Как устроен механизм кварцевых часов. Кварцевые часы с батарейкой. Достоинства кварцевых часов

Выбор часов может стать непростой задачей. Сегодня на рынке представлено огромное количество моделей. Как не растеряться среди этого разнообразия? Какие лучше - кварцевые или механические часы?

Типы часовых механизмов

Для начала разберемся, какие бывают типы часовых механизмов.

Механические часы для получения энергии используют гиревой или пружинный механизм (зависит от типа часов), а в качестве колебательной системы применяется балансир или маятник. За преобразование вращательной энергии в возвратно-поступательную или колебательную отвечает спусковой механизм. Он соединяется с пружиной с помощью системы шестеренок.

Кварцевые часы - это устройство, во многом напоминающее механические часы, но с несколькими принципиальными отличиями в колебательной системе и источнике питания. Существуют гибридные модели, сочетающие элементы обоих устройств.

Электронные устройства несут в себе элементы кварцевых, а также дисплей вместо циферблата и микросхему. Они часто обладают расширенным набором функций. Практически все оснащены секундомером и календарем, могут иметь встроенный будильник, термометр, барометр, калькулятор.

Как появились кварцевые механизмы

Кварцевые часы - это не та вещь, которая была придумана в один день. Их изобретению предшествовала длительная работа, многочисленные научные исследования и достижения.

Устройство механических часов постоянно совершенствовалось, они были сложны и обладали высокой стоимостью. В стремлении сделать часы более простым и доступным предметом У. А. Маррисон в 1927 году предложил принципиально новый механизм часов - кварцевый. Первые приборы, построенные по новому принципу, были громоздкими и использовались в научных лабораториях как более точные, чем механические.

Над усовершенствованием и уменьшением кварцевых часов независимо друг от друга работали ученые трех стран - США, Швейцарии и Японии. Японская компания Seiko предоставила точнейший кварцевый секундомер к Олимпийским играм в Токио в 1964-м, а свои первые наручные часы выпустила на рынок в 1969 году - они стали первыми в мире. Первые наручные швейцарские кварцевые часы были разработаны в 1967 году и поступили в продажу в 1970. Это был настоящий прорыв, и открытия посыпались как из В 1972 году были выпущены кварцевые часы на то есть электронные, в 1978 их оснастили калькулятором, в 1979 - суперплоские, в 1988 появились гибриды с аккумулятором, заряжающимся от кинетической энергии - от движений руки.

Как работают кварцевые часы

Электронный блок, расположенный в кварцевых часах, посылает импульсы шаговому электродвигателю, поворачивающему стрелки. Постоянную частоту импульсов обеспечивает кварц. Двигатель и блок получают питание от батарейки. Такие часы заводить не нужно, ведь батарея обеспечивает длительный срок работы.

Кварцевые часы - это универсальный механизм, который может стать многофункциональным устройством. На этой базе может быть спроектирован будильник, хронометр, секундомер, и это минимально увеличит стоимость готового продукта.

Кварцевый механизм может быть оснащен как циферблатом, так и цифровым дисплеем. У нас часы с жидкокристаллическим дисплеем называют электронными.

Зачем часам кристалл

Почему в часах используется кристалл кварца? Он обладает уникальными свойствами: при воздействии электрического тока он сжимается, и при этом порождает электрические импульсы. С помощью тока кварц можно заставит сжиматься-разжиматься с постоянной частотой. Эти колебания должны иметь частоту резонанса 32768 герц, что регулируется размером кристалла. Кварцевый кристалл стабилизирует на своей резонансной частоте электрические колебания генератора.

Сколько могут работать кварцевые часы

Покупая часы кварцевые наручные, мы часто задумываемся, как долго они смогут работать. Что случится, если начнет садиться батарея или разрушаться кварцевый кристалл? К слову, те, кто покупает часы кварцевые наручные мужские, больше заботятся о сроке службы изделия. Женщин чаще волнует их внешний вид.

По долголетию кварцевые устройства не уступают механическим. Есть мнение, что механика надежней - ведь существуют часы, работающие уже столетия. Но кварцевый механизм изобретен сравнительно недавно, да и многие просто выбрасывают надоевшие часы до того, как они сломались, предпочитая периодически менять модели.

Если у кварцевых часов садится батарея, они могут отставать. Если же начинает разрушаться кварц - они начнут спешить. И батарею, и кристалл можно заменить.

