Часы кварц или механика: В чем отличие кварцевых часов от механических и какие лучше выбрать Новости |

Содержание

В чем отличие кварцевых часов от механических и какие лучше выбрать Новости |

Несмотря на то, что большинство людей сейчас время смотрит на мобильных гаджетах, наручные обычные часы все равно не выходят из моды. А с ними не прекращаются споры: что лучше кварц или механика. Приверженцев этих 2-х моделей найдется много, причем каждая сторона будет по-своему права.

Особенности кварца и механики

Практически каждый, кому доводилось покупать для себя или на подарок часы, задумывался, какому механизму отдать предпочтение, что проработает дольше механика или кварц. Функциональная часть – первое, на что необходимо обращать внимание, выбирая себе часы. От того насколько слажено работает сердце устройства зависит точность показания времени, продолжительность жизни часов.

Кварц от механики имеет несколько отличий, но основное из них будет состоять в источнике питания. Кварцевые устройства способны функционировать только от батарейки, она обеспечивает энергией электронную часть, двигатель. Принцип действия кварцевого хронометра заключается в посылании один раз за секунду импульса электронным блоком двигателю, для того чтобы тот передвинул стрелки. Высокая точность хода, и стабильная частота посылаемых сигналов обеспечивается кварцевым кристаллом. Батарейка для таких механизмов может работать 2 года и больше. Кварцевые хронометры лучший вариант для не очень пунктуальных людей, так как их не нужно подзаводить в строго определенное время.

Для функционирования механических часов предусмотрена пружина. Она располагается в барабане, имеющем зубчатые края. Во время завода часового механизма происходит закручивание пружины, раскручиваясь спираль провоцирует движение барабана. За счет этого начинает функционировать весь механизм. Недостаток такой системы будет заключаться в неравномерности раскрутки пружинки. Из-за этого часы начинают отставать или наоборот спешить. Основное неудобство данного устройства заключается в заводе в строго определенное время.

Кто ходит все-таки точнее?

На точность функционирования часов могут влиять различные факторы, начиная температурными условиями и заканчивая износом запчастей, положением механизма. В особенности это касается механических устройств. С кварцевыми все проще: частота сигналов, подаваемых генератором, все время остается постоянной. При этом стрелки и двигатель перемещаются по команде. Норма в расхождении для механики составляет максимум полминуты в сутки, лучшие показатели – 5 секунд. За месяц расхождение с самыми точными часовыми механизмами у кварца может составлять не более 20 секунд. Лучшие из моделей могут начать отставать максимум на 5 секунд. Получается, что даже бюджетные кварцы способны дать лучший результат в сравнении с механикой. Предельные показатели в 5 секунд у двух вариантов одинаковы. При этом механика стоит в несколько раз дороже кварца, так как ей требуется более точная ручная настройка во время сборки. Кварцевые же часы собирают автоматы.

Кому дано прослужить дольше?

Бытует стереотип, что механика намного долговечнее в сравнении с кварцем, но это на деле не так. В обеих моделях часов движущие составляющие имеют одинаковый ресурс. Что касается электронного блока кварца, то его пределы еще не изучены до конца. Отсюда вывод: хорошо сделанные кварцевые устройства способны прослужить столько же, что и механика.

Почему отдается предпочтение механике

Прошло немало лет с момента изобретения механических часов, а они все равно остаются в почете. Причина такой любви к этим устройствам кроется в том, что это классика, которую престижно носить. Многим эти хронометры нравятся за плавность хода стрелки, отмеряющей секунды, за возможность покрутить колесико перед отходом ко сну для завода. Потом, эти часы можно передать по наследству, как память о себе.

Какие часы лучше: кварцевые или механические?

  • 0
  • 783

Какие лучше часы: механика или кинетика – это популярный вопрос среди пользователей. Он возникает при выборе наручного аксессуара. Все категории имеют свои характерные достоинства и особенности. В процессе покупки рассмотрите характеристики каждого механизма.  

Механические устройства: отличительные черты «пульса»

Кварцевый или механический механизм – вечная дилемма. Источником энергии настоящей механики остается заводная пружина. Отличительные черты аксессуаров такого плана – престижность и эксклюзивность. Механика – дороже и тяжелее. Сборка представленных устройств производителями ведется вручную. Что лучше кварцевые часы или с автоподзаводом? Для этого рассмотрите достоинства механических моделей:

  • Не нужно регулярно устанавливать новую батарейку.
  • При должной эксплуатации и уходе устройства прослужат дольше кварцевых модификаций. Главное – вовремя проводить профилактические осмотры.
  • Стильный и эксклюзивный дизайн, использование высококачественных материалов и деталей в процессе производства. 

