時(shí)下,雖然人手一部手機(jī),但鐘表還是沒有完全淡出人們視線。除了計(jì)時(shí),鐘表還是一種重要的裝飾品。
市面上鐘表的類型多種多樣,有石英表和機(jī)械表等。為什么有的鐘表走針是連續(xù)滑動(dòng)掃秒的,而有的鐘表卻是一秒一秒跳躍走針的呢?不同鐘表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又有什么不同?
下面我們就來簡單了解一下。
石英表的主要部件是一個(gè)較為穩(wěn)定的石英振蕩器,通過將石英振蕩器所產(chǎn)生的振蕩頻率“讀取”出來,再令其帶動(dòng)時(shí)鐘內(nèi)的機(jī)械部件指示時(shí)間,就能讓石英鐘表準(zhǔn)確報(bào)時(shí)。
目前最精準(zhǔn)的石英計(jì)時(shí)器能準(zhǔn)到十萬分之一秒,這意味著經(jīng)過270年,這個(gè)石英鐘的計(jì)時(shí)時(shí)差才為1秒。
目前的石英表整體來講比機(jī)械表更精準(zhǔn),機(jī)械表的誤差為平均一天差一秒,而常見的石英表平均每過十天差一秒。
除了一些航天器械和對時(shí)間精準(zhǔn)性要求較高的工業(yè)儀器,石英鐘表的精準(zhǔn)度可以滿足日常生活中大部分的計(jì)時(shí)需求,這也是石英鐘表至今都沒有被淘汰的重要原因之一。
石英鐘表的核心原件是壓電石英晶片,它能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是指當(dāng)電介質(zhì)在一定方向受外力,并發(fā)生形變時(shí),內(nèi)部正負(fù)電荷出現(xiàn)不均勻分布(電荷極化現(xiàn)象),使電介質(zhì)受壓兩側(cè)產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象。
外力消失后,電介質(zhì)又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài);當(dāng)外力的方向改變時(shí),電荷的極性也會(huì)改變。
在人們認(rèn)識(shí)到這種現(xiàn)象后,聰明的科學(xué)家反其道而行之,在電介質(zhì)的某兩端加上電壓,于是在電壓的驅(qū)動(dòng)下,電介質(zhì)在該方向上被壓縮,這便是壓電效應(yīng)的逆效應(yīng)。
石英晶體便是一種可產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)的電介質(zhì)材料,當(dāng)石英某兩端被加上強(qiáng)度不斷變化的電壓(交變電壓)時(shí),石英就會(huì)隨著電壓的變化,不斷地被壓縮,被釋放,被壓縮,被釋放……于是石英就振動(dòng)了起來。
當(dāng)石英晶體被施加頻率穩(wěn)定的交變電場時(shí),就會(huì)隨之產(chǎn)生規(guī)律的機(jī)械振動(dòng),由于石英晶體本身的性質(zhì),它的固有振動(dòng)頻率十分穩(wěn)定,可用來計(jì)時(shí)。
石英振蕩器能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào),再利用分頻器將石英的振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)至2Hz,并驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),使轉(zhuǎn)動(dòng)頻率剛好為1秒/圈,這樣就可以實(shí)現(xiàn)指針的掃秒運(yùn)動(dòng)。
通電狀態(tài)下,石英振蕩器產(chǎn)生的周期脈沖信號(hào)使得鐘表內(nèi)電機(jī)的步進(jìn)馬達(dá)定子片磁化,與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相互作用,克服轉(zhuǎn)子定位力矩,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°,并在定位力矩作用下重新靜止,所用時(shí)間恰為1秒,實(shí)現(xiàn)讀秒。
除了石英表,機(jī)械鐘表是現(xiàn)在市面上另外一種常見的鐘表類型。雖然不同機(jī)械鐘表的組成在復(fù)雜程度上可能有很大差別,但它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主體部分和指示時(shí)間的工作原理基本相似。
機(jī)械表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由原動(dòng)系、傳動(dòng)系、擒縱調(diào)速器、指針系和上調(diào)撥針系等部分組成。
發(fā)條屬于原動(dòng)系,為機(jī)械表提供動(dòng)力;齒輪屬于傳動(dòng)系,齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)可以推動(dòng)擒縱調(diào)速器工作;擒縱調(diào)速器反之又可以控制齒輪的轉(zhuǎn)速,保證指針的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率固定,可準(zhǔn)確指示時(shí)間。
發(fā)條上鏈后聚集能量,通過傳動(dòng)系統(tǒng)把能量輸送到擒縱調(diào)速器,擒縱調(diào)速器可把能量均勻分開,保證指針的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率一定,并且再通過傳動(dòng)系統(tǒng)提供能量推動(dòng)指針走動(dòng),準(zhǔn)確顯示秒、分鐘和小時(shí)。
發(fā)條呈圈狀,螺旋繞在手表內(nèi)部的發(fā)條盒中,并積聚能量,上條時(shí),通過上條撥針系使條軸旋轉(zhuǎn)將發(fā)條在條軸上卷緊,發(fā)條力矩增加,其彈性作用使條盒輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系。
擒縱調(diào)速器起到發(fā)條與擺輪之間的連接作用,它通過一擒一縱,一收一放,將原動(dòng)系統(tǒng)(發(fā)條)提供的能量定期地傳遞給擺輪游絲。
擺輪偏離平衡位置后會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩,游絲被扭轉(zhuǎn)后又產(chǎn)生回復(fù)力矩,兩者配合即可實(shí)現(xiàn)擺輪系統(tǒng)的來回?cái)[動(dòng)。
有了擒縱系統(tǒng),就能將發(fā)條的能量規(guī)律地傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng),保證擺輪游絲可自動(dòng)保持以穩(wěn)定速率震蕩。最后,擺輪游絲把其振動(dòng)次數(shù)傳遞給齒輪,并推動(dòng)指針實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)走時(shí)。
我國的第一塊機(jī)械腕表誕生在天津,開創(chuàng)了中國自主研制機(jī)械手表的先河。
經(jīng)過幾十年的摸索和發(fā)展,現(xiàn)在我國鐘表業(yè)已形成了以高精密制造技術(shù)為核心的工業(yè)生產(chǎn)體系,在世界鐘表業(yè)中占有重要且不可替代的地位。
滑動(dòng)走針和跳躍走針是如何實(shí)現(xiàn)的?
不管是石英表還是機(jī)械表,都可以實(shí)現(xiàn)掃秒和跳秒。所謂掃秒,就是指鐘表的秒針是滑動(dòng)式走針的,而跳秒式代表鐘表的秒針是以一秒為單位跳躍式走針。
掃秒和跳秒式石英表的主要區(qū)別在馬達(dá)的頻率。跳秒式的馬達(dá)頻率只有1Hz,就可以實(shí)現(xiàn)秒針每一秒跳動(dòng)一下,而掃秒式的馬達(dá)頻率是一個(gè)范圍,大約在1至幾百赫茲之間,以實(shí)現(xiàn)秒針連續(xù)不停歇的滑動(dòng)。
其實(shí)掃描式秒針走動(dòng)也有間歇,只是由于馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率較高,人眼辨別不出秒針兩次振動(dòng)之間的時(shí)間間歇,認(rèn)為它是連續(xù)滑動(dòng)的。
早期,石英表因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單,為了節(jié)省動(dòng)力,大多設(shè)計(jì)成跳秒式,而機(jī)械表動(dòng)力相對充足,多為掃秒式。
但現(xiàn)在,掃秒式和跳秒式的石英表和機(jī)械表在市面上都較為常見,以滿足不同消費(fèi)者的需要。
掃秒是機(jī)械表常用的方式,因?yàn)闄C(jī)械表要想實(shí)現(xiàn)跳秒,需要在機(jī)芯的主輪系外增加一套專供跳秒使用的小輪系,再在擒縱器與秒針輪之間設(shè)置一個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)齒輪。
彈簧根據(jù)機(jī)芯振動(dòng)頻率累積能量并定期釋放,其釋放頻率還需要配合表指針相應(yīng)的振頻。
這種設(shè)計(jì)顯然會(huì)增加其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,因此大多數(shù)機(jī)械表為掃秒式。
目前,還有很多智能手表相繼面世,但傳統(tǒng)的機(jī)械和石英表仍然有其魅力所在。
人們對于它們有一種難以撼動(dòng)的關(guān)于精密機(jī)械的情結(jié)和感情,這種情感的羈絆是智能手表無法帶給使用者的。
在電子科技飛速發(fā)展的今天,鐘表依然沒有從人們的視野中消失,小小的表盤不僅僅在指示著時(shí)間的流動(dòng),更在提醒著我們應(yīng)該時(shí)刻注意光陰的流逝,要把握好當(dāng)下的每分每秒,認(rèn)真地過每一天,不虛度分分秒秒的時(shí)間,才不辜負(fù)時(shí)光,不辜負(fù)自己!