣的轮回。

但是现在带补偿的摆轮又悄悄的归来,由百达翡丽发明的砝码摆轮,一直被高级表所青睐。这种摆轮一般配合无卡度游丝使用,无卡度游丝的好处在于没有传统的游丝卡子,也就没有了游丝和卡子之间的间隙运动导致的误差,另外由意外碰撞导致卡子移位引起误差的现象也彻底地消除。而砝码摆通过砝码内外的不平衡来控制摆轮的惯量而达到调整节奏的目的。

 

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