Маятник -решетка — это часовой маятник с температурной компенсацией, изобретенный британским часовщиком Джоном Харрисоном около 1726 года и позже модифицированный Джоном Элликоттом . Его использовали в точных часах. В обычных маятниках часов стержень маятника расширяется и сжимается при изменении температуры. Период качания маятника зависит от его длины, поэтому ход маятниковых часов менялся в зависимости от изменения температуры окружающей среды, что приводило к неточному измерению времени . Маятник-решетка состоит из чередующихся параллельных стержней из двух металлов с разными коэффициентами теплового расширения , например стали и латуни . Стержни соединены рамой таким образом, что их различные тепловые расширения (или сжатия) компенсируют друг друга, так что общая длина маятника и, следовательно, его период остаются постоянными в зависимости от температуры.
Маятник с решеткой использовался в период промышленной революции в маятниковых часах , прецизионных часах, используемых в качестве эталонов времени на фабриках, в лабораториях, офисных зданиях и почтовых отделениях для планирования работы и настройки других часов. Решетка стала настолько ассоциироваться с точным хронометрированием, что по сей день многие часы имеют маятники с декоративными ложными решетками, которые не обладают термокомпенсирующими свойствами.
Его простейшая и более поздняя форма состоит из пяти стержней. Центральный железный стержень поднимается от боба к точке непосредственно под подвеской.
В этот момент поперечина (средний мост) отходит от центрального стержня и соединяется с двумя цинковыми стержнями, по одному с каждой стороны центрального стержня, которые доходят до нижнего моста чуть выше боба и крепятся к нему. Нижний мост проходит через центральную тягу и соединяется с двумя другими железными стержнями, которые возвращаются к верхнему мосту, прикрепленному к подвеске. Когда железные стержни расширяются при нагревании, нижний мост опускается относительно подвески, а боб опускается относительно среднего моста. Однако средний мост поднимается относительно нижнего, потому что большее расширение цинковых стержней толкает средний мост и, следовательно, отвес вверх, чтобы соответствовать совокупному падению, вызванному расширяющимся железом.
Проще говоря, расширение цинка вверх противодействует комбинированному расширению железа вниз (общая длина которого больше). Длины стержней рассчитываются таким образом, чтобы эффективная длина цинковых стержней, умноженная на коэффициент теплового расширения цинка , равнялась эффективной длине железных стержней, умноженной на коэффициент расширения железа, тем самым сохраняя ту же длину маятника.
Первоначальная конструкция Харрисона с использованием латуни (в то время чистого цинка не было в наличии) была более сложной, поскольку латунь расширяется не так сильно, как цинк. Необходим еще один набор стержней и мостов, всего девять стержней: пять железных и четыре латунных. Точную степень компенсации можно регулировать, используя секцию центрального стержня, частично выполненную из латуни, а частично из железа. Они перекрываются (как сэндвич) и соединяются штифтом, проходящим через оба металла. В обеих частях сделано несколько отверстий для штифта, и перемещение штифта вверх или вниз по стержню изменяет, какая часть комбинированного стержня состоит из латуни, а какая из железа. В конце 19 века компания Dent представила на рынке дальнейшую разработку цинковой решетки, в которой четыре внешних стержня были заменены двумя концентрическими трубками, соединенными трубчатой гайкой, которую можно было завинчивать вверх и вниз, чтобы изменить степень компенсации.
Ученые в 1800-х годах обнаружили, что маятник с решеткой имеет недостатки, которые делают его непригодным для часов высочайшей точности. Трение стержней, скользящих в отверстиях рамы, заставляло стержни приспосабливаться к изменениям температуры серией крошечных скачков, а не плавным движением. Это привело к тому, что скорость маятника и, следовательно, часов внезапно менялась с каждым прыжком. Позже было обнаружено, что цинк не очень стабилен по размерам; он подвержен ползучести . Поэтому в часах высочайшей точности использовался другой тип маятника с температурной компенсацией — ртутный маятник .
К 1900 году в астрономических часах-регуляторах высочайшей точности использовались маятниковые стержни из материалов с низким тепловым расширением, таких как инвар и плавленый кварц .
