钟表一直是科技与工艺的产物,也是时尚流行与品味的代表。自古以来,人类就不断尝试着研发精准的计时工具。公元1088年中国宋朝时发明了水钟(水运仪象台),公元1564年德国制造了世界第一只的怀表,公元1868 年PP表厂制造了世界第一只机械表,公元1969年日本著名的钟表公司精工「SEIKO」制造了世界第一只石英表。而今日的手表不再只是计时工具,随着电子技术的延展,有的手表可听MP3、具有手机的通讯功能⋯等,多样式的手表已充斥在我们的四周。
目前市面上的手表,样式虽然繁多,但归纳起来可以分为三种:机械表、石英表及电子表。此三种手表因为内部构造不同,所以在功能、准确度、传动方式、计时方式上,都有所不同。一般规格的机械表及石英表,其表之正面都很相似,如下图所示为机械表正面,可看见龙芯、时分针及面板。
机械表、石英表及电子表三者的差别
1.机械表
其内部构造均是由机械零件所构成。利用龙芯上紧发条,再利用发条驰张的力量,转动齿轮,经过一连串的转换之后,带动分针、时针以达到计时的功能。
上链型机械表,需每天转紧发条以提供表的动力来源。由机械表的背面观察,其利用不同直径大小的齿轮传送动力。大贯车轮之下处,即为发条轮,其内装有发条,旋转龙芯使发条紧缩,再利用其弛张之力量产生动能,使发条轮带动其他齿轮转动。摆轮(车芯轮)则可以稳定的来回转动速率,控制时刻的进度。
2.石英表
其内部有电子电路及机械装制二者相互配合而达到计时的功能。由电池供给电源,石英晶体产生振荡提供CMOS 集成电路一频率信号,CMOS 集成电路再供给一驱动脉冲,使步进马达转动带动秒针轮、分针轮、时针轮。石英表的动作原理流程如下:由电池供给电源,石英晶体产生振荡提供CMOS 集成电路一频率信号。CMOS 集成电路再供给一驱动脉冲"使步进马达转动带动秒针轮、分针轮与时针轮。
3.电子表
就是一般所谓的数字表。表身由电池供给电源,石英晶体产生振荡供给CMOS 集成电路频率信号,CMOS 集成电路为一连串除频电路、计数器、编码电路等,产生计时的功能,再输出至液晶显示板LCD 上显示出时间。
如何分辨石英表和机械表
通常在手表的面板或后底盖会注明表的类型, 若是QUARTZ则表示为石英表, 若是AUTOMATIC 则为机械表。另外的一种辨识的方法是观看手表秒针的行走方式,如果秒针是一秒一秒跳跃式行走的话, 就是石英表, 反之, 若是连续式(非跳跃式)行走则是机械表。一般而言石英表准确度比机械表高。
石英表的基本结构及各部位功能
依照石英表的结构(如下图),可以简分六大部份。1.外壳及龙芯;2.电池;3.石英晶体;4.CMOS集成电路;5.步进马达;6.齿轮组。每一部份都有其特定的功能。
(一)外壳及龙芯
一般的外壳还包括镜面、表盖。镜面可以显示目前的时间,表盖则可以拆开,以便于维修。龙芯则是用来调整时间,有些为二段式,可分别调整日期和星期,视机芯构造不同而有所区别。
(二)电池
石英表的能量来自细小的电池,因为CMOS 组件的消耗电能非常低,使得以COMS 技术制成的电子产品─石英表,使用1.5 伏特的电池,可以轻易达到半年以上更换电池的优点。由于氧化银的放电曲线非常平坦,所以供电稳定。一旦电压降低到维持电压以下时,即停止动作。
(三)石英晶体
石英晶体为二氧化硅的纯正结晶,其为一种压电材料,当它受压时表面会产生电压。若在它的表面接上电压,晶体的形状则会有轻微的改变,这种振动是十分稳定的,几乎不为温度所影响。石英表则在石英晶体上加电,使之以 32768 赫兹的周波数振动,再利用CMOS 集成电路将此分频成1Hz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运转。
石英表所以能达到月差15 秒的准确度,有一部份就是因为石英晶体所控制的振荡器。以此振荡频率为基础的频率信号,其提供CMOS 集成电路正常工作。
(四)CMOS 集成电路
因为石英表中,有一个步进马达作为传动机构。为了控制步进马达准确的转动,以达成正确的计时功能,所以有一组CMOS 集成电路,产生一个脉冲信号,推动步进马达转动。CMOS 因具有低耗电的功能,非常适合使用于石英表内,不过,须注意静电干扰的问题。
(五)步进马达
步进马达是石英表和电子表最大差别,使石英表界于数字和模拟之间。CMOS 集成电路为数字部份 。而步进马达和其后级的齿轮组,则可说是模拟部份。石英表所使的步进马达,系由线圈卷筒、定子及转子所构成。
(六)齿轮组
经由步进马达转动后传动齿轮组中的齿轮。齿轮组中有三个最重要的齿轮:秒针轮、分针轮、时针轮。另外有些不同的机型中,还会有专门控制星期、日期的齿轮,视其机型而定。本次所采用的石英表机型为编号2035,为最简单的一种。秒针轮共有60 齿,每一次转动一齿,也就相当于6 度。经过倍率转换,推动分针轮、时针轮。
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