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【石英表/电子表】手表百科知识,钟表常识

作者:万哥内容来源:万表网时间:2016-09-13
[导读]简介石英表(quartzwatch)是石英电子钟表的简称,又称石英钟表,它包括石英手表和石英钟。石英表是利用石英晶体受到电力驱动而产生规律振动的原理制造的,它比传统机械表轻薄、精准,同时避免了使用机械表时需要上发条的繁琐,而受到普及。1969年12月25日,日本的精工公司(SEIKO)发现了如何将石英制成音叉的方法,并制造出了世界上第一只石英表,为人类的时间观念和社会生活带来了变革。石英晶体的应用使得手表可以大量生产,不但生产速度比以前快很多,价格也随之下降。截至2010年,全世界每年约可制造5亿只手表,足以供应全球使用。原理石英表也可叫做“水晶振动式电子表”,因为它是利用水晶片的“发振现象”…

简介

石英表(quartzwatch)是石英电子钟表的简称,又称石英钟表,它包括石英手表和石英钟。石英表是利用石英晶体受到电力驱动而产生规律振动的原理制造的,它比传统机械表轻薄、精准,同时避免了使用机械表时需要上发条的繁琐,而受到普及。

1969年12月25日,日本的精工公司(SEIKO)发现了如何将石英制成音叉的方法,并制造出了世界上第一只石英表,为人类的时间观念和社会生活带来了变革。石英晶体的应用使得手表可以大量生产,不但生产速度比以前快很多,价格也随之下降。截至2010年,全世界每年约可制造5亿只手表,足以供应全球使用。


原理

石英表也可叫做“水晶振动式电子表”,因为它是利用水晶片的“发振现象”。当水晶接受到外部的加力电压,就会有变形及伸缩的性质,相反,若压缩水晶,便会使水晶两端产生电力;这样的性质在很多结晶体上也可见到,称为“压电效果”。石英表就是利用周期性持续“发振”的水晶,为我们带来准确的时间。

首先,将石英表内的水晶片上加电,水晶便会以32768赫兹的周波数,正确地振动;然后必须将此频率化成1Hz(电流一秒间的一次变化)的信号电流周波数。再增加些信号的幅度(由于因振动而产生的电流甚弱),跟着些信号电流再发动转子齿轮,表上的秒针便会随之发动。之后分针,时针的跳动则关乎于机械结构上的原理,如:秒针跳动60下,分针便会跳一下。所有石英表都装有一粒电池。它为一块集成电路和一个石英谐振器提供能量,每秒振动32768次。还有比这更快的。集成电路是表的“大脑”。它控制着石英谐振器的振动,并起着分频器的作用。32768次振动被对半分割15次,以达到每秒产生一次脉冲。有了一秒这个时间的“原材料”,就能驱动钟表。

结构

石英表主要由石英谐振器、集成电路、步进电机(用于指针式)、液晶显示屏(用于数显式)、手表电池或交流电源组成,此外还包括导电橡胶、微调电容、照明灯泡、蜂鸣器等元件。

石英钟的结构特点与石英手表相似,但由于石英钟可以采用较大容量的电池或以交流供电,所以可以使用发光二极管来显示时间,显示颜色鲜艳。数字式石英钟也可以制成大型钟,用在室外。液晶显示只适用于小型省电的石英钟。此外,石英钟的石英振荡器多数采用具有较好温度频率特性的4.19MHz的石英谐振器,也有采用32768Hz石英谐振器的;钟内经常附加音乐报时等功能;步进电机具有较大的输出力矩等。这些都是为了适应石英钟钟面较大、使用环境复杂等情况而设计的。

石英谐振器

石英谐振器又称石英振子。由化学成分为SiO2的人造石英晶体,按照一定的切割形式并经特殊加工制成的。利用它的正负压电效应并与电子线路连接,即可形成作为时间基准的石英振荡器。一般石英手表使用的是X 5°切型、弯曲振动模式、频率为32768Hz的音叉形石英谐振器。它的体积小,温度拐点(在拐点附近频率随温度的变化最小)选在常温,适宜戴在手腕上。石英钟常用的是AT切型、厚度切变振动模式、频率为4.194304MHz的双凸透镜形石英谐振器。它的温度特性好,能适应室内外温度变化较大的环境。

