Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 7

Устройство кварцевых часов и принцип работы кварцевого резонатора

Кварцевые наручные часы

Поставщиком энергии в кварцевых аксессуарах является батарейка. От нее питаются шаговый электромоторчик и электронный блок модели. Последний ежесекундно подает двигателю извещение, чтобы тот передвигал стрелки. Точность механизма кварцевых часов и высочайшая стабильность частоты продуцируемых колебаний обеспечивается кварцевым кристаллом (минерал природного происхождения, входящий в состав песка и давший наименование механизму). Несоответствие точному времени ровно 15-25 секундам в месяц. Лучшие аксессуары демонстрируют расхождение, составляющее всего пять секунд в год.

Поскольку батарейка может работать безотказно не менее трех лет, то часы не нуждаются в подзаводе

В механических ходиках используется спиральная пружина, находящаяся в барабане с зазубренным краем. Когда часы заводят, эта пружинка скручивается. Раскручиваясь, она активирует барабан, а вращение последнего заставляет двигаться весь механизм. Пружинный двигатель имеет один существенный недочет: пружина раскручивается с неравномерной скоростью, из-за чего часы идут не точно.

sunmag-3-mekhanicheskie-naruchnye-chasy.jpg

Механические наручные часы

Как появился кварцевый механизм?

Первый раз кварцевые наручные часы были представлены торговой маркой Hamilton в 1957 году. В конце 70-х годов прошлого века бренд Hewlett Pacckard из США выпустил модель с функцией микрокалькулятора. Аксессуар позволял производить математические расчеты с шестизначными цифрами. Чтобы нажать кнопки калькулятора, приходилось пользоваться шариковой ручкой.

В 60-х годах в Швейцарии случился так называемый кварцевый кризис: на мировом рынке продажи швейцарских часов с 50% снизились до 15%. Эта депрессия была спровоцирована тем, что швейцарские часовщики оказались слишком привязанными к старинным традициям изготовления механических моделей. Лишь спустя два десятка лет, когда объединились несколько лидирующих швейцарских часовых компаний, стране удалось вернуть себе былое первенство на часовом рынке.

sunmag-4-shvejcarskie-kvarcevye-chasy.jpg

Швейцарские кварцевые часы

Как функционируют кварцевые часы?

Кварцевый тип механизма в часах значит, что для создания его основы используется очищенный природный кристалл кварца в виде камертона. Его заключают в особенную камеру, а потому при разборе изделия его не видно. Если на кварц оказать воздействие током, то он начинает пульсировать в бесперебойном ритме, составляющем 32768 колебаний в секунду. Вместе с этим, пульсируя, кварц источает личные электроразряды, управляющие часовым ходом.

Вместе устройство кварцевого часового механизма функционирует так:

  1. Батарейка питает энергией электронный блок, который посылает кварцевому кристаллу электроимпульс.
  2. Кварц в итоге пульсирует с силой, доходящей до 32768 колебаний в одну секунду. Каждое колебание в распределительный блок посылает импульс. Частотность кристалла уменьшается до толчка в секунду. В итоге импульс происходит через каждую секунду.
  3. Для поворота стрелки этого мало, поэтому импульс становится более мощным благодаря приводному блоку и подается к пошаговому двигателю, который и «ответственен» за перемещение стрелок.
  4. Из-за электрических импульсов в моторчике создаются магнитное поле, переворачивающее особенный ротор, который перемещает секундный указатель на секунду сквозь шестерни.

Вот так работают кварцевые часы, пользующиеся ныне чрезвычайным спросом.

sunmag-5-21.jpg

Мужские часы с хронографом на кожаном ремне, OKAMI (цена по ссылке)

Преимущества кварцевых моделей

Среди плюсов кварцевых часов можно выделить то, что они идут с завидной точностью. В месяц различие во времени может быть равным 20 секундам. А лучшие кварцевые механизмы это расхождение сокращают всего до пяти секунд за год.

Такие ходики более надежные, нежели механические «коллеги», поскольку состоят из минимального количества элементов – шагового электромоторчика и электронного блока.

Часы, оснащенные кварцевым механизмом, не требует каждодневного подзавода. На рынке есть экземпляры, батарейку в которых следует менять лишь раз в три года. Но есть и изделия, в которых менять батарейку разрешается еще реже – раз в десятилетие.