Приспособление нужно регулярно заводить. Для некоторых пользователей это минус. Для других – медитация. Какие часы надежнее – солнечные или механические? Ознакомьтесь с рядом фактов о продукции: 

  1. Востребованная категория приборов – с ручным и автоподзаводом одновременно. Это комфортные, практичные и визуально привлекательные устройства. Они оснащаются прозрачными задними крышками. Благодаря этому легко полноценно оценить их техническую привлекательность. 
  2. Шаговый запас хода пружины при полном заводе – в пределах 36-42 часов. Продукция Certina, Hamilton, Tissot способна проработать до 80 часов без автоматического завода. Удвоенный запас хода обеспечивает удобство при запланированных выездах на природу или в походах. 
  3. Основной тип индикации – за счет стрелок, поэтому дисковый – встречается редко. Живое «тиканье» делает эксплуатацию эстетической. Часы не механические не могут это обеспечить. 
  4. Стандартная погрешность точности хода – в пределах +/- 30 секунд в сутки. В продаже также представлены хронометры с сертификацией C.O.S.C. Их допустимое отклонение достигает +/- 4 секунды. 

Сохранить и продлить работоспособность комплекса можно за счет «технического осмотра». Каждые 4-5 лет нужно: чистить, смазывать и настраивать механизм. Выбирая кварц или механика часы, не забывайте, что последние – со слабой защитой против механического воздействия. Обеспечьте приборам бережную и аккуратную эксплуатацию. Хронометры оснащаются системой Incabloc. Она частично способна защитить приспособления от повреждений во время ударов или падений. 

Точность, функциональность и другие «плюсы» кварцевых часов

Механические и кварцевые часы – разница в том, что вторые модели функционируют за счет батарейки. Она и является основным двигателем. Главные преимущества аксессуаров из наличия:

  • Высокий уровень точности: погрешность и отклонение составляет в пределах +/- 20 секунд в месяц. Производители и бренды предлагают варианты с отклонением не больше 5 секунд. 
  • Простота эксплуатации. Устройства нуждаются в замене батареек не чаще 1 раза в 2-3 года. Вам не нужно регулярно заводить прибор и следить, точный ли ход. 
  • Доступная цена. Приборы в аналогичном стеклянном корпусе и с кожаным ремешком стоят дешевле механических.  

Чтобы понять, что лучше – кварц или механика, оцените следующие факты об аксессуарах:

  1. Высокая точность хода достигается за счет камня – кварца. 
  2. Хронометры с батарейкой способны проработать от 1 до 10 лет, а с аккумулятором – до 12 месяцев. 
  3. Защита против сильных ударов – на порядок выше. Изделия выдерживают серьезные механические нагрузки и падения с высоты. 
  4. Обслуживать приборы – просто. Достаточно устанавливать новую батарейку и корректировать положение стрелок в случае перехода с зимнего на летнее время.

Если вы не знаете, как различить механические часы от кварцевых, рассмотрите их возможности. Последние – многофункциональные. Дополнительные опции: секундомер, функционирование в разных часовых поясах, отображение текущей даты, активация будильника и другие. Для долговечной эксплуатации ознакомьтесь с рекомендациями производителя и проводите регулярное техническое обслуживание.

Как работают кварцевые часы и часы

Как работают кварцевые часы и часы — Объясните это

Вы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Кварцевые часы и часы

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

— но что это такое и как они Работа?

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, в которых он используется, почти не нуждаются в движущихся частях. Вот почему сейчас он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они настолько точны и надежны, это очень выгодно, поэтому на циферблатах таких часов гордо красуется слово «кварц». Обратите внимание, что это аналог часы (одни со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь цифровые дисплеи).

Содержание

  1. Как работают обычные часы
  2. Как работают кварцевые часы
  3. Внутри кварцевых часов
  4. Почему кварцевые часы вообще отстают или отстают?
  5. Но как на самом деле работает кварцевая насадка ?
  6. Узнать больше

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы показывают время, но вы когда-нибудь останавливались, чтобы подумайте, как это сделать? Вероятно, самые простые часы, которые вы могли бы сделать говорящие часы. Если вы считаете секунды, повторяя фразу это занимает ровно одну секунду, чтобы сказать (например, «слон один», «слон два», «слон три». ..), вы обнаружите, что умеете следить за временем точно. Попробуйте. Скажи своим слонам от одного до шестидесяти и посмотри насколько хорошо вы держите время в течение минуты по сравнению с вашими часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее. день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Некоторые из самые ранние часы использовали качающиеся маятники, чтобы отсчитывать время. Маятник

