В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Как работают кварцевые часы настенные?», а также дать полезные рекомендации для наших читателей. Что из этого получилось, читайте далее.
Наручные механические часы появились несколько столетий назад. Часовых дел мастерам удалось добиться точности хода часов, при которой отклонение за сутки не превышает 5 секунд. Однако такие часы весьма сложны и дороги. Альтернативой стали часы кварцевые. При меньшей стоимости отклонение их обычно не более нескольких секунд в месяц.
Основными элементами кварцевых часов являются:
Электронный блок кварцевых часов
Название часы получили от лежащего в основе электронного блока кристалла кварца. Он обеспечивает высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов. Благодаря этой стабильности и обеспечивается высокая точность хода. Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц. Электронный блок кварцевых часов состоит из генератора, вырабатывающего электрические колебания и кварцевого кристалла, на резонансной частоте которого стабилизируются колебания генератора. В результате сигналы генератора отличаются повышенной стабильностью. Электронная схема (миникомпьютер) подсчитывает сигналы генератора и обеспечивает поворот стрелок, либо вывод информации на дисплей. Иногда стрелки и цифровая индикация совмещаются.
кварц в часах с электронной индикацией
Для преобразования сигнала с генератора, который выдает импульсы со скоростью 32768 электрических колебаний в секунду в движение стрелок используется система шестеренок и зубчатых колес. Но ни одно механическое устройство не сможет работать с такой частотой, поэтому изначально импульсы генератора проходят через делитель — электронное устройство, суммирующее количество входящих импульсов и выдающее сигналы один раз в секунду. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.
Механическая часть
Получая один раз в секунду электрический импульс с электронного блока, механическая часть отрабатывает его поворотом стрелок. Для этого используется хитроумная система зубчатых колес.
Механизм для движения стрелок:
1. Источник питания (как правило батарейка 1.5В)
2. Шаговый двигатель. При поступлении сигнала с делителя ротор проворачивает зубчатое колесо на половину оборота.
3. Передаточное колесо
4. Секундное колесо
5. Центральное колесо
6. Часовое колесо
Механизм для перевода стрелок:
7. Рычаг кулачковой муфты
8. Переводной рычаг
9. Переводная головка
10. Переводной вал
11. Кулачковая муфта
12. Тормозной рычаг
13. Минутное колесо
14. Промежуточное колесо
Колесный механизм у кварцевых часов весьма долговечен. В отличие от механических часов, где все элементы действуют под постоянной нагрузкой скрученной заводной пружины, в кварцевых часах существенная нагрузка возникает только в момент поворота шагового двигателя. Именно поэтому отпал вопрос о количестве \»камней\» (особо твердых элементов механических часов) в часах. Их необходимость отпала сама собой. При этом, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим. В то же время стоимость кварцевых часов гораздо меньше при большей точности. Благодаря этим фактам кварцевые часы завоевывают все большую долю рынку наручных часов.
Такой же электронный блокна основе задающего кварца, как и в часах, используется во всех современных электронных устройствах, имеющих функцию фиксации времени: мобильных телефонах, компьютерах, системах навигации, пульсомерах и частотомерах.
Двести лет назад часы передавали по наследству из-за их высокой стоимости. Обладание часами являлось, скорее, способом подчеркнуть статус и материальный достаток владельца. Сейчас часы доступны практически каждому. Кварцевые часы не капризны, просты в эксплуатации и, кроме отображения времени, как правило, включают в себя набор дополнительных функций — секундомер, таймер, отображение даты, будильник.
Разобраться в принципах работы столь привычного для нас аксессуара – наручных часов – задача, напоминающая путешествие в темный, дремучий лес: мы настраиваемся, бодримся, собираемся с силами, делаем первый шаг в чащу и… поворачиваем обратно.
Так и с часами. Натолкнувшись на сложное двухметровое предложение мы, чаще всего, закрываем книгу и забрасываем смелую идею в необозримое будущее. И все бы хорошо, только как произнести «не знаю», если завтра ребенок или младший братишка огорошит вопросом: «А что внутри часиков»?
Рассказать об этом – возможно. Как – попробуем разобраться в этой статье.
Начнем с простейшего. Чем знамениты кварцевые модели? С их появлением жизнь простых людей облегчилась невероятно: часы перестали быть атрибутом высшего общества, — отныне высокоточные, но, в то же время недорогие изделия стали доступны чуть ли не каждому, кто хотел угнаться за юрким временем. В последнее десятилетие абсолютное большинство выпускаемых часов – кварцевые.
Так как же они работают? Основными элементами любой кварцевой модели являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок каждую секунду посылает двигателю импульс, и тот поворачивает стрелки в нужном направлении (делает «шаг»).
Чтобы со временем частота сигналов не снижалась, и механизм сохранял идеальную точность, разработчики используют в конструкции часов кристаллы кварца, которые «колеблются» под воздействием электрического тока, сжимаясь и разжимаясь попеременно.
Еще одна составная часть электронного блока – генератор – производит электрические колебания, которые на своей частоте стабилизирует кварцевый кристалл. В результате мы получаем генератор со стабильной частотой электрических колебаний, которые остаётся обратить в равномерное движение стрелок.
Как правило, кварцевый генератор вырабатывает в 10000 раз больше электрических колебаний в секунду, чем механизм простых часов. Ни одному механическому устройству не под силу работа с подобной скоростью.
Батарейки, используемые в кварцевых часах, питают двигатель и электроблок, обеспечивая безотказную работу на протяжении нескольких лет, что, в свою очередь, позволит Вам не волноваться о постоянном заводе часов. В результате Вы получаете удобное использование и высокую точность.
Общеизвестные электронные часы, в которых используется не циферблат и стрелки, а цифровой дисплей, во всём мире принято называть кварцевыми часами с цифровой индикацией. Из названия ясно, что время в таких часах отображается цифрами, а их сердце – кварцевый генератор.
Образно кварцевые часы можно сравнить с мини-компьютером. Достаточно запрограммировать микросхему определенным образом, и многофункциональное устройство, в котором есть секундомер, хронограф и будильник — к Вашим услугам.
Точность механических часов обусловлена многочисленными факторами. Это и положение часов, и степень износа деталей, и регулировка, и завод пружины.
Гораздо проще дело обстоит с кварцевыми часами, ведь специальный генератор механизма обеспечивает практически постоянную частоту импульсов. В этой системе стрелки и двигатель играют лишь роль исполнителя, который должен вращаться по команде.
Для механических часов отклонение + — 20 секунд в сутки считается хорошим показателем точности, и лишь немногие могут похвастаться предельным результатом + — 5 секунд. Что же касается кварцевых часов, то основная их масса способна отклониться на + — 20 секунд лишь за месяц, а лучшие представители показывают результат до + — 5 секунд в год. С уверенностью можно заявить, что даже самые дешёвые кварцевые часы обойдут в точности любой механический хронометр.
Преимущественная часть деталей механических часов длительное время находится под нагрузкой, созданной заводной пружиной. И лишь в некоторые моменты, когда анкерная вилка и баланс позволяют повернуться анкерному колесу, нагрузка спадает.
Подобные условия требуют применять в использовании твёрдые материалы: рубин, сталь, латунь. Совершенно противоположная ситуация наблюдается в механизме кварцевых часов, где основную часть времени детали находятся без нагрузки, что позволяет применять более мягкие материалы. Плюс ко всему, мощность шагового двигателя, который и нагружает детали в кварцевых часах на короткое время, гораздо меньше мощности, которую развивает заводная пружина механических часов.
Трение деталей кварцевого механизма должно быть как можно меньше, а сами детали – как можно легче, чтобы двигатель без проблем мог повернуть стрелки. Это условие как нельзя лучше выполняется при специальном подборе пары трения «пластик-пластик».
По сути своей камни в механических часах применяются для предохранения от контактного давления. А поскольку в кварцевых часах оно крайне мало, то и камни в них совершенно не нужны. Хотя иногда можно встретить один камень, который выполняет роль нижней опоры ротора шагового двигателя – место, где контактное давление действительно присутствует.
По причине того, что в кварцевых часах не так много деталей, а их точность зависит только от параметров генератора, они не требовательны к тонкой ручной настройке при сборке. Большая часть операций по сборке механизма и изготовлению деталей выполняется автоматикой, что, соответственно, влияет на себестоимость часов.
Вопреки всеобщему мнению, можно с уверенностью сказать, что хорошие кварцевые часы не уступят по долголетию механическим. Тот факт, что в кварцевых часах нет чувствительных к ударам деталей, позволяет зачислить их в категорию противоударных.
Устройство и принцип работы кварцевых часов
За несколько столетий человек смог значительно усовершенствовать наручные механические часы. Путем создания различных сложных по конструкции устройств удалось добиться точности хода до +-5 секунд в сутки. Но такие часы были сложны в изготовлении и, как следствие, очень дороги.
Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни человека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему все больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам?
Основными элементами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.
Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название.
Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании.
Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр.
По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно.
1. Катушка
2. Стартор
3. Ротор
4. Триб ротора
5. Магниты
Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц.
1. Источник питания
2. Шаговый двигатель
3. Передаточное колесо
4. Секундное колесо
5. Центральное колесо
6. Часовое колесо
7. Рычаг кулачковой муфты
8. Переводной рычаг
9. Переводная головка
10.Переводной вал
11. Кулачковая муфта
12.Тормозной рычаг
13. Минутное колесо
14. Промежуточное колесо
15. Блок кварцевого генератора
Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.
Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.
Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора — постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки.
Сколько же прослужит «кварц»?
Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.
Статистики по «долгожительству» кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день.
С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.
В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка.
Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как работают кварцевые часы настенные»? Напишите об этом в комментариях.
Загрузка...