Кварцевые часы отличаются доступной стоимостью, поскольку собираются не вручную. Поэтому их себе может позволить человек с наиболее стесненным бюджетом.

Изделия устойчивы к разным ударам, а потому их с легкостью могут использовать приверженцы экстремальных развлечений и динамичного образа жизни.

Женские часы с кристаллами на керамическом браслете, SL (цена по ссылке)

Недостатки ходиков с кварцем

Такие аксессуары не имеют существенных недостатков. Но все же несколько позиций можно выделить. Так, вам хоть и нечасто, но придется покупать батарейку. А если ваши часы были изготовлены в конце прошлого столетия, то найти подходящий источник питания вам и вовсе не удастся, поскольку ныне таких не выпускают.

Механизмы не могут похвастаться высокой ремонтопригодностью. Если производитель больше не делает запасных элементов, то отремонтировать часы поможет лишь полная замена механизма. Ремонт и замена кварцевого механизма часов нужны тогда, когда часы полностью остановились.

Как правило, в 90% случаев аксессуарам требуется полная замена механизма, поскольку возобновление старого образца не представляется возможным

Но это относительные недочеты, ведь замена батарейки не вызовет проблем, особенно если речь идет о красивом и стильном аксессуаре. А если учесть прекрасное соотношение качества и стоимости, то этот минус вообще становится незаметным.

Период эксплуатации

Каждый пользователь, который покупает кварцевый хронограф или хронометр, задается вопросом о том, сколько времени он прослужит и что произойдет, если нарушится невредимость механизма. Эксперты утверждают, что зачастую подобное устройство легче поменять на новое до того момента, как оно испортится.

Кварцевые часы с хронографом

По истечении времени батарейка может начинать садиться. В этом случае часы будут отставать. Если же кварц разрушится, то ходики, наоборот, начнут спешить. Но обе причины устраняются посредством замены вышедшего из строя элемента. Таким образом, считается, что кварцевый часовой механизм – это долговечный, качественный экземпляр, который ломается в редких случаях.

Как выбрать интерьерные часы?

Часто пользователи отдают предпочтение кварцевым механизмам и при выборе часов для оформления интерьера. Принцип работы кварца в настенных часах такой же, как и в наручных.

Настенные кварцевые модели являются наиболее доступными по стоимости. В сравнении с механическими и электронными изделиями ассортимент кварцевых интерьерных часов более обширный. При их выборе следует учитывать соответствие размера изделия параметрам комнаты. Чем большее помещение, тем большим должен быть и приобретаемый экземпляр.

Настенные кварцевые часы Young Town

На часовом рынке нередко можно встретить механизмы с функцией боя. Производители кварцевых механизмов с боем уверяют, что такие часы идут с повышенной точностью и рассчитаны онидля настенных часов. Так, наиболее известной фирмой, занимающейся выпуском именно таких систем, есть компания Young Town.

Поэтому, если вы хотите, чтобы каждый час в вашем доме раздавался приятный звук курантов, то такие изделия вам обязательно понравятся

Лучшие кварцевые часы, сделанные в Поднебесной

Самой востребованной и популярной категорией наручных часов китайских производителей являются кварцевые модели. Почти каждый бренд представляет минимум три-четыре таких экземпляра. Рассматривая модели и виды китайских кварцевых механизмов, нельзя оставить без внимания торговую марку ONELOONG. Покупателям предлагается приблизительно десять решений с разнообразным оформлением. Все модели обладают корпусом, диаметр которого достигает 46 сантиметров и имитирует металл. Кроме того, на каждом экземпляре предусмотрены четкие крупные цифры.

Китайские кварцевые часы ONELOONG

WEIDE – еще один китайский бренд, предлагающий такие часы. Эту фирму можно считать модным экспертом. В каждой модели предусмотрен кварцевый бесшумный механизм плавного хода. Это многофункциональные аксессуары, в которых есть секундомер, воспроизведение дня недели и даты, интегрированный хронограф, подсветка дисплея и стрелок.

Лучшие механизмы из Японии

Сегодня надежный японский кварцевый механизм Miyota и Seiko является наиболее востребованным в изготовлении разнообразных брендов часов. Отличительной характеристикой торговой марки Miyota есть то, что все часовые механизмы собираются только в стране восходящего солнца, соответственно с наиболее высокими показателями качества, благодаря чему ходики работают невероятно точно и надежно.