— это длинный стержень или груз на веревке, которая качается вперед и назад. В 1583 г. итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) открыл, что маятнику определенной длины требуется одно и то же время, чтобы вернуться назад и так далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько большой будет его раскачивание. Он понял это, наблюдая за огромной лампой, раскачивающейся на цепи из потолок Пизанского собора в Италии и, используя свой пульс, измерял время движения взад и вперед. В часах работа маятника заключается в регулировании скорости зубчатых колес (блокирующих колес с нарезанными на их краях зубьями).
Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют их в минуты и часы, отображаемые на стрелках, которые вращают циферблат. Другими словами, шестеренки в маятниковых часах на самом деле просто считая слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) отсчитывает время в напольных часах. Это было одно из великих открытий, которыми мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать часы с маятником, привязав груз к куску нить. Если длина нити около 25 см (10 дюймов), маятник раскачиваться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами, как это то, что маятник будет продолжать останавливаться. Сопротивление воздуха и трение скоро израсходует свою энергию и остановит его. Вот почему в маятниковых часах есть пружины. Раз в день или около того, вы заводите пружина внутри часов для накопления потенциальной энергии, необходимой для движения маятника. на следующие 24 часа.

Когда пружина раскручивается, она приводит в действие шестерни. внутри часов. Через механизм качелей, называемый спуск , маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как шестерни идут в ногу со временем. Карманные часы, очевидно, слишком малы, чтобы иметь маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм. Вместо маятник, он имеет балансовое колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону, а затем затем другой, управляемый гораздо меньшим спусковым механизмом, чем тот, что в маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом вы можете узнать в нашей отдельной статье про маятник часы.

Рекламные ссылки

Принцип работы кварцевых часов

Фото: Кристаллы кварца. Фото предоставлено Геологической службой США.

Проблема маятниковых и обычных часов в том, что вы нужно постоянно помнить, чтобы намотать их. Если вы забудете, они остановятся — и вы понятия не имею, который час. Еще одна проблема с маятниковыми часами заключается в том, что они зависят от силы тяжести, которая весьма незначительно меняется от места к месту; это означает, что маятниковые часы показывают время на больших высотах иначе, чем на уровне моря! Маятники также меняют свою длину при изменении температуры. немного расширяется в теплые дни и сжимается в холодные дни, что делает их менее точными опять таки.

Кварцевые часы решают все эти проблемы. Они питаются от батареи и, поскольку они используют так мало электроэнергии, батарея часто может работать несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить. Они также намного точнее, чем маятниковые часы. Кварцевые часы работают совершенно иначе, чем маятниковые и обычные часы. У них все еще есть шестеренки внутри, чтобы считать секунды, минуты и часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни есть регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или подвижное балансовое колесо. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы показывает время так же хорошо, когда вы поднимаетесь на гору Эверест, как и когда вы в море.

Фото: Кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, взглянув на самое последнее фото на этой странице. Это деталь под номером «5» на картинке. Вы можете видеть, что находится внутри контейнера — небольшая электронная настройка. fork — на двух замечательных фотографиях с Викисклада здесь а также здесь.

Кварц звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры. Эрудит — но на самом деле это один из самых распространенных полезных ископаемых на Земле. Он сделан из химического соединения под названием кремний. диоксид (кремний также используется для изготовления компьютерных микросхем), и вы можете найти его в песке и большинстве типов камней. Возможно, самое интересное в кварце то, что он пьезоэлектрический. Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он создаст крошечную электрическое напряжение. Верно и обратное: если подать напряжение на кусок кварца, он вибрирует с определенной частотой (встряхивает точное количество раз в секунду).

Фото: Может быть, у вас дома есть такой декоративный кристалл аметиста фиолетового цвета? Это тип кварца, который приобретает свой цвет из-за того, что железо заменяет часть кремния в чистом кварце.

