K určení časových intervalů byly použity chronografy porovnáním značek začátku a konce sledovaných intervalů se značkami známých časových intervalů. Pokud je tedy například na pohyblivém papíře získán záznam AabcdA' nějakého jevu, kde zlom ab značí začátek a cd konec jevu, a záznam BB', kde každý z řádků tvaru οαβγι znázorňuje záznam řekněme jedné sekundy, a pokud je vzájemná poloha kresby perem AA' a BB', víme například, zda byla obě pera nastavena tak, že jejich konce jsou na stejné čáře, kolmo ke směru papíru pohybu, pak můžeme snadno usuzovat na dobu trvání (ad) jevu.
K tomu nakreslíme z a a d kolmice ak a dl; je zřejmé, že požadovaná doba trvání jevu je více než 2 sekundy, ale méně než 4 a blíží se 3 sekundám. Pokud jsou délky představující sekundy v sousedství s k a l blízko sebe, pak přesněji určíme požadovaný časový interval; jestliže průměrná délka sekundy kolem k je například 15 mm a vzdálenost mezi body k a o je 3 mm, pak by se ke dvěma sekundám mělo přičíst 3/15 sekundy nebo 0,2 sekundy. Podobně zjistíme, že čas odpovídající délce 2 l bude 0,75 sec. Požadovaná doba trvání reklamy je = 2 + 0,2 + 0,75 = 2,95 s. Na tomto principu je chronograf nejdokonalejší a měl by se tedy skládat z následujících částí:
Pohybuje-li se pohyblivá část (1) pomocí nějakého mechanismu poměrně rovnoměrnou rychlostí, pak lze tuto rychlost snadno určit pozorováním pohybu této části po známou dobu, určenou pomocí hodin. Výsledná rychlost je dráha odpovídající jedné sekundě; změřením vzdálenosti mezi značkami pozorovaného jevu touto stupnicí získáme požadovaný čas. Půjde již o chronograf ve zjednodušené podobě. Jedním ze známých univerzálních chronografů je chronograf Marey , skládající se z hodinového pružinového mechanismu A, vybaveného regulátorem rychlosti ( Foucault ) a bubínku B, jehož osu lze nastavit do tří poloh, ve kterých může bubínek otáčet třemi konkrétními rychlostmi.
V každé z těchto poloh slouží osa bubnu jako pokračování příslušné osy hodinového strojku a zabírá a otáčí se s ním např. na jedné ose - jednou za minutu, na druhé - 6x, na třetí 36 krát za minutu. Hladký papír je nalepen na buben B, který je pokrytý slabou vrstvou sazí, například ze svíčky. Psaní na saze na nejjemnější fixy představuje velmi malý odpor a lze jej snadno zafixovat lihovým roztokem šelaku. Označovač je upevněn na vodorovné tyči C, upevněné na pevném sloupku. Nejčastěji se používají rychlé popisovače: vzduchové - Marey a elektromagnetické - Marcel Despres . Marker Marey se skládá z kovové nádoby a, jejíž přední stěna je pokryta tenkou gumovou membránou c; k této membráně je přilepen lehký hliníkový kruh d.
Je-li do a vháněn vzduch trubicí b, pak se pohyb kotouče d pomocí páky přenese na lehké pírko e, které na ušpiněném povrchu válce udělá odpovídající značku. Šroub f může měnit délku krátkého ramene páky a tím měnit velikost pohybu konce e; štěrbina v e umožňuje instalovat současně páku spojující e s d, kolmo k d a e. Spojením gumové hrušky s trubkou b uděláme na válci značku stisknutím hrušky z a určitou vzdálenost. Rychlost přenosu značky závisí na délce spojovací trubice a jejím vnitřním průměru (a také na pružnosti trubice), ale stále se blíží rychlosti zvuku ve vzduchu. Doba působení samotného markeru s extrémně malou hmotností pohyblivých částí a poměrně silným tlakem hrušky je velmi krátká a měří se v tisícinách sekundy. Celkové zpoždění markeru bude v každém případě zanedbatelné ve srovnání s chybou pozorovatele, který dává signál, která není menší než 1/5 sekundy ; pokud signál dává automaticky rychle se pohybující těleso, tak je někdy potřeba počítat se zpožděním fixu a se způsobem stlačení hrušky. Elektromagnetický popisovač Marcel Despres lze použít ve více případech a s větším pohodlím.