Часы и мода

Сегодня в часах ценят не только точность и надежность, огромное значение имеет и Часы выпускаются в множестве стилей - кэжуал на каждый день, классические модели, идеально подходящие к деловому костюму, крупные спортивные часы с множеством дополнительных функций, яркие ультрамодные часы необычной формы, пилотские часы в авиационном стиле и элитные люксовые механизмы, которые могут стать настоящей семейной реликвией.

Кварцевые часы - это не обязательно доступная и недорогая вещь. Модели известных брендов могут иметь весьма высокую стоимость. Часы кварцевые мужские, как правило, выполнены в классическом стиле, элегантны, не имеют броских деталей. Модели для молодых людей могут быть более яркими.

Женские кварцевые часы изящны, их цель - не только показывать точное время, но и дополнить образ хозяйки. Многие модные бренды выпускают часы с необычным дизайном. Женские часики могут быть выполнены как в классическом стиле, так и в современном. Они могут быть украшены полудрагоценными и драгоценными камнями, напоминать браслеты, выделяться необычным ремешком, например в виде яркого атласного платка.

Какие точнее?

Точность - ещё один немаловажный фактор при выборе часов. Ведь никому не нравится, когда они постоянно спешат или отстают.

Точность механических часов может зависит от температуры, регулировки, степени износа шестеренок, положения в пространстве, завода пружины.

Механизм часов кварцевый более точен. Генератор вырабатывает постоянные импульсы, от которых и зависит движение стрелок.

Для механических часов считается нормальным отклонение на 20 секунд в сутки в ту или иную сторону, для лучших фирменных экземпляров - 5 секунд. Лучшие кварцевые часы могут обеспечивать точность до 5 секунд в год, рядовые представители - 20 секунд в месяц. Таким образом, даже самые качественные механические часы не могут превзойти кварцевые в точности.

Плюсы и минусы механических часов

Рассмотрим, какими достоинствами и недостатками обладают механические часы. Над их совершенствованием специалисты работают не одну сотню лет, они достаточно надежны и не теряют популярности до сих пор.

Механизм часов может быть хрупким. Брать их с собой в экстремальный поход или на интенсивную спортивную тренировку не стоит. Исключением могут быть специальные ударопрочные модели.

Механические часы можно ремонтировать. Мастер может на заказ изготовить любую деталь и восстановить часы вашего прадедушки, доставшиеся в наследство.

Механика не зависит от батареек. Недостаток - их нужно постоянно заводить, но эту проблему можно решить с помощью автоподзавода. Автономность может составлять до 20 суток.

Современные механические приборы точны, но все же значительно уступают кварцевым.

Сборка механических часов производится лично мастером, что увеличивает их стоимость, особенно с учетом того, что ручная работа сегодня высоко ценится.

Механизм часов интересен, за ходом шестерней приятно наблюдать. Это используют многие производители - недавно приобрели популярность модели с прозрачным корпусом, позволяющие наблюдать за движением деталей - «скелетоны».

Механические часы обычно заключены в металлический корпус и могут быть тяжелыми.

В часах может присутствовать большой набор функций, но это значительно увеличивает их стоимость.

При изменении температуры теряют точность.

Срок службы более 10 лет при хорошем уходе.

Плюсы и минусы кварцевых часов

Какими важными качествами обладают часы кварцевые наручные мужские и женские?

Кварцевые часы устойчивы к ударам и могут использоваться активными людьми, любителями экстремальных видов спорта и туризма.

Имеют большое количество функций благодаря электронному чипу.

Корпус выполнен из пластика, что делает изделия легкими и прочными. Их могут носить даже дети.

Благодаря встроенной батарее часы не нужно заводить. Качественный элемент питания обеспечит беспрерывную работу на протяжении 10 лет.

Кварцевые устройства можно отремонтировать только в случае наличия запасных частей, которые выпускаются на предприятии. Если модель устарела и запчасти не производятся, починить часы будет сложно.

Кварцевым часам свойственна высокая точность хода +/- 5 секунд в год. Этот фактор не зависит от изменения температуры.

Какие выбрать

Нельзя сказать точно, какие часы лучше - кварцевые или механические. Ведь несмотря на широкую популярность современных электронных изделий, традиционная механика нашла своих верных поклонников, особенно в последнее время, когда обилие новых материалов, в том числе прозрачного прочного пластика, позволяет насладиться видом работы слаженного часового механизма.