石英谐振器具有很高的品质因数,因而由它组成的石英振荡器有很高的稳定度,能大大提高钟表的走时精度。一般石英钟表的日差(见钟表日差)小于0.5秒/日,这个精度是一般机械钟表无法达到的。为了进一步提高走时稳定性,还可以采用双振子温度补偿电路或双振荡器温度补偿电路,它们可分别使走时误差缩小到5秒/月和5秒/年。

CMOS集成电路

CMOS集成电路是石英钟表内最关键的部件之一。石英手表要求微功耗(1μA)、小体积和低电压(1.5V),为此须采用特制的中大规模CMOS集成电路。在指针式和数字式石英手表中,CMOS所完成的功能不完全相同。在指针式石英手表中,需要完成振荡、分频、驱动步进电机等项工作,一般采用中等规模CMOS集成电路;而在数字式石英手表中,除要完成振荡、分频、升压、驱动液晶显示等功能外,往往还要完成闹时、秒表等多种功能,所以采用大规模CMOS集成电路。石英钟内的集成电路基本上与石英手表内的相似,但因为石英钟要求输出较大功率,电路的功耗(由几十微安至几百微安)也远大于石英手表,故集成电路的功耗也较大。

步进电机

在指针式石英钟表内,步进电机作为换能器,把秒脉冲信号变成机械轮系的转动,带动指针指示时间。步进电机的特点是低功耗、小体积、转换效率高、结构简单。常用钟表步进电机有双偏心式、单偏心式、双凹坑式和单凹坑式等径向充磁的单相永磁步进电机,另外还有轴向充磁的双定子式步进电机。其中双凹坑式的定子做成一体,结构简单,耗电量小,应用较广。石英钟用步进电机比石英手表的体积稍大,耗电较多,有较大输出力矩。步进电机的转子磁钢采用矫顽力大、剩磁密度大的合金材料如钐钴合金等,定子常用坡莫合金,线圈多采用小线径高强度漆包线。

液晶显示屏

液晶显示屏是数字式石英手表和一些数字式石英钟中用来显示时间的部件。液晶即某些有机化合物(如芳香族化合物)在液体状态下的晶体,兼具液体和晶体的双重性质。液晶屏上数字的显示是利用了液晶的扭曲效应与偏振光相配合而产生的效果。液晶屏上的每一位数字符号均由7段字划组成,由电路控制显示不同的数字。

手表电池

手表电池又称扣式电池,是石英手表的能源,所起的作用相当于机械手表发条的作用。它的特点是体积小、容量高、使用期限长、放电特性好。各种扣式电池都是由正极、负极、电解质、隔离层和外壳 5部分组成。

常用的手表电池有:

1.氧化银电池,又称银锌电池,电压为1.55V,是石英手表中应用最普遍的电池,具有较高的体能密度和稳定性,没有环境公害。

2.氧化汞电池,又称汞电池,电压为1.35V。是最早研制成的手表电池,由于有环境公害,已较少使用。

3.过氧化银电池,又称二价银电池,电压1.55V。它的容量高,但电压稳定性差。

4.锂电池。用金属锂作负极,具有电压高(一般为3V)、自放电率低、保存寿命长的特点。有较广泛的应用前途。

5.太阳能电池。能把光能转换成电能。一般均有二次电池(镍镉电池),每天只要短时间受太阳光或灯光照射就可以使手表正常走时。石英钟也常用太阳能电池。

特点

1.石英表的走时秒针是一格一跳,走时十分准确,一般要求月差在15秒以内,有三针和两针两种。

2.机芯中采用集成电路,结构较机械表机芯简单许多,装配非常简便。

3.使用方便,佩戴无需上发条,一块电池一般可用2-3年。但有些石英表用锂电池,使用寿命长,可用7-8年左右。

4.石英表价格相对比机械表便宜(同品牌同款式),但有些高档品牌石英表价格昂贵是因为品牌好,外观材料好(18K金或钻石或贵金属),外观设计出色,导致有些石英表比一般机械表价值高很多。

