Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Кварцевый резонатор – это радиоэлемент, который используется в радиотехнических цепях для генерации электрических колебаний. В этой статье мы подробно рассмотрим и развенчаем некоторые мифы, связанные с кварцевым резонатором, а также рассмотрим схемы на его основе.

Пьезоэлектрики

На самом деле, кварц  – это один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%! Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном делают из кремния, то кварц тоже состоит из кремния но в связке с кислородом. Его химическая формула SiO2.

Выглядит минерал кварц примерно вот так.

минерал кварц

Ну прямо как сокровище какое-то! Но ценность этого сокровища спрятана не в самом кварце, а в том, каким свойством он обладает. И этот эффект кварца сделал революцию в прецизионной (точной) электронике для генерации высокостабильных колебаний электрического сигнала.

Еще в 19 веке два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭДС , деформируя эти кристаллы. Деформация – это изменение формы какого-либо тела с помощью кручения, удара, растяжения и так далее. Так вот, ударяя по таким кристаллам, они обнаружили, что те могут выдавать какое-либо кратковременное напряжение.

пьезоэффект

Но они также обнаружили еще и обратный эффект. При подаче напряжения на такие кристаллы, эти кристаллы деформировались сами. Невооруженным глазом это было практически не заметно. Такой эффект назвали пьезоэффектом, а вещества  –  пьезоэлектриками.

Следует заметить, что ЭДС возникает только в процессе сжатия или растяжения. Может быть вы подумали, что можно прижать такой кристалл какой-нибудь увесистой болванкой и всю жизнь получать из него энергию? Как бы не так! Кстати, радиоэлемент пьезоизлучатель тоже относится к пьезоэлектрикам, и из него можно получить ЭДС. Ниже можно рассмотреть этот случай на видео. Светодиод, подпаянный к пьезоизлучателю, зажигается при ударе самого пьезоизлучателя.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Не так давно смотрел фильм по National Geographic. Там целые пьезоэлектрические плиты устанавливали на дороге. По ним ходили люди и вырабатывали электрическую энергию, сами того не подозревая). Кстати, очень халявная, чистая и возобновляемая энергия.  Ладно, что-то отвлекся… Так вот, кристаллы кварца тоже обладают пьезоэффектом и способны также вырабатывать ЭДС или деформироваться (изгибаться, изменять форму) под воздействием электрического тока.

[quads id=1]

Кварцевый резонатор

Что представляет из себя кварцевый резонатор

В настоящее время выявлены множество видов кристаллических веществ, но в электронике больше всего используют именно минералы кварца, так как он помимо того, что является пьезоэлетриком, так еще и обладает хорошей механической прочностью.

Резонатор – (от лат. resono –  звучу в ответ, откликаюсь) – это система, которая способна совершать колебания с максимальной амплитудой, то есть резонировать, при воздействии внешней силы определенной частоты и формы. Получается, кварцевый резонатор в электронике, а в народе просто “кварц”, – это радиоэлемент, который способен резонировать, если на него подать переменный ток определенной частоты и формы.

Кварцевые резонаторы выглядят примерно так.

виды кварцевых резонаторов

Кварц является диэлектриком. А что будет если тонкий диэлектрик разместить между двумя металлическими пластинами? Получится конденсатор! Конденсатор получается очень маленькой емкости, так что замерить его емкость вряд ли получится. Зато не стали мудрить со схемотехническим обозначением кварца, и на схемах его показывают как прямоугольный кусочек кристалла, заключенный между двумя пластинками конденсатора.

обозначение на схеме кварцевого резонатора

Разобрав кварцевый резонатор, мы можем увидеть воочию сам кристалл кварца. Давайте вскроем кварц советского производства вот в таком корпусе.

Здесь мы видим прозрачный кристалл кварца, размещенный между двумя металлическими пластинками, к которым подпаяны выводы.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

что внутри кварцевого резонатора

В маленьких кварцах типа этих

кварцевый резонатор

используются тонкие прямоугольные пластинки кварца. Физический размер и толщина кварцевой пластинки внутри кварцевого резонатора строго должна соблюдаться, так как именно ее габаритные размеры влияют на основную частоту колебаний. Здесь правило такое: чем больше толщина пластинки, тем ниже рабочая частота кварца. Поэтому, самые высокие частоты, на которые делают кварцы, составляет не более 50 МГц, так как пластинка получается очень тонкая, что создает трудности при ее изготовлении. Да и держать ее как-то надо в корпусе, не поломав. По идее, можно выжать из кварца частоту и до 200 МГц, но работать такой кварц будет на обертоне.

Обертоны кварцевого резонатора

Обертоны, или как еще их называют, моды или гармоники – это кратные частоты, выше основной частоты кварца. С помощью фильтров гасят основную частоту кварца и выделяют обертон. В кварцевом резонаторе в режиме обертонов используют нечетные обертоны. Если основная частота кварца F – это первый обертон, то его рабочие обертоны будут как 3F, 5F, 7F, 9F.  Стоит также отметить, что амплитуда обертона убывает с ростом его частоты, поэтому, далее 9 обертона смысла брать уже нет, так как выделять амплитуду маленького сигнала очень проблематично.

Пример: возьмем кварц с частотой в 10 Мегагерц. Тогда мы можем возбудить его на обертонах в 30 Мегагерц (третий обертон), в 50 Мегагерц (пятый обертон), в 70 Мегагерц (седьмой обертон) и максимум в 90 Мегагерц (девятый обертон).

Чтобы хоть как-то понять, что такое обертоны, для примера послушайте основную частоту 110 Герц и ее обертоны.

Схема, которая возбуждает кварц на обертонах, сложная и не очень надежная, так как во-первых, надо “давить” главную частоту кварца и выделять обертон, а во-вторых, кварц может возбудиться в режиме случайных колебаний. На практике все-таки делают схемы с умножением главной частоты кварца, что намного проще и надежнее.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Здесь также есть еще одно правило: если частота маркируется в целых числах в Килогерцах – это работа на основной гармонике, а если в Мегагерцах через запятую – это обертонная гармоника. Например: РГ-05-18000кГц – резонатор для работы на основной частоте, а РГ-05-27,465МГц – для работы на 3-ем обертоне.

Последовательный и параллельный резонанс кварца

Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый популярный миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное напряжение с частотой, которая на нем указана. Насчет “частоты, указанной на нем”, я, может быть, соглашусь, но насчет постоянного напряжения – увы. Кристалл кварца просто сожмется или разожмется). Некоторые вообще до сих пор думают, что кварц сам по себе выдает переменный ток ). Ага, прям вечный двигатель).

Для того, чтобы понять принцип работы кварцевого резонатора, надо рассмотреть его эквивалентную схему:

эквивалентная схема кварцевого резонатора

С – это собственно емкость между обкладками конденсатора. То есть если убрать кристалл кварца, то останутся две пластины и их выводы. Именно они и обладают этой емкостью.

С1 – это эквивалетная емкость самого кристалла. Ее значение несколько фемтоФарад. Фемто – это 10-15 !

L1 – это эквивалентная индуктивность кристалла.

R1 – динамическое сопротивление, при работе кварца может достигать от нескольких Ом и до нескольких КОм

Можно заметить, что С1, L1 и R1 образуют последовательный колебательный контур, который обладает своей резонансной частотой.

последовательный колебательный контур

Резонансная частота такого контура вычисляется по формуле

формула последовательного резонанса кварцевого резонатора

Но все бы хорошо, но как видите, есть еще в эквивалентной схеме кварцевого резонатора один увесистый конденсатор С, который портит всю малину.

Вся эта схема превращается в сложный параллельный колебательный контур.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Резонансная частота такого контура уже будет определяться формулой

формула параллельного резонанса кварцевого резонатора

Поэтому, запомните: каждый кварцевый резонатор может возбуждаться на двух резонансных частотах. На частоте последовательного резонанса и на частоте параллельного резонанса. Если мы видим на кварце вот такую надпись

частота кварцевого резонатора

это говорит нам о том, что частота последовательного резонанса для этого кварцевого генератора составляет 8 МГц. Кварцевые резонаторы в электронике работают именно на частоте последовательного резонанса. На своей практике не припомню, чтобы кто-то возбуждал кварц для работы на частоте параллельного резонанса.

Часовой кварцевый резонатор

Чаще всего часовой кварц выглядит вот так.

“Что еще за часовой кварц?” – спросите вы.  Часовой кварц – это кварц с частотой в 32 768 Герц. Почему на нем такая странная частота? Дело все в том, что 32 768 это и есть 215. Такой кварц работает в паре с 15-разрядной микросхемой-счетчиком. Это наша микросхема К176ИЕ5.

Принцип работы этой микросхемы такой: после того, как она сосчитает 32 768 импульсов, на одной из ножек она выдает импульс. Этот импульс на ножке  с кварцевым резонатором на 32 768 Герц появляется ровно один раз в секунду. А как вы помните,  колебание один раз в секунду – это и есть 1 Герц. То есть на этой ножке импульс будет выдаваться с частотой в 1 Герц. А раз это так, то почему бы не использовать это в часах? Отсюда и пошло название – часовой кварц.

В настоящее время в наручных часах и других мобильных гаджетах этот счетчик и кварцевый резонатор встроены в одну микросхему и обеспечивают не только счет секунд, но и целый ряд других функций, типа будильника, календаря и тд. Такие микросхемы называется RTC (Real Time Clock) или в переводе с буржуйского Часы Реального Времени.

Кварцевый генератор

Что такое генератор? Генератор – это по сути устройство, которое преобразует один вид энергии в другой.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы В электронике очень часто можно услышать словосочетание  “генератор электрической энергии, генератор частоты, генератор функций ” и тд.

Кварцевый генератор представляет из себя генератор частоты и имеет в своем составе кварцевый резонатор. В основном  кварцевые генераторы бывают двух видов:

те, которые могут выдавать синусоидальный сигнал

и те, которые выдают прямоугольный сигнал, который чаще всего используется в цифровой электронике.

 Схема Пирса

Для того, чтобы возбудить кварц на частоте резонанса, нам надо собрать схему. Самая простая схема для возбуждения кварца – это классический генератор Пирса, который состоит всего лишь из одного полевого транзистора и небольшой обвязки из четырех радиоэлементов:

схема пирса для кварцевого резонатора

Пару слов о том как работает схема. В схеме  есть положительная обратная связь и в ней начинают возникать автоколебания. Но что такое положительная обратная связь?

В школе всем вам ставили прививки на реакцию Манту, чтобы определить, если у вас тубик или нет. Через некоторое время приходили медсестры и линейкой замеряли вашу реакцию кожи на эту прививку

Когда ставили эту прививку, нельзя было чесать место укола. Но мне, тогда еще салаге, было по барабану. Как только я начинал тихонько чесать место укола, мне хотелось чесать еще больше)) И вот скорость руки, которая чесала прививку, у меня замерла на каком-то пике, потому что совершать колебания рукой у меня максимум получалось с частотой Герц  в 15.  Прививка набухала на пол руки))  И даже  один раз меня водили сдавать кровь в подозрении на туберкулез, но как оказалось, не нашли. Оно и неудивительно ;-).

Так что это я вам тут рассказываю хохмы из жизни? Дело в том, что эта чесотка прививки самая что ни на есть положительная обратная связь. То есть пока я ее не трогал, чесать не хотелось. Но как только тихонько почесал, стало чесаться больше и я стал чесать больше, и чесаться стало еще больше и тд.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы   Если бы на мою руку не было физический ограничений, то наверняка, место прививки уже бы стерлось до мяса. Но я мог махать рукой только с какой-то максимальной частотой. Так вот, такой же принцип и у кварцевого генератора ;-). Чуть подал импульс, и он начинает разгоняться и уже останавливается только на частоте параллельного резонанса ;-). Скажем так, “физическое ограничение”.

Первым делом нам надо подобрать катушку индуктивности. Я взял тороидальный сердечник и намотал из провода МГТФ несколько витков

тороидальная катушка индуктивности

Весь процесс контролировал с помощью LC-метра, добиваясь номинала, как на схеме – 2,5 мГн. Если не доставало, прибавлял витки, если перебарщивал номинал, то убавлял. В результате добился  вот такой индуктивности.

измерение индуктивности

Транзистора у меня в загашнике не нашлось, и в местном радиомагазине его тоже не было. Поэтому, пришлось заказывать на Али. Кому интересно, брал здесь.

Его правильное название: транзистор полевой с каналом N типа.

транзистор 2n5485Распиновка слева-направо: Сток – Исток – Затвор

Ну а дальше дело за малым. Собираем схемку:

Небольшое лирическое отступление.

Как вы видите, я пытался максимально сократить связи между радиоэлементами. Дело все в том, что все радиоэлементы имеют свои паразитные параметры. Чем длиннее их выводы, а также провода, соединяющие эти радиоэлементы в схеме, тем хуже будет работать схема, а то и вовсе “не зафурычит”. Да и вообще, схемы с кварцевым резонатором на печатных платах трассируют не просто так от балды. Здесь есть свои тонкие нюансы. Мельчайшие паразитные параметры могут испоганить весь сигнал на выходе такого генератора.

Итак, кварцевый генератор мы собрали, напряжение подали, осталось только снять сигнал с выхода нашего самопального генератора. За дело берется цифровой осциллограф OWON SDS6062

Первым  делом я взял кварц на самую большую частоту, которая у меня есть: 32 768 Мегагерц. Не путайте его с часовым кварцем (о нем пойдет речь ниже).Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Не, ну а что вы хотели? Хотели увидеть идеальную синусоиду? Не тут-то было. Сказались паразитные параметры плохо собранной схемы и монтажа.

Внизу в левом углу осциллограф нам показывает частоту:

Как вы видите 32,77 Мегагерц.  Главное, что наш кварц живой и схемка работает!

Давайте возьмем кварц с частотой 27 МГц.

Частоту тоже более-менее показал верно.

Ну и аналогично проверяем все остальные кварцы, которые у меня есть.

[quads id=1]

Вот осциллограмма  кварца на 16 МГц.

Осциллограф показал частоту ровно 16 МГц.

Здесь поставил кварц на 6 МГц.

Ровно 6 МГц!

На 4 МГц.

Все ОК.

Ну и возьмем еще советский на 1 Мегагерц. Вот так он выглядит.

Сверху написано 1000 КГц = 1МГц.

Смотрим осциллограмму.

Рабочий!

При большом желании можно даже замерять частоту китайским генератором-частотомером.

измерение частоты частотомером

400 Герц погрешность для старенького советского кварца не очень и много, хотя дело может быть даже не кварце, а в самом частотомере.

[quads id=1]

Схема Пирса для прямоугольного сигнала

Итак, вернемся к схеме Пирса. Предыдущая схема Пирса генерирует синусоидальный сигнал

Но также есть видоизмененная схема Пирса для прямоугольного сигнала

А вот и она:

схема Пирса для меандра

Номиналы некоторых радиоэлементов можно менять в достаточно широком диапазоне. Например, конденсаторы С1 и С2 могут быть в диапазоне от 10 и до 100 пФ. Тут правило такое: чем меньше частота кварца, тем меньше должна быть емкость конденсатора. Для часовых кварцев конденсаторы можно поставить номиналом в 15-18 пФ. Если кварц с частотой от 1 до 10 Мегагерц, то можно поставить 22-56 пФ. Если не хотите заморачиваться, то просто поставьте конденсаторы емкостью в 22 пФ. Точно не прогадаете.

Также небольшая фишка на заметку: меняя значение конденсатора С1 можно настраивать частоту резонанса в очень тонких пределах.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Резистор R1 можно менять от 1 и до 20 МОм, а R2 от нуля и до 100 кОм. Тут тоже есть правило: чем меньше частота кварца, тем больше значение этих резисторов и наоборот.

Максимальная частота кварца, которую можно вставить в схему, зависит от быстродействия инвертора КМОП. Я взял микросхему 74HC04. Она не слишком быстродействующая. Состоит из шести инверторов, но использовать  мы будем только один инвертор.

