Нам, современным людям, сложно представить себе, что когда-то время определялось по солнцу, звездам и другим природным факторам. Сегодня, чтобы дать ответ на вопрос о том, который сейчас час, можно просто бросить взгляд на запястье. Именно там мы носим наручные часы - неизменный помощник и элегантное украшение почти каждой женской или мужской руки.

Сердце наручных часов

Но любые часы - прежде всего, не красивый браслет, а сложный механизм. Именно по виду источника, питающего его, все часы делятся на две разновидности: механические и кварцевые (или электронные). В механических присутствует колесный механизм. А вот «сердцем» кварцевых часов считается батарейка - как обычная, так и солнечная. Кварцевый кристалл в них является основой для электронного генератора, который обеспечивает передачу импульса шаговому электродвигателю, а тот в свою очередь заставляет часы идти - двигает стрелки на циферблате.

Точность - на первом месте!

На вопрос о том, что такое кварцевые часы, специалисты ответят, что это высокая точность и удобство. Заводить такие часы не нужно, а погрешность их хода может составить максимум двадцать секунд за целый месяц. Правда, вечного, как известно, нет ничего. Время негативным образом сказывается и на кристалле кварца, в результате чего часы начинают спешить. Хотя, в принципе, по своей долговечности они ничуть не хуже механических.

Стрелки или цифры?

Часто кварцевые часы бывают электронными. Отличается такой механизм индикацией на дисплее в виде цифр. Возможна и комбинация двух типов часов: и тогда на экране вы видите одновременно и стрелки, и цифры.

Сколько прослужат часы? Все зависит от корпуса

Именно корпус - основная защита любых часов - напрямую определяет их точность и длительность службы. Худшим материалом для него является алюминий. Он мягкий и легко повреждается, на нем остаются царапины, а некачественный алюминий и вовсе может оставлять следы на коже. Лучше выбрать неприхотливый пластик. Кстати, именно его в качестве основы для корпуса своих часов использует мировой бренд Casio. Кварцевые часы этой марки запатентованы, отличаются длительным сроком службы и очень высокой прочностью. К другим материалам, из которых изготавливают корпуса часов, относят латунь, титан и нержавеющую сталь.

Покрытие: не только для украшения

Кварцевые часы, особенно дорогие, известных брендов, имеют соответствующее покрытие. Оно не только придает часам презентабельный внешний вид, но и защищает их корпус от механических повреждений - как, например, черный хром. А вот любая позолота с годами сотрется, из-за чего часы уже будут выглядеть не так солидно. Что же касается лакового покрытия, то на нем быстрее всего появляются царапины. Отдельно стоит отметить покрытие из никеля: при длительном ношении таких часов у человека может возникнуть аллергия и другие более серьезные проблемы со здоровьем.

Подводя итоги

Выбирая кварцевые часы, следует обращать внимание также на их форму, браслет, тип и составляющие части циферблата, наличие дополнительных функций. Вообще, к выбору любых часов, будь то механический «будильник» или часы кварцевые, настенные или наручные, нужно подходить со всей ответственностью. И, конечно же, они должны нравиться именно вам.

Несомненно, каждый человек при выборе часов когда-нибудь задавался вопросом, какой механизм качественнее и долговечнее - кварцевый или механический? Ведь механизм – это первое, на что надо обратить особое внимание при выборе часов. Механизм - это сердце часов, в котором все элементы должны работать слаженно, с самыми минимальными погрешностями.

В чем отличие кварца и механики?

Все наручные часы можно разделить на две основные группы: механические и кварцевые.

Кто-то всю жизнь пользуется кварцевым механизмом, кто-то больше предпочитает механику, но, безусловно, в каждом механизме есть свои преимущества и недостатки. Так в чем же отличие кварца и механики?

Основное отличие кварцевых часов от механических состоит в том, что используется в качестве источника энергии, обеспечивающего работу часового механизма.

В кварцевых часах источником энергии служит батарейка, которая питает электронный блок кварцевых часов и шаговый электродвигатель. Электронный блок один раз в секунду посылает сигнал двигателю, а тот в свою очередь поворачивает стрелки. Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов и, следовательно, высокую точность хода обеспечивает кристалл кварца (в среднем расхождение с точным временем составляет 15-25 секунд в месяц, а лучшие кварцевые часы показывают отклонение 5 секунд в год) из-за которого часы и получили свое название. Кроме того, батарейка рассчитана на несколько лет работы, соответственно кварцевые часы нет необходимости подзаводить.

В механических часах применяется спиральная пружина, расположенная в барабане с зубчатым краем. При заводке часов пружина закручивается, а при раскручивании пружина приводит в движение барабан, вращение которого приводит в движение весь часовой механизм. Основным недостатком пружинного двигателя является неравномерность скорости раскручивания пружины, что приводит к неточности хода часов.

Какие часы точнее?

У механических часов точность хода зависит от множества факторов, таких как окружающая температура, положение часов, износ деталей, регулировки. В кварцевых часах все проще: частота импульсов, вырабатываемых кварцевым генератором, практически постоянна. А двигатель и стрелки – это просто дополнительное устройство, их дело – вращаться по команде.

Поэтому для механических часов считается нормой расхождение с точным временем на 15-30 секунд в сутки, а лучшим результатом – 4-5 секунд в сутки. И если для механических часов хорошим результатом считается отклонение +-20 секунд в сутки, из них +-5 секунд - почти предельным, то основная масса кварцевых часов обеспечивает точность около +-20 секунд в месяц, а лучшие - до +-5 секунд в год.

Даже дешевые кварцевые часы точнее механического хронометра.

Стоимость механических часов обычно выше, чем кварцевых, так как механические часы требуют тонкой ручной настройки при сборке. В то время как большинство операций по изготовлению деталей и сборке механизма кварцевых часов поручается автоматике.

Камни в механизме? Зачем и для чего они нужны?

Все детали механических часов большую часть времени находятся под нагрузкой, которую создает заводная пружина, и только в очень малые моменты времени, когда баланс и анкерная вилка разрешают повернуться анкерному колесу, это напряжение падает. Большие нагрузки, высокое контактное давление требуют использования твердых материалов, таких как сталь, латунь, рубин. В кварцевых же часах все наоборот: большую часть времени детали свободны. И только когда шаговый двигатель поворачивает колеса, на короткое время детали оказываются нагруженными. Это позволяет не устанавливать камни в механизм. К тому же мощность, развиваемая шаговым двигателем, во много раз меньше мощности, развиваемой заводной пружиной.

В механических часах камни используются только потому, что рубин тверже и лучше выдерживает контактное давление (а не снижает трение, как считают некоторые). Если все же установлен камень, то он обычно является нижней опорой ротора шагового двигателя.

В кварцевых часах удельное давление очень мало, и поэтому в некоторых механизмах камни вообще не устанавливают или устанавливают 1 камень - в нижнюю опору ротора шагового двигателя. Дело в том, что статор двигателя достаточно сильно «притягивает» ротор, и эта опора - единственное место в часах, где контактное давление относительно велико. В более дорогих механизмах большого калибра установка камней позволяет уменьшить трение в опорах камней и уменьшить ток потребления, следствие - повышение автономности механизма.

Сколько же прослужит "кварц"?

Распространено мнение, что механические часы более долговечны, чем кварцевые. Это не совсем так. Все движущиеся детали механизма кварцевых часов имеют такой же ресурс, что и у механических часов. Ресурс электронных компонентов до конца еще не изучен, но, вероятно, также велик. Поэтому хорошие кварцевые часы, скорее всего, прослужат столько же, сколько и механические.

Но, к сожалению, статистики по «долгожительству» кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад.

Механические часы - классика часового искусства, соответственно в плане престижности механические часы стоят выше кварцевых. Кроме того, многим нравится плавный ход секундной стрелки часов по циферблату и завораживающие вращения ротора автоподзавода.

Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка.

Кварцевые часы - более удобные в использовании, их нет необходимости заводить или беспокоиться, что они могут остановиться, полежав на полке пару дней. Точность хода у кварца гораздо выше, чем у механики.

Еще 100 лет назад часы передавали по наследству, потому что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Но сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела или просто вышла из моды.

Так что носите те часы, которые вам нравятся. Носите часы с удовольствием, старайтесь соблюдать правила эксплуатации, ведь не просто так она придумана и часы прослужат вам очень долго.

Кварцевый механизм часов – это совокупность высокоточных электронных и механических элементов, которые обеспечивают точное исчисление времени.

Источником хода таких часов является электрическая миниатюрная батарейка расположенная внутри корпуса под защитной пластиной.

Это было краткое и довольно упрощенное определение сути кварцевого механизма часов, поэтому далее мы предлагаем более подробно разобраться в этом, а также ответить на вопрос, чем подобный механизм лучше или хуже классической механики часов.

Для начала хотелось бы сказать, что кварцевые часы являются закономерным этапом эволюции механических часов. Точные механические часы сложны в изготовлении и соответственно имеют высокую стоимость.

Попытки удешевить их производство ни к чему хорошему не привели, думаю, Вы помните механические подделки часов крупных брендов, буквально через 2-3 часа их хода владелец обнаруживал, что часы уже либо существенно спешат, либо также отстают.