Кварцевые часы считаются более точными и практичными в использовании, а механические - неустаревающая классика часового производства. Если рассматривать вопрос цены, то сделанная вручную механика дороже кварца массового производства, хотя в обеих категориях можно найти как люксовые модели высокой стоимости, так и бюджетные.

Безусловно, для активной жизни и занятий спортом подойдут кварцевые часы, а классический образ может дополнить "механика".

Несмотря на то, что у современного человека почти всегда при себе есть как минимум одно устройство, которое показывает время, наручные и карманные хронометры по-прежнему популярны. Кому-то неудобно каждый раз доставать мобильник, кто-то считает, что именно прибор с циферблатом и стрелками идеально подходит к деловому или вечернему костюму, кто-то просто чувствует себя неуютно без такого прибора. Часы кварцевые или механические — что лучше? Сейчас мы это и обсудим.

Устройство и отличия кварцевых и механических моделей

Прежде, чем решить, какой механизм часов лучше, надо заглянуть внутрь прибора. Если взять крошечную отвертку и разобрать корпус, можно увидеть несколько узлов:

• двигатель;
• регулятор;
• счетчик;
• индикаторы.

А теперь подробнее о каждом:

• Самая главная часть – двигатель. Именно он заставляет работать всю систему.
• Задача регулятора – вырабатывать колебания определенной частоты, обеспечивая точность хода.
• Счетчик, как следует из названия, считает – в данном случае колебания, и делает результаты своей работы понятными человеку.
• Для того чтобы увидеть индикатор, внутрь прибора проникать не надо. Это самые обычные стрелки или не менее обычный дисплей, на котором вы и видите время.

Важно! В механическом хронометре энергию вырабатывает маятник или пружина, а отсчет времени идет по механическим колебаниям. В кварцевом устройстве колебания электромагнитные, их вырабатывает кварцевый генератор, а энергией всю систему обеспечивает батарейка.

Механические часы

Механические часы существуют уже несколько столетий. Они представляют собой довольно сложный механизм. Движение стрелок обеспечивает спиральная пружина. Действуют в данном случае инерция, благодаря которой раскручивается механизм.

Виды

Решая, какие часы выбрать — механические или кварцевые, подумайте, не будете ли вы забывать регулярно заводить свой хронометр, или вам большое подходит такой, в котором достаточно раз в год заменить батарейку.

Впрочем, не все механические часы надо заводить каждый вечер. Делятся они на два типа:

• с ручным заводом;
• с автоматическим подзаводом.

Прибор с ручным заводом будет нуждаться в постоянном внимании. Рассмотрев такие часы, вы сразу увидите на корпусе колесико – головку. Вот его и надо будет регулярно подкручивать до упора. У них есть и несомненные преимущества:

• легкость;
• изящество.

Модели с ручным заводом могут быть и мужскими, и женскими. Хронометры с автоподзаводом тяжелее и больше. Механизм приводится в движение, когда вы двигаете рукой. Внутри установлен маятник, который и приводит в движение все шестеренки.

Важно! Если вы долго не будете носить часы с автоподзаводом, они остановятся. Чтобы они вновь пошли, их необходимо встряхнуть, запустив таким образом маятник.

Принцип работы

Все механические хронометры работают одинаково:

1. Двигатель получает заряд энергии, когда вы закручиваете коронку до упора.
2. Энергия передается зубчатым колесам, которые начинают вращаться.
3. Скорость движения регулируется, поэтому стрелки движутся равномерно.

Часовая пружина – это стальная ленточка, она скручена внутри барабана. На внешней стороне барабана (он имеет форму цилиндра) нарезаны зубчики, по сути — это одно из множества зубчатых колес. Сам барабан надет на специальный штырек – валик, и свободно вращается.

У вала есть крючок, к которому и цепляется одним концом пружина. Другой ее конец крепится к внутренней стенке барабана:

• Барабан неподвижен, а вал вращается – пружина закручивается.
• Если вал неподвижен, пружина начинает вращать барабан.

Важно! Число зубчиков должно быть рассчитано очень точно, ведь часовая стрелка движется ровно в 12 раз медленнее минутной.

Очень важный узел в системе – регулятор. Это система баланс-спираль в наручных часах и маятник – в стенных:

• Баланс — круглый ободок, довольно массивный. Он крепится к оси перекладинами.
• Спираль же – тоненькая скрученная стальная полоска. Она настолько тонкая, что ее часто называют волоском. Спиралька крепится к оси баланса, а свободным концом – к каркасу.