使用常识

1.使用时,不要将手表放在功放、音响、电脑、电视机上,以免磁化。磁化后可用一块没有被磁化过的生铁顺时针绕手表30圈,再逆时针绕30圈,便可为手表消磁,使手表恢复正常。

2.手表进水不严重仅仅在表镜上有少量水雾,可把手表用手纸包起来,放到米桶里面,过两天水雾即可清除,或者将表镜、底壳朝外,反戴在手腕上,两天后水气即可消除,如果进水严重,最好立即送至表店进行维修、处理。

分类

石英表主要有数显式石英表、指针式石英表、自动石英表和光动能手表等几种。


数显式石英表

石英晶体的压电效应和两极管式液晶显示相结合的手表,其功能完全由电子元件完成。


指针式石英表

石英表的能源来自电池,电池向集成电路提供特定电压之后,通过其中的振荡电路和石英谐振器使石英振子起振,形成振荡电路源。形成交替变化的双向脉冲信号,从而驱动步进电机作间歇性转动!进一步带动传动轮系,使表针准确地显示时间。


自动石英表

自动机械表与石英表优点于一身。它无需电池,佩戴者可选择手动上链,也可选择自动充电。它的运作原理是利用手臂的运动带动表内的摆陀转动,产生能量推动内部的微型马达转化为能源,从而为表内的石英装置提供充足电量,而多余的电能会被微型电容储存起来备用。

在这种装置中,当动力储存装置完成充满电后,不需要再充电,手表可持续走时一个月左右,但每天至少佩带10小时。当秒针开始以两秒钟间隔而不是通常的一秒钟间隔移动时,则表明手表约在24小时内停止运行,在此情况下,向两侧摆动手表(保持20厘米的弧度)以使动力电能储存装置充电,当秒针两秒一跳时,石英表仍能准确计时。过分用力或快速摇动手表,均对手表不发生作用,把表带在手腕上如果手臂不活动,手表依然得不到充电。使用多年以后,动力电能储存装置的储存能力将有所下降,即使手表完全充电,手表的持续时间也会短于所指定的时间。


光动能表

是一种内置了将光能转换为电能的系统的手表。由于使用了不必废弃的电池,可以节省有限的地球资源、减少污染,是真正的环保产品。

光动能手表可以吸收任何可见光源并转化成动能带动手表的运转。通过太阳能晶片将光能转换成电能,并将电能储存在在可循环使用的充电电池中,再由电池发出的电能通过集成电路产生脉冲信号到线圈,并产生磁力驱动步进马达,推动齿轮转动并带动指针来指示时间,充满电后黑暗中可运行40-180天左右,走时精确,充电电池寿命可达10年。


电波表

所谓电波表,机身由原子时钟和无线电接收系统组成,由国家授时中心发出准确时间,通过无线电接收系统接收、经CPU处理后显示时间,电波表30万年误差不会超过一秒。简单的说就是一种接受标准时间信息的电波后,可以自动校对时间的手表。电波钟表是人类计时技术发展历程中,继沙漏、日晷、机械钟表、石英钟表之后的第五代计时器。电波钟表技术和产品的出现是人类计时史的又一次革命。


智能手表

智能手表,是将手表内置智能化系统、搭载智能手机系统而连接于网络而实现多功能,能同步手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等。

目前市面上的智能手表可大致分为两种:

1.不带通话功能的:依托连接智能手机而实现多功能,能同步操作手机中的电话、短信、邮件、照片、音乐等;

2.带通话功能的:支持插入SIM卡,本质上是手表形态的智能手机;市面大部分使用Android系统,苹果也在2013年推出了自己的智能手表Apple Watch。


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