И лишь использование кварцевого механизма дало возможность массово предоставить людям иметь всегда «под рукой» источник точного времени.

Достоинства и недостатки кварцевых механизмов в часах

Предпочтение кварцевым механизмам часто отдают любители активного отдыха: туристы, спортсмены, представители экстремальных видов. И выбирают их благодаря расширенному набору функциональных возможностей таких часов, вот например, основные:

1. Высокая точность хода. Есть модели, у которых отклонение составляет +/- 5 секунд в год;
2. Расширенный функционал. Часы могут включать в себя такие функции, как: секундометр, калькулятор, барометр, высотометр, компас, пульсометр и др.;
3. Кварцевые часы менее чувствительны к ударам, чем механические;
4. Корпус кварцевых часов зачастую изготавливают из высокотехнологических пластмасс, это дает возможность значительно облегчить их вес, поэтому такие часы подходят и для детей;
5. Не нужно следить за регулярностью механического подзавода, поэтому риск остановки часов из-за небольшой забывчивости их владельца сведен к минимуму;
6. Относительно низкая цена благодаря тому, что изготовление элементов часов и их сборка автоматизированы.

Единственное, что можно отметить из недостатков кварцевых часов так это то, что их механизм практически не подлежит ремонту. Если производитель прекратил выпуск электронных чипов, то на ремонт такой модели можно не рассчитывать.

Основные элементы кварцевых часов

В механизме кварцевых часов основными элементами являются шаговый электродвигатель и электронный блок, который с заданным тактом отсылает двигателю управляющий импульс, что в свою очередь приводит стрелки часов в движение. Упрощенная схема работы кварцевого механизма в часах на рисунке ниже:

Высокая точность такта частоты управляющих импульсов, а значит и высокая точность хода часов, обеспечивается специальным элементом – кристаллом кварца, благодаря которому этот тип механизма получил свое название.

В отличие от механических часов, где источником их хода является пружинный подзавод, в кварцевых часах электронный блок и двигатель питает миниатюрная батарейка. Обычно ее ёмкости хватает на несколько лет непрерывной работы, при этом у владельца часов нет необходимости делать их ежедневный подзавод, как у механических моделей.

Особенности конструкции

Кварцевые часы выпускаются в двух основных видах исполнения: со стрелочным циферблатом и с цифровым дисплеем.

С момента их появления на российском рынке второй вариант часов называют электронными, но во всем мире их имеют название кварцевые часы с цифровой индикацией.

Подобным часам зачастую придают спортивную стилистику и обеспечивают более расширенным функционалом: хронограф, калькулятор, секундометр и др.

Благодаря этому многие современные модели являются по сути мини-компьютерами. При этом, что немаловажно для рядовых покупателей, цена кварцевых часов остается вполне приемлемой.

Кристалл является «сердцем» часового механизма

Именно кристалл обеспечивает точность хода часов и задает им правильный такт отсчета. Этот элемент можно по праву назвать «сердцем» часового механизма.

Все дело в его уникальных свойствах, ведь при сжатии кристалл выделяет электрический импульс. А его, в свою очередь, заставляет сжиматься-разжиматься электронный генератор, который питается током батареи.

Таким образом, обеспечивая постоянное питание механизма часов, вызывают колебания кварца, которые настраивают на частоту резонанса 32768 Герц.

Как долго может прослужить кварц?

Многих покупателей кварцевых часов беспокоит этот вопрос, особенно у тех, кто не привык баловать себя частыми обновками. Сразу спешу успокоить Вас: сам кварцевый механизм часов служит очень долго , например, даже сейчас можно найти радиоприемники 20-х годов в рабочем состоянии, а это значит, что ресурс электронных элементов достаточно велик.

Хотя, я уверен, Вас вряд ли беспокоит желание иметь возможность передавать часы по наследству, как это было ранее с механическими часами. Все из-за того, что новые часы сейчас покупаются взамен старых не потому, что старые поломались или испортились, а потому, что их модель морально устарела.

Вы и сами бы немало удивились, если бы увидели на ком-то модель электронных часов, которые были популярны в начале 90-х годов, не правда ли?

Хотя, не смотря на свое «моральное изнашивание», эти модели сохранили прекрасную работоспособность.

Поэтому, покупая современную модель кварцевых часов, за надежность их механизма можете не переживать, они с запасом смогут выходить свой срок до морального устаревания, при этом не докучая Вам никаким хлопотами.

Итог

Таким образом, можно дополнить определение, с которого мы начали эту статью тем, что современный кварцевый механизм – это практически идеальное соотношение точного хода, удобной конструкции и доступной цены.