Важно! Обод поворачивается – спираль напрягается, и чем сильнее повернуть баланс – тем больше будет напряжение волоска. Именно напряжение и заставляет обод возвращаться сначала в исходное положение, а затем отклоняться в противоположном направлении. Соответственно — в спирали снова возникает напряжение, и баланс опять поворачивается.

Преимущества механических часов

Классические часы по-прежнему популярны. Они считаются отличным подарком, так как:

• стильно смотрятся;
• не нуждаются в дополнительных источниках энергии;
• ремонт обходится недорого;
• сломанную деталь почти всегда можно заменить.

Важно! Механические наручные или карманные хронометры – свидетельство прочного положения, высокого благосостояния. Можно подобрать и кварцевые часы, внешне очень похожие на механические.

Из других достоинств этих моделей, на основании которых можно сделать вывод, что лучше — часы кварцевые или механические, надо отметить такие факторы:

• Механические часы не нуждаются в батарейке, и это – большое преимущество для любителей дальних походов. Батарейка в экстремальных условиях может неожиданно разрядиться, а пружине ничего не угрожает, кроме того, что вы можете забыть ее завести.
• Такие часы практически не подвластны времени. Можно довольно легко найти запасные части даже для брегета, который сто лет назад носил в кармане ваш прадедушка. Искать спирали да шестеренки в современных магазинах, конечно, не стоит, но вот в хорошей мастерской вам их с удовольствием сделают, и обойдется это куда дешевле покупки новых часов.

Важно! Хотя, если сравнивать современные механические часы с кварцевыми, они стоят дороже, просто потому, что их почти полностью собирают вручную.

Недостатки

Нельзя при решении вопроса, часы кварцевые или механические — что лучше, обойти внимание и недостатки механических моделей:

1. Один из основных – большая по сравнению с кварцевыми приборами погрешность. Однако этот изъян есть только у дешевых моделей. Признанные компании давно с этим справились, и знаменитые швейцарские (равно как и некоторые другие) часы показывают время ничуть не менее точно, нежели кварцевые.
2. Механические хронометры нуждаются в некотором обслуживании — если вы заметили, что они начали отставать, обратитесь в часовую мастерскую, может быть, прибор достаточно просто почистить.
3. Не все механические часы можно ронять: остановив свой выбор на подобной модели, убедитесь, что корпус у нее противоударный.
4. Металлические детали имеют свойство ржаветь, поэтому нельзя допускать, чтобы часы попадали в воду.
5. Металл не всегда хорошо переносит перепады температур, поэтому сильная жара или большой мороз непременно скажутся на точности хода.

Кварцевые часы

Для работы кварцевого устройства нужен источник питания – обычно это батарейка в виде таблетки, купить такую можно в любом магазине. Служит такая батарейка чаще всего год, но есть и такие, что могут стоять и три года, и даже пять.

В кварцевых часах может быть множество самых разных функций:

• секундомер;
• будильник;
• календарь;
• калькулятор;
• фонарик.

Важно! Сейчас выпускают кварцевые часы, которые по сути являются миниатюрным компьютером – в них встроены и телефон, и электронная почта, и записная книжка.

Принцип работы кварцевых часов

Чтобы понять, какой механизм лучше — кварцевый или механический, надо понимать разницу в устройстве и принципе действия. Энергия с батареи поступает в электронный блок и двигатель. Кристалл кварца вырабатывает электромагнитные колебания. Этот материал обладает пьезоэлектрическими свойствами:

• При сжатии кристалл создает электрическое поле.
• Под воздействием поля материал сжимается.

Важно У каждого кристалла – своя собственная, жестко заданная резонансная частота. При изготовлении высокоточных приборов кварц подбирают по размеру. Генератор электрических колебаний, который находится в электронном блоке прибора, выдает колебания, а кристалл кварца их стабилизирует. Это и обеспечивает высокую точность хода.

Генератор кварцевых часов дает 32 768 колебаний в секунду. На это не способно ни одно механическое устройство. Баланс обычных механических часов колеблется со скоростью, которая меньше примерно в тысячу раз.

В электронный блок входит также делитель, задача которого – преобразовать колебания в импульсы. Частота таких импульсов — 1 Гц.

Что касается собственно двигателя, то в его структуру входят:

• статор;
• катушка с обмоткой;
• ротор.

