В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Как устроен кварцевый механизм часов?», а также дать полезные рекомендации для наших читателей. Что из этого получилось, читайте далее.
Кварцевые часы относят к классу электрических. Создание кварцевых часов стало возможным благодаря развитию электронной техники и ее способности выполнять все большее число функций, которые до этого выполняли механические устройства.
Кварцевыми принято называть часы, в которых времязадающим элементом является пластинка из минерала кварца.
Достижения современной микроэлектроники, и в первую очередь появление интегральных микросхем (ИМС) на структурах МОП (металл — окисел — полупроводник) и КМОП (комплектарных), позволили создать делители частоты, пригодные для кварцевых часов.
Кварцевые часы состоят из кварцевого осциллятора, электронной интегральной схемы (ИС), которая обеспечивает незатухающие колебания кварца, а также делит частоту и создает необходимый возбуждающий ток для элементов индикации, индикатора и источника питания.
В кварцевых часах индикация может быть стрелочной или цифровой. В последнем случае индикатор выполняется на светодиодах или жидких кристаллах. В качестве источника питания используют батарейки (одну или две — в зависимости от конструкции часов), расположенные в корпусе часов.
В наручных часах используют окиснортутные и окисно-серебряные батарейки, а в крупногабаритных (настольных и настенных) часах — угольно-цинковые и щелочно-марганцевые. Батарейки должны иметь малые габариты и достаточную емкость для работы в течение года, не изменять свои технические характеристики при хранении и быть герметичными.
В часах со стрелочной индикацией в качестве привода стрелок чаще всего используют шаговый микродвигатель. Шаговой микродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Вращающий момент двигателя возникает в результате взаимодействия индукционных магнитов ротора и токов, циркулирующих в катушках статора, который замыкает магнитную цепь. Это электрический микродвигатель, у которого вал не вращается, как у обычных электромоторов, а каждую секунду поворачивается на определенный угол, как бы «шагает». Секундная стрелка также делает скачок на одну секунду.
Мы продолжаем рассматривать тему, связанную с кварцевой технологией, которая стала «сердцем» множества часов во всём мире. Для того чтобы наши читатели смогли вступить в равный диалог с представителями часовой индустрии и дилерами, мы расскажем о некоторых тонкостях устройства кварцевых часов.
Важнейшая часть любых современных часов – регулятор. Он вырабатывает колебания определённой частоты, которыми задаётся точность хода часов. В зависимости от типа используемого регулятора часы бывают механическими и кварцевыми. В механических регулятором служит маятник или система баланс-спираль. А в кварцевых часах колебания регулятора имеют электромагнитную природу: они вырабатываются генератором на основе кварцевого резонатора.
Каков же принцип действия кварцевого резонатора? Входящий в его состав кристалл кварца, благодаря которому данный тип часов и получил своё название, обладает пьезоэлектрическими свойствами (он порождает электрическое поле при сжатии и сжимается при воздействии электрического поля). Таким образом, кристалл под воздействием электрического поля можно заставить сжиматься и разжиматься (колебаться). Причём каждый кристалл имеет некоторую резонансную частоту. Итак, в состав кварцевых часов входит генератор электрических колебаний; вырабатываемые им колебания стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте (32 768 герц). В итоге получается генератор с очень стабильной частотой – отличное изобретение для использования в качестве часового регулятора.
Напомним теперь, что кварцевые часы бывают электронными и стрелочными. Обратимся к стрелочным. 32 768 электрических колебаний в секунду, которые вырабатывает кварцевый генератор, – это примерно в десять тысяч раз больше, чем число колебаний баланса в механических часах. Как же колебания с подобной скоростью могут вращать стрелки? Секрет в том, что другая часть электронной схемы – делитель – преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. И уже эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя. Двигатель состоит из статора, неподвижно закреплённой на нем катушки с обмоткой и ротора (постоянного магнита, насаженного на ось). Когда электрический импульс проходит через катушку, возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. А ротор через систему шестерён вращает стрелки.
Широко распространены и электронные кварцевые часы, где вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. В таких часах колебания резонатора поддерживаются микросхемой, которая вместе с тем вырабатывает и сигналы, управляющие устройством цифрового отсчёта. Подобные часы, по сути, являются мини-компьютером. Запрограммировав микросхему соответствующим образом, их можно превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, будильник, календарь. Стоимость часов при этом возрастает не сильно, ведь изготовление их деталей (которых не так уж и много) и окончательная сборка поддаются почти полной автоматизации. Малое количество деталей делает кварцевые часы также очень надёжными и ударопрочными.
Специалисты компания «Авангард» специально для своих клиентов проводят исследование процессов производства кварцевых часов; сравнивая возможности производителей, а также различных поставщиков комплектующих, мы выбираем наиболее актуальные бренды. Именно выбор часов различных марок и моделей – является результатом нашей работы.
Сегодня на мировом часовом рынке представлены сотни производителей. Как же выбрать именно те часы, которые подойдут вам? Существует несколько главных факторов (каждый из которых ещё предстоит подробно разобрать в следующих публикациях): функционал, качество производства, имиджевая составляющая, устройство часов, сервис и обслуживание. С позиции функционала кварцевые часы, как мы увидели, могут выполнять все возможные предназначения: хронограф, секундомер, всевозможные календари и так далее. Производство кварцевых часов предполагает две составляющие: генератор с кварцевым резонатором, который производится двумя компаниями, и «оболочка» часов (корпус и другие комплектующие). Такая конструктивная особенность определяет относительную простоту производства и, как следствие, высокую надежность кварцевых часов. Имиджевая составляющая за последнее время также претерпела позитивные изменения; ценовые категории «эконом» и «бизнес-класс» вовсе не предполагает отсталого дизайна. А если учесть, что современные кварцевые часы вообще не требуют постоянного «присмотра» (всевозможные варианты заводки), то именно для современного делового человека они подходят как нельзя лучше.
Выбор всегда останется за клиентом. Прямо на этом сайте в любое время суток можно заказать любые часы, имея выбор из сотен моделей. Обновление линеек у каждого производителя происходит с высокой скоростью. Сегодня простому потребителю сложно сравнить все цены и сопоставить характеристики у конкурентов. Именно поэтому эксперты советуют в первую очередь оценить свой бюджет и не спешить с покупкой (вы всегда найдёте то, что нужно именно вам). Всегда полезно получить консультацию специалиста и собрать как можно больше информации о товаре.
Ежедневный диалог с производителями часов и бизнес-партнёрами мы воспринимаем не только как бизнес-стратегию, но и как продвижение позитивной идеи – высокой часовой культуры. Цивилизованное общество крайне внимательно относится к своим ресурсам. Не требует доказательств древняя аксиома: главным богатством человека всегда будет его время. Чем эффективнее мы используем этот ресурс, тем выше уровень нашего развития (как профессионального, так и личностного).
За несколько столетий человек смог значительно усовершенствовать наручные механические часы. Путем создания различных сложных по конструкции устройств удалось добиться точности хода до ± 0,005 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. На рисунке 42.1 показан принцип работы кварцевых часов.
Рисунок 42.1 – Принцип работы кварцевых часов
42.2.2 Зачем часам кристалл
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.
Рисунок 42.2 — Кварцевые часы на основе кристалла
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.
42.2.3 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. Поэтому, 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.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)
Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как устроен кварцевый механизм часов»? Напишите об этом в комментариях.
Загрузка...