Основным критерием качества японских кварцевых механизмов Seiko есть также безошибочность хода, определяющаяся корректировкой кварцевого генератора. Такие модели обладают закрытой конструкцией, защищающей механизмы от попадания пыли и разных посторонних мелких деталей.

Японские кварцевые часы Сейко

Еще одним лидером является механизм Citizen, использующийся в таких часах, как Casio и Seiko. Хронометры с кварцем Citizen отличаются прочностью, стойкостью к повреждениям, попаданиям влаги и ударам. Системы покрыты карбидом титана, в семь раз увеличивающим прочность.

Механизмы Casio, которые также производит Япония, уже давно известны на отечественных просторах. Они надежны, долговечны и чрезвычайно точны. Их выбирают те, кто ценит собственный имидж и для кого важен имеющийся статус.

Японские часы Casio

Отдельно про Orient

Существует еще один японский бренд, специализирующийся на производстве кварцевых наручных часов. Это Orient. Все модели этой торговой марки отличаются друг от друга дизайном и функциональностью. Так, в коллекции представлены простые аксессуары с часовой, минутной и секундной стрелками. Есть экземпляры, снабженные окошком даты. Также в серии присутствуют изделия с дополнительными указателями суточного времени, даты и дня недели.

Заводить кварцевые наручные часы «Ориент» не нужно. У всех моделей различная степень водозащиты, колеблющаяся от 30 до двух сотен метров.

Кварцевые наручные часы «Ориент»

Механизмы из Швейцарии

Швейцарские кварцевые механизмы для наручных часов Ronda 517 и 515 – это самые популярные системы. На единственной батарейке они способны функционировать более трех лет. А вот модель 715 может работать и того больше – целых пять лет. Независимо от того, сколько могут функционировать механизмы Ronda, всем им свойственна точность и надежность. Расхождение равно не больше 10/+20 секунд в месяц.

Механизмы Ronda интегрированы в часы Luminox, которые поставляют вооруженным силам Америки. Швейцарская система без проблем устанавливается в герметический корпус, устойчивый к встряскам и ныряниям на глубину до сотни метров.

Швейцарские кварцевые наручные часы Luminox

Кварцевые механизмы ЕТА – еще одни системы, созданные швейцарцами. Швейцария много в чем благодаря именно этой торговой марке, стала образцом часового искусства. ЕТА кварц, применяемый для создания аксессуаров, выращивается на самом производстве.

Такой механизм, прежде всего, является залогом того, что даже наиболее привередливый человек разыщет ходики, способные удовлетворить каждое из его требований. Кроме главных функций, механизм может обладать и рядом дополнительных. Например, будильником, компасом, индикатором подзарядки батареи.

Механизм ЕТА в кварцевых часах

Германские механизмы

Если речь заходит о надежных, качественных и точных часах – то нельзя не вспомнить кварцевый механизм Hermle из Германии. Эта немецкая компания производит кварцевые беззвучные часовые механизмы.

Германские кварцевые часы Hermle

Практически в каждой детали чувствуется качество данных систем. Стоимость таких механизмов разрешает использовать их в комплекте с дорогостоящими либо необычными корпусами часов.

30 сентября 2018, 23:04

</p>

Устройство кварцевых часов и кварцевого резонатора.

By on <span.2017>

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.

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

</span.2017>

Ассортимент часовых магазинов огромен, можно легко растеряться при выборе подходящей модели. Но прежде чем присматриваться к функциям и дизайну, решим – лучше кварцевые или механические часы?

Оценивать преимущества и выяснять недостатки тех или иных моделей с кварцевой или механической конструкцией будем по нескольким критериям – надежность, стоимость, точность хода, удобство использования и простота эксплуатации. Помните, что дорогие кварцевые модели могут быть лучше дешевых механических и наоборот, а брендовые коллекции качественнее и точнее, чем китайский noname. Выбирая между кварцевыми моделями и механическими, старайтесь проводить сравнительную оценку в одном ценовом секторе.

