Кварцевый хронограф: устройство и принцип работы¶

Кварцевый хронограф — это прибор для измерения временных интервалов, в котором в качестве задающего генератора используется кварцевый резонатор, а функции секундомера реализованы на основе электромеханических или электронных узлов. В отличие от механических хронографов, где отсчёт времени основан на балансе и спусковом механизме, кварцевые устройства обеспечивают значительно более высокую точность хода — от ±15 секунд в месяц до ±5 секунд в год у премиальных моделей с термокомпенсацией.

¶Устройство

Основными компонентами кварцевого хронографа являются:

• Кварцевый резонатор — пластинка или камертон из монокристаллического кварца, помещённая в герметичный корпус. При подаче напряжения кварц совершает механические колебания с частотой 32 768 Гц (2¹⁵ Гц), которая выбрана из-за простоты деления на секундные импульсы.
• Генератор и делитель частоты — электронная схема, поддерживающая колебания резонатора и последовательно делящая частоту до 1 Гц.
• Шаговый электродвигатель — преобразует электрические импульсы в механическое вращение колёсной передачи.
• Колёсная передача и стрелочный механизм — обеспечивают вращение центральной секундной стрелки, а также счётчиков минут и часов хронографа.
• Управляющий модуль — система рычагов и колонное колесо (или кулачковый механизм), позволяющая запускать, останавливать и обнулять показания.
• Батарея — источник питания напряжением 1,35–3 В, обеспечивающий работу электроники на протяжении 2–5 лет.

В электронных (полностью цифровых) хронографах вместо шагового двигателя используются жидкокристаллический дисплей и микроконтроллер, который обрабатывает импульсы кварцевого генератора и отображает результат на экране.

¶Принцип работы

Работа кварцевого хронографа основана на пьезоэлектрическом эффекте. При подаче переменного напряжения на обкладки резонатора кварц деформируется, а при снятии — генерирует электрический сигнал. Колебательная система поддерживается на резонансной частоте, что обеспечивает стабильность опорного сигнала.

Делитель частоты преобразует сигнал 32 768 Гц в импульсы с частотой 1 Гц, которые поступают на шаговый двигатель. Каждый импульс заставляет ротор двигателя повернуться на 180°, что через триб колёсной передачи обеспечивает перемещение центральной секундной стрелки на одно деление (1/5 секунды у большинства моделей).

При активации хронографа (нажатием кнопки «пуск/стоп») электронная схема начинает подавать импульсы на отдельный шаговый двигатель, который приводит в движение стрелки секундомера. Счётчики минут (обычно до 30 или 60) и часов (до 12) активируются через механические кулачки, когда стрелка совершает полный оборот.

Обнуление происходит путём механического сброса: при нажатии кнопки «сброс» колонное колесо освобождает молоточки, которые возвращают все стрелки хронографа в нулевое положение. В электронных моделях сброс выполняется программно.

¶Классификация

По типу индикации кварцевые хронографы делятся на:

• Аналоговые — со стрелочной индикацией; наиболее распространены в наручных часах.
• Цифровые — с ЖК-дисплеем; часто совмещены с калькулятором, будильником и другими функциями.
• Гибридные (ана-цифровые) — сочетают стрелочный циферблат и жидкокристаллический дисплей.

По точности выделяют стандартные кварцевые хронографы (погрешность ±20 секунд в месяц), термокомпенсированные (±10 секунд в год) и радиоуправляемые, синхронизируемые по сигналам точного времени.

¶Применение

Кварцевые хронографы используются в наручных часах (спортивные модели Casio, Citizen, Seiko), в авиации (для навигационных расчётов), в медицине (пульсометры и секундомеры), в спортивном хронометраже и в бытовых таймерах. Благодаря низкой стоимости и высокой надёжности они вытеснили механические хронографы из массового сегмента, оставив последним роль предметов престижа.

¶Преимущества и недостатки

К достоинствам кварцевых хронографов относятся высокая точность, нечувствительность к ударам и положению, простота обслуживания и доступная цена. Недостатками считаются зависимость от источника питания, старение кварцевого резонатора (дрейф частоты со временем) и отсутствие «одушевлённости» механического изделия, что ценится коллекционерами.

¶Источники

• Кокс А. Кварцевые часы: принципы работы и ремонт. — М.: Машиностроение, 1989.
• Бернштейн Л. М. Электронные и кварцевые часы. — Л.: Энергия, 1977.
• Техническая документация ETA SA (калибры 251.262, 251.471).
• Справочник по часовым механизмам. — М.: Легпромбытиздат, 1991.