Вот ее распиновка:

Подключив к этой схеме часовой кварц, осциллограф выдал вот такую осциллограмму:

Ну как всегда всю картинку испортили паразитные параметры монтажа. Но, обратите внимание на частоту. Осциллограф почти верно ее показал с небольшой погрешностью. Ну оно и понятно, так как главная функция осциллографа отображать сигнал, а не считать частоту)

Кстати, вам эта часть схемы ничего не напоминает?

Не эта ли часть схемы используется для тактирования микроконтроллеров?

Она самая! Просто недостающие элементы схемы уже есть в самом МК 😉

Схема Колпитца

Это также довольно распространенная и знаменитая схема.

схема Колпитца

За основу взять схема усилителя с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Здесь все как обычно. Резисторы R1 и R2 устанавливают рабочую точку для транзистора. Резистор RE устанавливает уровень выходного напряжения. Транзистор NPN 2N4265 может работать на частотах до 100 МГц, поэтому его и взяли. Эта схема будет работать с кварцами в диапазоне от 1 и до 5 МГц.

Готовые модули кварцевых генераторов

В настоящее время кварцевые генераторы выпускают в виде законченных модулей. Некоторые фирмы, производящие такие генераторы,  достигают частотной стабильности  до 10-11 от номинала! Выглядят готовые модули примерно так:

виды кварцевых генераторов

или так

Такие модули кварцевых генераторов в основном имеют 4 вывода.  Вот распиновка квадратного кварцевого генератора:

распиновка кварцевого генератора

Давайте проверим один из них.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы На нем написано 1 МГц

кварцевый генератор на 1 МГц

Вот его вид сзади.

Подавая постоянное напряжение от 3,3 и до 5 Вольт плюсом на 8, а минусом на 4, с выхода 5  я получил чистый ровный красивый меандр с частотой, написанной на кварцевом генераторе, то бишь 1 Мегагерц, с очень небольшими выбросами.

сигнал с кварцевого генератора

Ну прям можно залюбоваться).

Да и китайский генератор-частотомер показал точную частоту.

Отсюда делаем вывод: лучше купить готовый кварцевый генератор, чем самому убивать кучу времени и нервов на наладку схемы Пирса или Колпитца. Схема Пирса будет пригодна для проверки резонаторов и для ваших различных самоделок, хотя на Алиэкспрессе встречал готовый проверяльщик кварцевых резонаторов, способный замерять частоту кварцев от 1 и до 50 МГц. Посмотреть можете по этой ссылке.

Плюсы кварцевых генераторов

Плюсы кварцевых генераторов частоты – это высокая частотная стабильность. В основном это 10-5 – 10-6 от номинала или, как часто говорят,  ppm (от англ. parts per million) — частей на миллион, то есть одна миллионная или числом 10-6. Отклонение частоты  в ту или иную сторону в кварцевом генераторе в основном связано с изменением температуры окружающей среды, а также со старением кварца. При старении кварца, частота кварцевого генератора стает чуточку меньше с каждым годом примерно на 1,8х10-7 от номинала. Если, скажем, я взял кварц с частотой в 10 Мегагерц ( 10 000 000 Герц) и поставил его в схему, то за год его частота уйдет примерно на 2 Герца в минус 😉 Думаю, вполне терпимо.

Смотрите подробное видео про кварцевый резонатор:

Quartz

Quartz

Благодаря своему стремлению к совершенству, последняя разработка SEIKO Quartz стала новым веянием в истории изготовления часовых механизмов.

Кварцевые часы, разработанные в 1969 году, произвели революцию в принятом представлении о часах.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Эти часы снабжены кварцевым генератором для точности. Кристаллы, вырезанные в определенной форме, могут генерировать колебания, когда через них проходит напряжение. С течением лет появилась мысль о том, что кристалл – особый проводник электричества, и его можно использовать для создания кварцевого генератора для улучшения точности часовых механизмов. Однако, чтобы воспользоваться ценными свойствами кристаллов кварца, о преимуществах и точности которых уже было сказано, пришлось преодолеть многочисленные препятствия.

В 1969 году компания SEIKO смогла решить все эти вопросы и представила первые в мире кварцевые часы на продажу. Прошло уже десять лет с тех пор, как в Suwa Seikosha был создан план развития технологий по созданию часов на основе колебаний кристаллов. Для создания кварцевых часов были разработаны уникальные технологии SEIKO. В их числе — кварцевый генератор в форме камертона, интегральные схемы и шаговый двигатель для правильного управления сигналами от кварцевого генератора. Кроме того, компания SEIKO, со своим стремлением изменить будущее часовой промышленности, не преследовала цели монополизировать патентное право на эти уникальные технологии и сделала их открытыми для всего мира. Позже, многие технологии, предложенные SEIKO, стали мировыми стандартами и внесли свой вклад в развитие технологии производства кварцевых часов.

Благодаря созданию искусственных кристаллов, получилось разработать кварцевый генератор.
25 декабря 1969 года часы SEIKO Quartz ASTRON произвели революцию на часовом рынке, став первыми кварцевыми наручными часами в истории! В то время частота колебаний кварцевого генератора составляла 8192 Гц, в четыре раза меньше, чем сейчас. Одной из основных отличительных черт этой модели стала секундная стрелка с шаговым двигателем, основанная на действии шагового двигателя, который позже стал характерной особенностью кварцевых часов.

Кварцевые часы, что это и как они устроены

Рассказываем об основных принципах работы кварцевого механизма в наручных часах

Изображение: multi-master.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы ru

Думается, всем более-менее понятно принципиальное устройство механических часов. Конечно, скорее менее, чем более, но основа ясна: источник энергии — пружина — воздействует на колесо баланса, частота колебаний последнего определяется спиралью, колебания передаются на узел спуска, а за ним следует передача, она же ангренаж — зубчатые колеса (шестеренки), приводящие в действие стрелки.

На самом деле все неимоверно сложно, но принцип именно таков. Главное, что все это можно увидеть глазами. И даже пощупать руками. Ну, хотя бы виртуально.

А вот кварцевые часы — как построены они? Там ведь не все можно увидеть и тем более пощупать. Однако если разобраться, то в них все проще. Итак, по порядку.

Схема работы простого кварцевого механизма (с секундной стрелкой на отметке “6 часов”). Изображение: Encyclopedia Britannica

Батарейка (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Источник энергии — батарейка. Энергия не механическая, как в случае пружины, а электрическая. Тем не менее все равно энергия. Батарейка может быть “таблеткой”, а может, например, солнечной. Это лишь детали.

Генератор с кварцевым резонатором (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Колебательная система — генератор с кварцевым резонатором, или сокращенно кварц.

Ток, вырабатываемый батарейкой, заставляет кристалл кварца колебаться (пьезоэлектрический эффект). Этот кристалл — аналог спирали — настраивают на определенную частоту колебаний, чаще всего 32 768 герцЭто примерно в десять тысяч раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных механических часах. С такой частотой выдает импульсы генератор — аналог баланса.

Микропроцессор / двоичный счетчик (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

32 768 — это 2 в 15-й степени, что важно, поскольку в схеме присутствует также простейший двоичный счетчик, он же делитель, на выходе из которого частота снижется до 1 герца — до секундного такта.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

3

Электродвигатель

Шаговый электродвигатель (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

С этой частотой в 32 768 герц — раз в секунду — импульсы подаются на шаговый электродвигатель, который является аналогом спуска.

4

Стрелки / Дисплей

Зубчатые колеса и стрелки (на примере механизма ETA Flatline 210.001). Изображение: eta.ch

Далее — система шестеренок и стрелки, это уже чистая механика. Или не стрелки, а опять электроника, обеспечивающая индикацию на цифровых дисплеях.

Как и механические часы, кварцевые могут надстраиваться различными функциями, причем их набор по естественным причинам практически безграничен.

Кварцевые часы по самой своей природе точнее механических. О стандартах точности хода можно прочитать здесь. И — также по понятным причинам — кварц значительно дешевле механики, особенно эксклюзивной.

Казалось бы, смерть ей… Однако человеческая и социальная психология решили вопрос в пользу мирного сосуществования обеих систем. Дай бы бог, чтобы так и во всех других сферах.

нашли ошибку в тексте? выделите её и нажмите ctrl + enter

/ Статьи / Timeseller

По имени кварц

Несмотря на господство кварцевых часов на рынке, большинство людей, имеющих отношение к часовому делу, даже приблизительно не представляют себе, что такое кварц. В лучшем случае, мастера-ремонтники могут опознать его непосредственно в часах. Так что рассказ о нем, на наш взгляд, будет совсем не лишним.

Туманная личность

Сегодня узнать время нам помогают сотни самых разных приборов. Но как бы ни назывался такой прибор, какую бы форму и размеры он ни имел, с вероятностью 90% можно утверждать, что внутри него работает кварцевый генератор. Причин того, что кварцевые генераторы завоевали мир, несколько:

— кристалл кварца дешев в производстве;

— кварцевый генератор по своей эквивалентной схеме является обычным радиотехническим устройством и может быть легко внедрен в любую радиосхему;

— свойства кварца максимально стабильны во времени и достаточно стабильны в обычных для человека условиях.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Несмотря на господство кварцевых часов на рынке, большинство людей, имеющих отношение к часовому делу, даже приблизительно не представляют себе, что такое кварц. В лучшем случае, мастера-ремонтники могут опознать его непосредственно в часах. Так что рассказ о нем, на наш взгляд, будет совсем не лишним.

Природа колебания

Работа кварцевого генератора основана на пьезоэлектрическом эффекте. В физике так называется эффект возникновения разности потенциалов (напряжения) на противоположных сторонах какого-либо кристалла при приложении к нему механического воздействия. Помимо прямого существует и обратный пьезоэффект, когда под воздействием напряжения происходит механическая деформация кристалла.

Обычно масштаб пьезоэффекта невелик и составляет мизерные доли процента. Тем не менее пьезоэффект широко применяется в технике. На нем основана работа многих устройств — от очень сложных до таких привычных, как проигрыватель грампластинок.

Одним из минералов, обладающих ярко выраженным пьезоэлектрическим эффектом, является кварц. Если к кристаллу кварца приложить электрическое напряжение, то под воздействием обратного пьезоэлектрического эффекта он деформируется. Если затем напряжение убрать, то в кристалле возникнут колебания — электрическая энергия будет преобразовываться в механическую и обратно. Это чем-то похоже на колебания маятника, когда кинетическая энергия движущегося маятника позволяет ему подняться относительно нижней точки и превращается в потенциальную, а затем происходит обратное превращение.

Так как при деформации кристалла часть энергии выделяется в виде тепла, колебания постепенно затухнут. Скорость затухания колебаний определяется тем, насколько кристаллическая решетка кварца близка к идеальной.

Каждый кристалл имеет собственную частоту колебаний, или резонансную частоту, которая зависит от его формы и физических размеров. Подбирая форму и размеры кристалла, можно получить любую заданную резонансную частоту.

Кристалл кварца, «упакованный» в металлический корпус с выведенными наружу контактами, называют кварцевым резонатором.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Именно этот «бочонок» мы и видим внутри часов. Кварцевый резонатор является основой генератора, вырабатывающего колебания постоянной частоты. Основываясь на этих колебаниях, электронная схема посылает импульсы на шаговый двигатель, который через систему колес вращает стрелки часов.

В принципе, кварцевый резонатор может быть заменен обычным колебательным контуром, схема которого приведена на рисунке 1. Однако кварц занимает гораздо меньше места и имеет более выраженный пик резонансной частоты. К тому же температурная и временная стабильность индуктивно-емкостной цепочки на 3–4 порядка хуже, чем у кварца.

Подкорректируем

Резонансная частота кристалла кварца является величиной постоянной. Но итоговая частота, вырабатываемая кварцевым генератором, в небольших пределах может быть отрегулирована. Все способы корректировки частоты генератора основаны на наличии дополнительных устройств, подключенных к выводам резонатора. В простейшем случае для калибровки используются постоянные или переменные конденсаторы (емкости), включаемые в схему различными способами (см. рисунки 2 и 3).

В первом случае в схеме часов есть некоторый набор емкостей, которые могут быть подключены с помощью так называемой решетки. Замыкая между собой с помощью припоя или распаивая соседние гребенки, мы можем подключить одну или несколько емкостей. Таким образом мы варьируем шунтирующую емкость и влияем на частоту системы КВАРЦ + ШУНТ, которая и является частотой генератора.

Во втором варианте в схему встроен конденсатор переменной емкости — триммер. Его емкость можно изменять, вращая подстроечный винт обычной керамической отверткой. Это позволяет настроить часы до точности +/– 0,01 секунда/день. Но триммер удорожает механизм часов, к тому же, как и любая дополнительная деталь, он не добавляет надежности.

Вопрос корректировки частоты кварцевого генератора был актуален на заре кварцевой эры. Тогда еще не удавалось обеспечить должную точность изготовления кристаллов кварца, и триммеры с гребенками были необходимы для подстройки частоты генератора в часах.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы В настоящее время проблемы с обеспечением точности резонаторов решены, и большинство производителей отказались от использования триммеров. Соответственно, если механизм не имеет гребенки и триммера, то мастер лишен какой-либо возможности регулировать точность часов.

О влияниях…

Мы уже говорили, что резонансная частота кварцевого резонатора определяется его физическими характеристиками и фиксируется при изготовлении кристалла. Однако в процессе эксплуатации она может несколько меняться. Больше всего на нее влияют температура и время. Соответственно, двумя важнейшими характеристиками кварцевого генератора являются температурная и временная стабильность частоты. Именно от них зависит точность хода кварцевых часов.

Величины этих двух важнейших характеристик выражаются в миллионных долях (10-6 или ppm). Отклонение в 1 ppm на языке часов дает отклонение точности в 0,388 секунд в месяц. Стандартной точности в +/– 20 секунд в месяц будет соответствовать отклонение частоты в 51,5 ppm. Временное отклонение в свойствах всегда приводится для первого года службы (почему — мы расскажем чуть позже).

В зависимости от производителя и цены, кварцевые резонаторы обычных серийных часов в диапазоне температур –10/+60 градусов имеют отклонение в пределах от +/–30 ppm до +/–50 ppm. Временное отклонение для кварцевых генераторов обычно составляет от +/–2 до +/–7 ppm/год. У специальных резонаторов, используемых в швейцарских приборах измерения точности хода часов, эти характеристики на порядок выше.

… и борьбе с ними

С фактором «старения» кварца, к сожалению, ничего поделать нельзя: с течением времени резонансная частота кристалла постепенно «уходит» от первоначальной.

К счастью, это отклонение не столь значительно и в наибольшей степени проявляется в первые год-полтора после начала использования резонатора. Поэтому все фирмы, производящие калибровочное оборудование для часов, используют в нем искусственно состаренные кристаллы. Два года их «гоняют» на специальном стенде, после чего отбирают те, свойства которых остались в пределах нормы.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Это позволяет практически исключить временной фактор или снизить его влияние в несколько раз, до уровня менее +/–1 ppm/год. Другими словами, за год ошибка составит не более 0,388 секунды в месяц, что для часов не страшно.

В отличие от временного фактора, справиться с влиянием температуры вполне реально. Для этого используют два основных приема. Первый — термостабилизация, когда за счет различных ухищрений пытаются обеспечить кристаллу постоянный температурный режим. Второй — термокомпенсация, когда в часы встраивают специальные электронные схемы, компенсирующие погрешность, возникающую при изменении температуры.

Термостабилизацию активно используют, например, в приборах проверки точности хода часов. В них резонаторы изолируют от внешней среды и оснащают системой поддержания постоянной температуры или, попросту, обогревом. Такие приборы выходят на рабочий режим через несколько минут после включения — кварц необходимо нагреть до нужной температуры. Этот способ весьма надежен, и единственным его недостатком в стационарных условиях является время выхода прибора «на режим».

Однако данный вариант не пригоден для использования в компактных и автономных устройствах, например в наручных часах: термоизолятор и нагреватель занимают достаточно много места, к тому же для работы нагревателя требуется дополнительная энергия. Там используют другой прием — термокомпенсацию.

Термический эффект в той или иной степени проявляется у любых радиодеталей, однако у целой группы материалов эти свойства выражены активнее. На их основе обычно разрабатывают схемы измерения температуры, термокомпенсации и т.п. Например, наслаждаться показаниями термометра в будильниках WENDOX мы можем благодаря специальному терморезистору, сопротивление которого сильно меняется при изменении температуры. Сейчас все большее количество производителей выпускают механизмы со схемами термокомпенсации. В них к резонатору добавляется специальная шунтирующая схема, имеющая тот же самый по значению и обратный по знаку термический эффект.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Она работает как бы в противовес термическим свойствам резонатора. Благодаря этому удается уменьшить температурное отклонение частоты в несколько раз, а иногда и на порядок. Именно схемы термокомпенсации позволяют часам Grand Seiko, Breitling SuperQuartz демонстрировать точность на уровне 5–7 секунд в год.

В заключении рассказа о компенсации термоэффектов хочется сказать, что термостатирование обеспечивает гораздо большую стабильность частоты, чем термокомпенсация, и именно поэтому оно всегда останется актуальным.

К сожалению, размер статьи позволил рассказать только самое главное об основе кварцевых часов — о резонаторе. За рамками обзора осталось очень много интересного: история кварцевых часов, зависимость частоты кристалла от формы и т.п. Вот такая это непростая штука — кварц…

Александр ФЕДИЧКИН, Компания «Часовой сервис»

Опубликовано в журнале «Часовой Бизнес» № 1-2005


Автор: При перепечатке активная ссылка на источник обязательна

При перепечатке активная ссылка обязательна




Устройство кварцевых часов и принцип работы кварцевого резонатора | Часовой блог

В этой статье поговорим об устройстве кварцевых часов и кварцевом резонаторе. Возможно, это будет довольно сложная тема для понимания. Прошу заметить, что в статье рассматривается принцип работы кварцевых часов не на примере существующего механизма а на примитивной абстрактной и грубой модели, показывающей только суть работы большинсва электронных и кварцевых часов.
В этой статье хочется развеять неточности касательно устройства схемы кварцевых часов, которые я встречал на других ресурсах, но об этом чуть ниже.

Рассмотрим для примера самый простейший кварцевый механизм, он состоит из:

  1. Электронный блок с контроллером и кварцевым резонатором
  2. Элемент питания (на фото отсутствует)
  3. Шаговый электродвигатель (катушка статор и ротор с постоянным магнитом)
  4. Шестереночный привод стрелок

Тут кажется все просто, электронный блок подает электрический импульс на катушки статора и ротор делает оборот равный одной секунде.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Но как же электронный блок «понимает», что прошло время крутить ротор.

Рассмотрим подробнее работу схему простейшего электронного блока кварцевых часов, он состоит из кварцевого резонатора (зеленый прямоугольник) и микроконтроллера (красный квадрат).

Теперь остановимся подробнее на принципе работы и устройстве кварцевого резонатора.

На фото вскрытый кварцевый резонатор, К сожалению у меня не получилось вскрыть, не повредив кварц, который чаще всего используется в наручных часах.

Работа кварцевого резонатора основана на пьезоэлектрическом эффекте.

Суть пьезоэлектрического эффекта — это генерация ЭДС пьезоэлектриком при сдавливание или растяжения (вибрации) твердого тела (пьезоэлектрика) и наоборот при подаче напряжения пьезоэлектрик будет сдавливаться или расширяться. Важно заметить, такой эффект происходит только в момент сжатия или растяжения.

Любой кварцевый резонатор состоит из монокристалла кварца вырезанным определенным образом и с закрепленными на нем металическими пластинами к которым подведены контакты. Конкретно в часах используются резонаторы с плоским кристаллом в форме камертона (в виде буквы «Y» или «U») с прикрепленными на плоскостях металическими пластинами к которым подключены выводы. Сам кварц диэлектрик — то есть электрический ток он не проводит.

А теперь переходим к сути работы этого компонента. Бытует мнение, что кварцевый резонатор сам генерирует постоянную частоту, при подаче постоянного тока. Это не так, на самом деле все несколько сложнее.

Как говорилось выше, пьезоэлектрический эффект возникает только в момент сжатия или растяжения пьезоэлектрика. К примеру если кратковременно подать электрический заряд на выводы на кварцевого резонатора то кристалл кварца сожмется (ЭДС). Но в тот момент, как кварц будет обратно разжиматься он создаст противоположный по полярности (противоЭДС) заряд на выводах, конечно гораздо меньший чем был подан изначально. Т.Е произойдет одно колебание.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Колебаний может быть несколько, важно то, что именно в этом случае (если нет подпитки электрозаряда из вне) они будут гармонически затухающими. Все это происходит за очень короткий момент времени. Это примерно тоже самое, что и удар по камертону. Кристал кварца может колебаться только с одной частотой, независимо от амплитуды.

Резонанс

Что бы колебания кварца были постоянные а не затухающие, нужно обеспечить постоянную внешнюю подпитку этих колебаний, например электрическим током определенной частоты.

А теперь переходим к тому, почему резонатор называется резонатором. У самого кристалла кварца есть своя частота механических колебаний. Как я уже приводил пример выше с камертоном. У него тоже есть своя механическая частота, то есть неважно, как его ударили, он будет выдавать звучание на одной и той же ноте (частоте). С кварцем все то же самое. Если подать на выводы электрический ток какой либо частоты (в разумных пределах)  кварц будет механически колебаться (в этот раз уже постоянно в отличии от кратковременного заряда) только с определенной своей (резонансной) частотой, генерируя ЭДС и противоЭДС. Но если на выводы кварца подать ток именно той частоты на которой резонирует кварц, то потребление электричества которое превращается в работу (в колебания кварца) будет минимально в отличие от других частот. Грубо говоря кварц пропустит через себя все частоты кроме своей резонансной, при которой резко увеличится сопротивление. Все это нам напоминает работу колебательного контура, но кварц отличается гораздо лучшей добротностью.

Микроконтроллер

Одна из задач микроконтроллера поддержания частоты на выводах кварца при которой он резонирует опираясь на сопротивление при определенной частоте.

Т.Е Микроконтроллер синхронизируется с кварцем а так как частота кварца известна то и известно сколько прошло времени за определенное количество колебаний кварца. Чаще всего частота кварца используемого в часах равна 32 768 гц. При такой частоте можно обеспечить хорошие показатели в точности измерение времени.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Другая задача микроконтроллера «посчитать» колебания кварца, равное одной секунде и подать напряжение на катушку статора для движение секундной стрелки.

Кварц. Юбилей революции

Искусство & технологии

Иван Гопей, Лиза Епифанова

Пятьдесят лет назад 25 декабря 1969 года Seiko выпустила в продажу первые наручные часы Astron с кварцевым механизмом

Это был калибр Seiko 3500, работавший на частоте 8192 Гц. Именно этот момент можно считать официальным стартом «кварцевой эры». К юбилею кварца мы решили вспомнить всю историю его изобретения и самые интересные модели.

Скучная добродетель

Голова 21-летнего ученого Пьера Кюри целиком была занята вопросами симметрии в строении вещества. Вместе со старшим братом Жаком они проводили эксперименты над полудрагоценным минералом турмалином, подвергая кристалл внешним воздействиям. Они заметили, что изменение размеров кристалла после нагрева или охлаждения сопровождалось возникновением на его гранях электрических зарядов, противоположных по знаку, то есть образованием разности потенциалов, или напряжения. Так в 1880 году молодыми французскими гениями был открыт прямой пьезоэлектрический эффект. Через год они же доказали существование обратного эффекта: оказалось, электрическое поле заставляет кристалл деформироваться. Благодаря страсти человечества к прогрессу спустя 90 лет это открытие пронесется по швейцарской часовой индустрии таким разрушительным торнадо, что на ее фоне нынешняя экспансия smartwatch кажется лишь легким ветерком.



Пьер Кюри

Конечно же, по логике прогресса кварцевые часы должны были полностью искоренить механические, оставив им лишь небольшую специфическую нишу рынка, как это произошло, например, с компьютерами и пишущими машинками.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Потому что кварц не просто точнее, дешевле и надежнее – он открывает больше возможностей для миниатюризации и роста функциональности часов. Однако производителям механики удалось извернуться и перевести разговор из технической в идеологическую плоскость. Никто не отрицает достоинств кварцевого механизма. Но говорить о нем в приличном обществе – скучно, как о добродетельных женах. Потому что кажется, будто кварц уже не обещает никаких открытий и неожиданных сюрпризов.

Но так ли это? Ведь историю рождения, молодости и взросления этого устройства можно назвать какой угодно, только не скучной.

Certius, certius, certius

Если мы попытаемся вспомнить, что часы когда-то были, да и сейчас иногда остаются прибором для измерения времени, то олимпийский часовой девиз вместо Citius, Altius, Fortius («быстрее, выше, сильнее»), звучал бы троекратным Certius – «точнее».

Очень грубо можно представить, что часы состоят из двух узлов: осциллятора – некоей системы, совершающей периодические колебания, и счетчика, который подсчитывает эти колебания и преобразует их во вращение стрелок.

Так вот, за точность в таких упрощенных часах отвечает колебательная система: чем равномернее ее колебания, тем меньшую ошибку дают часы. А эта равномерность, в свою очередь, связана с частотой колебаний: чем она выше, тем меньшее влияние на точность хода оказывают всевозможные внешние возмущения. Сердцем наручных механических часов является колебательная система «баланс-спираль».

Ее частота что сегодня, что 40 лет назад варьировалась в пределах от 18 000 полуколебаний в час (2,5 Гц) до 36 000 полуколебаний в час (5 Гц), что позволяет обеспечить точность часов +40/-20 секунд в сутки. В кварцевых часах таким осциллятором является кварцевый резонатор – герметичный контейнер со специально изготовленным кристаллом кварца и подведенными к нему электродами. Кварц, который дал имя этому виду часов, обладает прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом: при пропускании через кристалл электрического тока он сжимается, но при деформации сам создает электрическое поле.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

При этом каждый кристалл обладает собственной (механической) частотой резонанса. Если частота подаваемого напряжения равна или близка к собственной частоте механических колебаний кристалла, то он стабилизирует колебания в цепи на этой резонансной частоте. Причем стабильность частоты будет на несколько порядков выше, чем в цепи с известным по школьным урокам физики колебательным контуром из катушки и конденсатора.

В большинстве современных часов используются резонаторы с частотой 32 768 Гц, что в 8000 раз выше частоты колебаний осциллятора механических часов – работать с такой скоростью не может ни один механический узел. Благодаря этому кварцевые часы имеют погрешность в среднем +/– 20 секунд в месяц. Не удивительно, что кварцевые часы с разгромным счетом выиграли у механики хронометрическое соревнование, не оставив ей ни малейших шансов на реванш.

Проект Х

Электротехническая революция 1870–1914 годов вывела скорость эволюции человечества на немыслимый ранее уровень. Сделанные во второй половины XIX века фундаментальные открытия свойств электричества, не могли обойти и часовое дело. Первые прототипы электрических часов стали появляться в первой четверти XX века, но потребовалось несколько десятилетий, чтобы добиться требуемой миниатюризации технологий и возможности их коммерческого использования. Соревнование с целью первой наладить массовый выпуск электрических часов выиграла компания Hamilton Watch (Ланкастер, США).

В апреле 1957 года она представила две модели «часов будущего» – Ventura и Van Horn, – которые комплектовались механизмом Hamilton 500. Этот калибр стал результатом более чем 10-летних исследований и разработок в рамках «Проекта X», над которым американцы работали в сотрудничестве с немецкой компанией Epperlein. Место, традиционно отводимое заводной пружине, в новом механизме заняла батарейка. Но главным отличием новинки от традиционных часов была закрепленная на колесе баланса катушка индуктивности.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы


Hamilton Van Horn

В тот момент, когда она проходила между двумя постоянными магнитами, маленький штырек на балансе замыкал контакты, через катушку протекал ток, и возникающее магнитное поле подталкивало баланс. Таким образом, первые в мире электрические наручные часы были электромеханическими: подача энергии осуществлялась благодаря обычным контактам. Источником энергии служила батарейка. Обе модели имели огромный успех. Всего компанией Hamilton за период с 1957 по 1969 годы было выпущено около 42 000 электрических часов. В 1970 году бренд Hamilton был продан SSIH (прародительнице нынешней Swatch Group).

Первые европейские электрические часы от французской компании Lip также были электромеханическими, хотя их конструкция существенно отличалась от американской. В противоположность Hamilton в механизме R 57 катушка была закреплена на платине, а постоянный магнит – на колесе баланса. Контактом, замыкавшим электрическую цепь, служил сам обод баланса, на котором для этого были сделаны специальные выступы. При замыкании цепи на катушку подавался ток, и она притягивала магнит, расположенный на балансе. Таким образом, в ходе каждого колебания баланс получал импульс. Недостатком конструкции было искрение контактов, которое сокращало срок их эксплуатации.

Несколько рабочих моделей R 57 были представлены на Базельском часовом салоне еще в 1955 году, и именно Lip считаются первыми в мире наручными электромеханическими часами. Однако на рынок модель Electronic с механизмом R 57 поступила позже Hamilton: ее продажи во Франции стартовали только в декабре 1958 году. Интересно также то, что хотя часы и назывались «Электроник», в основной функциональной цепи они не имели электронных компонентов – несколько деталей были использованы только для защиты от искрения.

Вероятно, французам очень хотелось, чтобы модель считалась электронной, так как за год до упомянутой премьеры им покорился еще один рекорд в этой сумасшедшей гонке: на Salon International d’Horlogerie адаптированный вариант механизма R 57 стал первым в мире транзисторным механизмом наручных часов.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы И все-таки, несмотря на определенный коммерческий успех электромеханических часов, они не обеспечили прорыва на качественно новый уровень.

Применение контактов предопределяло невысокий ресурс механизма, а низкая частота колебаний балансового колеса не давала возможности добиться существенно более высокой точности, чем у традиционных наручных механических часов. Для прорыва требовался принципиально новый осциллятор и система управления его колебаниями.

Замена колесу

 Реплика Bulova Accutron 50th Anniversary, выпущенная в 2010 году

 Отмашкой для старта тотального проникновения электроники во все сферы жизни человека стало изобретение в 1947 году в лаборатории Bell Labs транзистора. К тому моменту электронные лампы как прибор для усиления сигналов и управления электронными цепями использовались уже давно, и часовщики даже успели создать несколько конструкций электронных часов, в том числе – не базе кварцевого резонатора. Но те устройства – как и ламповые радиоприемники – были весьма громоздкими и потребляли изрядное количество энергии.

Транзистор позволил создать первые электронно-механические часы, в которых управление колебаниями осуществлялось бесконтактным способом. Автором прорыва в вопросе повышения частоты в наручных часах стал выдающийся швейцарский инженер Макс Хетцель, который по заказу Bulova Watch Company Switzerland первым использовал в часах транзистор. Так 10 октября 1960 года появились на свет легендарные Bulova Accutron – первые в мире часы, которые заслуженно можно именовать электронными. Их механизм состоял всего лишь из 27 частей, только 12 из которых были движущимися!

Эта сухая статистика ошеломляла, так как обычный механизм с автоподзаводом того времени включал минимум 136 частей, из которых 26 были движущимися. Однако самым поразительным фактом была неимоверная точность новинки, которая била все мыслимые и немыслимые стандарты для наручных моделей того времени. Accutron давал погрешность лишь +/– 2 секунды в день, или минуту в месяц.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Такая беспрецедентная точность хода достигалась благодаря замене привычной системы «баланс-спираль» на осциллятор-камертон, который совершал 360 колебаний в секунду, то есть работал на частоте 360 Гц.

