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石英钟

石英钟一种计时的器具。提起时钟大家都很熟悉,它是给我们指明时间的一种计时器具。在日常生活中,时钟准到1秒,就已经足够了。但在许多科学研究或工程技术的领域中对钟点的要求就要高得多。石英钟正是根据这种需要而产生的。它的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。将石英振荡器所产生的振荡频率取出来。使它带动时钟指示时间这就是石英钟。目前,最好的石英钟,每天的计时能准到十万分之一秒,也就是经过差不多270年才差1秒。但在科学发达的今天,这种石英钟已被比它还要精确得多的其他类型的时钟(比如电波表)所替代。

中文名:石英钟 外文名:quartz chronometer 用途:计时的器具
精度:十万分之一秒 原理:压电效应 出现时间:1928年
发明者:沃伦·马里森 领域:科学研究、工程技术、日常生活 主要部件:一个很稳定的石英振荡器

1石英钟原理

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石英晶体的传感器的核心是传感元件——压电石英晶片。其工作原理是压电效应,即石英晶体在某些方向受到机械应力后,便会产生电偶极子,相反, 若在石英某方向施以电压,则其特定方向上会产生形变,这一现象称为逆压电效应。若在石英晶体上施加交变电场,则晶体晶格将产生机械振动,当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时,则出现晶体的谐振。由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小,这样仅需很弱的外加电场即可产生形变,这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损耗小,振荡频率极稳定。这些再加上石英优良的机械、电气和化学稳定性,使它自40年代以来就成为石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字电路有关的频率基准元件。

石英晶体具有一个有趣的特性,就是在一侧导入正电流,同时在另一侧导入负电流后,负电流一侧会收缩并弯曲成U字形。如果定时交替在石英晶体两侧导入正、负电流,石英晶体就会产生振荡。石英晶体就是根据这种振荡计时的。个人电脑内置的石英晶体每秒振荡1431万8180次。石英钟的工作原理就是如此。

2石英钟的缺点

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问题就在于石英晶体在品质上存在缺陷,品质差就很难按照正确的振荡数振荡。天然石英晶体的杂质含量和形态等大多并不统一,因此就要使用人造石英晶体。不过,均匀地进行石英生产难度很大。精度高则每秒误差在正负10万分之一秒以内,精度低每秒误差甚至达到1万分之一秒。1万分之一秒也许感觉并不大,但是从计算上来讲,每天的误差就是8.64秒,而1个月则会相差4分钟。石英手表不准也是这个原因。

3石英钟种类

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电波钟表,也称为无线控制计时钟表(英文名称为:Radio controlled timepieces)。电波钟表作为一个系统的技术原理是:首先,由标准时间授时中心将标准时间信号进行编码(商业码则进行加密),利用低频(20KHz——80KHz)载波方式将时间信号以无线电长波发播出去。电波钟表通过内置微型无线电接收系统接受该低频无线电时码信号,由专用集成芯片进行时码信号解调,再由计时装置内设的控制机构自动调节钟表的计时。通过这样一个技术过程,使得所有接收该标准时间信号的钟表(或其他计时装置)都与标准时间授时中心的标准时间保持高度同步,进而全部电波钟表显示严格一致的时间。电子钟表的工作原理是根据“电生磁、磁生电”的物理现象设计而成。即由电能转换为磁能,再由磁能转换为机械能,带动时分针运转,达到计时目的。

1、晶体管摆轮钟 以干电池为能源,用晶体管作为开关,摆轮游丝为振荡系统,统一机芯为J1型,外形与普通闹钟一样。

2、晶体闹钟 与晶体管摆轮钟一样性能,加上一个由电能供给的闹时装置。

3、晶体管摆钟 用电子电路控制摆作为振荡元件,外形与机械摆钟相似。

4、石英钟 用“石英晶体”作为振荡器,通过电子分频去控制马达运转,带动指针。走时精度很高。品种有台钟、挂钟、日历钟、闹钟、音乐钟、落地钟,也有汽车钟、舰船钟、天文钟等各种技术用钟。

5、数显钟 也用石英晶体作为振荡器,直接用发光管或液晶显示时间,不用机械传动。具有时、分、秒、日历、周历、月历等多种功能。

6、电子表 以电池为能源代替发条,不用手上弦,有多种结构,外形同机械手表,统称电子手表,根据结构形式与发明的先后,电子表分为四代:

第一代是摆轮游丝电子手表,是以摆轮游丝作为振荡器,以微型电池为能源,通过电子线路驱动摆轮工作。

第二代是音叉电子手表,是以金属音叉作为振荡器,用电子线路输出脉冲电流,使机械音叉振动。

第三代是指针式石英电子手表,是利用石英谐振器作为振荡器,通过电子分频器后驱动步进马达带动轮系和指针。

第四代是数字式石英电子表,它也是采用石英谐振器作为振荡器,不同的是它经过分频、计数和译码后利用显示器件以数字的形式来显示时间。 前三代电子手表均带有传统的机械指针机构,而第四代采用大规模集成电路,完全脱离了传统的机械结构的全电子手表。种类不同,原理不同,但万变不离其宗。

4石英钟与电子钟有什么区别?

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电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置。

石英钟的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。将石英振荡器所产生的振荡频率取出来。使它带动时钟指示时间这就是石英钟。

电子钟与机械时钟相比,直观性为其主要显着特点,且因非机械驱动,具有更长的使用寿命,相较石英钟的石英机芯驱动,更具准确性。它的特点可归结为“两强一弱 ”:比机械钟强在观时显着,比石英钟强在走时准确,但是它的弱点为显时较为单调。电子钟更为方便快捷,实用。

由于电子钟采用数字集成电路的发展和采用了先进的石英技术,使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点,电子钟用于定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播及自动控制等各个领域。

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