Skládá se z elektromagnetu C a pohyblivé kotvy A stažené zpět z vinuté pružiny R. Šroub B může posouvat kužel, který omezuje rozpětí kotvy, směrem ven a kus tenkého papíru zabraňuje jeho přilepení blízko k jádru kotvy. elektromagnet. Na jednom konci kotvy je sevřeno pero D z velmi tenké rohovinové desky. Hmotnost kotvy by měla být co nejmenší a síla přitahování a tahu pružiny R by měla být relativně velká, aby doba působení zařízení nebo jeho prodleva byla zanedbatelná. Stávající zařízení Depres dokážou snadno zaznamenat 1500 otevření a stejný počet zavření za sekundu, dobu zavření nebo otevření lze individuálně zvýšit na 1/5000 sec. vhodné nastavení napětí pružiny. Elektromagnet c je malý, aby se snížilo zpoždění magnetizace a demagnetizace. Vraťme se znovu k obrázku 1, který znázorňuje Mareyho chronometr. Pokud je doba trvání pozorovaného jevu kratší než doba jedné otáčky bubnu B, pak samozřejmě můžeme nastavením té či oné značky a uvedením mechanismu do pohybu jev zaznamenat. Pokud je doba trvání jevu delší než maximální doba otáčení bubnu, pak je nutné informovat sloupec C o translačním pohybu rovnoběžném s osou válce B. Poté značka napíše na povrch šroubovici válce a při příjmu signálu na něm dělají zuby. Za tímto účelem je vedle bubnu B instalováno zařízení znázorněné na následujícím obrázku.
Toto zařízení má šroub C', jehož otáčením se pomocí matice uděluje translační pohyb vozíku B' jedoucímu na kolečkách po kolejnicích, na kterém je svislý stojan D' pro značkovače. Šroub C' je poháněn buď hodinovým strojem A', jak je znázorněno na obrázku vpravo, nebo lankem pomocí kladek namontovaných na ose šroubu C a na osách vyčnívajících vlevo z hodinového stroje A. počet otáček šroubu C' se volí tak, aby stoupání šroubovice na bubnu chronografu bylo dostatečné k tomu, aby se záznamy markeru nebo dvou markerů stojících vedle sebe navzájem nepřekrývaly. Na přístroji zobrazeném vpravo se změna počtu otáček šroubu C' dosahuje otáčením lopatek větrného mlýna hodinového stroje A'. Vzhledem k tomu, že díky Foucaultovu regulátoru je rychlost otáčení tubusu chronografu Marey během experimentů udržována poměrně konstantní (změna rychlosti je menší než 1%), je pouze v některých případech nutné označit více času a nastavit 2 markery. Pokud je nutný časový odhad do 1/10 vteřiny, pak zcela postačí označit pouze vteřiny, k čemuž můžete použít hodiny s elektrickými kontakty nebo i jednosekundové kyvadlo, které proud přeruší. K odhadu malých časových intervalů nebo k přesnému určení času se používá ladička, která udává známý počet kmitů za sekundu (Duhamelova metoda). Přiložením lehkého peříčka na větev ladičky lze zaznamenat vibrace ladičky přímo na rotující válec pokrytý sazemi: pak dostaneme vlnovku s postupně se snižujícími amplitudami. Helmholtz a Foucault představili ladičky, jejichž oscilace jsou nepřetržitě udržovány pomocí elektromagnetu, podobně jako kotva elektrického zvonu. V Mareyho chronografu a mnoha dalších procházejí přes čítač Despres také přerušované proudy, které udržují ladičku ve vibraci; s počtem vibrací ladičky až 100 za sekundu. Deprezův marker dává záznam s velmi ostrými zuby. Takové schéma je znázorněno na obrázku 1, tam se používá ke kalibraci rovnoměrnosti otáčení bubnu chronografu. V chronografech Richarda a dalších je spolu s hodinovým strojem a bubnem namontován pohyblivý vozík se značkou nebo dvěma, někdy i třemi; v této podobě se zařízení pohodlněji přenáší. Je však vhodné nahrávat na začištěný povrch pouze tehdy, když jsou jevy velmi krátkodobé. Pokud je však nutné měřit pouze do 1/10 nebo 1/20 sec., pak je mnohem pohodlnější použít psaní na papír inkoustem, zvláště když může být doba pozorování velmi dlouhá. Jeden z těchto chronometrů je znázorněn na následujících obrázcích (Peyer, Favarzhe): vypadá jako Morseův telegraf a zaznamenává na dlouhé papírové pásce.
Mechanismus hodin tohoto chronografu, vybavený Hipp regulátorem s vibrační tyčí, vede papírovou pásku pod tři sifonové fixy, píšící speciálním nezasychajícím inkoustem. Tyto markery jsou ovládány každý samostatně vlastním elektromagnetem E a dávají zuby, když je proud uzavřen a otevřen přes odpovídající elektromagnet. U tohoto chronografu je stupeň regulace nižší než u Foucaultova regulátoru, ale na druhou stranu po pohodlném umístění tří markerů můžeme jeden z nich připojit k hodinám a zaznamenávat vteřiny. Zde je již hmota a tření částí popisovačů značné, navíc inkoust nestíhá vždy příliš rychlý pohyb při psaní na papír, a proto si většinou vystačí s rychlostmi pásky 10 nebo 20 mm za sekundu. . Před vynálezem fixu Marcelem Despresem se značky na papíře a na zašpiněném povrchu kovového válce dělaly pomocí elektrické jiskry. Výtok z Leydenské sklenice dělá velmi zřetelné vpichy na papíře a nejslabší jiskra i bez sklenice dává na sazích poněkud rozmazanou stopu. Taková značka je extrémně jednoduchá a rychlá, ale místo vzhledu značky se liší od náhodných důvodů a někdy je vzhled značky poněkud rozmarný, navíc je vyžadována slušná izolace, pokud je signál dán z dálky. Přednost této metody spočívá v možnosti udělit bubnu velmi vysokou rychlost pomocí nepříliš silného mechanismu, protože jiskrový značkovač neklade otáčení bubnu žádný odpor. Následující obrázek ukazuje jedno ze zařízení tohoto druhu, dílo společností Siemens a Halske.
Skládá se z hodinového mechanismu poháněného závažím, vybaveného regulátorem typu Foucault; seřízení lze poněkud změnit zvětšením divergence lopatek regulátoru, čehož dosáhneme otáčením hlavy E. Hodinový mechanismus dává velmi rychlé otáčení válečku A (až 100 otáček za sekundu) a každých 100 otáček válečku A dává signál voláním B k určení rychlosti otáčení válečku v době pozorování stopek. Před válečkem, kolmo k němu, je instalován kolík D izolovaný od mechanismu. Po provedení výboje mezi D a B získáme značku na bubnu A. Úhlovou vzdálenost mezi dvěma značkami lze měřit pomocí mikroskop C a mikrometrický šroub otáčející bubínek. V popsaném zařízení válec A nemá šroubovitý zdvih, proto je zařízení vhodné pro jevy, jejichž trvání je kratší než doba poloviční otáčky válce. Podobná zařízení se dříve používala pro stanovení počátečních rychlostí střelných zbraní a jiskra se na zařízení získávala z vybití sekundárního vinutí Ruhmkorffovy spirály při otevření proudu primárního okruhu samotnou střelou. Je zřejmé, že na takovém nástroji lze zaznamenat několik po sobě jdoucích, velmi rychle po sobě následujících homogenních jevů, pokud pro každou značku vezmeme speciální Ruhmkorffovu spirálu. Kromě popsaných chronografů existují i chronografy, které nejsou tak univerzální, ale přizpůsobené pro nějaký konkrétní úkol, k takovým zařízením patří chronograf Boulanger, který se všude používá k určení počátečních rychlostí nábojů a střel z pušek. S pomocí tohoto chronografu lze snadno provést spoustu pozorování v co nejkratším čase a navíc okamžitě hlásit konečné výsledky. Toto zařízení je uspořádáno následovně: dva elektromagnety E1 a E2 s rovnými jádry, zahrocenými dole, jsou namontovány na svislém sloupku.
K těmto jádrům, zmagnetizovaným proudy procházejícími elektromagnety, jsou zavěšeny dvě tyče A a B, které mají v horní části železné hroty, rovněž zahrocené. Tyč A - delší - je určena pro značky, proto se na ni těsně nasazují tenkostěnné stříbrné trubičky z červené mědi. Tyto trubky jsou vyměnitelné; každá trubka může sloužit pro velké množství značek, protože se dá otáčet kolem tyče. Nechte tedy obě tyče zavěšené pod svými elektromagnety, kterými proudí proud z jejich baterie. Otevřeme oba řetězy současně, pak po nějaké krátké době začnou tyče A a B padat. Tyč B se dříve dotkne překážky - kovadliny C, která otáčením kolem své osy otáčení uvolňuje napnutou pružinu D.
Na této pružině je vpravo nasazena ocelová čepel, která narazí na tyč A prolétající kolem a udělá na ní zářez v určité výšce h1, přičemž tuto výšku počítá od místa, kde se čepel dotkla tyče, která měla ještě nepadl. Čas t1 = √(2h1/g), kde g je tíhové zrychlení, bude měřit čas od okamžiku, kdy tyč A začala padat, do okamžiku, kdy byla zasažena čepelí. Představte si, že obvod elektromagnetu E1 byl otevřen dříve než obvod elektromagnetu E2, pak bude mít tyč A čas klesnout níže, než čepel udeří a nová značka bude získána ve výšce h2; t2 = √(2h2/g) - bude nový čas od začátku pádu tyče A do okamžiku dopadu. Rozdíl t2 - t1 bude měřit časový interval mezi okamžiky otevření proudu v elektromagnetech E1 a E2. Pro správnost srovnávacích měření je samozřejmě nutné, aby doby demagnetizace elektromagnetů byly vždy konstantní a pro dostatečně přesné, absolutní je nutné, aby doby demagnetizace nebo zpoždění obou elektromagnetů nezávisely na způsobu otevírání, resp. je nutné provést poměrně jednotný způsob otevírání. Pro stálost nevyhnutelného zpoždění prochází proud vždy stejné síly, čehož je dosaženo použitím konstantních prvků a úpravou odporu obvodu uhlíkovými reostaty F, F s kluznými kontakty. Tyto reostaty jsou zavedeny tak, že tyče A a B s nějakými dodatečnými závažími sotva zůstanou na místě.
Aby zpoždění v obou obvodech bylo stejné, ostatní věci jsou stejné, oba elektromagnety E1 a E2 jsou vyrobeny úplně stejně, hmotnosti tyčí A a B jsou také stejné. Vzhledem k tomu, že oba okruhy musí být předem otevřeny současně, což dělá speciální otevírací klíč G, kde k otevření dojde v okamžiku, kdy pohyblivý rám narazí na překážku, kdy pružiny s kontakty odskočí setrvačností. Současnost rozepnutí tohoto zařízení se kontroluje přepínáním obvodů, to znamená, že jistič prvního obvodu je vložen do druhého a naopak. U skutečných zařízení Boulanger se značka při rozepnutí obvodů jističem získá při správné instalaci zařízení, vždy na jednom místě tak, aby h1 bylo konstantní a pouze několikrát ověřené; při velké sérii měření lze tuto výšku vždy zajistit např. 110 mm zvednutím nebo snížením elektromagnetu E2, který má mikrometrický náběh. Poté bude požadovaný časový interval určen pouze ze čtení h2, proto byla za prvé sestavena tabulka časů vyjadřující √ (h2 / 2g) - √ (0,110 / 2g) a za druhé existuje pravítko s nonius pro přímé čtení počáteční rychlosti střely, pokud je vzdálenost mezi cíli 50 metrů. Tyto terče se skládají pro projektily ze svislých drátů zapojených do série; projektil, letící, musí určitě zlomit jeden z nich. První terč je zařazen do obvodu elektromagnetu E1, druhý do obvodu E2. Naměřený časový interval pro moderní rychlosti střel ve vzdálenosti mezi cíli 50 m je o něco menší než 1/10 sekundy, přičemž přesnost odečtů chronografu v konečném výsledku dosahuje 1/10 %.
Chronometry jako Marey, Peyer a Favarzhe a Boulanger jsou velmi běžné; existuje mnoho dalších, které slouží spíše pro relativní definice. Pomocí fotografie je možné dosáhnout ještě větší přesnosti při měření časových intervalů a studiu rychlých pohybů, ale tyto techniky se v chronografii stále příliš nepoužívají. Velmi podrobný výklad obvyklých metod měření času a zacházení s chronografem se nachází v La methode graphique od Mareyho.