Катушка ставится на статор и крепится неподвижно, а ротор являет собой насаженный на ось постоянный магнит:

Виды кварцевых часов

В продаже вы можете встретить разные виды кварцевых часов:

• электронные;
• с комбинированной индикацией.

Отличаются они внешним видом, количеством функций и способом показывать время.

Электронные

У электронных часов есть дисплей, на котором высвечиваются цифры. Кроме того, в стандартный набор функций электронного устройства входят:

• секундомер;
• дата;
• день недели;
• подсветка.

Комбинированные часы

Этот прибор сочетает в себе черты электронного и механического устройств. Двигатель в нем стоит такой же, как во всех прочих кварцевых часах, но есть циферблат и стрелки.

У дешевых моделей – два элемента питания:

• для электронного механизма;
• для механической части.

У современных дорогих моделей оба элемента соединены вместе.

Важно! Отличить один вид от другого довольно просто – по наличию коронки. Часы с коронкой заводить и настраивать намного проще.

Достоинства кварцевых часов

Хорошие кварцевые часы отличаются долговечностью и надежностью. Кварц практически не подвержен влиянию неблагоприятных погодных условий, чего не скажешь про узлы механических.

Кроме того, для кварцевых приборов характерны:

• точность;
• небольшая стоимость;
• разнообразие моделей;
• большой набор функций;
• легче переносят удары;
• можно подобрать модель для детей;

Важно! Кварцевый генератор дает одинаковые по частоте колебания. В механических же часах слишком много деталей, которые могут давать сбои в работе. Поскольку кварцевые часы собирают на конвейере, стоят они существенно дешевле. А дизайнерская фантазия позволяет подобрать аксессуар к любому стилю одежды.

Большой набор функций – вещь очень полезная, особенно, если вы не любите возить с собой много вещей. Так что кварцевые часы просто идеально подходят для путешественников. Любители экстремальных видов спорта могут найти модель, в которой будут такие необходимые приборы, как:

• высотомер;
• компас;
• барометр.

Важно! Впрочем, опытный путешественник и механическими часами умеет пользоваться как компасом. Но остальных функций у механического прибора нет.

В кварцевых хронометрах очень мало уязвимых деталей, которые ломаются при ударе. Все детали могут быть из пластика. Он значительно легче металла, а в некоторых случаях и прочнее.

Несколько слов о недостатках

Чтобы понять, действительно ли кварцевые часы лучше, надо иметь представление и об их недостатках:

• Самый уязвимый элемент кварцевого механизма – источник питания. Батарейку приходится периодически менять. Впрочем, это не представляет особой сложности. Самое главное – запомнить положение деталей.
• Имейте в виду, что могут возникнуть проблемы с ремонтом. Иногда очень трудно достать комплектующие, особенно если модель устарела.

Важно! Новый элемент лучше брать у той же фирмы, что и “родной”.

Что такое аналоговые часы?

В последнее время этот термин встречается довольно часто, и многие ломают голову, что же он означает. А означает он всего лишь вид циферблата. Существует три типа хронометров:

• аналоговые;
• цифровые;
• смешанные.

У аналоговых часов есть циферблат и стрелки. Такая модель может быть:

• механической;
• кварцевой.

Отличить их достаточно просто: завести и послушать. Кварцевые часы не тикают.

У цифровых – дисплей и кварцевый механизм. Смешанный вариант предполагает наличие того и другого. Это — довольно дорогие кварцевые модели с большим количеством функций.

Выбираем аналоговые часы

Выбирая аналоговый хронометр, вне зависимости от того, что вы хотите купить – наручные мужские или женские часы или брегет, обратите внимание на некоторые особенности:

• механизм;
• циферблат;
• защитную панель циферблата;
• корпус;
• размер.

Важно! В том, что касается механизма, у каждого – свои предпочтения. Одни любят определенный порядок и им нравится каждый вечер перед сном заводить часы. Другие предпочитают поставить батарейку и год о ней не думать. Поэтому однозначно сказать, что лучше — кварцевые или механические часы, сложно.

Циферблат

Корпус часов может иметь разную форму, но циферблат – это всегда круг. Обратите внимание на цифры. Они могут быть:

• арабские;
• римские;
• цифр может вообще не быть, вместо них – длинные и короткие линии.