Выбирая между кварцевыми моделями и механическими, старайтесь проводить сравнительную оценку в одном ценовом секторе.

chasy-1-1.jpg
Часы женские (перейти в каталог SUNLIGHT)

Чем отличаются кварцевые часы от механических

chasy-1080x500.jpg

Как определить, механические часы или кварцевые

  1. Кварцевые часы не имеют подзавода, имеющаяся в некоторых моделях головка завода не более чем обманка. Автоподзавод в механических часах при резком движении руки сопровождается тихим треском механизма.
  2. Вскрытие покажет: сняв заднюю крышку корпуса кварцевых часов, вы увидите батарейку. Прозрачные модели хронографов, ставшие такими популярными в последнее время, – это, конечно, механика со всеми ее шестеренками, передачами и барабанами.
  3. Качественная механика всегда стоит дороже, чем кварцевые модели того же функционала: производство кварцевых часов легче, чем сборка точной механики, а автоподзавод делает механизм еще сложнее и тоньше.

Как определить, механические часы или кварцевые?

  1. Кварцевые часы не имеют подзавода, имеющаяся в некоторых моделях головка завода не более чем обманка. Автоподзавод в механических часах при резком движении руки сопровождается тихим треском механизма.
  2. Вскрытие покажет: сняв заднюю крышку корпуса кварцевых часов, вы увидите батарейку. Прозрачные модели хронографов, ставшие такими популярными в последнее время, – это, конечно, механика со всеми ее шестеренками, передачами и барабанами.
  3. Качественная механика всегда стоит дороже, чем кварцевые модели того же функционала: производство кварцевых часов легче, чем сборка точной механики, а автоподзавод делает механизм еще сложнее и тоньше.
  4. И, конечно, если на циферблате есть надпись Quartz или Autoquartz – перед вами совершенно точно кварцевые часы. Не слишком совестливые продавцы вполне могут выдавать кварц за механику, а вот механику за кварц выдавать не станет никто.
chasy-3.jpg
Мужские часы с хронографом и календарем на черном ремне из натуральной кожи (перейти в каталог SUNLIGHT)

И, конечно, если на циферблате есть надпись Quartz или Autoquartz – перед вами совершенно точно кварцевые часы. Не слишком совестливые продавцы вполне могут выдавать кварц за механику, а вот механику за кварц выдавать не станет никто.

Преимущества и недостатки кварцевых часов

К преимуществам хронографов с кварцевым принципом работы отнесем:

  • Устойчивость к ударам и другим повреждениям, меньшие нагрузки на внутренние детали.
  • Простота и надежность механизма, удобство эксплуатации. Все, что нужно владельцам кварцевых часов, – это раз в 2-3 года поменять батарейку.
  • Точность хода выше, чем в механических: ±10-20 с/месяц для обычных кварцевых часов против ±20-45 с/месяц для брендовой швейцарской механики.
  • Дешевизна кварцевых моделей делает их доступными практически для всех и позволяет иметь несколько аксессуаров, например, для делового образа, для дружеских вечеринок, для повседневного ношения.

Недостатков кварцевые модели практически лишены: такие часы точны, стоят недорого, широкий ассортимент позволяет приобрести несколько моделей на все случаи жизни. Единственный существенный минус кварцевых кристаллов – чувствительность к воздействию магнитных полей. И помните: хорошие кварцевые часы стоит раз в 3 года показывать часовому мастеру для регулировки и чистки.

Преимущества и недостатки механических часов

  • Чувствительность к внешним воздействиям и ударным нагрузкам: повредить такие часы или даже сломать проще, чем кварцевые.
  • Точность хода проигрывает кварцевым часам и зависит от температуры окружающей среды, степени завода пружинной спирали, уровня износа механизма, положения часов на руке и т.д.
  • Цена механических часов значительно выше кварцевых, что обусловлено дорогими материалами, сложностью производства, высокими трудозатратами.
  • Сложные механизмы время от времени требуют профессиональной чистки, смазки и регулировки. Ремонт механических часов обойдется на порядок дороже, чем кварцевых, а в некоторых случаях исправить поломку и вовсе не удастся.

chasy_32.jpg

Подведем итог: механика – это престиж, но и высокая цена при довольно низкой точности хода. Любителям экономного образа жизни, разнообразных стильных аксессуаров и точного определения времени рекомендуются практичные и недорогие кварцевые модели.

25.06.19Используемые источники:

  • https://sunmag.me/chasy/mehanizm-kvartsevyh-chasov.html
  • https://chronometrica.ru/device-quartz-watch/
  • https://wiki.sunlight.net/kakie-chasy-luchshe-kvartsevye-ili-mehanicheskie.html

</ol>

</picture>

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации