Кварцевые часы, как они и почему работают

Как люди раньше определяли время?

Самым старым средством определения времени, это наблюдая расположение солнца в небе. Когда солнце находится прямо над головой, время примерно 12:00. Чуть позже развитие, и одним меньше подвержено индивидуального суждения, является использование солнечных часов. В светлое время суток, солнечный свет падает на вертикальную трубу, помещенную в центр калиброванной шкалы, тем самым бросая тень на циферблат и предоставляя читателю относительно точного времени на чтение.

Изобретение механических часов в четырнадцатом веке было крупным достижением — это обеспечивало более краткий и последовательный метод измерения времени. Механические часы включают в себя сложную серию колес, зубчатых передач и рычагов питание от падающих весов и с маятником (или более поздней версии с пружиной). kvarcevye-chasy-kak-oni-i-pochemu-rabotayutЭти части вместе перемещают стрелки на циферблате, чтобы показать время. Добавление курантов или гонгов на час, полчаса и четверть часа с последующим вскоре после этого добавлением. В восемнадцатом веке, небольшие часы для дома были доступны, в отличие от своих предшественников, были закрыты и опломбированы .

Чем более требовательным было изготовление подвижных деталей, тем точнее становились часы. До середины двадцатого века, события решений в часах сосредоточены были на повышении движущиеся части и работали с максимально возможной точностью. Разработки в технологии металлов и в миниатюризации, смазка мелких деталей, а также использование первых, природных сапфиров (а потом искусственных сапфиров) в местах, особого трения — все это стало неотъемлемыми составляющими часовой науки. Небольшие карманные часы, возможно, в два-три дюйма (от пяти до семи сантиметров) в диаметре, были доступны к концу девятнадцатого века. Механические наручные часы были повседневным элементом в Соединенных Штатах к 1960. И все же, главная проблема, с которой сталкиваются часы и часовщики остались прежними: механическая части изнашиваются, становятся неточными, и ломаются.

Начало разработки атомных часов

В первые годы после Второй мировой войны интерес к атомной физике, привели к разработке атомных часов. Радиоактивные вещества испускают частицы (сгнившие) с известной и постоянной скоростью. Части механических часов, чтобы сохранить время могут быть заменены устройством, которое стимулировало часы движение каждой частицы, испускаемые радиоактивным элементом. Атомные часы, кстати, до сих пор производятся и продаются, и они оказываются последовательно точными.

С развитием микрочипа в 1970-х и 1980-х годов, новый тип часов был изобретен. kvarcevye-chasy-kak-oni-i-pochemu-rabotayutНаручные часы, которые смешивают технологии микрочипа с кристаллами кварца стали стандартом; Есть несколько бескварцевых наручных часов, сделанные сегодня. Микрочип используется для передачи сигналов на циферблате часов на постоянной основе. Потому что это не механическое устройство с движущимися частями, он не изнашивается.

Использование кварца в часах используют давно известного типа электричество, известное как пьезоэлектричество. Пьезоэлектричество-это ток, который течет от или через кусок кварца, если кварц ставится под электрическое или механическое давления (пьезо-от греческого глагола, означающий «давить»). Кварцевые часы используют электроэнергию из куска кварца, подвергнутого электричеством из батареи, чтобы отправить очередную, счетную серию сигналов (колебаний) с одним или несколькими микросхем.

Наиболее точные кварцевые часы являются те, в которых появляется время в электронным управлением цифровым дисплеем, производится через светоизлучающий диод (LED) или жидкокристаллический дисплей (LCD). Это возможно, конечно, иметь микропроцессорный посыл его сигнала к механическим устройствам, которые двигают стрелки по циферблату, создавая аналоговый монитор. Но поскольку стрелки с механическим приводом проходят через часть часов, известной как зубчатые ​​передачи, аналоговые часы, как правило, не столь точные, как цифровые и подвержены износу. Оба типа часов достигли огромной точности, вместе с цифровыми часами, которые обычно не получают точностью до трех секунд в месяц.kvarcevye-chasy-kak-oni-i-pochemu-rabotayut
Сырье для часов

Электронные часы производят многие из самых современных доступных материалов, в том числе пластмасс и сплавов металлов. Могут быть изготовлены из любого пластика или металла; часы в металлических корпусах часто включают в себя нержавеющую сталь. Микросхемы, как правило, сделаны из кремния, в то время как светодиоды обычно изготавливаются из арсенида галлия, фосфид галлия или арсенида галлия фосфида. ЖК-дисплеи состоят из жидких кристаллов, расположенных между кусочками стекла. Электрические контакты между частями, как правило, изготовлены из небольшого количества золота (или Goldplated); золото является почти идеальным проводником электрического тока и может быть с успехом использовано в очень малых количествах.

Процесс производства часов 

В этом разделе основное внимание будет уделено кварцевым цифровым часах на светодиодных дисплеях. Хотя сборка таких часов должна быть выполнена тщательно и методично, наиболее существенные аспекты процесса производства находятся в производстве компонентов.