Важно! Арабские цифры – самые удобные, к ним все привыкли, по ним легко ориентироваться. Римские цифры умеют читать не все, но такие часы смотрятся особенно стильно. Что касается длинных и коротких линий, то такие часы подходят тем, кто очень хорошо определяет время по углу между стрелками.

Защитная панель

Циферблат без стекла бывает только у игрушечных часиков. У взрослых хронометров всегда есть прозрачная панель. Для защиты применяются разные материалы. Чаще всего встречаются:

• прозрачный пластик;
• минерализированное стекло;
• искусственный сапфир.

Что лучше? — Сейчас решим:

• Пластик применяют главным образом для изготовления детских, подростковых или спортивных моделей. Его трудно разбить, но на нем часто остаются царапины.
• Минерализированное стекло поцарапать трудно. Если же царапины появляются, их за небольшую плату зашлифуют в любой ювелирной мастерской. Такое стекло редко бьется, однако такие часы будут стоить дороже.
• В часах премиум-класса в качестве защиты ставят панель из искусственного сапфира. Разбить такое стекло невозможно, поцарапать – трудно.

Важно! В высококачественных дорогих хронометрах можно видеть и комбинированные панели из искусственного сапфира и минерализованного стекла. И это считается лучшим вариантом. Стоят такие часы примерно столько же, сколько и с сапфировым стеклом.

Корпус

Обратите внимание, из чего сделаны понравившиеся вам часы. Материалы для изготовления корпусов применяются самые разные. Чаще всего встречаются:

• пластик:
• нержавеющая сталь;
• титан;
• золото;
• серебро;
• платина.

Чем они отличаются:

• Дешевые часы делают в основном из пластика. Легкий удобный хронометр идеально подходит для спортсмена. Правда, живут такие часы недолго, но ведь и цена невысока.
• Стальной корпус и смотрится эффектно, и служит долго, и стоит не очень дорого. Наиболее популярный материал для моделей эконом-класса.
• Титановые модели обходятся дороже, но они прочнее и легче стальных.
• Что касается драгоценных металлов, то используются они в очень дорогих моделях. Хронометр из золота, серебра или платины – вещь скорее статусная, нежели необходимая. Служат такие часы очень долго и часто передаются по наследству.

Как быть с размером?

В продаже вы можете встретить аналоговые часы самых разных форм и размеров. Как правило, женские часики небольшие, мужские – крупные и массивные. В любом случае хронометр должен быть удобным, не слишком тяжелым и хорошо смотреться на руке.

Важно! Можно применить правило “золотого сечения”. Для этого вам понадобятся нитка и линейка или сантиметровая лента:

• Измерьте обхват запястья там, где будут находиться часы.
• Умножьте полученный результат на 0,618 – это и есть примерный диаметр часов.

В этой статье мы сравнили часы кварцевые и механические по одинаковым параметрам, а также разобрались с аналоговым вариантом. Надеемся, вы не только смогли определить для себя — что лучше, но и подобрали действительно качественную модель, которая прослужит вам несколько лет, и не утратит своей актуальности с точки зрения моды и ваших стилевых предпочтений.

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. 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. 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.

Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни человека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему все больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам?

В двух словах

Основными элементами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.

Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название.

Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании.

Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр.

По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно.

Зачем часам кристалл

Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц.

Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.

Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.

Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора - постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки.

Сколько же прослужит "кварц"?

Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.

Статистики по "долгожительству" кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день.

С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.

В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка.

Кварцевый механизм часов – это совокупность высокоточных электронных и механических элементов, которые обеспечивают точное исчисление времени.

Источником хода таких часов является электрическая миниатюрная батарейка расположенная внутри корпуса под защитной пластиной.

Это было краткое и довольно упрощенное определение сути кварцевого механизма часов, поэтому далее мы предлагаем более подробно разобраться в этом, а также ответить на вопрос, чем подобный механизм лучше или хуже классической механики часов.

Для начала хотелось бы сказать, что кварцевые часы являются закономерным этапом эволюции механических часов. Точные механические часы сложны в изготовлении и соответственно имеют высокую стоимость.

Попытки удешевить их производство ни к чему хорошему не привели, думаю, Вы помните механические подделки часов крупных брендов, буквально через 2-3 часа их хода владелец обнаруживал, что часы уже либо существенно спешат, либо также отстают.

И лишь использование кварцевого механизма дало возможность массово предоставить людям иметь всегда «под рукой» источник точного времени.