Внутри кварцевых часов батарея посылает электричество в кристалл кварца через электронную схему. Кристалл кварца колеблется (колеблется взад-вперед) с точная частота: ровно 32768 раз в секунду. схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать ЖК-дисплей (показывающий время в числовом виде) или они могут управлять небольшим электродвигателем (фактически крошечным шаговым двигателем), вращая зубчатые колеса, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевых часов

Теоретически это работает так:

  1. Батарейка обеспечивает ток для микросхемы
  2. Схема микрочипа делает кварцевый кристалл (точно вырезанный и имеющий форму камертон) колеблются (вибрируют) 32768 раз в секунду.
  3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
  4. Электрические импульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
  5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
  6. Механизмы вращают стрелки по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике…

А вот так в реальности выглядят кварцевые часы изнутри. Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свой, если хотите, чтобы он снова заработал. Вы не можете увидеть все эти детали, просто сняв заднюю крышку часов. Показанные здесь часы пришли бесплатно с пакетом кукурузных хлопьев (серьезно!), и они были сломаны до того, как я их открыл. Но потом еще больше сломалось…

  1. Аккумулятор.
  2. Электрический шаговый двигатель.
  3. Микрочип.
  4. Цепь соединяет микросхему с другими компонентами.
  5. Кварцевый генератор.
  6. Винт с коронкой для определения времени схватывания.
  7. Механизмы поворачивают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
  8. Крошечный центральный стержень удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще отстают или отстают?

Если кварц настолько удивителен, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не всегда показывают время с абсолютной точностью. Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц вибрирует с разной частотой при разных температурах и давлениях поэтому на его хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас. Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (а это более или менее постоянная температура), он будет лучше держать время, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры каждый раз). Но даже если бы кварцевый кристалл мог вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты в зубчатой ​​передаче, трение и т. д., также могут внести мельчайшие ошибки в отсчет времени. Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах. (имейте в виду, что секунда, потерянная в один день, может быть компенсирована секундой, полученной на следующий день, поэтому общая точность может быть всего несколько секунд в месяц).

Но как на самом деле работает кварцевая насадка

?

Вы можете найти это достаточным объяснением, и, если так, вы можете прекратить чтение сейчас. Далее следует более подробное обсуждение того, как генератор на кварцевом кристалле на самом деле работает для тех, кто хочет немного больше глубины. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники инженерии, схемы кварцевых кристаллов очень быстро становятся очень сложными. я собираюсь дать вам очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указаний для дальнейшего чтения, чтобы вы можете копнуть глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, это то, что он пьезоэлектрический: он будет вибрировать, когда вы подадите в него электричество, или выдаст электричество, когда вы его вибрируете. Кварцевый осциллятор использует пьезоэлектричество в обоих направлениях — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, выглядит так, как будто кристалл кварца отделен от схема микросхемы, но на самом деле кристалл является неотъемлемой частью этой схемы, подключенной к ней двумя электродами. Их хорошо видно на большом фото внутренностей часов и на фото самого осциллятора: это две маленькие ножки серебристого цвета, торчащие из цилиндрического металла кейс. По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, включенный в схему микросхемы, точно так же, как резистор или конденсатор.

Я говорю «схема», но проще всего представить генератор как часть двух отдельных схем, каждая из которых находится на одном микрочипе. Первая цепь (назовем ее входной) возбуждает кварцевый кристалл импульсами электричества. Подача электричества в кварц заставляет его вибрировать (или, если хотите, колебаться или резонировать). через то, что иногда называют обратным пьезоэлектрическим эффектом (где электричество производит вибрации). Генератор настроен таким образом, что кварц вибрирует ровно 32768 раз в секунду. А теперь вспомните обычный пьезоэлектрический эффект: когда кусок кварца вибрирует, он генерирует электрическое напряжение. Вторая схема на микросхеме определяет это «выходное напряжение». (колеблется 32768 раз в секунду) и делит свою частоту, чтобы произвести один раз в секунду импульсы, которые приводят в действие двигатель, питающий шестерни. В часах с цифровым дисплеем вместо шестерен чип многократно делит частоту генератора, чтобы управлять сегментами часов, минут и секунд (как показано на иллюстрации ниже).

Художественное произведение: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32») для обозначения прошедших секунд. Генератор (желтый) вибрирует 32 768 раз в секунду. Двоичный делитель (синий, слева) делит это на два 15 раз (так что 32768 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 = 1) для создания импульса частотой 1 Гц (один в секунду), который управляет мигающим двоеточием. Сам сигнал 1 Гц от делителя делится на 60, чтобы получить минуты, и еще на 12, чтобы получить часы. Эти сигналы управляют серией драйверов (красные), которые питают сегменты цифрового дисплея. Работа из патента США 3 863 436: Твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Рэймонда Боксбергера, Timex. 4, 19 февраля75, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В одной из ранних форм кварцевого генератора на кристалле кварца было установлено два набора электродов. Первый набор был подключали к входной цепи и подавали электричество в кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл вибрируя, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение. Это было обнаружено вторым набором электродов (застрял к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь. Когда кварцевая технология была миниатюризирована для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие нужны были генераторы, а для двух пар электродов места не было. Вот почему современные осцилляторы используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его вибраций.