Кварц как сердце часов

1 Сердце кварцевых часов это крошечный кусочек кварца. Синтетически произведенный кварц режется алмазной пилой и отправлен производителю для использования. Производство «, выращенного» кварцf является важным шагом в этом процессе.kvarcevye-chasy-kak-oni-i-pochemu-rabotayut
Кварц, в естественном виде, сначала загружается в гигантский котел или в автоклав (то же самое устройство, используемое врачами и стоматологами для стерилизации инструментов). Свисающие с верхней части автоклава семена или мелкие частицы кварца с желаемой кристаллической структурой. Щелочной материал закачивают в нижнюю часть автоклава, и автоклав нагревается до температуры примерно 400 градусов по Цельсию. Природный кварц растворяется в горячей щелочной жидкости, испаряется, а депозиты идут себе на семена. После, примерно 75 дней, камера может быть открыта, и вновь выращенные кристаллы кварца могут быть удалены и нарезаны нужной пропорции. Различные углы и толщины при резке приведут к предсказуемым норме колебаний. Требуемая скорость колебаний для кварца, используемого в наручных часах составляет 100000 в мегагерцах или 100000 колебаний в секунду.

2 Чтобы наиболее эффективно работать, кусок кварца должен быть запечатан в вакуумной камере. Чаще всего кварц помещен в своего рода в капсуле, с проводами, прикрепленных к обоим концам, так что капсула может быть припаяна или иным способом подключена к плате
микрочипа.
3 Через кварц, подключенный к батареи (производящие колебания) пойдет в микрочип, который служит в качестве «разделяющего цепь частоты.» производство микрочипов, как кварц, за счет поставщика до производителя часов. Обширный и сложный процесс, делая микрочип, включает химическую или рентгеновское травление микроскопической электронной схемой на маленький кусочек диоксида кремния.
4 Скорость колебаний возможно 100000 вибраций / сек сводится к 1 или 60 или какой-либо другой более управляемым числом колебаний. Новый образец колебания затем отправляется на другой микрочип, который функционирует в качестве «контр-декодера-драйвера.» Этот чип будет на самом деле рассчитывать колебания, которые он получает. Если есть шестьдесят колебаний в секунду, чип будет менять показания на светодиодный каждую секунду. После 3600 колебаний (60 х 60), то счетчик будет изменять показания для минут. И, после того, как 60 х 60 х 60 колебаний (216,000), то счетчик будет менять часовое чтение.kvarcevye-chasy-kak-oni-i-pochemu-rabotayut
сборка
5 Весь набор хрусталя и микрочипов устанавливается на печатной плате. На плате применены пространство для хранения батареи, которая поставляет электроэнергию в кристалле кварца и обеспечивает питание светодиодного дисплея. Вообще, пространство для аккумулятора на внешней поверхности, обращенной к задней части корпуса. Батарея может быть заменена путем удаления задней крышки корпуса, вытряхивая старую, и устанавливая новую батарею.
6 Механизм, используемый для установки часов затем подключается. Этот механизм включает в себя два штифта, выступающих за пределы часов. Один штырь позволяет знать, какие показания счетчика цепи сброса—секунд, минут, или часов. Второй штырь при толкании несколько раз выводит отображение в нужное чтение.
7 Вся печатная плата, вместе с батареей, затем закрывают в случае, а ремешок прилагается.
Дополнительные Часы Особенности

Поскольку микрочипы в кварцевых часах способны удерживать большие объемы информации, это возможно, с инженерной точки зрения, чтобы добавить другие функции часам без особых затруднений. Дополнительная кнопка на корпусе подключается к контр цепи может обеспечить будильником, информацию о приливах, и еще многим. Микрочип может быть столь же легко запрограммироваться, чтобы установить часы вперед или назад определенное количество нажатием кнопки, так что владелец может определить время в другом часовом поясе, или, возможно, есть два, три, или больше временных зон отображающихся последовательно.

Контроль качества кварцевых часов

Все компоненты электронных часов изготавливаются под строгой системой контроля качества. Кварцевые кристаллы, к примеру, их частоты проходят перед использованием в часах. Микросхемы должны быть сделаны в «чистой комнате» среде со специально очищенного воздуха, так даже самые мелкие частицы пыли могут сделать специальную микросхему бесполезный. Микросхемы тщательно изучаются и также проверяются точность перед использованием.

После того как часы изготовлены, они снова проходят контроль перед отправкой на рынок. В дополнение к своей точности хронометража и он также подвергается капли теста, в котором он должен продолжать работать должным образом после падения и ином испытании; тест температурой; и испытанием водой. В то время как часовщик может, с надлежащим тестированием и доказательством, утверждать, что часы «водостойкие» при определенных, известных спецификациях, было бы неправильно сказать часы «водонепроницаемые потому что без определенной спецификации, и что обозначение не имеет ни какого смысла.

Большие часовые компании сделали все свои собственные компоненты, гарантируя, что стандарты качества продукта на месте при первой точке в процессе производства.

Будущее за кварцевыми часами

Потому сегодня электронные часы настолько точны, точность не единственная цель, для которой направлена ​​производители часов. Будущие изменения в продукте будет воспользоваться другими технологиями из других областей, таких как добавление функций калькулятора на часы или даже добавлением радио-передатчика, который может посылать и прослеживать сигнал, если владелец будет потерян или в беде.

   
×
Хотите что-то уточнить?att-1
Все попытки украсть контент с сайта будут караться по закону.