Достоинства и недостатки кварцевых механизмов в часах

Предпочтение кварцевым механизмам часто отдают любители активного отдыха: туристы, спортсмены, представители экстремальных видов. И выбирают их благодаря расширенному набору функциональных возможностей таких часов, вот например, основные:

1. Высокая точность хода. Есть модели, у которых отклонение составляет +/- 5 секунд в год;
2. Расширенный функционал. Часы могут включать в себя такие функции, как: секундометр, калькулятор, барометр, высотометр, компас, пульсометр и др.;
3. Кварцевые часы менее чувствительны к ударам, чем механические;
4. Корпус кварцевых часов зачастую изготавливают из высокотехнологических пластмасс, это дает возможность значительно облегчить их вес, поэтому такие часы подходят и для детей;
5. Не нужно следить за регулярностью механического подзавода, поэтому риск остановки часов из-за небольшой забывчивости их владельца сведен к минимуму;
6. Относительно низкая цена благодаря тому, что изготовление элементов часов и их сборка автоматизированы.

Единственное, что можно отметить из недостатков кварцевых часов так это то, что их механизм практически не подлежит ремонту. Если производитель прекратил выпуск электронных чипов, то на ремонт такой модели можно не рассчитывать.

Основные элементы кварцевых часов

В механизме кварцевых часов основными элементами являются шаговый электродвигатель и электронный блок, который с заданным тактом отсылает двигателю управляющий импульс, что в свою очередь приводит стрелки часов в движение. Упрощенная схема работы кварцевого механизма в часах на рисунке ниже:

Высокая точность такта частоты управляющих импульсов, а значит и высокая точность хода часов, обеспечивается специальным элементом – кристаллом кварца, благодаря которому этот тип механизма получил свое название.

В отличие от механических часов, где источником их хода является пружинный подзавод, в кварцевых часах электронный блок и двигатель питает миниатюрная батарейка. Обычно ее ёмкости хватает на несколько лет непрерывной работы, при этом у владельца часов нет необходимости делать их ежедневный подзавод, как у механических моделей.

Особенности конструкции

Кварцевые часы выпускаются в двух основных видах исполнения: со стрелочным циферблатом и с цифровым дисплеем.

С момента их появления на российском рынке второй вариант часов называют электронными, но во всем мире их имеют название кварцевые часы с цифровой индикацией.

Подобным часам зачастую придают спортивную стилистику и обеспечивают более расширенным функционалом: хронограф, калькулятор, секундометр и др.

Благодаря этому многие современные модели являются по сути мини-компьютерами. При этом, что немаловажно для рядовых покупателей, цена кварцевых часов остается вполне приемлемой.

Кристалл является «сердцем» часового механизма

Именно кристалл обеспечивает точность хода часов и задает им правильный такт отсчета. Этот элемент можно по праву назвать «сердцем» часового механизма.

Все дело в его уникальных свойствах, ведь при сжатии кристалл выделяет электрический импульс. А его, в свою очередь, заставляет сжиматься-разжиматься электронный генератор, который питается током батареи.

Таким образом, обеспечивая постоянное питание механизма часов, вызывают колебания кварца, которые настраивают на частоту резонанса 32768 Герц.

Как долго может прослужить кварц?

Многих покупателей кварцевых часов беспокоит этот вопрос, особенно у тех, кто не привык баловать себя частыми обновками. Сразу спешу успокоить Вас: сам кварцевый механизм часов служит очень долго , например, даже сейчас можно найти радиоприемники 20-х годов в рабочем состоянии, а это значит, что ресурс электронных элементов достаточно велик.

Хотя, я уверен, Вас вряд ли беспокоит желание иметь возможность передавать часы по наследству, как это было ранее с механическими часами. Все из-за того, что новые часы сейчас покупаются взамен старых не потому, что старые поломались или испортились, а потому, что их модель морально устарела.

Вы и сами бы немало удивились, если бы увидели на ком-то модель электронных часов, которые были популярны в начале 90-х годов, не правда ли?

Хотя, не смотря на свое «моральное изнашивание», эти модели сохранили прекрасную работоспособность.

Поэтому, покупая современную модель кварцевых часов, за надежность их механизма можете не переживать, они с запасом смогут выходить свой срок до морального устаревания, при этом не докучая Вам никаким хлопотами.

Итог

Таким образом, можно дополнить определение, с которого мы начали эту статью тем, что современный кварцевый механизм – это практически идеальное соотношение точного хода, удобной конструкции и доступной цены.