Это все, что я собираюсь вам сказать. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующее источники. Имейте в виду, что они сложны и трудны для понимания, если у вас нет каких-либо знаний в области электронной техники.

Дальнейшее чтение

Общее
  • Кварцевый осциллятор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей в Википедии, которые, вероятно, будут понятны только людям, которые достаточно разбираются в предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
  • Хрустальные часы В.А. Маррисон, Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, Vol. 16, № 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних статей по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.
История
  • Эволюция кварцевых часов, Уоррен А. Маррисон, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, стр. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометрирования. Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в других форматах на Интернет-архив.]
  • Современные разработки в области точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, № 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья по подписке загружена в электронном виде в 2013 г.)
  • Вариации и комбинации: изобретение и развитие технологий кварцевых часов в AT&T, Шауль Кацир, Icon, Международный комитет истории технологий (ICOHTEC), Vol. 22 (2016), стр. 78–114. Подробный обзор того, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.
Патенты
  • Патент № 1,472,583: Метод поддержания электрических токов постоянной частоты, Уолтер Г. Кэди, Бюро по патентам и товарным знакам США, 1923 г. Кэди был американским физиком, который помог первопроходцам в практическом использовании пьезоэлектричества, включая кварцевые генераторы.
  • Патент № 2 133 642: Электрическая система Джорджа У. Пирса, Ведомство США по патентам и товарным знакам, 1924 г. Пирс был гарвардским физиком, внесшим ряд важных вкладов в электронику в начале 20 века. Этот его ключевой патент включает в себя исчерпывающее (но чрезвычайно подробное) описание того, как работают различные генераторы Пирса (один из наиболее популярных типов генераторных цепей).

Подробнее

На этом сайте

  • Заводные механизмы
  • Часы с маятником
  • Пьезоэлектричество

Книги

  • О времени Адама Франка. Oneworld, 2013. Бесконечная история часов от солнечных до квантовых часов.
  • Искаженное время автора Клаудия Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правильно ли говорить, что наше ощущение времени «все в уме»? По сути, научно-популярный справочник по психологии времени.
  • История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
  • Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джей Гриффитс. HarperCollins, 2000. Как мы воспринимаем время, когда проходит наша жизнь. Необычное, наводящее на размышления руководство о том, как время движется в нашей жизни и наоборот.

Статьи

  • Зал славы бытовой электроники: наручные часы Casio F-91W от Брайана Санто. IEEE Spectrum, 7 ноября 2019 г.. Празднование точных и доступных цифровых часов.
  • Краткая история хронометража Эдварда Грина. BBC News, 26 августа 2004 г. Краткая история современного спортивного хронометрирования.
  • Кварцевые аналоговые часы: чудо-машина, автор Х. Ричард Крейн. Учитель физики, ноябрь 1993 г. Краткий обзор с несколькими хорошими диаграммами и упрощенным объяснением того, как работает крошечный шаговый двигатель в часах.

Патенты

Для получения более глубоких технических деталей попробуйте:

  • Патент США 3,863,436: Твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Рэймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. В этом относительно простом для понимания патенте описываются типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рис. 3 и в сопроводительном тексте показано, как сигнал от кварцевого генератора с частотой 32 768 Гц многократно делится микросхемой интегральной схемы для драйверов часов, минут и секунд, питающих дисплей.
  • Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Килера и Роберта Шапиро, Timex. 16, 19 апреля74. В этом более раннем патенте описывается типичная «подстроечная» схема, с помощью которой кварцевый генератор можно использовать для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2015. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2015) Кварцевые часы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

  • Связь
  • Компьютеры
  • Электричество и электроника
  • Энергия
  • Машиностроение
  • Окружающая среда

  • Гаджеты
  • Домашняя жизнь
  • Материалы
  • Наука
  • Инструменты и инструменты
  • Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают кварцевые часы и часы

Как работают кварцевые часы и часы — Объясните это

Вы здесь: Домашняя страница > Гаджеты > Кварцевые часы и часы

  • Дом
  • индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, в которых он используется, почти не нуждаются в движущихся частях. Вот почему сейчас он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они настолько точны и надежны, это очень выгодно, поэтому на циферблатах таких часов гордо красуется слово «кварц». Обратите внимание, что это аналог часы (одни со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь цифровые дисплеи).

