Как работают кварцевые часы

Опубликовано: 09.10.2019

В каком-то смысле эти обычные наручные часы совершенно не замысловатые. Но стоит открыть их, и мы понимаем, что они изумительные. Это ключевая машина современной индустриальной эпохи. Точное измерение времени позволило создать систему позиционирования GPS и телекоммуникационную инфраструктуру.

Металлический контейнер содержит в себе сердце этих часов. Внутри находится крошечный кварцевый камертон. Он очень маленький, буквально 3 мм. Не смотря на то, что все микросхемы очень важны, механизм основан на том же принципе, которым пользовались в 17 веке – резонансное движение. Легче всего это понять на примере часов с маятником. Они используют движение маятника для измерения времени. Этот маятник колеблется с постоянной частотой и питает часовой механизм, который, в свою очередь, приводит в движение стрелки часов. Существует много способов создать резонансное движение, например, используя камертон. Если уменьшить скорость вибрации камертона, то можно заметить, как ножки движутся вперед и назад с постоянной частотой. Это резонансное движение – маятник, который позволяет измерять время. Также Вас может заинтересовать Электромагнитные замки, более подробную информацию можно посмотреть перейдя по ссылке.

Кварцевый кристалл внутри часов – это крохотный камертон. Он вибрирует примерно 30000 раз в секунду. Но как заставить его делать это и как записывать его движения? Мы ведь не можем засунуть туда молоточек и бить по кристаллу. Инженеры использовали так называемый пьезо электрический эффект, чтобы заставить этот маленький камертон колебаться. Проще всего наблюдать этот пьезо электрический эффект на примере сегнетовой соли. В центре находится кристалл, к которому нужно подключить два электрода из оловянной фольги и провести провода к небольшой лампочке.

Если по кристаллу бить молотком, то деформация создает течение электрического тока. Это работает и в обратном порядке. Если пустить в кристалл несколько вольт, он деформируется. Так кварцевый камертон в часах получает вибрацию. Ток от батарейки заставляет его двигаться, а электроника часов измеряет флуктуации напряжения, которые представляют резонансные движения его зубчиков. Кварц идеально подходит для этой задачи, потому что обладает удивительной физической жесткостью и механической и химической стабильностью. Эта стабильность позволяет работать часам практически в любом месте на земле в самых экстремальных условиях.

Одним из самых больших интересов касаемо этих часов является вопрос о том, как такие камертоны создаются. При производстве инженеры должны сделать так, чтобы вибрации кварцевых ножек обладали частотой 32768 движений в секунду +/- 0,06 – это две части из миллиона. Если частота отличается на 0,06, то часы будут отставать или спешить на минуту в год.