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      責任編輯:山鬼

      石英鐘

      石英鐘一種計時的器具。提起時鐘大家都很熟悉,它是給我們指明時間的一種計時器具。在日常生活中,時鐘準到1秒,就已經足夠了。但在許多科學研究或工程技術的領域中對鐘點的要求就要高得多。石英鐘正是根據這種需要而產生的。它的主要部件是一個很穩定的石英振蕩器。將石英振蕩器所產生的振蕩頻率取出來。使它帶動時鐘指示時間這就是石英鐘。目前,最好的石英鐘,每天的計時能準到十萬分之一秒,也就是經過差不多270年才差1秒。但在科學發達的今天,這種石英鐘已被比它還要精確得多的其他類型的時鐘(比如電波表)所替代。

      中文名:石英鐘 外文名:quartz chronometer 用途:計時的器具
      精度:十萬分之一秒 原理:壓電效應 出現時間:1928年
      發明者:沃倫·馬里森 領域:科學研究、工程技術、日常生活 主要部件:一個很穩定的石英振蕩器

      1石英鐘原理

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      石英晶體的傳感器的核心是傳感元件——壓電石英晶片。其工作原理是壓電效應,即石英晶體在某些方向受到機械應力后,便會產生電偶極子,相反, 若在石英某方向施以電壓,則其特定方向上會產生形變,這一現象稱為逆壓電效應。若在石英晶體上施加交變電場,則晶體晶格將產生機械振動,當外加電場的頻率和晶體的固有振蕩頻率一致時,則出現晶體的諧振。由于石英晶體在壓力下產出的電場強度很小,這樣僅需很弱的外加電場即可產生形變,這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產生諧振。其振蕩能量損耗小,振蕩頻率極穩定。這些再加上石英優良的機械、電氣和化學穩定性,使它自40年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計算機等與數字電路有關的頻率基準元件。

      石英晶體具有一個有趣的特性,就是在一側導入正電流,同時在另一側導入負電流后,負電流一側會收縮并彎曲成U字形。如果定時交替在石英晶體兩側導入正、負電流,石英晶體就會產生振蕩。石英晶體就是根據這種振蕩計時的。個人電腦內置的石英晶體每秒振蕩1431萬8180次。石英鐘的工作原理就是如此。

      2石英鐘的缺點

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      問題就在于石英晶體在品質上存在缺陷,品質差就很難按照正確的振蕩數振蕩。天然石英晶體的雜質含量和形態等大多并不統一,因此就要使用人造石英晶體。不過,均勻地進行石英生產難度很大。精度高則每秒誤差在正負10萬分之一秒以內,精度低每秒誤差甚至達到1萬分之一秒。1萬分之一秒也許感覺并不大,但是從計算上來講,每天的誤差就是8.64秒,而1個月則會相差4分鐘。石英手表不準也是這個原因。

      3石英鐘種類

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      電波鐘表,也稱為無線控制計時鐘表(英文名稱為:Radio controlled timepieces)。電波鐘表作為一個系統的技術原理是:首先,由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼(商業碼則進行加密),利用低頻(20KHz——80KHz)載波方式將時間信號以無線電長波發播出去。電波鐘表通過內置微型無線電接收系統接受該低頻無線電時碼信號,由專用集成芯片進行時碼信號解調,再由計時裝置內設的控制機構自動調節鐘表的計時。通過這樣一個技術過程,使得所有接收該標準時間信號的鐘表(或其他計時裝置)都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步,進而全部電波鐘表顯示嚴格一致的時間。電子鐘表的工作原理是根據“電生磁、磁生電”的物理現象設計而成。即由電能轉換為磁能,再由磁能轉換為機械能,帶動時分針運轉,達到計時目的。

      1、晶體管擺輪鐘 以干電池為能源,用晶體管作為開關,擺輪游絲為振蕩系統,統一機芯為J1型,外形與普通鬧鐘一樣。

      2、晶體鬧鐘 與晶體管擺輪鐘一樣性能,加上一個由電能供給的鬧時裝置。

      3、晶體管擺鐘 用電子電路控制擺作為振蕩元件,外形與機械擺鐘相似。

      4、石英鐘 用“石英晶體”作為振蕩器,通過電子分頻去控制馬達運轉,帶動指針。走時精度很高。品種有臺鐘、掛鐘、日歷鐘、鬧鐘、音樂鐘、落地鐘,也有汽車鐘、艦船鐘、天文鐘等各種技術用鐘。

      5、數顯鐘 也用石英晶體作為振蕩器,直接用發光管或液晶顯示時間,不用機械傳動。具有時、分、秒、日歷、周歷、月歷等多種功能。

      6、電子表 以電池為能源代替發條,不用手上弦,有多種結構,外形同機械手表,統稱電子手表,根據結構形式與發明的先后,電子表分為四代:

      第一代是擺輪游絲電子手表,是以擺輪游絲作為振蕩器,以微型電池為能源,通過電子線路驅動擺輪工作。

      第二代是音叉電子手表,是以金屬音叉作為振蕩器,用電子線路輸出脈沖電流,使機械音叉振動。

      第三代是指針式石英電子手表,是利用石英諧振器作為振蕩器,通過電子分頻器后驅動步進馬達帶動輪系和指針。

      第四代是數字式石英電子表,它也是采用石英諧振器作為振蕩器,不同的是它經過分頻、計數和譯碼后利用顯示器件以數字的形式來顯示時間。 前三代電子手表均帶有傳統的機械指針機構,而第四代采用大規模集成電路,完全脫離了傳統的機械結構的全電子手表。種類不同,原理不同,但萬變不離其宗。

      4石英鐘與電子鐘有什么區別?

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      電子鐘是一種利用數字電路來顯示秒、分、時的計時裝置。

      石英鐘的主要部件是一個很穩定的石英振蕩器。將石英振蕩器所產生的振蕩頻率取出來。使它帶動時鐘指示時間這就是石英鐘。

      電子鐘與機械時鐘相比,直觀性為其主要顯著特點,且因非機械驅動,具有更長的使用壽命,相較石英鐘的石英機芯驅動,更具準確性。它的特點可歸結為“兩強一弱 ”:比機械鐘強在觀時顯著,比石英鐘強在走時準確,但是它的弱點為顯時較為單調。電子鐘更為方便快捷,實用。

      由于電子鐘采用數字集成電路的發展和采用了先進的石英技術,使電子鐘具有走時準確、性能穩定、攜帶方便等優點,電子鐘用于定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播及自動控制等各個領域。

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