Содержание

  1. Как работают обычные часы
  2. Как работают кварцевые часы
  3. Внутри кварцевых часов
  4. Почему кварцевые часы вообще отстают или отстают?
  5. Но как на самом деле работает кварцевая насадка ?
  6. Узнать больше

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы показывают время, но вы когда-нибудь останавливались, чтобы подумайте, как это сделать? Вероятно, самые простые часы, которые вы могли бы сделать говорящие часы. Если вы считаете секунды, повторяя фразу это занимает ровно одну секунду, чтобы сказать (например, «слон один», «слон два», «слон три». ..), вы обнаружите, что умеете следить за временем точно. Попробуйте. Скажи своим слонам от одного до шестидесяти и посмотри насколько хорошо вы держите время в течение минуты по сравнению с вашими часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее. день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Некоторые из самые ранние часы использовали качающиеся маятники, чтобы отсчитывать время. Маятник — это длинный стержень или груз на веревке, которая качается вперед и назад. В 1583 г. итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) открыл, что маятнику определенной длины требуется одно и то же время, чтобы вернуться назад и так далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько большой будет его раскачивание. Он понял это, наблюдая за огромной лампой, раскачивающейся на цепи из потолок Пизанского собора в Италии и, используя свой пульс, измерял время движения взад и вперед. В часах работа маятника заключается в регулировании скорости зубчатых колес (блокирующих колес с нарезанными на их краях зубьями). Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют их в минуты и часы, отображаемые на стрелках, которые вращают циферблат. Другими словами, шестеренки в маятниковых часах на самом деле просто считая слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) отсчитывает время в напольных часах. Это было одно из великих открытий, которыми мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать часы с маятником, привязав груз к куску нить. Если длина нити около 25 см (10 дюймов), маятник раскачиваться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами, как это то, что маятник будет продолжать останавливаться. Сопротивление воздуха и трение скоро израсходует свою энергию и остановит его. Вот почему в маятниковых часах есть пружины. Раз в день или около того, вы заводите пружина внутри часов для накопления потенциальной энергии, необходимой для движения маятника. на следующие 24 часа. Когда пружина раскручивается, она приводит в действие шестерни. внутри часов. Через механизм качелей, называемый спуск , маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как шестерни идут в ногу со временем. Карманные часы, очевидно, слишком малы, чтобы иметь маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм. Вместо маятник, он имеет балансовое колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону, а затем затем другой, управляемый гораздо меньшим спусковым механизмом, чем тот, что в маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом вы можете узнать в нашей отдельной статье про маятник часы.

Рекламные ссылки

Принцип работы кварцевых часов

Фото: Кристаллы кварца. Фото предоставлено Геологической службой США.

Проблема маятниковых и обычных часов в том, что вы нужно постоянно помнить, чтобы намотать их. Если вы забудете, они остановятся — и вы понятия не имею, который час. Еще одна проблема с маятниковыми часами заключается в том, что они зависят от силы тяжести, которая весьма незначительно меняется от места к месту; это означает, что маятниковые часы показывают время на больших высотах иначе, чем на уровне моря! Маятники также меняют свою длину при изменении температуры. немного расширяется в теплые дни и сжимается в холодные дни, что делает их менее точными опять таки.

Кварцевые часы решают все эти проблемы. Они питаются от батареи и, поскольку они используют так мало электроэнергии, батарея часто может работать несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить. Они также намного точнее, чем маятниковые часы. Кварцевые часы работают совершенно иначе, чем маятниковые и обычные часы. У них все еще есть шестеренки внутри, чтобы считать секунды, минуты и часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни есть регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или подвижное балансовое колесо. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы показывает время так же хорошо, когда вы поднимаетесь на гору Эверест, как и когда вы в море.

Фото: Кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, взглянув на самое последнее фото на этой странице. Это деталь под номером «5» на картинке. Вы можете видеть, что находится внутри контейнера — небольшая электронная настройка. fork — на двух замечательных фотографиях с Викисклада здесь а также здесь.

Кварц звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры. Эрудит — но на самом деле это один из самых распространенных полезных ископаемых на Земле. Он сделан из химического соединения под названием кремний. диоксид (кремний также используется для изготовления компьютерных микросхем), и вы можете найти его в песке и большинстве типов камней. Возможно, самое интересное в кварце то, что он пьезоэлектрический. Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он создаст крошечную электрическое напряжение. Верно и обратное: если подать напряжение на кусок кварца, он вибрирует с определенной частотой (встряхивает точное количество раз в секунду).