Для сравнения: первые электрические часы работали с балансовым колесом с частотой 2,5 Гц или, позже, 4 Гц. Bulova Accutron были не только первыми действительно электронными наручными часами, но и первой моделью, где отсутствовали традиционные баланс и спираль. Главной деталью механизма была миниатюрная вилка камертона – внешне очень похожая на тот, что используют музыканты.

В обе консоли вилки были встроены постоянные магниты, а механизм содержал электромагнитные катушки. Транзисторная схема вырабатывала электрические колебания, близкие к 360 Гц, и через катушки вызывала резонансные колебания вилки. Вилка через толкатель взаимодействовала с храповым колесом, при каждом колебании поворачивая его на один зуб.

Кстати, настоящим чудом техники считался вовсе не камертон и не транзистор, а именно это колесо: при диаметре один миллиметр оно имело 360 зубьев высотой около 1/100 мм каждый! Bulova Accutron пользовались фантастической популярностью: за период с 1960 по 1973 год было продано более 4 миллионов экземпляров данной модели. Камертонные часы неоднократно летали в космос, бывали на Луне, заслуженно получив прозвище «космический камертон». Выдающийся успех первых электронных часов увековечен в эмблеме компании Bulova.



Макс Хетцель

 Часы Accutron стали классическим примером того, как через много десятков и сотен лет на свет извлекаются блестящие идеи прошлого, которые лишь ждали, когда технические возможности часовщиков позволят их реализовать. Годом рождения самого камертона считается 1711-й, но в основном его колебательные свойства имели применение лишь в музыке, а использование в часовом деле не заходило дальше проб. Первый прототип механизма с механическим камертоном был разработан и запатентован не кем другим, как Луи Бреге, внуком великого часовщика, в 1866 году во Франции, однако известно о существовании лишь единственного экземпляра тех часов.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы

Приручение электричества

В 1966 году Хетцель возвращается из США в Швейцарию и начинает сотрудничество с компанией Ebauches SA (прародительница современной мега-фабрики ETA). Заключив договор на использование патента Bulova Accutron и обратившись за помощью к специалистам из Dubois Depraz SA, 11 мая 1972 года Ebauches SA (сокращенно ESA) выпускает первый в мире электронный хронограф – Swissonic 100 Chronograph с калибром Mosaba 9210.

Между прочим, советская часовая промышленность того времени шагала в ногу с техническим прогрессом остальной планеты. В начале 1960-х Второй Московский часовой завод («Слава») и Петродворцовый часовой завод выпускали электромеханические наручные часы под маркой «Электрические» (реф. 114-ЧН), их конструкция повторяла основные черты Hamilton 500. Первые камертонные часы в СССР были выпущены в 1962 году на Втором Московском часовом заводе.




«Слава Транзистор» копировал большинство технических решений Bulova Accutron. Интересно, что длительное время не удавалось наладить выпуск того самого храпового колеса надлежащего качества, которое было важнейшим звеном механизма преобразования колебаний камертона во вращение стрелок. И виной тому была вибрация, создаваемая Московским метро. Соответственно проблема была решена выносом производства за пределы столицы.

После изобретения транзисторов достаточно малого размера, которые могли бы поместиться в корпусе наручных часов, наряду с камертонными часами компания ESA стала выпускать механизмы с привычной колебательной системой «спираль-баланс», но колебанием этой системы управлял транзистор, выполняющий функцию переключателя. Этот механизм получил название ESA Dynotron и стал массово выпускаться в 1968 году.

Частота колебаний осциллятора первоначально составляла 3 Гц, а позже была увеличена до 4 Гц. Естественно, такие механизмы получили огромное количество хронометрических сертификатов. ESA продавала эти механизмы фабрикам, которые потом помещали их в свои корпуса и продавали готовые часы.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Практически одновременно со швейцарцами подобные транзисторные часы были разработаны немцами (Junghans 600, этот механизм был скопирован в советских («Луч» 3045) и японских (Citizen X-8, работал на частоте 6 Гц).

Из этого рассказа может показаться, что прогресс в деле проникновения электроники в наручные часы был значительным. Так оно и было, если не оглядываться на то, что происходило в часах интерьерных, где конструкции и технологии обскакали «наручку» на две головы. Пока Hamilton, Bulova и прочие баловались с всевозможными магнитно-камертонными конструкциями, в стационарных моделях давно использовался кварцевый резонатор.

От баланса к кристаллу

Впервые идею так называемых кристаллических часов выдвинули в 1927 году американские физики Моррисон, Гортон и Лэк. Проблемы стабилизации частоты радиопередатчиков и измерения нерегулярности вращения Земли требовали создания более точного стандарта времени, чем существовавшие тогда маятниковые часы. В уже упоминавшейся лаборатории «Белла» они построили кварцевый эталонный генератор частоты, для работы которого использовался обратный пьезоэффект.

Представленные ими в 1932 году первые кварцевые стационарные часы работали на частоте 50 000 Гц и давали точность 20 мс (0,02 секунды) в день. Добиться столь высоких показателей позволили свойства кварца и высокая частота его колебаний. В течение следующих 15 лет кварцевые стационарные часы стали использоваться лабораториями по всему миру как эталон времени, сменив на этом посту маятниковые часы Шорта. Оценив перспективы нового подхода, часовые компании одна за другой бросились представлять прототипы и работающие экземпляры механизмов на базе кварцевого генератора.

Помимо собственно генератора, сердцем которого был кристалл кварца, эти модели содержали так называемый делитель часто- ты – электронную схему, понижавшую частоту колебаний с нескольких тысяч герц до 10 Гц или 1 Гц, и импульсы этой частоты подавались на шаговый двигатель, приводивший в движение стрелки.Кварц часовой: Кварцевый резонатор | Описание, принцип работы, схемы Чем выше была исходная частота, т.е. точность, тем большее количество каскадов электронных ламп приходилось размещать в делителе.



Seiko QC-951 Crystal Chronometer, 1963 год

Разумеется, о том, чтобы поместить такой шкаф на руку, не могло быть и речи. Например, первые кварцевые часы от Longines, выигравшие приз обсерватории Невшатель в 1954 году, весили 53 кг! Изобретение транзисторов позволило заменить ими ламповые триоды в качестве делителей частоты, что существенно уменьшило размер кварцевых часов. Тем не менее до наручных моделей было еще далеко.

Даже с использованием транзисторов делитель частоты представлял собой электронный блок, состоящий из многих десятков деталей и потреблявший изрядное количество энергии. Однако основной принцип был понятен, оставалось напряженно работать над уменьшением размеров, понижением энергопотребления, стоимостью производства и сроком жизни батареи и кристалла.

Забег электроников



Калибр Beta 21

Началась безжалостная конкурентная гонка со всеми ее обязательными атрибутами: промышленным шпионажем и переманиванием специалистов, удачными находками и оглушительными провалами. Олимпийский девиз часовщиков стал чуть другим – «Быстрее, точнее, меньше». Швейцарские производители не собирались мириться с явно вырывающимися вперед в вопросах точности американцами и японцами (Seiko).

Полем сражения стала Невшательская обсерватория, в которой регулярно проводились соревнования точности хронометров в разных категориях. На кон были поставлены всемирное признание со всеми вытекающими моральными и финансовыми благами. События развивались настолько стремительно, что напоминали мелькание кадров кинохроники. Итак: 1955 год – американская компания Brush производит первый синтетический кристалл кварца.

Теперь становится возможным выпуск идентичных кристаллов в больших количествах. 1956 – Patek Philippe, прозорливо создавшая сразу после открытия транзистора электронное подразделение, выпускает первый прототип полностью электронных кварцевых часов. 1959 – Джек Килби получает патент на первую в мире микросхему, что открывает путь к миниатюризации электронной части часов. 1960 – на Базельской выставке кварцевые часы представляют Ulysse Nardin и ESA. 1962 – Seiko производит свои первые кварцевые часы.

Калибр Seiko 35A

Проект создания японских наручных кварцевых часов получает название Quartz Astron. Против общего мощного врага надо было действовать сообща, и в том же году 20 швейцарских брендов организовывает новую исследовательскую лабораторию CEH (Centre Electronique Horloger) для разработки электронных наручных часов Beta 21. 1963 – кварцевые часы ESA и Ulysse Nardin выигрывают первый приз в соревнованиях точности в секции «кварцевые часы объемом до 1 литра». 1964 – Longines и Bernard Golay S.A. (также швейцарцы) представляют в обсерватории Невшатель первые маленькие кварцевые часы в категории «морской хронометр объемом до 200 кубических см».

Кристалл кварца работает на частоте 12 кГц, а система электронных делителей уменьшает частоту импульсов до необходимых 2 Гц. В этой же категории представляет свою модель Seiko. 1965 – те же Longines и Bernard Golay S.A. на том же соревновании показывают первые карманные кварцевые часы в категории объема до 19,64 кубических см. Их точность была просто удивительной – 0,01 секунды в сутки!

1966 – вслед за швейцарцами первые карманные часы представляют и японцы. 1967 – американская лаборатория RCA запускает новую технологию интегральных схем МОП, которая существенно снижает потребление энергии. Вот оно, недостающее звено – теперь все компоненты, необходимые для изготовления кварцевого механизма, могут быть размещены в корпусе наручных часов! Первые прототипы кварцевых наручных часов от Seiko и CEH тестируются в обсерватории Невшатель.

14 февраля оглашаются результаты: швейцарская Beta-2 берет первый приз с отклонением в 0,003 секунды в день, а японская SQ 35 получает лишь диплом участника, проиграв всего тысячную секунды. Однако прототипы – это хорошо, но окончательным победителем может считаться лишь тот, кто наладил коммерческий выпуск. Остался последний круг – и вот он финиш, скорее даже фотофиниш.

22 мая 1969 года 20 швейцарских производителей, инициировавших создание CEH, среди которых были Omega, Bulova, IWC, Longines, Patek Philippe, Rado, Rolex и др., принимают решение выпустить первую партию из 6000 механизмов Beta 21, но его производство оказывается настолько дорогим, что ряд компаний (Omega, Longines, Bulova и Girard-Perregaux) отказывается от комплектации своих часов Beta 21 и декларирует желание выпускать собственные кварцевые механизмы.



Seiko Quartz-Astron

Черная метка

В декабре 1969 года первые в мире наручные кварцевые часы в ограниченном количестве поступили в продажу в Японии. Это был калибр Seiko 3500, работавший на частоте 8192 Гц. А уже в следующем месяце японцы запускают в производство калибр 3502 с частотой 16 384 Гц – первые коммерческие кварцевые наручные часы. В начале 1970 года индустриально было выпущено и несколько сот часов с механизмом Beta 21, однако гонка европейцами была проиграна. Как показали последующие печальные для них события, в этом проигрыше было что-то символическое.

Еще одним знаковым явлением в истории швейцарского часового дела стала потеря интереса к традиционному хронометрическому соревнованию в обсерватории Невшателя после появления первых кварцевых прототипов в 1967 году. Точность механизмов нового поколения делала традиционных механических участников абсолютно неконкурентоспособными. Поэтому начиная с 1968 года сертификаты хронометрам стали выдаваться без соревнования, а лишь при условии выполнения ряда фиксированных требований.



Longines 6512 Ultraquartz

Апрельский салон в Базеле 1970 года можно смело считать полноценным стартом экспансии электронных наручных часов. Пятью компаниями, представившими свои механизмы, были: Seiko (Quartz Astron, 35SQ), Longines (Ultraquartz, 6512), CEH (Beta 21), Girard-Perregaux (GP 350) и Hamilton (Pulsar). «Черной меткой» для часовой механики стала презентация компанией Hamilton 6 мая 1970 года Pulsar – первых в мире часов с цифровой индикацией, не имеющих движущихся частей.

Эта модель была разработана еще в 1968 году инженером Джорджем Тиссом и его маленьким ателье Electro/Data под названием Mystery Watch. В Hamilton сразу же оценили перспективы изобретения и приобрели Electro/Data, а самого Тисса сделали главой «цифрового проекта». Хотя премьера Pulsar состоялась в 1970 году, в продажу часы поступили два года спустя.



Джордж Тисс (слева) и его Mystery Watch

Механизм Hamilton 101 состоял из 18 деталей, считая батарейку, а индикация времени осуществлялась с помощью LED-дисплея (светодиодов). Последующие события не уступали по драматичности «кварцевой гонке». Легендарная швейцарская часовая отрасль рушилась как карточный домик. Традиционные, складывавшиеся десятилетиями рынки сбыта механических часов за считаные годы уменьшились в сотни раз, механику вытеснили электронные часы, более дешевые и, что самое главное, более модные.

В «продвинутых» США люди покупали только кварцевые часы, не хотели отставать и европейцы. Несмотря на срочную переориентацию швейцарских часовых домов на выпуск кварцевых часов, им сложно было соревноваться с американцами и японцами в уровне технологий и стоимости продукта. Если в середине 70-х на швейцарские часы приходилось 45–50% мировых продаж, а в индустрии было занято около 90 тысяч человек, то к 1982 году число работников сократилось в четыре раза, количество компаний в отрасли – втрое, а продажи упали до 3% от мирового объема. Это была катастрофа. А вы говорите: кризис…

И снова вперед и вверх

Использование интегральных схем КМОП в начале 1970-х позволило снизить энергопотребление электронных механизмов на 60%. Это дало возможность увеличить частоту резонанса кварца сначала до 16 кГц, а затем и до 32 кГц с целью повышения точности. Это второе поколение кварцевых часовых модулей с частотой колебаний 32 768 Гц остается стандартом и по сей день. Параметры электронного блока, в том числе форма и размеры кристаллы пьезоэлектрика, подбираются таким образом, чтобы частота резонанса была степенью числа 2 (32 768 = 215).

Это позволяет с помощью электронных делителей получить на выходе импульсы частотой 1 Гц, которые подаются на шаговый двигатель. Хотя достигнутый результат стал стандартом и успешно используется уже на протяжении практически 40 лет, поиски способов увеличить точность часов на этом не закончились. Продолжать улучшать характеристики кварцевых механизмов можно было разными путями. Наиболее очевидным пошла Omega, сумев создать механизм, работающий на частоте 2 400 000 колебаний в секунду (2,4 МГц).



Omega Megaquartz 1510

Коммерчески часы были представлены в 1974 году и стали первыми наручными часами, получившими сертификат обсерватории Невшатель в категории «морской хронометр», так как Omega Marine Chronometer давали погрешность +/– 12 секунд … в год! Калибр Megaquartz 1510 имел кристалл в форме линзы и стал первым кварцевым механизмом третьего поколения календари не как прибор времени, а как арт-объект. И в итоге оказалось совершенно неважно, что именно установлено внутри часового корпуса, если конечный продукт оказывается арт-объектом по правильной цене, что доказал появившийся в 1983 году гениальный проект Николаса Г. Хайека Swatch.

Между искусством и прогрессом

 Реклама Swatch 1980-х

Последние двадцать лет развитие кварца направлении престижных часов балансирует на тонкой грани технических инноваций и традиционного искусства. В первой области по-прежнему в ходу мировые рекорды точности и тонкости: в 2010 году Bulova в честь 50-летия Accutron запустила новую линейку калибров Precisionist, работающих на частоте 262 кГц и гарантирующих погрешность 8 секунд в год. Правда, самыми точными часы Bulova побыли меньше суток – на той же выставке BaselWorld Seiko продемонстрировала новые кварцевые Grand Seiko, дающие ошибку 5 секунд в год. Спустя 6 лет Bulova на базе все той же линии Precisionist представила новое достижение – хронограф Curv, изогнутый по форме запястья.




В том же 2016 году Citizen представила самые тонкие аналоговые кварцевые часы в мире, выпускаемые на данным момент – Eco-Drive One, к тому же работающие от солнечной батареи. Толщина механизма составляла всего 1 мм, а корпуса – 2,98 мм.




Что касается Seiko, то пионеры кварца не только бескомпромиссно относятся к точности и долговечности своих механизмов, но и к их обработке и внешнему виду. Не случайно, калибры серии 9F, устанавливаемые в часах Grand Seiko без преувеличения называют «Роллс-ройсами кварцевой механики».

А в 2019 году в честь полувекового юбилея первых кварцевых часов Seiko выпустила знаковое коллекционное издание 1969 Quartz Astron 50th Anniversary Limited Edition ограниченной серией из 50 экземпляров. В новинке безошибочно узнается дизайн исторического оригинала 1969 года в корпусе закругленной формы с широкими ушками и тонким рантом. Как и у модели 50-летней давности, корпус часов выполнен из желтого золота и украшен выполненной вручную гравировкой. Оснащена юбилейная новинка новым механизмом 3X22, который является самым тонким в мире калибром с возможностью подзарядки от солнечных лучей и получения GPS-сигнала, который позволяет сохранять точность и осуществлять быструю настройку при смене часовой зоны нажатием одной кнопки. Интересно, что будут уметь кварцевые часы к своему 100-летию?

Статья впервые была опубликована в журнале «Мои Часы» №2-2010, переработана и дописана в декабре 2019 года.

Seiko

Прогрессивный кварц

Просматривая СМИ, можно придти к заключению, что кварцевые часы вскорости станут историей.
Однако в действительности это абсолютно не так. Фактически в 2006 году экспорт кварцевых часов из Швейцарии превышал экспорт механической часовой продукции — 24 866 185 против 21 108 829 часов (источник: FH). Кварцевые часы поживают вполне благополучно и, возможно, находятся в преддверии своего ренессанса.

PATHFINDER от Casio, SUPER SKYHAWK от Citizen и TATI World Time от Yes

Преимущества кварца
Сегодня многим не понятен ажиотаж вокруг механических часов. Для таких людей ключевыми характеристиками часов являются точность хода и надежность работы, а что касается кварца, то в этом он вне конкуренции.
“На наш взгляд, логичным и единственно правильным выбором механизма для истинно спортивных часов является кварцевый механизм, — говорит Джимми Олмз, президент Reactor Watches. — Точность, долговечность и надежность работы — основные его преимущества. Коротко говоря, отсутствие движущихся частей в кварцевом механизме делает его идеальным выбором для надежных спортивных часов. Кварцевые механизмы обладают гораздо большей способностью к поглощению ударных нагрузок при сохранении высокой точности хода. Кварцевый механизм не нуждается в техническом обслуживании, не считая периодической замены батарейки. Также примите во внимание следующее: точность хода добротного кварцевого механизма (швейцарского или японского) составляет +/— 15 секунд в месяц, тогда как лучшие механические часы могут похвастать показателем в− +/— 20 секунд в сутки, притом, будучи новыми. Стоит лишь владельцу их активно поносить, как точность хода механических часов существенно падает. Безусловно, кварцевые часы лишены шарма механических, однако для настоящих занятий спортом кварц подходит гораздо лучше”.
Кварцевые часы точнее, надежнее и функциональнее, они имеют меньшее число комплектующих, а себестоимость их ниже. Не будь кварца, мы бы не имели таких полезных функций в часах, как альтиметр, барометр, термометр, цифровой компас, пульсометр, всевозможные будильники, накопитель данных и тому подобное.
Например, модель Pathfinder от Casio, предлагаемая менее чем за 300 долларов, имеет такие функции, как индикация времени, хронограф, шесть будильников, барометр, альтиметр, цифровой компас и термометр. Механические же часы с одной лишь функцией будильника обошлись бы владельцу в среднем в 2000 долларов.

ELECTRON от Reactor, QUADTECH от EquiTime и VELATURA KINETIC от Seiko

Недостатки кварца
При всех своих преимуществах кварцевый часовой механизм не лишен недостатков. Объем производства. В современный век индивидуализации и предметов роскоши многие потребители не желают приобретать такие же часы, как у всех, поэтому производимые в больших объемах кварцевые модели они обходят вниманием.
Зависимость от срока службы батарейки. Вряд ли у кого-нибудь батарейка в кварцевых часах садилась в самый неподходящий момент. Тем не менее, вследствие подобной зависимости многие не хотят, чтобы их часы питались от элемента. Citizen, Casio и другие производители решают эту проблему за счет оснащения своих моделей фотоэлементами.
Низкая стоимость. Потребителям нравится приплачивать за особенные часы. При всех “наворотах” кварцевых часов вы не сможете потратить больше 1000 долларов на самую передовую их модель.

CO-PILOT от Breitling, Linde Werdelin

Перспективы
Несомненно, кварцевые часы не собираются никуда исчезать. Кварцевым механизмом будет и впредь оснащаться подавляющее большинство часов, в особенности нижнего ценового сегмента. Примечательно, что многие производители стремятся поправить свои дела за счет исключительной функциональности кварцевых механизмов, модернизируя модели этой весьма стабильной товарной категории.
TAG Heuer трудится на ниве как кварца, так и механики. Наиболее замечательное ее достижение в области кварца — модель Calibre S, которую отличает точность кварца и сложность механики.
“Объем продаж TAG Heuer поровну распределяется между кварцевыми и механическими часами, — сообщает Жан-Кристоф Бабин, президент и CEO TAG Heuer. — Мы не из тех, кто считает кварцевые часы менее престижными, поэтому намереваемся и далее предлагать продукцию обеих категорий. Благодаря модели Calibre S нам даже удалось объединить все лучшее этих двух сфер — беспрецедентную точность кварца, его высокую функциональность (“вечный” календарь на 99 лет) со сложностью механического калибра. Можно сравнить ситуацию в часовой и автомобильной отраслях. Долгое время считалось, что престижный автомобиль должен работать лишь на бензине. А BMW и Mercedes смогли доказать обратное. Мне чужды какие-либо табу в часовом деле, и я верю в то, что классные часы могут иметь кварцевый механизм”.
Citizen недавно начала оснащать свои кварцевые модели традиционными механическими усложнениями (вечный календарь, минутный репетир и т. п.), сделав доступными широким массам эти замечательные функции.
Иные производители подогревают интерес к кварцевым часам, повышая их функциональность, как в случае моделей T-Touch от Tissot, Pathfinder от Casio, Dive Computers и часы для пилотов от Citizen, а также ассортимент высокотехничных и сложных моделей от Suunto. Новая модель Quadtech от EquiTime, сообщающая время весьма непривычными способами, оснащена кварцевым механизмом, который приводит в действие уникальный часовой механизм, позволяющий владельцу выбирать один из способов отображения времени.
Модель Yes World Time позволяет узнать текущее время в сотнях городов мира, используя для идентификации часовых поясов авиационные коды. Эта исключительно стильная модель также оснащена кварцевым механизмом. Признавая ограниченные возможности механики, компания Linde Werdelin разработала модель, в которой механические часы используются в качестве базовых, поверх которых располагаются кварцевые часы.
Breitling представила механизм SuperQuartz, полностью сертифицированный COSC. По заявлению компании, технология SuperQuartz обеспечивает точность хода в десять раз выше в сравнении со стандартным кварцевым механизмом. Подобным механизмом оснащаются все электронные часы компании, включая модели Emergency, Airwolf, Aerospace, Co-Pilot и Chrono Avenger M1.

Будущее кварцевых часов представляется оптимистичным. Конечно же, многих завораживает ход механических часов, однако своим подъемом часовая отрасль обязана именно кварцевым часам.

Источник: журнал Europa Star февраль-март 2008

Все, что нужно знать перед покупкой кварцевых часов

До того, как кварц стал повсеместным и стал предметом гнева многих энтузиастов часов, когда-то кварц был передовой технологией, которая почти перевернула целую часовую индустрию. Возвестив о том, что называется либо кварцевым кризисом, либо кварцевой революцией (в зависимости от ваших ощущений от технологии), кварц быстро доказал, что самый надежный и точный способ определения времени — это не замысловатая сеть шестерен, а с помощью небольшого кристалла. , аккумулятор и несколько крошечных моторов.Некоторым казалось непростительным использование этой методологии для хронометража, отсюда и статус кварца, состоящего из четырех букв, среди многих энтузиастов часов.

Но неважно, что кварцевые часы, за исключением периодической замены батарейки, требуют гораздо меньшего обслуживания, чем их механический аналог. Забудьте о том, что они точнее даже самых дорогих механических часов с самой умелой настройкой. Забудьте, что они более доступны, чем механические часы. Однако если вы немного покопаетесь под капотом и поймете, как работает эта технология, это станет совершенно увлекательным, и вы начнете понимать, что дешевые часы с кварцевой регулировкой в ​​конце концов не так уж и плохи.

Более того, кварцевая технология невероятно проста и может быть уменьшена и дополнена другой электроникой и интеллектуальными функциями. Например, гибридные умные часы используют кварц в качестве основы для аналогового хронометража, а затем добавляют другие элементы, такие как трекеры и мониторы сердечного ритма. Другие производители часов смогли включить атомный хронометраж в свои кварцевые часы и возможность подключения к смартфону, что сделало сверхточные часы еще более точными.Короче говоря, это далеко не старая, простая и бездушная технология — она ​​продолжает развиваться.

Как работают кварцевые часы?

Любые часы нуждаются в колеблющемся регулирующем элементе для точного времени; в механических часах это имеет форму балансовой пружины и балансового колеса. Однако на кварцевых часах есть крошечный кристалл кварца, вырезанный в форме камертона. Кварц естественным образом вибрирует с точной частотой, а также обладает пьезоэлектрическими свойствами, что означает, что когда на него оказывается давление, он производит небольшое напряжение электричества.

Верно и обратное этому свойству: когда электрический ток проходит через кварц, он вибрирует, обычно 32 768 раз в секунду. Схема микрочипа часового механизма затем снижает эту частоту до одного электрического импульса в секунду. Этот импульс приводит в движение двигатель, который, в свою очередь, приводит в движение секундную стрелку и дает кварцевым часам характерное тикание один раз в секунду.

Что такое «высокоточный кварц»?

Большинство часов с кварцевым механизмом имеют гарантированную точность около 15 секунд в месяц или около того.Это по-прежнему намного лучше, чем даже лучшие механические часы, но есть разновидность кварцевых часов, которые могут работать даже лучше: кварцевые часы высокой точности (HAQ). HAQ по-прежнему работают по тем же принципам, что и стандартные кварцевые механизмы, но они учитывают одну серьезную угрозу точности кварцевых часов: изменения температуры. Таким образом, датчики HAQ имеют термокомпенсацию и могут обнаруживать эти изменения и соответствующим образом настраиваться, что обычно обеспечивает гарантированную точность около 10 секунд в год.

Вехи в кварцевой технологии

1880: Французские физики Жак и Пьер Кюри открыли пьезоэлектричество в кварце.
1927: Уоррен Маррисон и Дж. У. Хортон создают первые кварцевые часы в Bell Laboratories.
1952: И Elgin, и LIP представляют прототипы электронных часов, хотя ни в одной из них не используется кварц.
1957: Hamilton представляет первые электронные часы.
1967: Швейцарский центр электроники Horloge выпускает прототип кварцевых наручных часов Beta 1.
1969: Seiko выпускает Astron, первые кварцевые часы, поступающие в продажу. Это стоит 450 000 иен, что сегодня превышает 8 000 долларов.
1971: Girard-Perregaux представляет калибр 350, который устанавливает стандарт для кварцевых колебаний на частоте 32 768 Гц, работает быстрее, чем предыдущие кварцевые часы, и оказывается более точным и потребляет меньше энергии.

Руководство по покупке

Casio G-Shock DW-5600E

G-Shock был основан на принципе создания сверхфункциональных и сверхдоступных часов, и, естественно, кварц был единственным реальным способом добиться этого.Хотя DW-5600E не является OG G-Shock, он существует с 1980-х годов и является символом идеала бренда. Существуют более дорогие и многофункциональные модели G-SHocks, но DW-5600E может выдержать более тяжелые удары, чем большинство часов, и продолжать работать. И это обойдется вам всего в 40 долларов или около того.

Характеристики: секундомер, будильник, подсветка
Размер: 42 мм
Водонепроницаемость: 200 м

Купить сейчас: $ 45

Timex MK1 Алюминий

Нет лучшего представителя стильных недорогих аналоговых кварцевых часов, чем классические Timex.Этот MK1 — дань уважения часам Mil-Spec в пластиковом корпусе, которые бренд производил в течение 1980-х годов, но в его переработанном виде он отличается более прочным, но легким корпусом из алюминия. Хотя часы сохраняют классический вид полевых часов старой школы, они также имеют очаровательную фирменную подсветку Indiglo, которая была бы невозможна без батареи.

Характеристики: Алюминиевый корпус, подсветка
Размер: 40 мм
Водонепроницаемость: 30 м

Подробнее: здесь

CWC G10

Многие энтузиасты часов любят романтизировать использование механических часов в вооруженных силах, но правда в том, что вооруженные силы повсюду переходили на кварцевые часы, как только могли.Например, G10 начали использовать в вооруженных силах Великобритании в 1980 году. Компания Cabot Watch Company (CWC) до сих пор производит G10 по тем же стандартам, то есть вы по-прежнему получаете очень простые, прочные и серьезные часы. .

Характеристики: Люм, батарейный отсек для быстрой замены
Размер: 38 мм
Водонепроницаемость: 50 м

Подробнее: здесь

Bulova Lunar Pilot

Speedmaster были не единственными часами, которые носили на Луне — во время миссии Apollo 15 командир Дэвид Скотт носил изготовленный на заказ хронограф Bulova на поверхности Луны вместо своего выпущенного НАСА Speedy.В то время как эти часы были механическими, в представленной здесь дань уважения используется версия высокочастотного кварцевого механизма Bulova Precisionist с хронографом. Вместо того, чтобы секундная стрелка тикала каждую секунду, как в стандартных кварцевых часах, она плавно перемещается по циферблату часов.

Характеристики: Хронограф, черный корпус с PVD-покрытием
Размер: 45 мм
Водонепроницаемость: 50 м

Купить сейчас: $ 595

Marathon TSAR Diver’s Medium

Построен в U.S. По военным стандартам, Marathon TSAR (Tritium Search and Rescue) — это прочные часы в небольшом корпусе. Его толщина составляет всего 36 мм, по сегодняшним меркам он небольшой, но все же очень прочный и позволяет погружаться на глубину до 300 метров. Он также оснащен трубками с газообразным тритием для люминесценции, что приятно, ярко и красочно.

Характеристики: тритиевый просвет, безель для дайвинга
Размер: 36 мм
Водонепроницаемость: 200 м

Купить сейчас: $ 625

Seiko Prospex SUN065

Еще один убедительный пример соотношения цены и качества, обеспечиваемого линейкой Prospex, — часы для дайвинга SUN065 от Seiko, оснащенные стрелкой GMT и механизмом, снижающим потребность в замене батарей.Но вместо того, чтобы использовать солнечную зарядку, как многие другие кварцевые часы для дайвинга, Prospex использует систему, аналогичную ротору в автоматических часах. Когда вы носите его и двигаете запястьем, он заводит ротор, который генерирует энергию и разряжает аккумулятор.

Характеристики: кинетическая зарядка, стрелка GMT, безель для дайвинга
Размер: 47,5 мм
Водонепроницаемость: 200 м

Купить сейчас: $ 750

Junghans Max Bill MEGA

Многие бренды, такие как Casio и Citizen, в последние годы дополнили свои кварцевые часы атомным хронометражем, но Junghans была первой в 1990 году, представив MEGA 1.Теперь немецкий производитель часов внедряет технологию в свой культовый дизайн Max Bill, давая классическим часам Bauhaus возможность настраивать свое время в соответствии с радиосигналами времени. Более того, вечный календарь сохраняет дату до 2400 года.

Характеристики: радиоуправляемый хронометраж, вечный календарь
Размер: 38 мм
Водонепроницаемость: 30 м

Подробнее: здесь

Longines Conquest VHP

Даже среди часов HQA Conquest VHP (очень высокая точность) Longines — одни из самых точных аналоговых часов в мире с гарантированной точностью около пяти секунд в год.Как это делает VHP? Longines добавила в механизм множество интересных технологий, таких как система «определения положения шестерни», которая проверяет точное положение шестерни и корректирует показания, если оно не соответствует временной развертке кварца. Часы также могут регулироваться после удара или в присутствии магнитного поля.

Характеристики: Вечный календарь, точность HQA
Размер: 41 мм
Водонепроницаемость: 50 м

Купить сейчас: $ 1,000

Grand Seiko 9F (SBGX259G)

Калибр Grand Seiko 9F, впервые выпущенный в 1993 году, остается одним из самых совершенных кварцевых механизмов из когда-либо созданных.Термокомпенсация, точность до десяти секунд в год и герметичность, так что, за исключением замены батарейки, часы не нуждаются в обслуживании в течение 50 лет. Есть и другие впечатляющие мелкие детали, такие как пружина для предотвращения люфта и высокоскоростной двигатель, который меняет дату за 1/2000 секунды. Это удивительно сложный механизм, сочетающийся с изысканной отделкой корпуса и циферблата, которыми славится Grand Seiko.

Характеристики: точность HQA, быстрая дата
Размер: 37 мм
Водонепроницаемость: 100 м

Купить сейчас: $ 2200

Sinn Hydro UX

Вы всегда можете рассчитывать на то, что Sinn предоставит великолепный излишеств для своих часов с инструментами, и бренд не разочарует, даже когда он работает с кварцем.Hydro UX — это кварцевый вариант дайвера марки U1, что означает, что он представляет собой потрясающий корпус, сделанный из нержавеющей стали для подводного плавания (на самом деле). Что действительно отличает часы, так это то, что все они заполнены маслом (опять же, действительно). Масло, по сути, делает часы удобочитаемыми под любым углом (даже под водой), а поскольку механический механизм и связка масла не взаимодействуют друг с другом, Шинн обратился к кварцевому механизму ETA 955.652 с термокомпенсацией.

Характеристики: Термокомпенсация, маслонаполненный корпус, безель для дайвинга
Размер: 44 мм
Водонепроницаемость: 5 000 м

Купить сейчас: 2270 $

Citizen Eco-Drive One

Citizen Eco-Drive One толщиной чуть менее 3 мм — одни из самых тонких часов, когда-либо созданных, и демонстрация того, как упрощенный и компактный кварцевый механизм может сочетаться с поразительным дизайном.В дополнение к своей невероятно тонкой конструкции, часы могут похвастаться солнечной зарядкой, а также безелем из металлокерамики (металлокерамический сплав) и корпусом из закаленной нержавеющей стали, чтобы эта проклятая вещь не погнулась, когда вы ее наденете.

Характеристики: Солнечная зарядка, металлокерамическая рамка
Размер: 40 мм
Водонепроницаемость: «Защита от брызг»

Купить сейчас: $ 2,600

Citizen Chronomaster (AQ4030-51A)

Если Eco-Drive One демонстрирует способность японского производителя часов использовать кварцевую технологию в дизайне, то Chronomaster демонстрирует его мастерство в создании технически совершенных механизмов.Механизм здесь — это еще один HAQ с точностью до пяти секунд в год и, кстати, с солнечной зарядкой. Однако часы — это не только механизм — корпус изготовлен из титана, а циферблат — из бумаги васи, которая придает им текстуру, но при этом остается достаточно прозрачной, чтобы пропускать свет для зарядки механизма.

Характеристики: точность HQA, титановый корпус, солнечная зарядка
Размер: 38 мм
Водонепроницаемость: нет

Купить сейчас: $ 3 327

Выбор редакции: лучшие предложения сегодня

Nike Killshot 2

Найк

$ 9 OFF (10%)

Первоначально кроссовки для тенниса 80-х, Killshot 2 стали одним из самых желанных кроссовок Nike.Они распродаются почти каждый раз, когда поступают в продажу, поэтому действуйте быстро, чтобы купить себе пару.

ПРОЧИТАЙТЕ О НАШИХ ПРЕДЛОЖЕНИЯХ В ЛЮБИМОМ СТИЛЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

Итальянская куртка на молнии из букле Todd Snyder

Тодд Снайдер
skimresources.com

$ 250 Скидка (50%)

Эта куртка от Тодда Снайдера из Нью-Йорка повторяет силуэт винтажных курток-гидов и дополнена итальянским хлопковым / вискозным материалом, который создает сверхмягкие ощущения на ощупь.

ЧИТАТЬ О ЛУЧШИХ ВЕСЕННИХ АРОМАТАХ

Eufy Security Wi-Fi видеодомофон

Eufy
amazon.com

$ 40 Скидка (25%)

Эта беспроводная система дверных звонков от Eufy оснащена камерой 1080p, которая может обнаруживать присутствие человека, гарантируя, что вы будете получать уведомления только тогда, когда это необходимо. Он также имеет двустороннюю аудиосвязь, так что вы можете общаться с любым, кто находится у двери.

ПРОЧИТАЙТЕ О ЛУЧШИХ ПРИЛОЖЕНИЯХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЫ ДЛЯ GMAIL

WESN Allman

WESN
skimresources.ком

$ 21 Скидка (15%)

Это лезвие семейного качества от WESN — повседневная рабочая лошадка. Он изготовлен из нержавеющей стали S35vn, отличается прочным захватом, надежной конструкцией с замком и пожизненной гарантией.

ЧИТАЙТЕ О ЛУЧШИХ НОВЫХ НОЖАХ И EDC

Куртка Barbour Ashby Wax

БАРБУР

$ 124 Скидка (30%)

Немногие бренды в мире спортивного снаряжения так узнаваемы, как Barbour.Скорее всего, вы можете прямо сейчас представить принца Филиппа, раскачивающего одну из этих водонепроницаемых вощеных курток, будь то он или его персонаж в Короне.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ВОСКУСНЫХ КУРТКАХ

Большая ручная кладь в гостях: Aluminium Edition

skimresources.com

$ 149 Скидка (30%)

Это фаворит читателей GP. Алюминиевые стенки придают сумке еще больше прочности по сравнению с тем, что и так было прочным, а сияние золота означает, что вы никогда не перепутаете свою сумку с кем-то еще на карусели.

ПОДРОБНЕЕ О ПРОДАЖЕ

Беспроводные наушники Powerbeats Pro

Удары
amazon.com

$ 30 Скидка (15%)

Powerbeats по-прежнему остаются одними из лучших наушников для тренировок, которые вы можете получить. Они надежны благодаря крючкам для ушей и могут длиться до девяти часов, чего достаточно, чтобы пройти любую тренировку, о которой вы только можете мечтать.

ЧИТАТЬ О ЛУЧШИХ НАУШНИКАХ

Металлический переговорный набор Brookside из 3 предметов

Brookside
skimresources.ком

$ 100 Скидка (18%)

Сезон патио уже наступил, так что, вероятно, пора обновить уличную обстановку. Набор для разговора из трех частей является отличным краеугольным камнем для любой наружной установки, независимо от того, много ли у вас места или его почти нет.

ЧИТАЙТЕ О ЛУЧШИХ ПРЕДЛОЖЕНИЯХ МЕБЕЛИ ДЛЯ PATIO

Burrow Block Nomad Loveseat

skimresources.com

$ 99 Скидка (10%)

Burrow — один из лучших брендов, продающих товары напрямую потребителю, особенно в домашних условиях.Нам нравится простота его диванов и кресел, в том числе этого, который легко перемещать и имеет встроенное зарядное устройство USB.

ПРОЧИТАЙТЕ О ЛУЧШИХ АКСЕССУАРАХ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ОФИСА

Люминокс Модерн Маринер

Люминокс

$ 270 Скидка (30%)

Этот швейцарский Luminox крепок и готов к любым испытаниям. Его световой поток без посторонней помощи прослужит 25 лет, а кварцевый механизм не требует особого внимания и невероятно точен.

ПРОЧИТАЙТЕ О САМЫХ КЛАССНЫХ ПОСЛЕДНИХ РЕЛИЗАХ ЧАСОВ

Умный будильник Loftie

skimresources.com

$ 36 Скидка (22%)

Этот новый будильник оснащен многими вещами, которые нам нравятся в том, чтобы иметь телефон рядом с кроватью — белым шумом, медитацией и, конечно же, будильником, — но дает нам возможность оставить его вне поля зрения и из виду. ум, пока мы спим.

ЧИТАЙТЕ О НАШИХ ЛЮБИМЫХ ДОМАШНИХ РЕЛИЗАХ

В гостях Уикендер

skimresources.ком

$ 59 Скидка (30%)

Поездки выходного дня никогда не будут прежними, если вы возьмете Away Weekender. В этой продуманной сумке есть 15-дюймовый чехол для ноутбука и отделение для обуви, чтобы все ваши вещи были на своем месте.

ПОДРОБНЕЕ О ПРОДАЖЕ

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Кварцевые или автоматические часы: как выбрать

Возможно, вы слышали термины «кварцевые часы» и «автоматические часы».

В чем разница? Один лучше другого? Как выбрать, покупать ли автоматические часы (например, наши Automatic) или кварцевые (например, наши Classic, Minimalist, Chronograph и Petite)?

Короче говоря, эти типы часов различаются по многим параметрам, и все зависит от того, что вы ищете в часах.Мы составили краткое руководство, чтобы объяснить термины и помочь вам решить, что лучше для вас.

Linjer The Automatic с механизмом ETA 2824-2. Источник: Скромник

Механизм часов

Слова «кварцевый» и «автоматический» относятся к типу часового механизма, который является двигателем, приводящим в действие часы. Есть две категории механизмов: кварцевые и механические. Категория механических механизмов далее подразделяется на две подкатегории: автоматические (или с автоподзаводом) и ручные (или с ручным заводом) механизмы.

Для простоты мы сосредоточимся только на автоматических (или с автоподзаводом) механизмах в категории «механические механизмы», поскольку они являются наиболее распространенным типом механических механизмов.

Давайте рассмотрим их по очереди.

Что такое часы с кварцевым механизмом?

Linjer The Classic и Linjer The Chronograph. Источник: Скромник

Часы с кварцевым механизмом — это ваши стандартные часы — они составляют 97% часов, производимых ежегодно.

Компания Seiko представила первые часы с кварцевым механизмом в 1969 году — наручные часы Astron.Часы ограниченного выпуска (всего 100 штук) стоили в то время эквивалент Toyota Corolla!

К счастью, с тех пор технический прогресс сделал кварцевые часы намного дешевле. Вот почему кварцевые часы в наши дни так доступны.

Как они работают?

Кварцевые часы обычно питаются от батареи, которая посылает электрический сигнал через крошечный кристалл кварца, встроенный в схему.

Вот и волшебство: когда электричество проходит через кристалл кварца, он колеблется с почти идеальной постоянной частотой 32 768 раз в секунду.Постоянство вибраций — это основа, на которой механизм отслеживает время, независимо от того, имеют ли часы аналоговый или цифровой дисплей.

Поскольку колебания кварца почти абсолютно постоянны, кварцевые часы могут очень точно отсчитывать время. Наши часы с механизмом Ronda, например, имеют точность -10 / + 20 секунд в месяц.

Кварцевые часы очень неприхотливы; они отсчитывают время точно и надежно и требуют замены батареи раз в несколько лет.

Что такое автоматические часы?

Linjer Автомат. Источник: Скромник

Механические часы существуют уже много веков. Однако первые часы с автоматическим подзаводом (или с автоподзаводом), которые не требовали от человека заводить их вручную, были изобретены в 1700-х годах.

Автоматические механизмы — это сложные устройства, состоящие из боевой пружины и зубчатых колес. Они часто состоят из сотен крошечных и сложных деталей. Когда вы носите автоматические часы, движения вашей руки заставляют внутренний движущийся вес вращаться и передавать энергию в запас хода.Вы также можете осторожно встряхнуть часы из стороны в сторону, чтобы повернуть вес и «увеличить» запас.

Если вы носите часы постоянно (или даже снимаете их на день или около того, в зависимости от запаса хода), они будут продолжать работать только от той энергии, которую они накапливают, пока вы их носите.

Запас хода варьируется от механизма к механизму. Наши автоматические часы (с механизмом ETA 2824-2) имеют запас хода ~ 38 часов, что означает, что они могут накапливать энергию для питания часов до ~ 38 часов.

Поскольку автоматические механизмы часто состоят из сотен крошечных деталей, их сборка требует очень много времени, а также кропотливого ручного труда. Вот почему автоматические механизмы намного дороже кварцевых.

Почему выбирают кварцевый автомат, а не автоматический

  • Кварцевые часы дешевле автоматических. Это потому, что движение
  • требует меньше труда.

  • Кварцевые часы чрезвычайно надежны и точны, когда дело касается хронометража; в то время как хорошие кварцевые часы могут работать 20 секунд в месяц, хорошие автоматические часы могут отключаться на несколько минут в месяц
  • Кварцевые часы не требуют особого ухода; вам просто нужно менять батарею каждые несколько лет.Автоматические часы, в которых нет батареи, нуждаются в обслуживании каждые 3-5 лет

Почему выбирают автомат, а не кварц

Если автоматические часы более дорогие, менее надежные и точные и требуют большего обслуживания, почему поклонники часов и коллекционеры так тянутся к автоматическим часам?

Что ж, за этим предпочтением стоит много эмоций и субъективизма. Вот несколько причин:

  • Автоматические механизмы — это воплощение высокого мастерства и мастерства, которое создавалось веками
  • Многие производители механических механизмов имеют глубокую историю и наследие
  • Автоматические часы — это впечатляющий инженерный подвиг, и в их механическом характере есть очарование.Подумайте о том, что автолюбители отдают предпочтение автомобилям с механической коробкой передач перед автомобилями с автоматической коробкой передач, или подумайте о том, как некоторые люди очень увлечены мотоциклами, но вы не найдете такой же страсти к скутерам
  • Многие автоматические часы имеют прозрачную заднюю крышку из сапфирового стекла, что позволяет видеть, как автоматический механизм мягко колеблется во время работы, что действительно здорово
  • Многие люди очарованы стремительной секундной стрелкой автоматических часов. В то время как секундная стрелка кварцевых часов движется один раз в секунду, секундная стрелка механических часов перемещается несколько раз в секунду, создавая иллюзию стремительного движения.Это признак того, что часы приводятся в движение механическим механизмом, и это очень ценится любителями механических часов

Заключение

Поскольку кварцевые и автоматические часы удовлетворяют разным потребностям и желаниям, выбор сводится к тому, что вы ищете.

Если вас интересует коллекция кварцевых часов Linjer, вы можете ознакомиться с нашими классическими, минималистскими, хронографами и миниатюрными часами. Все используют механизмы известной швейцарской компании Ronda, имеют первоклассную сборку и отделку; Например, мы используем сапфировые стекла с антибликовым покрытием и итальянские кожаные ремешки растительного дубления.

Если вас интересуют автоматические часы Linjer, посетите нашу страницу «Автоматические часы». На странице продукта вы также можете увидеть фотографии механизма через плоское стекло на задней крышке корпуса. Эти часы оснащены механизмом 2824-2 швейцарской компании ETA. Этот механизм известен как очень надежный механизм с запасом хода 38 часов. Наши автоматические часы уникальны тем, что они чрезвычайно доступны (менее 500 долларов США), учитывая широкий выбор механизма, а также высокое качество других компонентов и отделки.Он также очень гладкий, его толщина составляет 8,4 мм. Автоматические механизмы довольно толстые, и по цене ниже 5000 долларов вам будет сложно найти часы ETA 2824-2, которые были спроектированы так, чтобы быть тонкими. Большинство из них имеют толщину более 11 мм. Если найдете, дайте нам знать!

Как работают кварцевые часы

Как работают кварцевые часы — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 15 сентября 2020 г.

Вы можете не верить в астрологию, но
Нет никаких сомнений в том, что планеты управляют нашей жизнью. Мы встаем, когда восходит солнце (или когда-нибудь
после) и ложитесь спать, когда она схватится. У нас есть календарь на основе
дни, месяцы и годы — периоды времени, относящиеся к тому, как
Луна и Земля движутся вокруг Солнца в небе. На протяжении большей части истории
люди сочли этот вид «астрономического хронометража» достаточно хорошим для
их потребности. Но по мере того, как мир становился все более безумным и
сложным, людям нужно было отслеживать часы, минуты и
секунды, а также дни, месяцы и годы.Это означало, что нам нужно
точные способы отсчета времени. Часы с маятником и механические
часы раньше были лучшим способом сделать это. Сегодня многие люди используют
кварцевые часы и часы вместо этого — но что они такое и как они
Работа?

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, которые его используют, почти не нуждаются в каких-либо движущихся частях. Вот почему теперь он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они такие точные и надежные, это очень важный аргумент — вот почему на циферблатах таких часов гордо написано слово «кварц».Обратите внимание, что это аналог
часы (со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь числовые дисплеи).

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы отсчитывают время, но останавливались ли вы когда-нибудь, чтобы
подумайте, как это сделать? Наверное, самые простые часы, которые ты мог бы
make — это говорящие часы. Если считать секунды, повторяя фразу
чтобы сказать (например, «слон», «слон
два «,» слон три «…), вы обнаружите, что умеете красиво держать время
точно.Попробуйте сами. Скажите своим слонам от одного до шестидесяти и посмотрите
насколько хорошо вы отсчитываете время за минуту по сравнению с часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее.
день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Несколько из
в самых ранних часах для измерения времени использовались качающиеся маятники. Маятник — это
длинный стержень или гиря на тетиве, которая раскачивается вперед и назад. В 1583 г.
итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) обнаружил, что
маятнику определенной длины всегда нужно одно и то же время, чтобы повернуться назад
и далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько велики качели.Он
понял это, наблюдая, как огромная лампа качается на цепочке из
потолок Пизанского собора
в Италии, и используя его пульс, чтобы отсчитывать время его движения
назад и вперед. В часах задача маятника — регулировать скорость.
шестерен (сцепляющиеся колеса с врезанными в их края зубьями).
Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют
их в минуты и часы, отображаемые на руках, которые кружат
циферблат. Другими словами: шестерни в маятниковых часах
действительно просто считать слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) — то, что держит время в напольных часах. Это было одно из величайших открытий, которые мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать маятниковые часы, привязав груз к
нить. Если длина струны составляет около 25 см (10 дюймов), маятник будет
качаться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут
качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами вроде
это то, что маятник будет останавливаться.Сопротивление воздуха и
трение скоро израсходует свою энергию и остановит ее. Вот почему
маятниковые часы имеют пружины. Примерно раз в день вы заканчиваете
пружина внутри часов, чтобы накапливать потенциальную энергию, чтобы маятник двигался
на следующие 24 часа. Когда пружина разматывается, она приводит в действие шестерни.
внутри часов. Через механизм качелей, называемый спусковым механизмом ,
маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как
шестерни держат время. Карманные часы явно слишком малы, чтобы иметь
маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм.Вместо
маятник, он имеет балансирное колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону и
затем другой, управляемый спусковым механизмом гораздо меньшего размера, чем тот, что в
маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом читайте в отдельной статье о маятнике.
часы.

Как работают кварцевые часы

Фото: Кристаллы кварца.
Фото любезно предоставлено Геологической службой США.

Проблема с маятниковыми часами и обычными часами в том, что вы
не забывайте наматывать их.Если вы забудете, они остановятся — а вы
понятия не имею, который час. Еще одна трудность с маятниковыми часами заключается в том, что они
зависят от силы тяжести, которая очень незначительно меняется от места к месту;
это означает, что маятниковые часы показывают время на большой высоте иначе, чем на уровне моря!
Маятники также изменяют длину при изменении температуры,
немного расширяется в теплые дни и сужается в холодные дни, что делает их менее точными
очередной раз.

Все эти проблемы решают кварцевые часы. Они
питаются от батареи и, поскольку они используют
так мало электричества, батарея часто может прослужить несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить.К тому же они намного точнее маятниковых часов. Кварцевые часы
работают совсем не так, как маятниковые и обычные часы.
У них все еще есть шестеренки, чтобы отсчитывать секунды, минуты и
часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни
регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или
движущееся колесо баланса. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы
показывает время, когда вы поднимаетесь на Эверест, и когда вы находитесь в море.

На фото: кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, посмотрев на самую последнюю фотографию на этой странице. Это часть под номером 5 на этом рисунке.

«Кварц» звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры.
Эрудит — но на самом деле это один из самых распространенных
полезные ископаемые на Земле. Он сделан из химического соединения, называемого кремнием.
диоксид (кремний также является материалом, из которого сделаны компьютерные чипы),
и вы можете найти его в песке и в большинстве пород.Возможно, самое интересное в кварце — это то, что он пьезоэлектрический.
Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он образует крошечный
электрическое напряжение. Верно и обратное: если вы подаете напряжение на
кусок кварца, он вибрирует с определенной частотой (он встряхивается точное количество раз в секунду).

Внутри кварцевых часов батарея передает электричество на
кристалл кварца через электронную схему.
Кристалл кварца колеблется (колеблется взад и вперед) на
точная частота: ровно 32768 раз в секунду.В
схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации
регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать
ЖК-дисплей (показывающий время в цифрах) или они могут приводить в движение небольшой электродвигатель (на самом деле крошечный шаговый двигатель), вращая зубчатые колеса, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевых часов

По идее работает так:

  1. Батарея обеспечивает ток микросхеме
  2. Схема микрочипа делает кристалл кварца (точно вырезанный и имеющий форму
    камертон) колеблется (вибрирует) 32768 раз в секунду.
  3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в
    регулярные электрические импульсы, один в секунду.
  4. Электроимпульсы приводят в действие миниатюрный шаговый электродвигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
  5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
  6. Gears водит стрелками по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике …

А так на самом деле выглядит внутренняя часть кварцевых часов.
Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свой, если вы когда-нибудь захотите, чтобы он снова заработал.Вы не можете увидеть все эти части, просто сняв задник с часов.
Показанные здесь часы поставлялись бесплатно с пачкой кукурузных хлопьев (серьезно!), И они были сломаны, прежде чем я открыл их.
Но потом он сломался еще сильнее …

  1. Аккумулятор.
  2. Электродвигатель шаговый.
  3. Микрочип.
  4. Схема соединяет микросхему с другими компонентами.
  5. Кварцевый генератор.
  6. Винт с головкой для установки времени.
  7. Шестерни вращают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
  8. Крошечный центральный вал удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще выигрывают или теряют время?

Если кварцевые часы настолько удивительны, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не отслеживают время с абсолютной точностью вечно.
Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц
вибрирует с немного другой частотой при разных температурах и давлениях
поэтому на его способность вести хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас.Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (которое более или менее постоянно
температура), он будет держать время лучше, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры
каждый раз). Но даже если кварцевый кристалл может вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты зубчатой ​​передачи, трение и т. Д. Также могут вносить незначительные ошибки в хронометраж.
Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах и наручных 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 насадка с кварцевым кристаллом?

Вы можете найти это достаточное объяснение, и если да, то можете перестать читать сейчас.
Ниже приводится более подробное обсуждение того, как кварцевый кварцевый генератор
действительно работает для тех, кто хочет немного глубже. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники
инженерные сети, схемы на кристалле кварца очень быстро становятся очень сложными. Я собираюсь дать тебе
очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указателей для дальнейшего чтения, чтобы вы
можете копать глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, — это то, что он пьезоэлектрический:
он будет вибрировать, когда вы приложите к нему электричество, или он будет излучать электричество, когда вы его вибрируете.
Генератор на кварцевом кристалле использует пьезоэлектричество обоими способами — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, делает вид, будто кристалл кварца отделен от
схема микрочипа, но, на самом деле, кристалл является интимной частью этой схемы, подключенной к ней
двумя электродами. Их хорошо видно на большом фото внутренней части часов и в
фото самого генератора: это две маленькие серебристые ножки, торчащие из цилиндрического металла
кейс.По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, подключенный к микросхеме, как резистор или конденсатор.

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

Иллюстрация: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32»), указывающим прошедшие секунды. Осциллятор (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 с 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 (красный), которые приводят в действие сегменты цифрового дисплея. Иллюстрация из патента США 3 863 436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г., 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
подключен к входной цепи и подавал электричество на кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл
вибрировал, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение.Это обнаружил второй комплект электродов (заклинило
к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь.
Когда кварцевая технология была уменьшена для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие размеры
Были необходимы генераторы, а для двух пар электродов не хватило места. Вот почему современные осцилляторы
используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его колебаний.

Это все, что я вам скажу. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующие
источники.Имейте в виду, что они сложны, и их трудно понять, если у вас нет некоторых знаний в области электронной техники.

Дополнительная литература

Общие
  • Кварцевый осциллятор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей Википедии, которые могут иметь смысл только для людей, которые знают достаточно о предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
  • Хрустальные часы В.А.
    Marrison, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 16, No. 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних работ по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.
История
  • Эволюция кварцевых хрустальных часов Уоррена А. Маррисона, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, pp. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометража.Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в различных других форматах на
    Интернет-архив.]
  • Современные разработки точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, No. 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья для подписки загружена в электронном виде в 2013 г.)
  • Варианты и комбинации: изобретение и разработка технологий кварцевых часов в AT&T Шауль Кацир, Icon, Международный комитет истории технологий (ICOHTEC), Vol.22 (2016), стр. 78–114. Подробный взгляд на то, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.
Патенты

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний
Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На сайте

Книги

  • О времени Адам Франк. Oneworld, 2013. Яркая история часов — от солнечных до квантовых.
  • «Искаженное время» Клаудиа Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правда ли, что наше чувство времени «все в уме»? По сути, научно-популярное руководство по психологии времени.
  • История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
  • Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джея Гриффитса. HarperCollins, 2000. Как мы переживаем время по мере того, как проходит наша жизнь. Оригинальное, наводящее на размышления руководство о том, как время течет в нашей жизни и наоборот.

Статьи

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте:

  • Патент США 3,863,436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. Этот относительно простой для понимания патент описывает типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рисунке 3 и сопроводительном тексте показано, как сигнал кварцевого генератора с частотой 32 768 Гц многократно разделяется микросхемой интегральной схемы на драйверы часов, минут и секунд, которые питают дисплей.
  • Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Киллера и Роберта Шапиро, Timex. 16 апреля 1974 г. В этом более раннем патенте описана типичная схема «подстройки», с помощью которой кварцевый генератор может использоваться для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд, 2006, 2015. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2015) Часы кварцевые. Получено с https://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Часовые механизмы | Различия между механическим и кварцевым

Часовой механизм (также известный как «калибр») — это двигатель часов, который действует как двигатель, заставляющий часы и их функции работать. Этот внутренний механизм перемещает стрелки и приводит в действие любые усложнения, такие как хронограф, годовой календарь или двойной часовой пояс. Механизм управляет всеми функциями хронометража и необходим для точного измерения времени.Без них часы не работали бы.

Существует бесчисленное множество различных механизмов, созданных производителями часов, использующих собственные инновации, но каждый из этих механизмов относится к одной из двух категорий: кварцевый или механический.

Механическое движение
Маховое движение

Кварцевый механизм
Отдельные тики

Самый простой способ отличить кварцевый механизм от механического — взглянуть на секундную стрелку.В кварцевых часах секундная стрелка совершает тик-тик-движение, которое движется один раз в секунду, в то время как механические часы имеют плавный, стремительный секундный ход.


Кварцевый механизм

Кварцевые механизмы очень точны и требуют минимального обслуживания, за исключением замены батареек. Они, как правило, недорого стоят, поскольку питаются от батарей и имеют мало движущихся частей. Кварцевые часы не так популярны для большинства любителей часов, потому что им не хватает технического мастерства и инженерии, как у механических часов.Кварцевые механизмы швейцарских часовых брендов, таких как Patek Philippe, разработаны в соответствии со строгими стандартами качества.

Как работает кварцевый механизм:

В кварцевом механизме в качестве основного источника энергии используется батарейка, и, как правило, это тип механизма, который вы найдете в своих стандартных часах без излишеств. Чтобы создать энергию в механизмах кварцевых часов, батарея пропускает электрический ток через небольшой кристалл кварца, электризуя кристалл и создавая вибрации.Эти колебания заставляют механизм колебаться и приводят в движение двигатель, приводящий в движение стрелки часов.


Механизм

Механические механизмы часто предпочитают кварцевым механизмам для роскошных часов из-за их высокого уровня качества и мастерства. Эти механизмы, искусно созданные опытными часовщиками, содержат сложную серию крошечных компонентов, работающих вместе, чтобы привести в действие часы. Хотя общий дизайн механических часов не сильно изменился за столетия, технологии позволили добиться более точной инженерии и большего внимания к деталям.

Как работает механический механизм:

В отличие от кварцевых механизмов, механический механизм использует энергию заводной пружины для питания часов. Эта пружина накапливает энергию и передает ее через ряд шестерен и пружин, регулируя выделение энергии для питания часов.


Различия между механическими движениями

Сегодня в роскошных часах используются два типа механических механизмов — ручной и автоматический, каждый из которых обладает уникальными характеристиками.Хотя механические механизмы являются предпочтительным механизмом, тип механического механизма зависит от ваших личных предпочтений.

Механизм с ручным управлением

Считается, что это самый традиционный механизм, ручной механизм — самый старый тип часового механизма. Часы с ручным заводом часто любят за красивое отображение часового механизма, который обычно можно увидеть через заднюю крышку. Эти механизмы часто называют «механизмами с ручным заводом», потому что их приходится заводить вручную, чтобы создать энергию в основной пружине часов.

Как работает ручной механизм:

Пользователь должен несколько раз повернуть заводную головку, чтобы заводить боевую пружину и накапливать потенциальную энергию. Боевая пружина будет медленно раскручиваться и высвобождать энергию через серию шестерен и пружин, которые регулируют высвобождение энергии. Затем эта энергия передается на вращение стрелок часов и приводит в действие их усложнения.

Интервалы намотки

Интервалы подзавода для часов с ручным заводом зависят от запаса хода механизма, который может составлять от 24 часов до пяти дней и более.Некоторые часы требуют ежедневного подзавода, в то время как другие, такие как Panerai Luminor 1950 GMT с восьмидневным запасом хода, нужно заводить примерно каждые восемь дней. Многие владельцы часов с ручным заводом просто заводят свои часы перед тем, как надеть их.

Автоматический механизм

Вторая форма механического движения — автомат. Часто называемые «автоподзаводом», автоматические механизмы используют энергию за счет естественного движения запястья владельца.Часы с автоматическим механизмом очень популярны, потому что их владельцу не нужно беспокоиться о том, чтобы каждый день заводить часы, чтобы обеспечить бесперебойную работу. Пока часы носят регулярно, они будут поддерживать мощность без подзавода.

Как работает автоматический механизм:

Автоматический механизм работает в основном так же, как и ручной механизм, с добавлением металлического груза, называемого ротором. Ротор подключен к механизму и может свободно вращаться. При каждом движении запястья ротор вращается, передавая энергию и автоматически заводя боевую пружину.

Интервалы намотки

Для часов с автоматическим механизмом по-прежнему потребуется завод, но гораздо меньше, чем для часов с ручным заводом. Если часы носить каждый день, они будут поддерживать функцию хронометража без подзавода, но если часы не носили в течение длительного периода времени, для набора начальной мощности потребуется быстрый завод. Отличной альтернативой автоматическим часам с ручным заводом является устройство для подзавода часов, которое будет держать часы полностью заведенными, когда они не используются.

Как работают кварцевые часы | HowStuffWorks

Проблем с выбором элемента времени не возникло.Кристалл кварца, возможно, в тысячи раз лучше для измерения времени, чем камертон, а кристаллы кварца существуют уже много лет. Необходимо было выбрать только тип и частоту кристалла. Сложность заключалась в выборе технологии интегральной схемы, которая работала бы при достаточно малой мощности .

Кристаллы кварца регулярно используются в течение многих лет для определения точной частоты для всех радиопередатчиков, радиоприемников и компьютеров.Их точность обусловлена ​​удивительным набором совпадений: кварц, который представляет собой диоксида кремния , как и большинство песка, не подвержен влиянию большинства растворителей и остается кристаллическим до сотен градусов по Фаренгейту. Свойством, которое делает его электронным чудом, является тот факт, что при сжатии или изгибе он генерирует заряд или напряжение на своей поверхности. Это довольно распространенное явление, называемое Пьезоэлектрический эффект . Точно так же, если приложить напряжение, кварц будет очень немного гнуться или изменить свою форму.

Если бы колокол был сформирован путем измельчения монокристалла кварца, он бы звенел в течение нескольких минут после удара по нему. Материал практически не теряет энергии. Кварцевый колокол — если он сформирован в правильном направлении по отношению к оси кристалла — будет иметь колебательное напряжение на своей поверхности, и скорость колебаний не зависит от температуры. Если поверхностное напряжение на кристалле снимается с помощью покрытых электродов и усиливается транзистором или интегральной схемой, его можно повторно приложить к звонку, чтобы он продолжал звонить.

Можно сделать кварцевый колокол, но это не лучшая форма, потому что с воздухом передается слишком много энергии. Лучшие формы — это прямой стержень или диск . Преимущество полосы в том, что она сохраняет ту же частоту, при условии, что отношение длины к ширине остается неизменным. Кварцевый стержень может быть крошечным и колебаться с относительно низкой частотой — 32 килогерца (кГц) обычно выбирают для часов не только из-за размера, но и потому, что схемы, которые делятся от частоты кристалла до нескольких импульсов в секунду для часов дисплею требуется больше мощности для более высоких частот.Электроэнергия была большой проблемой для ранних часов, и швейцарцы потратили миллионы, пытаясь продвинуть технологию интегральных схем, чтобы уменьшить частоту от 1 до 2 МГц, генерируемую более стабильными дисковыми кристаллами.

В современных кварцевых часах теперь используется низкочастотный стержень или кристалл в форме камертона. Часто эти кристаллы состоят из тонких листов кварца, покрытых наподобие интегральной схемы, и подвергаются химическому травлению для придания им формы. Основное различие между хорошим и безразличным хронометрированием заключается в точности начальной частоты и точности угла среза кварцевого листа относительно оси кристалла.Количество загрязнения , которое может попасть через инкапсуляцию на поверхность кристалла внутри часов, также может повлиять на точность.

Электроника часов изначально усиливает шум на кварцевой частоте. Это создает или регенерирует в колебание — оно запускает звон кристалла. Затем выходной сигнал кварцевого генератора часов преобразуется в импульсы, подходящие для цифровых схем. Они делят частоту кристалла вниз, а затем переводят ее в правильный формат для отображения.(См. «Как работают цифровые часы», где подробно обсуждаются делители и драйверы дисплея.) Или, в кварцевых часах со стрелками, делители создают импульсы длительностью в одну секунду, которые приводят в движение крошечный электродвигатель, и этот двигатель соединен со стандартными шестернями для привода. руки.

Для получения дополнительной информации воспользуйтесь ссылками на следующей странице.

Что такое кварцевые часы и как они работают? — Джек Мейсон

Чтобы понять кварцевые часы, нам нужно сначала понять стандартные способы питания часов.Сегодня на рынке используются три основных типа механизмов или типов энергии:

  • Механический
  • Автомат
  • Кварц или солнечный кварц

Механические часы

Механические часы — это стержень часового мира. Механические часы существуют с момента появления часов. За более чем столетний период модификаций и технологических достижений наиболее существенным отличием механических часов, помимо индивидуального дизайна часов, является то, что теперь в механических часах используется встроенная заводная головка, а не крошечный ключ для завода внутренней пружины.Механические часы — это часы с ручным заводом, в которых используется сложный механизм, состоящий из сотен мелких деталей, которые гармонично работают вместе, заставляя механические часы тикать.

Часы с автоматическим подзаводом

Хотя с технической точки зрения автоматические механизмы являются более старой технологией, чем кварцевые, они по-прежнему являются одними из самых распространенных механизмов в часах, поскольку обладают разной степенью качества, мастерства и сложности. Вместо батарей они получают энергию от заводной пружины.Эта основная пружина накапливает энергию и распределяет ее через соединенные между собой шестерни и другие пружины, контролирующие подачу энергии для питания часов. Боевая пружина «заряжается» либо путем наматывания вручную, либо естественным движением, создаваемым движением владельца, которое вращает крошечный ротор вперед и назад.

Хотя большинство автоматических часов могут иметь большую механическую сложность и стоить значительно дороже, чем большинство кварцевых часов, они также менее точны по своей конструкции. В то время как автоматический механизм обычно имеет точность от +/- 10 секунд до +/- 30 секунд в день, кварцевый механизм будет иметь такой же диапазон точности или лучше в течение всего месяца.Для тех, кто стремится к максимальной точности хронометража, очевидным выбором будут кварцевые часы.

Кварц

Когда-то кварц был самой современной технологией, которая почти перевернула всю часовую промышленность. Преодолевая то, что считается кварцевой революцией или каким-то кварцевым кризисом (в зависимости от ваших ощущений), кварц вскоре показал, что наиболее эффективный и точный способ определения времени — это не сложная сеть шестеренок, а простой кристалл, батарея и крошечные моторы.

Некоторые сочли непростительным использование этой новой технологии хронометража, поскольку это нарушило статус-кво мира часового завода.

Давайте не будем забывать, что кварцевые часы, за исключением периодической замены батареек, требуют гораздо меньшего обслуживания, чем их механическая альтернатива. На мгновение забудем, что кварцевые часы точнее показывают время, чем даже самые дорогие механические часы с самой умелой настройкой. Кроме того, в отличие от механических часов, гравитация вообще не влияет на внутреннюю работу, поэтому кварцевые часы точно так же показывают время, когда вы находитесь глубоко под океаном на подводной лодке, и когда вы поднимаетесь на самую высокую гору.Забудьте, что кварцевые часы более доступны, чем механические часы.

Все часы нуждаются в колеблющемся регулирующем элементе, чтобы поддерживать точное время. В механических часах и часах он существует в виде балансовой пружины и балансового колеса. Однако для кварцевых часов есть крошечный кристалл кварца, ограненный в форме камертона.

Давайте еще глубже погрузимся в эту умопомрачительную занудство.

Кварц естественно вибрирует с точной частотой и обладает пьезоэлектрическими свойствами, что означает, что когда он находится под давлением, он вырабатывает небольшое напряжение электричества.Верно и обратное: когда электрический ток проходит через кварц, он вибрирует, обычно 32 768 раз в секунду.

Большинство часов с кварцевым механизмом имеют гарантированную точность около 15 секунд плюс месяц или около того. Эта точность по-прежнему намного лучше, чем даже у лучших механических часов. Единственный враг кварцевых часов? Температура.

Так как же на самом деле работает внутреннее устройство кварцевых часов?

  1. Батарея обеспечивает ток микросхеме.
  2. Схема микрочипа заставляет точно вырезанный кварцевый кристалл камертона вибрировать со скоростью 32768 раз в секунду.
  3. Другая схема на микрочипе обнаруживает колебания кристалла и преобразует их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
  4. Эти электрические импульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель и преобразуют электрическую энергию в механическую.
  5. Электрический шаговый двигатель также вращает крошечные шестеренки.
  6. Эти крошечные шестеренки вращают стрелки по циферблату, чтобы отсчитывать время.

Ответ заключается в том, что кварц колеблется с несколько иной частотой при разных температурах и давлениях. На его способность отсчитывать время в небольшой степени влияет нагревание, охлаждение, постоянно меняющаяся среда вокруг нас. Итак, теоретически, если вы все время держите часы на запястье, это гораздо более или менее постоянная температура. Эти часы будут отслеживать время лучше, чем если бы вы снимали их с запястья, вызывая довольно значительный температурный сдвиг в любой среде.

Главное, что нужно помнить о кварце, — это то, что он пьезоэлектрический. Он будет вибрировать, когда вы приложите к нему электричество, и он будет давать вам электричество, когда вы его вибрируете. Генератор на кварцевом кристалле использует пьезоэлектричество в обоих направлениях — в одно и то же время. Что делает кварц невероятно эффективным источником энергии. Поэтому батарейки для часов на самом деле служат довольно долго.

Итак, почему в кварцевые часы стоит вкладывать деньги?

Что кварцевым часам не хватает утонченности и исторической основы, они выделяются в следующих трех областях:

  1. Практичность
  2. Размер
  3. Прочность

Практичность

Чистая практичность кварцевых часов заключается в том, что у этих часов есть запас хода, которого хватает буквально на всю жизнь.Таким образом, после того, как вы установите часы, вам редко когда-либо придется прикасаться к ним снова. Эта подводная гора Green & Steel Jack Mason будет продолжать перевозить ее на грузовиках еще долгие годы (обратите внимание, что ее водонепроницаемость составляет 300 метров). Вы можете забыть свои кварцевые часы на прилавке, забрать их через полгода, и вот они, тикают, готовы к немедленному ношению.

Размер

Размер — ОГРОМНЫЙ фактор. Из-за меньшего размера механизма кварцевые часы могут быть тоньше и меньше автоматических.Меньшие корпуса часов необходимы, когда у вас меньшее запястье. Кварцевые часы имеют тенденцию сидеть более плоско, чем механические, потому что их части не занимают так много места, что также означает, что они также легче скользят под манжетами и рукавами.

Прочность

Стоит отметить, что кварцевые механизмы зачастую более долговечны, чем механические часы. Если вы занимаетесь ручным трудом или просто наслаждаетесь свежим воздухом и потенциальными опасностями, связанными с часами, то кварцевые часы идеально подходят для вас.

Обратите внимание на часы Jack Mason Overland, отличающиеся прочностью и водонепроницаемостью до 100 метров. Эти часы изготовлены из японского кварца премиум-класса. Кварцевые часы, такие как Overland, обладают большей ударной способностью, чем механические и автоматические часы, из-за их легкой простоты. Внутри часов нет ничего, что могло бы вылететь из строя, если вы во что-то ударите часы или упадете. Вот почему одни из самых надежных часов — это часы с кварцевым механизмом.

В конце концов, битва между кварцевыми, механическими и автоматическими часами будет выиграна благодаря предпочтениям и способу использования их владельца. Да, всегда найдутся люди, которые скажут, что автоматические часы — более правильный выбор. Или, по крайней мере, автоматические часы унаследовали целостность механических часов. Но вы скажете мне, как он может стать более аутентичным, чем старый камень, который создает электричество при вибрации с определенной частотой? Я имею в виду, это супер круто. Но до того, как появился кварц, энтузиасты часов по всему миру говорили довольно ужасные вещи и об автоматике.Чтобы привыкнуть к новым технологиям в мире безвременья и роскоши в деталях, таких как часовая промышленность, требуется время, иногда десятилетия.

Источники:

https://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html

https://www.worthy.com/blog/knowledge-center/watches/best-watch-movements/

https://www.themodestman.com/watch-movements/

Руководство по часам

/ Кварцевый или автоматический? — WatchCo.com

Что лучше: часы с кварцевым или механическим механизмом? Мы поможем вам определиться.

Возможно, вы слышали такие термины, как автоматические часы и кварцевые часы , но не уверены, что они означают. В чем разница? А какой лучше? Что ж, есть много различий, но какая из них лучше; это зависит от того, что вы ищете.

Механизм часов — это просто двигатель. В наши дни часы имеют один из двух типов механизма: кварцевый или механический. Кварцевый механизм — это электронный механизм. Он называется кварцевым механизмом, потому что небольшой кристалл кварца фактически встроен в электронику.Почему? Потому что каждое устройство для измерения времени нуждается в чем-то постоянном, чтобы измерить время, и когда вы пропускаете ток через кварцевый кристалл, он колеблется с почти идеально постоянной частотой. Этим объясняется невероятная точность многих кварцевых часов. Более качественные кварцевые часы такого производителя, как Seiko, могут быть точными в пределах нескольких секунд в год.

Большинство кварцевых часов питаются от батареек. Батареи обычно служат от двух до пяти лет, прежде чем их нужно будет менять, в противном случае кварцевые часы очень просты в обслуживании.Часы с необычными функциями, такими как электрическая подсветка, компасы или секундомеры, могут быстрее разряжать батареи.

Не все кварцевые часы питаются от батареек. Citizen использует то, что они называют «технологией эко-вождения», что в переводе означает «солнечная энергия». Часы Citizen Eco-drive заряжаются даже при обычном освещении в помещении и могут работать до нескольких месяцев без дополнительного воздействия света при полной зарядке. Многие часы Casio имеют подобную «жесткую солнечную» технологию.

Кинетические часы Seiko также являются кварцевыми часами с автономным питанием и не требуют замены батареек. Кинетические часы Seiko имеют небольшой механизм на задней стороне механизма, который вращается при движении. Во время вращения он генерирует электрический заряд, который накапливается внутренним конденсатором.

Кварцевые часы очень точные, менее дорогие и, поскольку у них нет большого количества движущихся частей, они более долговечны, чем механические часы. Они также могут быть оснащены гораздо большим количеством функций, таких как те, что используются в часовых брендах высоких технологий, таких как часы Suunto.Сюда могут входить электронные компасы, высотомеры, барометры, термометры, сигнализация, освещение и даже GPS.

Механические часы, включая автоматические, с автоподзаводом и с ручным заводом, после того, как кварцевые часы были выведены из употребления в конце 1960-х годов, уже не так уж и устарели.

В механических часах используется старая технология, технология которой насчитывает несколько сотен лет. Механические часы приводятся в действие пружинами, которые вращают шестерни, регулирующий механизм и, возможно, стрелки.В механическом часовом механизме будет от 50 до 300 деталей, в зависимости от механизма, и они несколько хрупкие по сравнению с кварцевыми механизмами. Однако они прослужат долго, если за ними правильно ухаживать и ухаживать.

Прекрасные механические часы часто передаются из поколения в поколение как реликвии. Их долговечность отчасти объясняется использованием в механизме драгоценных камней. Драгоценные камни, обычно синтетические рубины, используются в механических механизмах для уменьшения эффекта трения в определенных точках, где в противном случае металл мог бы труться о металл.Большинство роскошных и изысканных швейцарских часов, таких как часы Rolex, являются механическими, однако многие производители, такие как Swiss Army Victorinox, производят очень качественные, но менее дорогие механические часы.

Механические часы — это часы с автоматическим подзаводом или с ручным заводом. Автоматические часы — самый распространенный тип механических часов. В автоматических часах есть ротор, который вращается на задней стороне механизма часов, как и упомянутые выше часы Seiko Kinetic. Но в этом случае вместо того, чтобы генерировать заряд, он вращает шестерню, которая заводит боевую пружину.

Функционально механические часы обычно довольно просты: часы, минуты, секунды, дата, иногда день, а иногда функция хронографа (секундомера), хотя хронографы, как правило, дороже. Гораздо дороже механические часы с такими функциями, как будильник, минутный репетир, вечный календарь и тубийон. Эти часы, называемые «сложными часами», обычно продаются по цене до нескольких сотен тысяч долларов.

Люди, покупающие механические часы, часто восхищаются их удивительной микромеханикой и древними технологиями.Фактически, механические часы обычно имеют окошко на задней крышке корпуса, чтобы вы могли наблюдать за механизмом.