В этой статье поговорим об устройстве кварцевых часов и кварцевом резонаторе. Возможно, это будет довольно сложная тема для понимания. Прошу заметить, что в статье рассматривается принцип работы кварцевых часов не на примере существующего механизма а на примитивной абстрактной и грубой модели, показывающей только суть работы большинсва электронных и кварцевых часов.
В этой статье хочется развеять неточности касательно устройства схемы кварцевых часов, которые я встречал на других ресурсах, но об этом чуть ниже.

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.

История кварцевых часов началась относительно недавно. За сорок с лишним лет эволюции они стали идеальным прибором для измерения времени - точным, надежным и легким в производстве. Они показывают время с погрешностью в минуту даже после двух лет работы, и поэтому используются в авиации и мореплавании как штатные хронометры.

Casio G-shock MR-G MRG-G1000HG-9A вышли ограниченной серией в 2016 году

Кварцевые часы и их механизм, что это значит?

Кварцевый механизм часов - надежный механизм, однако лучше не ходить с ними в баню, запросто нырять в воду или играть в настольный хоккей. Кварц выдержит многое, но многое - еще не значит все!

До сих пор неясно, за какое время полностью изнашиваются кварцевые элементы. Предположительно кристалл кварца в транзисторе разрушается через пару десятилетий, однако на практике часы работают дольше, хотя с каждым годом их точность падает. Из этого логично заключить, что кварцевый резонатор меняют по мере износа - раз в двадцать лет. К сожалению, найти мастера, который заменит транзистор на морально устаревшей плате, задача непростая.

CAZ1014

Вообще кварцевые часы можно отремонтировать . Это компенсируется их прочностью и относительно невысокой ценой, но все же при подавляющем большинстве неисправностей сервисные центры просто меняют старую плату на новую, что эквивалентно покупке самих часов.

Важно помнить, что батарейку обязательно менять хотя бы раз в год, иначе она может потечь и окислиться вместе с микросхемой, которую в таких случаях меняют целиком. Батарейку лучше обновить в мастерской, если кварцевые часы водонепроницаемые или открыть корпус невозможно без специального инструмента.

Высокая (+60°) и низкая (-10°-20°) температуры влияют на частоту колебаний кварца. Многие компании делают платы с термокомпенсаторами, чтобы избавиться от этого врожденного дефекта, но все же не все и не всегда. Поэтому нежелательно оставлять часы на холодном мраморе или забывать на солнце - лучше носить на руке, особенно в сильные морозы. Кстати, с наручными часами нельзя посещать сауну и мыться под горячим душем - для измерения времени в экстремальных средах выпускаются специальные приборы.

Вода губительна для микросхем, однако большинство часовых компаний делают кварцевые часы водонепроницаемыми. Прежде всего ознакомьтесь со спецификацией и узнайте стандарт водонепроницаемости, по которому сделаны часы. Это может быть ISO 2281, либо 22810:2010, либо 6425. В Германии еще используется стандарт DIN 8310, который идентичен ISO 2281. По стандартам ISO 2281 и 22810:2010 создано подавляющее большинство часов. Производители часто указывают, при каких условиях проводились стандартизированные испытания, то есть на циферблате могут стоять метки наподобие 50m, 100m, 200m. Подробнее о водонипраницаемост вы можете узнать из статьи . Наши рекомендации:

У производителей кварцевых часов, например Seiko и Casio , есть аналогичные рекомендательные таблицы. Запомните пару простых советов, которые актуальны для любых моделей. Всегда закручивайте часовую коронку перед купанием и не нажимайте под водой кнопки. Не прижимайте заднюю крышку до упора из-за риска порвать резиновую прокладку.

Согласно инструкции, часы, сделанные по стандарту ISO 6425, осматриваются часовщиком раз в несколько лет при условии, конечно, что они регулярно погружаются в воду, а не играют роль стильного аксессуара. Кроме того, не забывайте, что вода имеет еще и газообразное состояние, а значит во влажном климате часы с низкой водонепроницаемостью могут теоретически сломаться.

Будьте аккуратны. Сама по себе микросхема не сломается от легких ударов и переживет падение с высоты, однако система зубчатых передач, которая приводит в движение стрелки, и жидкокристалический дисплей менее долговечны. Аккуратность тем более не помешает, если циферблат не защищен сапфировым стеклом. Также владельцам часов с календарем ни в коем случае нельзя менять дату, если стрелки лежат в промежутке между 9 и 3 часами - переведите их в нижнюю часть циферблата, а только потом выставляйте нужное значение.

Простой механизм кварцевых часов гарантирует точность хода на протяжении десятилетий, если обращаться с ним бережно - менять батарейку раз в год, не забывать на холоде, беречь от воды и не ронять.