Фото: Может быть, у вас дома есть такой декоративный кристалл аметиста фиолетового цвета? Это тип кварца, который приобретает свой цвет из-за того, что железо заменяет часть кремния в чистом кварце.

Внутри кварцевых часов батарея посылает электричество в кристалл кварца через электронную схему. Кристалл кварца колеблется (колеблется взад-вперед) с точная частота: ровно 32768 раз в секунду. схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать ЖК-дисплей (показывающий время в числовом виде) или они могут управлять небольшим электродвигателем (фактически крошечным шаговым двигателем), вращая зубчатые колеса, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевых часов

Теоретически это работает так:

  1. Батарейка обеспечивает ток для микросхемы
  2. Схема микрочипа делает кварцевый кристалл (точно вырезанный и имеющий форму камертон) колеблются (вибрируют) 32768 раз в секунду.
  3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
  4. Электрические импульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
  5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
  6. Механизмы вращают стрелки по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике…

А вот так в реальности выглядят кварцевые часы изнутри. Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свой, если хотите, чтобы он снова заработал. Вы не можете увидеть все эти детали, просто сняв заднюю крышку часов. Показанные здесь часы пришли бесплатно с пакетом кукурузных хлопьев (серьезно!), и они были сломаны до того, как я их открыл. Но потом еще больше сломалось…

  1. Аккумулятор.
  2. Электрический шаговый двигатель.
  3. Микрочип.
  4. Цепь соединяет микросхему с другими компонентами.
  5. Кварцевый генератор.
  6. Винт с коронкой для определения времени схватывания.
  7. Механизмы поворачивают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
  8. Крошечный центральный стержень удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще отстают или отстают?

Если кварц настолько удивителен, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не всегда показывают время с абсолютной точностью. Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц вибрирует с разной частотой при разных температурах и давлениях поэтому на его хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас. Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (а это более или менее постоянная температура), он будет лучше держать время, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры каждый раз). Но даже если бы кварцевый кристалл мог вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты в зубчатой ​​передаче, трение и т. д., также могут внести мельчайшие ошибки в отсчет времени. Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах. (имейте в виду, что секунда, потерянная в один день, может быть компенсирована секундой, полученной на следующий день, поэтому общая точность может быть всего несколько секунд в месяц).

Но как на самом деле работает кварцевая насадка

?

Вы можете найти это достаточным объяснением, и, если так, вы можете прекратить чтение сейчас. Далее следует более подробное обсуждение того, как генератор на кварцевом кристалле на самом деле работает для тех, кто хочет немного больше глубины. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники инженерии, схемы кварцевых кристаллов очень быстро становятся очень сложными. я собираюсь дать вам очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указаний для дальнейшего чтения, чтобы вы можете копнуть глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, это то, что он пьезоэлектрический: он будет вибрировать, когда вы подадите в него электричество, или выдаст электричество, когда вы его вибрируете. Кварцевый осциллятор использует пьезоэлектричество в обоих направлениях — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, выглядит так, как будто кристалл кварца отделен от схема микросхемы, но на самом деле кристалл является неотъемлемой частью этой схемы, подключенной к ней двумя электродами. Их хорошо видно на большом фото внутренностей часов и на фото самого осциллятора: это две маленькие ножки серебристого цвета, торчащие из цилиндрического металла кейс. По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, включенный в схему микросхемы, точно так же, как резистор или конденсатор.

Я говорю «схема», но проще всего представить генератор как часть двух отдельных схем, каждая из которых находится на одном микрочипе. Первая цепь (назовем ее входной) возбуждает кварцевый кристалл импульсами электричества. Подача электричества в кварц заставляет его вибрировать (или, если хотите, колебаться или резонировать). через то, что иногда называют обратным пьезоэлектрическим эффектом (где электричество производит вибрации). Генератор настроен таким образом, что кварц вибрирует ровно 32768 раз в секунду. А теперь вспомните обычный пьезоэлектрический эффект: когда кусок кварца вибрирует, он генерирует электрическое напряжение. Вторая схема на микросхеме определяет это «выходное напряжение». (колеблется 32768 раз в секунду) и делит свою частоту, чтобы произвести один раз в секунду импульсы, которые приводят в действие двигатель, питающий шестерни. В часах с цифровым дисплеем вместо шестерен чип многократно делит частоту генератора, чтобы управлять сегментами часов, минут и секунд (как показано на иллюстрации ниже).

Художественное произведение: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32») для обозначения прошедших секунд. Генератор (желтый) вибрирует 32 768 раз в секунду. Двоичный делитель (синий, слева) делит это на два 15 раз (так что 32768 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 ÷2 = 1) для создания импульса частотой 1 Гц (один в секунду), который управляет мигающим двоеточием. Сам сигнал 1 Гц от делителя делится на 60, чтобы получить минуты, и еще на 12, чтобы получить часы. Эти сигналы управляют серией драйверов (красные), которые питают сегменты цифрового дисплея. Работа из патента США 3 863 436: Твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Рэймонда Боксбергера, Timex. 4, 19 февраля75, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В одной из ранних форм кварцевого генератора на кристалле кварца было установлено два набора электродов. Первый набор был подключали к входной цепи и подавали электричество в кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл вибрируя, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение. Это было обнаружено вторым набором электродов (застрял к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь. Когда кварцевая технология была миниатюризирована для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие нужны были генераторы, а для двух пар электродов места не было. Вот почему современные осцилляторы используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его вибраций.

Это все, что я собираюсь вам сказать. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующее источники. Имейте в виду, что они сложны и трудны для понимания, если у вас нет каких-либо знаний в области электронной техники.

Дальнейшее чтение

Общее
  • Кварцевый осциллятор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей в Википедии, которые, вероятно, будут понятны только людям, которые достаточно разбираются в предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
  • Хрустальные часы В.А. Маррисон, Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, Vol. 16, № 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних статей по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.
История
  • Эволюция кварцевых часов, Уоррен А. Маррисон, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, стр. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометрирования. Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в других форматах на Интернет-архив.]
  • Современные разработки в области точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, № 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья по подписке загружена в электронном виде в 2013 г.)
  • Вариации и комбинации: изобретение и развитие технологий кварцевых часов в AT&T, Шауль Кацир, Icon, Международный комитет истории технологий (ICOHTEC), Vol. 22 (2016), стр. 78–114. Подробный обзор того, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.
Патенты
  • Патент № 1,472,583: Метод поддержания электрических токов постоянной частоты, Уолтер Г. Кэди, Бюро по патентам и товарным знакам США, 1923 г. Кэди был американским физиком, который помог первопроходцам в практическом использовании пьезоэлектричества, включая кварцевые генераторы.
  • Патент № 2 133 642: Электрическая система Джорджа У. Пирса, Ведомство США по патентам и товарным знакам, 1924 г. Пирс был гарвардским физиком, внесшим ряд важных вкладов в электронику в начале 20 века. Этот его ключевой патент включает в себя исчерпывающее (но чрезвычайно подробное) описание того, как работают различные генераторы Пирса (один из наиболее популярных типов генераторных цепей).

Подробнее

На этом сайте

  • Заводные механизмы
  • Часы с маятником
  • Пьезоэлектричество

Книги

  • О времени Адама Франка. Oneworld, 2013. Бесконечная история часов от солнечных до квантовых часов.
  • Искаженное время автора Клаудия Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правильно ли говорить, что наше ощущение времени «все в уме»? По сути, научно-популярный справочник по психологии времени.
  • История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
  • Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джей Гриффитс. HarperCollins, 2000. Как мы воспринимаем время, когда проходит наша жизнь. Необычное, наводящее на размышления руководство о том, как время движется в нашей жизни и наоборот.

Статьи

  • Зал славы бытовой электроники: наручные часы Casio F-91W от Брайана Санто. IEEE Spectrum, 7 ноября 2019 г.. Празднование точных и доступных цифровых часов.
  • Краткая история хронометража Эдварда Грина. BBC News, 26 августа 2004 г. Краткая история современного спортивного хронометрирования.
  • Кварцевые аналоговые часы: чудо-машина, автор Х. Ричард Крейн. Учитель физики, ноябрь 1993 г. Краткий обзор с несколькими хорошими диаграммами и упрощенным объяснением того, как работает крошечный шаговый двигатель в часах.

Патенты

Для получения более глубоких технических деталей попробуйте:

  • Патент США 3,863,436: Твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Рэймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. В этом относительно простом для понимания патенте описываются типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рис. 3 и в сопроводительном тексте показано, как сигнал от кварцевого генератора с частотой 32 768 Гц многократно делится микросхемой интегральной схемы для драйверов часов, минут и секунд, питающих дисплей.
  • Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Килера и Роберта Шапиро, Timex. 16, 19 апреля74. В этом более раннем патенте описывается типичная «подстроечная» схема, с помощью которой кварцевый генератор можно использовать для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *