Кварцевые батареи: Кварцевые батареи отопления для твоего дома

Кварцевые батареи отопления для твоего дома

Кварцевые батареи отопления– новинка на рынке обогревательных приборов. Но нельзя сказать, что это высокотехнологичное оборудование, так как данная разработка очень простое решение. Используя кварцевые батареи, можно создать высокоэффективную, надежную и экономную отопительную систему для отопления жилого дома. Кварцевый радиатор гармонично вливается в обстановку помещения и, в отличие от громоздких чугунных радиаторов, не нарушает стиль интерьера.

Содержание

Особенности и технические характеристики кварцевых батарей

Конструкция кварцевых обогревательных приборов представляет собой монолитную плиту, внутри которой встроен нагревательный элемент из сплава хрома и никеля. Плита изготавливается из раствора, основной компонент которого — кварцевый песок. Данный компонент выбран не случайно. Кварцевый песок имеет свойство излучать аккумулированное тепло очень долго. Поэтому даже отключенный от электричества прибор отдает свое тепло в помещение длительное время, это позволяет сократить расход электричества.

Кварцевые батареи отлично вписываются в интерьер

Кварцевые батареи отопления, цена которых доступна покупателям среднего достатка, имеют номинальную мощность 0,5 КВт, а их максимальная температура нагрева 95 градусов. Эти две характеристики новых отопительных приборов свидетельствуют об их экономичности в отношении расхода электроэнергии и пожаробезопасности кварцевого обогревателя. Рабочая поверхность прибора нагревается до 95 градусов за 20 минут. Одна кварцевая батарея стандартных размеров (61х34х25) нагревает помещение площадью до 8 м2 и с высотой потолков до 3 м. Весит стандартная плита 10 кг.

Монолитный кварцевый обогреватель или сокращенно

МКТЭН – прекрасное решение для отопления жилых помещений. Особенно удобно использовать этот обогревательный прибор в загородных домах и на дачах. Контролировать температурный режим, применяя кварцевый радиатор, можно не только вручную, но и автоматически. Для автоматизации работы прибора, необходимо подключить к нему терморегулятор. Тогда можно устанавливать желаемую температуру обогрева и прибор будет работать даже в отсутствие хозяев.

Система кварцевых радиаторов

Бояться воспламенения не стоит, так как плита не нагревается больше 95 градусов и может устанавливаться даже на деревянные стены.

Если в загородный дом хозяева приезжают только на выходные, можно выставлять на терморегуляторе температуру в 8 – 10 градусов, и тогда дом не промерзнет и не отсыреет.

Кварцевые батареи отопления купитьможно как дополнительный обогреватель и как основной источник тепла. Централизованная система отопления не всегда своевременно подает тепло в квартиры. Чтобы не мерзнуть, ожидая милости от коммунальных служб, и не расходовать большое количество электроэнергии, используя не экономичные электрообогреватели, стоит приобрести удобный и экономный кварцевый обогревательный прибор МКТЭН.

к меню ↑

Преимущества кварцевых радиаторов

Преимуществ у кварцевых батарей перед другими видами электрических обогревательных приборов очень много:

1.Экономичность. Экономный расход электроэнергии можно назвать ключевым преимуществом кварцевых приборов, так как другие виды обогревательных электроприборов потребляют значительное количество энергии, нивелируя этим все другие свои достоинства. Стоимость электричества всегда высокая. Поэтому большая часть населения старается не использовать электроэнергию для отопления жилых помещений, несмотря на то, что электрические обогреватели экологичны и просты в эксплуатации.

Разновидности радиаторов отопления

Кварцевые батареи потребляют минимальное количество электроэнергии, и их безбоязненно можно применять и как дополнительные обогреватели, и как основные отопительные приборы. Большой нагрузки на семейный бюджет они не создают.

2.Большая теплоемкость. Кварцевая плита обладает большой тепловой инерционностью. Она долго нагревается и очень долго остывает.

3.Долговечность. Нагревательный элемент не имеет контакта с окружающей средой, что препятствует его окислению и увеличивает срок службы.

4.Возможность подключения терморегулятора, что обеспечивает автоматическое управление системой отопления.

5.Относительно невысокая цена в сравнении с электрическими водонагревателями и другими эффективными обогревательными приборами.

6.Пожаробезопасность. Температура рабочей поверхности кварцевой батареи не поднимается выше 95 градусов, поэтому возгорания материалов, находящихся в непосредственной близости от обогревателя полностью исключено. Прибор можно монтировать на деревянную поверхность, вагонку, гипсокартон.

7.Электробезопасность. Прибор не создает больших нагрузок на электрическую сеть и может работать безостановочно весь отопительный сезон.

8.Простой монтаж. Кварцевую батарею крепят к стене кронштейнами.

9.Не требовательны к уходу и не нуждаются в обслуживании. Уход за кварцевой батареей ограничивается удалением пыли сухой тканью.

Кварцевую батарею можно устанавливать так же, как и обычные радиаторы, под подоконником, чтобы она создавала тепловую завесу и препятствовала проникновению холодного воздуха через оконные проемы.

Если комната большая, можно установить две кварцевые батареи и подключить их к одному термостату, тогда он будет регулировать температурный режим на обоих приборах. Использовать для отопления кварцевые радиаторы намного выгоднее, чем устанавливать в доме водонагреватель и тратиться на прокладку водяной отопительной системы.

Расходы же на оплату коммунальных счетов при использовании для отопления электрического водонагревателя будут очень значительными.

к меню ↑

Разновидности

Кварцевые радиаторы могут иметь любой узор на ваш вкус

Сейчас можно приобрести кварцевые обогреватели монолитные и инфракрасные.

Инфракрасные приборы существенно отличаются от монолитных кварцевых плит. Их излучатели выполнены из кварцевого стекла, а нагревательным элементом является вольфрамовая нагревающая нить. Инфракрасные кварцевые обогревательные приборы долговечные, надежные и мобильные. Они не восприимчивы к атмосферным воздействиям, поэтому могут использоваться и на открытом воздухе.

Кварцевые обогреватели приобретают все большую популярность, являясь простым решением непростого вопроса отопления. Они прекрасно справляются с функцией обогрева помещения и могут применяться и в жилых домах, коттеджах и в производственных, офисных помещениях.

к меню ↑

Итог

Когда возникает необходимость выбрать электроприбор для отопления помещения, покупателей в первую очередь интересует эффективность и экономичность обогревателя. Кварцевые батареи полностью соответствуют этим главным требованиям. С монолитной кварцевой плитой, сразу решаются все проблемы, связанные с отоплением. Проанализировав характеристики МКТЭН, можно сказать, что это наиболее экономичный и эффективный обогревательный прибор, который при необходимости может заменить традиционную отопительную систему или стать эффективным дополнением к ней.

к меню ↑

Видео обзор керамических батарей отопления

В данном видео вы увидите новинку на рынке радиаторов отопления — кварцевые батареи для отопления.

Кварцевые батареи отопления – уникальные и универсальные приборы

Проблемы экономичного отопления помещений толкают производителей к производству совершенно новых и уникальных приборов, которые имеют эффективную теплоотдачу при минимальных затратах на потребление топлива. Скажем прямо, таких отопительных приборов на рынке немного, но они есть. К примеру, кварцевые батареи отопления. Говорить о том, что это традиционные радиаторы, нельзя, скорее всего, их можно отнести к категории «обогреватели», потому что работают они от сети электрического тока.

По сути, это нагревательный элемент, который встроен в монолитную плиту, изготовленную на основе раствора из кварцевого песка. Устройство настолько простое, что говорить о каких-то высоких технологиях здесь не приходится. Но производители добились этой конструкцией очень важных показателей:

• экономичное потребление электроэнергии;
• эффективность теплоотдачи;
• высокую инертность прибора;
• высокие показатели пожарной безопасности.

Для электрических нагревателей это весьма ценные характеристики. Рассмотрим их подробнее.

Преимущества

Итак, простота конструкции.

1. В этом радиаторе отопления используется нагревательный элемент в виде хромоникелевой нити, упрятанной в трубку. По сути, это все тот же ТЭН, только другой конфигурации. Залитый кварцевым раствором нагреватель отдает тепловую энергию, которая должна преодолеть толстый слой монолита. Вот почему температура внешней поверхности батареи не нагревается выше +95С. А это стопроцентное соответствие нормам и требованиям пожарной безопасности.
2. Закрытый нагревательный элемент не контактирует с воздухом, а значит, его не сжигает. Соответственно не сгорает и пыль, осевшая на него. То есть внутри помещений, где установлен этот кварцевый радиатор, воздух всегда чистый и свежий. Все это увеличивает срок эксплуатации самого обогревателя. «Каким образом?» – спросите вы. Какой бы надежной не была нить нагревательного элемента, но под действием кислорода и влажности она все равно будет окисляться. В данной конструкции этого произойти не может.
3. Высокая инертность обогревателя подтверждается тем, что это монолит, который аккумулирует тепловую энергию. Его можно сравнить с чугунными радиаторами отопления, которые медленно нагреваются и также медленно остывают. Для кварцевых радиаторов время на полный нагрев и полное остывание составляет 20-25 минут.

Схема подключения

Типы кварцевых радиаторов

В настоящее время производители предлагают два вида кварцевых радиаторов отопления, отличие которых – это способ контроля и управления. Есть простые конструкции, так называемые с ручным управлением. И есть со встроенной автоматикой. Второй вариант предпочтительнее, потому что появляется возможность выставить необходимый температурный режим, который будет поддерживаться в автоматическом режиме. Для этого отопительный прибор комплектуется терморегулятором и термодатчиком. Эти два прибора в связке контролируют и регулируют не только температуру, но и количество потребляемой энергии.

Специалисты уверяют, что один терморегулятор и один термодатчик могут одновременно контролировать работу шести приборов одновременно. Это позволяет опять-таки сэкономить на приобретение дополнительных элементов системы отопления.

Внимание! Начинать говорить об экономии потребления электроэнергии надо с паспортных данных кварцевого прибора. Этот показатель равен 0,5 кВт/ч. Если сравнивать с другими электрическими обогревателями (масляные радиаторы, конвекторы, тепловентиляторы), то он в разы меньше.

Способы установки

Сегодня производители предлагают монолитный кварцевый обогреватель в одном исполнении – это плита. Но способ установки может быть разный, все зависит от дополнительных приспособлений. К примеру, на стену он может быть подвешен на кронштейны, на пол устанавливается на специальную подставку. Автовладельцы его используют зимой для прогрева двигателя машины, устанавливая прибор на специальную подставку.

В качестве основного отопительного прибора кварцевый обогреватель может быть использован в небольших помещениях. К примеру, в гараже. И, как вспомогательный элемент отопления, в домах, коттеджах и городских квартирах. Кстати, если есть необходимость обогреть большое по размерам помещение, то можно из кварцевых радиаторов собрать схему в виде модулей. Единственное, что надо будет сделать обязательно — это точно рассчитать количество необходимых отопительных приборов, чтобы с их помощью добиться нормального температурного режима внутри данного помещения.

Лабораторные исследования показали, что один стандартный монолитный кварцевый обогреватель может поддерживать нормальную температуру внутри помещения с объемом 16 м³. Это с учетом региона с резко-континентальным климатом.

Основные характеристики

Характеристика	Единица измерения	Показатель
Габаритные размеры	мм	610×350х25
Вес изделия	кг	10
Мощность прибора	кВт	0,5
Потребление электроэнергии	кВт/ч	0,5
Излучаемая температура	°С	95
Напряжение сети	вольт	220
Полное время, за которое прибор нагревается	мин	20

Говоря о характеристиках кварцевых радиаторов, хотелось бы отметить, что это универсальный и уникальный отопительный прибор. Во-первых, это все та же проста конструкции, которая не требует какой-то сложной технологии производства. Отсюда и цена агрегата. Во-вторых, это практически стопроцентное преобразование электрической энергии в тепловую. В-третьих, возможность применения прибора практически во всех сферах деятельности человека.

Кварцевые ИК-обогреватели

Если уж разговор пошел о кварцевых обогревателях, то нельзя обойти стороной и его инфракрасную модель. Начнем с того, что производители, делая упор на использование инфракрасного нагревательного элемента, создают на самом деле уникальные по своему дизайну отопительные приборы.

Мебельный вариант

Это не просто обогреватели из металлического корпуса, огражденные сеткой. Хотя именно такие модели сегодня востребованы больше всего за счет своей невысокой цены. На рынке можно приобрести модели, которые имитируют мебель. Изготавливают их в виде тумбочек или подставок из дерева, ламинированного ДСП или МДФ.  Спрятанные внутрь тумбочек инфракрасные кварцевые нагревательные элементы свое излучение передают через декоративные решетки. Их эффективность ничем не ниже стандартных конструкций, но по своим чисто декоративным показателям они превосходят. По сути, это стандартная мебель, только обладающая нагревательными способностями.

Заключение

Сегодня появилась уникальная возможность соорудить отопительную систему, не используя огромное количество материалов. Кварцевые радиаторы – это электрические приборы, для подключения которых необходима всего лишь розетка. Правильно рассчитав необходимое количество приборов, можно создать внутри дома комфортные условия проживания.

Кварцевая батарея отопления для квартиры и частного дома

Автор Евгений Апрелев На чтение 4 мин. Просмотров 2.4k.

Проблемы отопления жилища в межсезонье, наверное, знакомы каждому жителю нашей необъятной. Каждый обогревается, кто, чем может: в ход идут кондиционеры, работающие в режиме теплового насоса, тепловентиляторы, масляные калориферы и пр.

Недавно, на отечественном рынке появилась новинка – монолитный кварцевый обогреватель, который прекрасно подходит для обогрева небольших жилых, офисных и технических помещений в холодное время года. По заявлениям производителей, данный прибор обладает массой достоинств и практически не имеет недостатков. О том, так ли это на самом деле и пойдет речь в этой публикации.

[contents]

Конструктивные особенности и принцип работы

Кварцевая батарея отопления, внешне выглядит, как монолитная каменная плита, внутри которой расположена нихромовая нагревательная спираль. Она изготавливается из смеси кварцевого песка, мраморной крошки и каолина. Основным компонентом (как следует из названия) является именно кварцевый песок, отличающийся способностью аккумулировать тепловую энергию.

Монолитный (или плитный) кварцевый обогреватель производится в три этапа:

1. В форму укладывается нихромовая спираль.
2. Форма заливается приготовленным раствором (песок, мраморная крошка, белая глина как связующий элемент).
3. Раствор прессуется, сушится и отправляется в печь для спекания кварца. 

Получается монолитная плита, которая нагревается при подключении к бытовой электросети. Кварц обладает высокой теплоемкостью. Даже после отключения от питания, кварцевые электрические обогреватели способны до нескольких часов отдавать накопленное тепло в отапливаемое помещение.

Монтаж данных отопительных приборов, как правило, настенный. Кронштейны для крепления устройства к стене поставляются в комплекте. Дизайн плитных обогревателей «не блещет» разнообразием. На отечественном рынке, чаще всего можно встретить однотонные монолитные кварцевые батареи или приборы, с нанесенным рельефным изображением «каменной кладки».

Совет: данный тип отопительных приборов покрывается термостойкой краской. Сегодня, такая краска предлагается в ассортименте. Именно поэтому можно легко самостоятельно перекрасить плиту в выбранную цветовую гамму, которая максимально будет подходить к дизайну помещения.

Справедливости ради следует упомянуть о, хорошо известном нашим соотечественникам, типе электрических отопительных приборов – инфракрасных кварцевых обогревателях.

Данные устройства, достаточно давно пользуются высоким спросом среди нашего населения. Конструкция и принцип работы этой разновидности обогревателей заключается за счет накала вольфрамовой спирали, расположенной внутри кварцевой трубки. В отличие от монолитных моделей, которые нагревают воздух за счет контакта с нагретой поверхностью (конвекционный способ), в ИК устройствах нагревательный элемент не контактирует с окружающим воздухом: нагреваются предметы, попадающие в зону действия излучения в инфракрасном диапазоне.

Технические характеристики

Кварцевые обогреватели представлены большим ассортиментом продукции от различных производителей, технические характеристики практически всех монолитных моделей идентичны:

• Габаритные размеры: 600х350х25.
• Масса панели варьируется в пределах 10-12кг.
• Температура нагрева поверхности плиты 90°С.
• Потребляемая мощность – 0,5кВт.
• Время остывания панели) — 1°С за 2 мин. По заявлению производителей, отечественный кварцевый обогреватель «Теплэко», мощностью 0,4кВт, отдает тепло в помещение на протяжении 5 часов.

Важно! Как показала практика, один монолитный кварцевый обогреватель может эффективно обогреть жилище, с небольшим уровнем теплопотерь, площадью не более 9 м² (при высоте потолков 2,5 м).

Что касается ИК моделей, то они оснащаются несколькими нагревательными элементами и могут иметь мощность от 1 до 3кВт. Температура нагревателя варьируется от 600 до 800 °С.

Важно! Следует знать, что степень нагрева обратно пропорциональна длине волны ИК излучения. Другими словами: чем больше нагревается прибор, тем длина волны короче.

Преимущества и недостатки

Итак, на основании технических характеристик и опыта использования можно сделать следующие выводы о достоинствах кварцевых батарей для отопления жилых и хозяйственных помещений:

1. Закрытый нагревательный элемент в монолитной конструкции не поднимает температуру плиты, более 95°С. Это соответствует всем требованиям пожарной безопасности.
2. Такая конструкция не создает условий для «выжигания» кислорода из отапливаемого помещения.
3. Плита кварцевой батареи обладает высокой инерционностью, что дает возможность экономно расходовать электроэнергию.

Совет: Для использования прибора в автоматическом режиме, выбирайте кварцевые обогреватели, оснащенные термостатом.

По заявлению пользователей, основными достоинствами данных устройств являются: надежность, долговечность и нетребовательность к обслуживанию. Недостаток у данного устройства один, но существенный: плита разогревается до 95°С. Прикосновение к ее поверхности может привести к ожогам. Данная проблема решается монтажом устройства на достаточной высоте от пола.

И в качестве заключения. Кварцевые радиаторы можно успешно использовать, как дополнительный источник тепла в квартире или частном доме. На даче, в гараже и в небольших жилых помещениях данный прибор будет неплохой альтернативой масляным обогревателям, тепловентиляторам и электроконвекторам.

Совет: конструкция монолитных кварцевых электронагревателей не отличается большой сложностью и высокой технологичностью. Именно поэтому нет смысла приобретать импортные обогреватели, которые в разы дороже, чем отечественные модели. Специалисты рекомендуют кварцевые обогреватели теплэко, как надежные и экономичные устройства для обогрева небольших жилых и хозяйственных помещений.

Все за и против, принцип работы, характеристики

Прогресс не стоит на месте и не так давно новый вид отопительных приборов – кварцевые батареи отопления. Несмотря на новизну, они прочно заняли свое место на рынке и приобрели популярность.

Кварцевые радиаторы работают по принципу обычных электронагревателей, но имеют ряд отличительных черт. О них и пойдет речь в этой статье.

Принцип работы кварцевой батареи и строение

Батареи с кварцевым песком состоят из трех основных элементов:

• Декоративного покрытия;
• Корпуса;
• Наполнителя;
• Нагревательного элемента.

Их внешний вид и дизайн весьма разнообразен (см. фотогалерею), подобрать модель можно под любой интерьер. Размеры также варьируются в больших пределах.

Внутри корпуса расположен нагревательный элемент – спиральный нагреватель из нихрома (сплава никеля и хрома). Пространство между ним и оболочкой заполнено мелким песком из кварца.

Благодаря своим характеристикам, песок прогревается до рабочей температуры в течении 15-20 минут, в зависимости от размеров модели и мощности. Затем электрическая кварцевая батарея начинает работать в нормальном режиме. После отключения питания, она очень медленно остывает.

За счет того, что между частичками песка находится воздух, обеспечивается равномерный прогрев по всей площади нагревателя. За счет отсутствия каких-либо перьев и отсекателей воздуха, присущих обычным радиатором, обогрев производится в основном за счет инфракрасного излучения. Поэтому кварцевые обогреватели позволяют получить мягкое тепло и не пересушивают воздух.

Монтаж, эксплуатация, характеристики

Максимальная рабочая температура нагревательного элемента позволяет нагреть кварцевую электрическую батарею до температуры не более 95 градусов. Уровень потребления электроэнергии стандартной модели составляет 0,5 кВт. Этого достаточно, чтобы обогреть 10-20 кв. м. помещения (в зависимости от уровня утепления).

Монтаж обогревателя прост – он крепится на стену с помощью специальных кронштейнов, которые продаются в комплекте. Небольшой вес позволяет устанавливать его на деревянных, кирпичных и бетонных стенах, обшитых вагонкой и даже гипсокартоном перегородках.

Благодаря своим характеристикам кварцевые батареи идеально подходят для отопления для частного дома. В квартире с центральным отоплением их можно использовать в качестве дополнительного источника тепла.

Большинство моделей оборудованы встроенным регулятором температуры. Некоторые позволяют задать температуру нагрева самого обогревателя, более продвинутые — поддерживать заданную температуру в комнате.

Характеристики кварцевых электрообогревателей

Потребляемая мощность	0,4-0,5 кВт
Тепловая мощность	0,4-0,5 кВт
КПД	99%
Масса	10-15 кг
Средние размеры (ш/в/г)	60/35/2,5 см
Скорость нагрева	4 °С в минуту
Скорость остывания	1 °С каждые 1-2 минуты
Максимальная температура поверхности	98 °С
Срок службы	15-25 лет

14 плюсов и минусов радиаторов с кварцевым песком

Плюсы

• Низкая стоимость;
• Простота установки;
• Пожаробезопасность;
• Не пересушивает воздух;
• Долгий срок службы;
• Выбор температурного режима;
• Эстетичный дизайн.

Минусы

• Высокая температура рабочей поверхности;
• Электроэнергия дороже газа и твердого топлива;
• Боятся удара и деформации;
• При попадании воды поверхность трескается;
• Дополнительная нагрузка на электросети;
• Чувствительны к перепадам напряжения;
• При долгом использовании цвет стены за обогревателем меняется.

Дешевые варианты кварцевых батарей отопления

Отдельно стоит сказать о бюджетных вариантах радиаторов с кварцевым песком. Их можно распознать по внешнему виду – декоративное покрытие не отличается качеством, краска на тыльной стороне облущивается, рамка по периметру сделана с зазорами.

Такие кварцевые батареи отопления часто не доукомплектовываются – в них может не хватать штепселя для подключения в сеть, кронштейнов, подставки. Нихромовая нить со временем перегорает, из-за чего срок службы не более 5 лет. Возможны пробои электричества, могут стать причиной короткого замыкания.

Несмотря на то что это новая технология, кварцевые радиаторы набирают популярность. Их нельзя назвать экономными или энергосберегающими, но такие отопительные приборы имеют право на жизнь. Надеемся что публикация была вам полезной. Не забудьте поделиться ей со своими друзьями!

плюсы и минусы для дома

Батареи и радиаторы

Кварцевый обогреватель – новинка на рынке отопительной техники. Он обладает рядом эксплуатационных достоинств, что обусловило его востребованность среди потребителей.

1

Монолитная кварцевая плита – чтобы в жилище было тепло

Осенью и весной, когда централизованное отопление еще не включено либо уже отключено, температура в квартирах далека от идеала. Люди вынуждены искать дополнительные способы обогрева. В наши дни приобрести нагреватель, отвечающий любым запросам потребителей, несложно. При этом многие традиционные электроприборы не удовлетворяют потребности. Одни чересчур пересушивают воздух, другие потребляют много энергии, третьи не отличаются безопасностью и надежностью. Указанных проблем лишен кварцевый обогреватель – новейший прибор, обеспечивающий тепло в жилом помещении в любое время года. Посмотрим, что он собой представляет.

Кварцевый монолитный обогреватель

Кварцевый нагреватель (на языке профессионалов – МКТЭН) – это плита монолитного типа, сделанная из специального раствора. Основной составляющей последнего является кварц. Внутри такого устройства размещен хромоникелевый нагревательный элемент в форме спирали. От окружающего воздуха он полностью изолирован. Работает прибор от обычной электросети 220 В. Вы включаете МКТЭН, на спираль подается ток, ждете примерно 20–25 минут. За это время плита разогревается до проектной температуры (она равняется 95 °С) и начинает отдавать благодатное тепло в помещение.

Мощность рассматриваемого обогревателя небольшая – полкиловатта. Вес стандартного устройства – 10 кг, геометрические размеры – 61х34х2,5 см. Одной такой плиты вполне достаточно для качественного обогрева комнаты площадью 14–18 квадратов. Если помещение имеет большие размеры, необходимо устанавливать в нем не один МКТЭН, а несколько. Проблем с монтажом не возникает. Чаще всего плиты размещаются на стенах дома, квартиры. Для этих целей используются специальные кронштейны (они идут в комплекте с нагревателем).

Кварцевые радиаторы оснащаются приспособлениями, позволяющими настраивать температуру в жилище на требуемой отметке.

Терморегуляторы работают автоматически. Пользователю нужно всего лишь выставить желаемую температуру, а умное устройство само выберет режим функционирования батареи. Некоторые плиты не имеют встроенного терморегулятора. Желательно приобрести его дополнительно, чтобы снизить расходы на обогрев.

2

Достоинства и недостатки инновационных батарей

МКТЭН стали настоящим хитом последних лет. При этом потребитель должен знать, что кварцевый обогреватель имеет свои плюсы и минусы. Достоинства плит с песком внутри таковы:

• Экономичность обогрева и высокая теплоемкость. Устройство со стандартными габаритами нагревается до максимальной температуры, как было сказано, за 20–25 минут. После этого оно отключается от электросети и отдает тепло в течение полутора-двух часов. Остывание обогревателя очень медленное. За 120 секунд он теряет 1 градус. Это обусловлено особенностями кварцевого песка. Получается, что плита греет помещение 1–1,5 ч, не потребляя дорогостоящего электричества.
• Долговечность прибора. Спиралевидный элемент из никеля и хрома изолирован от поступления воздуха. За счет этого срок его службы исчисляется многими годами. Да и сами по себе кварцевые монолитные батареи очень прочные.
• Наличие терморегулятора. Это простое приспособление существенно снижает затраты электроэнергии и упрощает процесс эксплуатации батареи. Вам не придется следить за работой песочной нагревательной плиты. Выставляете необходимую температуру и наслаждаетесь теплом в своем жилище.
• Возможность эксплуатации прибора ежедневно в интенсивном режиме. Кварцевые плиты разрешается применять в течение всего отопительного сезона без отключения и проведения каких-либо обслуживающих работ.

Отметим, что при установке нескольких обогревателей нет необходимости в покупке регулирующего устройства для каждой батареи. Плиты подключаются последовательно к одному термомеханизму.

Кварцевый обогреватель может использоваться в самых разных жилых помещениях. МКТЭН идеальны в качестве резервного отопления для домов и квартир, в которых вы проживаете постоянно. В межсезонье песочные плиты будут буквально незаменимыми. Подходят устройства с песком внутри и для обогрева загородных дач, недвижимых объектов, посещаемых их владельцами время от времени. В этом случае нужно выставить небольшую температуру с помощью регулятора (+10–12 °С) и быть уверенным, что стены и потолки в жилье не отсыреют во время вашего отсутствия.

Кварцевый обогреватель позволяет экономить затраты на обогрев

Обогреватель нового поколения из кварцевого песка имеет лишь один серьезный недостаток. Его поверхность нагревается до 95 градусов. Прикосновение к плите с такой температурой чревато сильными ожогами. Поэтому, если в доме есть маленькие дети, батареи следует монтировать повыше от пола. Других минусов монолитных кварцевых радиаторов пока что найти не удалось.

3

Инфракрасные устройства – как они работают?

Отдельной разновидностью приборов с кварцевым песком считаются инфракрасные обогреватели. Они располагают трубками, излучающими тепло. Их делают из кварцевого стекла. Внутрь трубок помещают нагревающую нить из вольфрама. Именно она отвечает за обогрев помещения. Особенность таких инфракрасных устройств состоит в том, что из трубок откачивают воздух и получают абсолютно герметичную емкость для вольфрамовой нитки. За счет этого кварцевый обогреватель не сжигает воздух.

Занимает мало места в интерьере

Инфракрасные нагреватели имеют существенный недостаток. Трубка в процессе использования нагревается до высокой температуры (порядка 700°). Это, во-первых, опасно для окружающих, во-вторых, на стекло попадают частички пыли, имеющиеся в любом жилом помещении. Они мгновенно сгорают на кварцевом стекле и выделяют в воздух малоприятный запах. Инфракрасные кварцевые приборы нельзя монтировать на стены. Их необходимо устанавливать под потолком. Тогда тепло станет распространяться по всей комнате, а не локально скапливаться возле обогревателя.

Если же вы хотите поставить устройство на пол, придется позаботиться о том, чтобы оно вращалось вокруг своей оси. В противном случае качественно нагреть все помещение не получится. Отдельно отметим, что на инфракрасные нагреватели с трубками надзорные органы не выдают гигиенических сертификатов. По сути, такие приборы человек приобретает и использует на свой страх и риск. Трубки устройства подвержены разрушению при перепадах температуры и при воздействию на них влаги. Реальный срок службы таких обогревателей не превышает 1,5–2 лет. Если трубка треснет, стоимость ее замены будет сопоставима с ценой нового нагревателя.

Обогреватель кварцевый

Еще один подвид кварцевых отопительных приспособлений – устройства с излучающей тепло пластиной. В подобных приборах функцию нагревательного элемента выполняет трубчатое изделие (ТЭН). Его помещают в анодированный алюминиевый профиль. Трубчатый элемент характеризуется мягким тепловым излучением, он не нагревается докрасна, поэтому не сжигает кислород. Пластинчатые кварцевые устройства также нужно крепить под потолком, а не на стеновых поверхностях.

4

Выбор пластинчатого нагревателя – как купить качественный прибор?

Кварцевый обогреватель монолитного типа выбрать несложно. Сама технология его изготовления практически полностью исключает вероятность выпуска изделий с дефектами. А вот нагреватели с пластинами следует приобретать только после тщательного осмотра. Выбирайте такие приборы с учетом следующих рекомендаций:

1. 1. Нагреватели с ТЭНами из металла нельзя применять в загородных коттеджах и на дачах, где вы бываете редко, в гаражах, частных бассейнах, на балконах, так как перепады влаги и температуры быстро выведут их из строя. Покупайте приборы с нагревательными элементами, изготовленными из нержавеющей стали. Они будут служить вам несколько десятилетий в любых условиях.
2. 2. На поверхности пластины обогревателя не должно быть разводов, крупных царапин, непонятных пятен. Желательно приобретать инфракрасные нагреватели с анодированным слоем не меньше 25 мкм. Такие обогреватели эксплуатируются без поломок на протяжении 20–25 лет. Более дешевые варианты с толщиной анодного покрытия не более 15 мкм служат максимум 3 года.
3. 3. На внутренней стороне корпуса прибора не допускается наличия следов ржавления.

В конструкции обогревателей с пластинами имеются две важные детали – изолятор и слой фольги, который отбивает тепло в помещение. На их техническое состояние следует обращать повышенное внимание. Изолятор необходим для исключения вероятности перегрева кварцевого устройства. Здесь нужно запомнить следующее. Если вам предлагают приборы с изоляторами, изготовленными из стекловаты либо асбеста, лучше отказаться от них. Указанные материалы при нагреве негативно воздействуют на самочувствие человека. Обогреватели с изоляторами других типов можете покупать без опаски. Впрочем, лучше сначала попросить у продавца сертификат на этот элемент и на все устройство.

Отражающая фольга должна быть по толщине 120–130 микрон. В этом случае гарантируется экономичное и эффективное использование нагревателя. Если фольга имеет меньшую толщину, вы станете обогревать не комнату, а потолок. Замерять отражающий слой не нужно. Просто слегка прижмите фольгу кончиком обыкновенной шариковой ручки. Слой толщиной 120 и более микрон будет пружинить. А некачественная фольга просто-напросто сомнется под давлением.

Надеемся, что наши рекомендации помогут вам грамотно выбрать песочный нагреватель. Пусть в вашем доме всегда будет тепло и уютно!

какие бывают, песочные, кварцевые, алюминиевые, гелевые батареи

Радиаторы, или батареи – элементы системы отопления, которые излучают тепло в пространство комнаты. Строительный рынок предлагает большой ассортимент моделей и конструкций отопительных батарей из различных материалов.

Какие бывают виды радиаторов отопления для частного дома

Большинство загородных жилищ обустроено автономной системой отопления.

Это позволяет регулировать температуру внутри помещения и расходы на обогрев частного дома, а также использовать терморегулирующие устройства.

Преимущества автономной системы перед централизованным отоплением:

• Контроль расхода теплоносителя и экономия денежных трат.
• Использование нескольких отопительных котлов в одной системе, работающих на различных видах топлива, позволяет организовать отопление без перебоев.
• Возможность использования в качестве теплоносителя жидкости с требуемыми свойствами: антикоррозионной, незамерзающей.

Недостатки:

• Необходимость самостоятельно контролировать уровень безопасности и возможные поломки приборов отопления. Ответственность за работу системы.
• Необходимость выделить площадь для размещения котельной, котла, коллектора.
• Самостоятельный монтаж системы отопления, выбор котлов и другого теплового оборудования, что требует некоторых знаний из области строительства и теплоэнергетики.

В ходе проектирования системы встают вопросы о выборе вида энергоносителя, теплоносителя, котла и радиаторов.

Чугунные

Традиционные батареи отопления стран СНГ. Их отливают из чугуна. Отличаются высокой теплоёмкостью, длительной отдачей тепла. При этом они имеют значительный вес и довольно большой срок эксплуатации: свыше 50 лет.

Фото 1. Классическая чугунная батарея с хорошей теплоемкостью, имеет большой срок эксплуатации, устойчива к перепадам давления.

Преимущества:

• Высокая прочность, долговечность.
• Устойчивость к перепадам давления, гидроударам. Именно благодаря этому чугунные батареи устанавливают в многоэтажных домах с общей системой отопления от котельной.

Справка! Рабочее давление чугунных радиаторов небольшое, до 10 атм.

• Стойкость к завоздушиванию, щелочной жёсткой воде, выше, чем у других отопительных батарей из стали, алюминия.
• Сравнительно доступная цена.

Недостатки:

• Значительный вес и физическая сложность транспортировки, разгрузки, установки, нагрузка на фундамент — вес сегмента составляет от 5 до 7 кг. В одном радиаторе может быть от 4 до 10 секций.
• Инертность – медленный разогрев при запуске отопления. Это делает невозможной терморегулировку – сокращение отопления днём, когда хозяев нет дома, и увеличение обогрева вечером.
• Самый большой объём теплоносителя: 10 л на секцию.

Стальные

Традиционные отопительные устройства Европы. В отличие от чугунных, имеют небольшой вес и среднюю тепловую инерцию, что обеспечивает несложный монтаж и позволяет использовать в системах терморегулировки.

В стальных батареях меньше объём внутренней полости, а значит, меньшее количество жидкости в системе отопления. Рабочее давление немного выше, чем у чугуна: до 15 атм.

Преимущества:

• Небольшой вес.
• Несложная форма ёмкости, отсутствие углов и как следствие – сниженная травмоопасность, простота ухода и мытья.

Недостатки:

• Довольно небольшой срок службы – 25 лет.
• Относительно низкая теплоотдача.
• Возможность коррозии.
• Недостаточно хорошая стойкость к гидроударам. Поэтому стальные радиаторы не рекомендуют устанавливать в многоэтажных домах, но ставят в частном секторе.

Поскольку сталь корродирует особенно сильно изнутри, в местах постоянного контакта с жидкостью, такие радиаторы требуют контроля качества теплоносителя. Поэтому их устанавливают в закрытых системах отопления индивидуальных жилых домов с закрытым расширительным бачком.

Алюминиевые

Отличаются небольшим весом, малой инертностью и высокой теплоотдачей.

Они быстро и качественно отдают тепло, в связи с чем идеально годятся для терморегуляции и экономии расходов на отопление. Благодаря небольшому весу (1–1,5 кг на каждую секцию) легки в монтаже.

Однако подвержены коррозии с образованием газа. Поэтому при установке алюминиевых батарей необходимо обязательно ставить автоматические клапаны для сброса газов и предупреждения воздушных пробок. В противном случае срок службы алюминиевых радиаторов будет заметно меньше заявленного по паспорту (25 лет) из-за образовавшихся протечек.

Достоинства алюминиевых радиаторов:

• Высокая теплоотдача: в 3 раза больше, чем у чугуна и стали. Цифры для сравнения – теплоотдача алюминиевых батарей составляет 230 Вт, в то время как у чугунных этот показатель равен 50 Вт, а у стальных – 65 Вт.
• Небольшой вес.
• Низкая тепловая инертность, возможность терморегулировки и экономии.
• Плоская форма без выступающих рёбер и углов.

Недостатки:

• Коррозия с образованием газов внутри системы отопления.
• Чувствительность к давлению и качеству воды. Учитывая этот минус, в частном доме алюминиевые батареи ставят в закрытую систему, заливают внутрь очищенную воду и контролируют её напор. Поддерживают рабочее давление до 20 атм.

Вам также будет интересно:

Биметаллические

Батареи, выполненные из двух видов металлов. С наружной стороны – алюминий, который обеспечивает высокую теплоотдачу и эффективность обогрева. Внутри – сталь, более устойчивая к коррозии, благодаря ей не образуется газа и воздушных пробок. Алюминиевая поверхность обеспечивает высокое теплоизлучение и эффективность работы системы обогрева.

Фото 2. Биметаллический радиатор, выполненный из стали и алюминия, обладает высоким теплоизлучением и устойчив к коррозии.

Биметаллические радиаторы отличаются самым малым внутренним объёмом, в один сегмент вмещается не больше 0,18 л воды, и наименьшим весом (от 1,5 до 2 кг – секция). Срок их службы – до 25 лет.

Преимущества биметаллических батарей:

• Высокая теплоотдача – 185 Вт от секции или 380 Вт/м К.
• Используется любой теплоноситель.
• Плоская несложная форма.
• Самое высокое рабочее давление среди других видов отопительных батарей: до 35 атм + нечувствительность к его скачкам.

Недостатки биметаллических радиаторов относятся к так называемым неполнобиметаллическим конструкциям. В них из стали выполнена только часть сердечника, что позволяет разрешить вопрос со скачками давления, но не с проблемой коррозии. По «неполной» технологии изготовлена большая часть китайских систем на наших рынках.

Конструкция радиаторов

Все виды отопительных батарей отличаются по типу конструкции.

Трубчатые секционные

Трубчатые батареи состоят из отдельных полостей в форме труб.

Фото 3. Трубчатый секционный радиатор с вертикальными цилиндрическими секциями гармонично смотрится в интерьере дома.

Существует три основных варианта:

1. Гармошка – это аналог традиционных чугунных радиаторов. Их внешний вид напоминает чугунные батареи, но отличается скруглёнными рёбрами жёсткости.
2. Вертикальные трубы – цилиндрические секции, расположенные вертикально.
3. Горизонтальные трубы – цилиндрические сегменты, расположенные горизонтально.

Трубы в радиаторах расположены секциями, отсюда ещё одно название – «секционные». Мощность такой батареи определяется количеством труб-секций.

Панельные

Представляют собой конструкцию из двух пластин (панелей), сваренных по периметру. При этом плоскость панелей имеет небольшие углубления – рёбра. Под ними внутри полости проходят трубки, по которым движется подогретый теплоноситель. Таким образом, панельный радиатор имеет внутри трубчатый сердечник и плоскую безопасную эстетичную поверхность.

Площадь обогреваемого помещения определяет размеры пластин.

Конвекторные

В конструкцию таких приборов отопления встроены вентилирующие устройства, которые ускоряют движение тёплого воздуха. Это увеличивает эффективность работы системы отопления.

Конвекторы имеют недостатки:

• Используют для работы дополнительную энергию – как правило, электричество.
• Поднимают в воздух взвесь пыли, которая обычно оседает на различных поверхностях.

В зависимости от вида теплоносителя и способа получения тепла, конвекторы делят на электрические, газовые и водяные. Наибольшую популярность обрели электроконвекторы, которые имеют вид плоской панели и щели для выдувания тёплого воздуха.

Кварцевые песочные батареи

Изготавливаются из материала, основной элемент которого – кварцевый песок. Главная характеристика радиатора – тепловая инертность, способность аккумулировать и длительно удерживать тепло, излучать его в окружающее пространство.

Внимание! Нагрев основы происходит за счёт выделения тепла в металлическом никель-хромовом нагревателе. Температуру можно варьировать с помощью поступающего на устройство электрического тока.

Преимущества кварцевых батарей:

• Не имеют жидкого теплоносителя, поэтому не требуют его слива при установке в домах периодического проживания.
• Быстро разогреваются, набирают максимальную температуру + 95 °C за 20 мин работы.
• Оптимально расходуют электричество по сравнению с другими электроотопительными приборами. Для площади в 20 кв. м тратится около 0,5 кВт/час.

• Дают возможность терморегулирования и разных температур нагрева.
• Имеют эстетичный дизайн.
• Могут использоваться как основные радиаторы и как дополнительный обогрев.
• Безопасны в эксплуатации, просты в монтаже, нетребовательны в уходе.

Недостаток такой батареи – хрупкость. Даже при несильных ударах образуются трещины.

Различают два типа кварцевых радиаторов:

• Монолитные – сплошная пластина толщиной около 2,5 см, нагреватель вмонтирован непосредственно в материал кварцевой панели.
• Ламповые – представляют один из видов инфракрасных ламп с кварцевым нагревателем, который расположен внутри колбы с кварцевым песком. Колба защищена от ударов металлическим «кожухом», лицевая стенка которого сделана в виде решётки для прохода тепла.

Кварцевые обогреватели – простое решение вопроса отопления. Для подключения они требуют только наличия электрической розетки.

Солнечные гелевые

Один из новых способов обогрева дома с использованием энергии солнечного излучения. Для аккумулирования тепла на крыше строения устанавливают панели, в которых солнечная энергия преобразовывается в электрическую.

Внимание! Во многих аккумуляторах электролит находится в сгущённой до состояния геля форме. Такие накопители получили называние «гелевые». Их часто используют в солнечных системах отопления, поэтому такие панели также стали называть «гелевыми» батареями.

Далее она поступает в контур электроотопления дома. Для постоянной подачи тепла в систему необходим аккумулятор. Преимущества:

• Если не считать стоимость обустройства системы отопления, её функционирование малозатратно.
• Не требует расхода газа, угля, дров.
• Не нужно подключать к общей системе электроснабжения, газопроводу. Позволяет отапливать дом полностью автономно.

Недостатки:

• Дорого в обустройстве и периодической смене аккумуляторов. По величине затрат сравнимо с газовым отоплением.
• Необходимость утилизации использованных аккумуляторов.

Полезное видео

Из видео можно узнать некоторые рекомендации, как выбрать из большого разнообразия подходящий отопительный радиатор.

Возможности выбора

Ассортимент радиаторов для частного дома велик. На выбор влияют особенности системы отопления и размеры внутренних помещений, предпочтения хозяев, любовь к старым проверенным методам или интерес к новизне. Кроме того, влияют размеры денежных трат, которые вы готовы понести для обустройства автономного отопления вашего дома.

принцип работы и особенности кварцевого часового механизма

Кварцевые часы в настоящее время приобретают все большее распространение. Благодаря достаточно низкой цене, точности, их часто покупают как для взрослых, так и для детей. Несмотря на их популярность, многие люди не могут точно ответить на самые простые вопросы об устройстве кварцевых часов и не знают, кварцевые часы работают на батарейках или нет. Ниже рассмотрены основные моменты, связанные с часто задаваемыми вопросами.

Что такое кварцевые часы?

Кварцевые часы значит, что механизм работает не от механической силы, а от электрических импульсов (батареи). Часто часы на батарейках называются электронными. Принцип работы кварцевого часового механизма основывается на взаимодействии батарейки с электронным блоком. Сам блок содержит кристаллы кварца, поэтому хронометры и получили свое название.

Своевременная замена батарейки в кварцевых часах – обязательное условие для их работы

Кварцевые часы показывают время точнее механических. Часто они снабжаются дополнительными функциями. Имеют доступную стоимость. Эти достоинства делают их популярнее механических. Производители снабжают их как стрелочным, так и электронным выводом времени. По внешнему виду порой невозможно понять, что они на самом деле не механические.

Спортивные мужские часы на металлическом браслете, OKAMI (цена по ссылке)

Как поменять батарейку в часах?

Кварцевые наручные часы работают на батарейках, поэтому их владельцу придется время от времени менять батарейку, чтобы обеспечить точную работу хронометров. Это требуется делать примерно 1 раз в год. Можно отдать механизм часовщику, который за мгновение справится с задачей, или поменять элемент самостоятельно.

Как это сделать:

1. В первую очередь придется открыть кварцевые часы, чтобы поменять батарейку. Такое действие следует производить на ровной чистой поверхности, чтобы не поцарапать стекло устройства во время работы.
2. Если крышка часов крепится к корпусу винтами, их следует открутить. Часто делают защелкивающуюся крышку. Тогда часы внимательно осматриваются, и в место видимого зазора вставляется острие ножа. При помощи него открываем крышку. Чтобы часы не двигались во время работы, их можно закрепить в тисках за ушки от браслета.
3. Далее снимаем специальную прокладку. Запомните, как она стояла, чтобы затем ее без проблем можно было вернуть на свое место.
4. Батарейка крепится при помощи двух планок. Одна из них – подвижная, она также прикручена винтом, чтобы батарейка не выпадала. Винтик необходимо немного открутить. Нельзя полностью выворачивать винт, достаточно сделать одно движения по часовой стрелке при помощи отвертки.
5. Когда он будет ослаблен, батарею можно аккуратно извлечь при помощи пинцета (она маленькая).
6. Затем также при помощи пинцета вставляем батарейку, крепим планку с винтом, устанавливаем прокладку и возвращаем крышку на место.

Важно! Если пинцет металлический, его лапки следует обмотать изолирующей лентой перед работой.

Рекомендуется не менять батарейку самостоятельно без особой надобности, лучше воспользоваться услугами профессионалов.

Случается, что часы отстают с новой батарейкой или не идут после замены. В этом случае необходимо почистить то место в часах, где батарейка прикасается к особому элементу. Часто на нем скапливается грязь, контакт ослабевает, и работа становится невозможной. Лучше это делать сразу во время замены батарейки, чтобы не пришлось разбирать часы еще раз.

Как заменить батарею на кварцевых часах самостоятельно?

Работа по улучшению кварцевых часов

Многие люди интересуются тем утверждением, что существуют кварцевые часы без батарейки. Они имеют в виду модели часов, которые сочетают в себе работу механических и электронных часов. Принято считать, что кварцевые часы должны иметь дисплей, на котором указывается время. В гибридных видах время – стрелочное. Кроме того, сейчас выпускаются такие модели, которые показывают время и стрелочным, и электронным способом в зависимости от желания владельца. Однако работают они все равно при помощи батареи.

Создана модель кварцевых часов с аккумулятором. Он заряжается от движения руки владельца. Но такие часы не будут ходить, если их не носить на руке.

В конце прошлого века Seiko выпустила новую модель часов. Они умеют «спать». Когда часы не находятся на руке, их стрелки не двигаются, работает лишь внутренняя схема. Тем самым энергия экономится. Как только часы окажутся на руке хозяина, стрелки оживут и укажут существующее время. Есть модели часов, которые способны «спать» более 100 дней. В гибридных видах время – стрелочное, как на детской модели на фото.

Часы детские, SL (цена по ссылке)

Мастера часового дела постоянно совершенствуют механизм кварцевых часов. Сегодня некоторые модели способны заменить персональный компьютер. В последний раз была представлена модель часов, работающих от тепла человека. Их не нужно заряжать или менять батарейку. Но без тепла, исходящего от руки, они встанут. Таким образом, всем кварцевым часам необходим источник питания. Вопрос лишь в том, каким образом он сохраняет и расходует свою энергию и откуда ее берет.

Как мы доберемся до следующего большого прорыва в области аккумуляторных батарей — Quartz

Вы читаете эксклюзивную статью Quartz, доступную всем читателям в течение ограниченного времени. Чтобы разблокировать доступ ко всем Quartz, станьте участником.

Электрические самолеты могут быть будущим авиации. Теоретически они будут намного тише, дешевле и чище, чем те самолеты, которые есть у нас сегодня. Электрические самолеты с дальностью полета 1000 км (620 миль) на одной зарядке могут использоваться сегодня для половины всех рейсов коммерческих самолетов, сокращая глобальные выбросы углерода в авиации примерно на 15%.

То же самое и с электромобилями. Электромобиль — это не просто более чистая версия своего кузена, извергающего загрязнение. По сути, это лучший автомобиль: его электродвигатель мало шумит и молниеносно реагирует на решения водителя. Зарядка электромобиля обходится намного дешевле, чем оплата эквивалентного количества бензина. Электромобили могут быть построены с небольшим количеством движущихся частей, что удешевляет их обслуживание.

Так почему же электромобили уже не повсюду? Это связано с тем, что батареи дороги, поэтому первоначальная стоимость электромобиля намного выше, чем стоимость аналогичной модели с бензиновым двигателем.И если вы не водите много, экономия на бензине не всегда компенсирует более высокие первоначальные затраты. Короче говоря, электромобили по-прежнему не экономичны.

Точно так же современные батареи не обладают достаточной энергией по весу или объему для питания пассажирских самолетов. Нам все еще нужны фундаментальные прорывы в аккумуляторных технологиях, прежде чем это станет реальностью.

Портативные устройства с батарейным питанием изменили нашу жизнь. Но есть еще много вещей, которые могут вывести из строя батареи, если бы только более безопасные, более мощные и энергоемкие батареи могли быть сделаны дешево.Никакой закон физики не исключает их существования.

И все же, несмотря на более чем два века тщательного изучения с момента изобретения первой батареи в 1799 году, ученые до сих пор не до конца понимают многие основы того, что именно происходит внутри этих устройств. Что мы действительно знаем, так это то, что, по сути, есть три проблемы, которые необходимо решить, чтобы батареи снова действительно изменили нашу жизнь: мощность, энергия и безопасность.

Не существует универсальной литий-ионной батареи

Каждая батарея имеет два электрода: катод и анод.Большинство анодов литий-ионных батарей изготовлено из графита, но катоды изготавливаются из различных материалов, в зависимости от того, для чего будет использоваться батарея. Ниже вы можете увидеть, как различные материалы катода меняют работу типов батарей по шести параметрам.

Проблема питания

В просторечии люди используют термины «энергия» и «мощность» как синонимы, но при разговоре об аккумуляторах важно различать их. Мощность — это скорость, с которой может высвобождаться энергия.

Батарея, достаточно мощная для запуска и удержания в воздухе коммерческого реактивного самолета на расстояние 1000 км, требует большого количества энергии, чтобы высвободиться за очень короткое время, особенно во время взлета. Так что дело не только в накоплении большого количества энергии, но и в способности очень быстро извлекать эту энергию.

Решение проблемы энергоснабжения требует от нас заглянуть в черный ящик коммерческих аккумуляторов. Будет немного занудно, но терпи меня. Новые аккумуляторные технологии часто преувеличиваются, потому что большинство людей не уделяют должного внимания деталям.

Самая современная химия аккумуляторов, которая у нас есть, — это литий-ионные. Большинство экспертов сходятся во мнении, что никакая другая химия не сможет подорвать ионно-литиевый сплав еще по крайней мере еще десять или более лет. Литий-ионный аккумулятор имеет два электрода (катод и анод) с сепаратором (материал, который проводит ионы, но не электроны, предназначен для предотвращения короткого замыкания) в середине и электролит (обычно жидкий) для обеспечения обратного потока ионов лития и вперед между электродами. Когда батарея заряжается, ионы перемещаются от катода к аноду; когда батарея питает что-то, ионы движутся в противоположном направлении.

Представьте себе две буханки нарезанного хлеба. Каждая буханка — это электрод: левый — катод, а правый — анод. Предположим, что катод состоит из пластин никеля, марганца и кобальта (NMC) — одного из лучших в своем классе — и что анод состоит из графита, который по сути представляет собой слоистые листы или пластинки атомов углерода. .

В разряженном состоянии, то есть после того, как энергия была истощена, в буханке NMC между каждым ломтиком находятся ионы лития. Когда батарея заряжается, каждый ион лития извлекается из промежутков между пластинами и вынужден проходить через жидкий электролит.Сепаратор действует как контрольно-пропускной пункт, гарантирующий, что только ионы лития проходят через графитовую буханку. При полной зарядке в катодной буханке батареи не останется ионов лития; все они будут аккуратно зажаты между ломтиками графитового хлеба. По мере того, как энергия батареи расходуется, ионы лития возвращаются к катоду, пока на аноде не останется ни одного. Вот тогда и нужно снова зарядить аккумулятор.

Емкость аккумулятора в основном определяется скоростью этого процесса.Но не так-то просто увеличить скорость. Слишком быстрое извлечение ионов лития из катодной буханки может привести к появлению дефектов на ломтиках и, в конечном итоге, к их разрушению. Это одна из причин, почему чем дольше мы пользуемся смартфоном, ноутбуком или электромобилем, тем хуже время автономной работы. Каждая зарядка и разрядка заставляют буханку немного ослабевать.

Над решением проблемы работают разные компании. Одна из идей — заменить слоистые электроды чем-то более прочным.Например, швейцарская компания по производству аккумуляторов Leclanché со 100-летней историей работает над технологией, в которой используется фосфат лития-железа (LFP), который имеет структуру «оливина» в качестве катода, и оксид титаната лития (LTO), который имеет Структура «шпинель», как анод. Эти структуры лучше справляются с потоком ионов лития в материал и из него.

Leclanché в настоящее время использует свои аккумуляторные элементы в автономных складских вилочных погрузчиках, которые можно полностью зарядить за девять минут. Для сравнения: лучший нагнетатель Tesla может зарядить автомобильный аккумулятор Tesla примерно до 50% за 10 минут.Leclanché также внедряет свои батареи в Великобритании для быстрой зарядки электромобилей. Эти батареи находятся на зарядной станции, медленно потребляя небольшое количество энергии в течение длительного периода времени из сети, пока они не будут полностью заряжены. Затем, когда автомобиль стыкуется, аккумуляторы док-станции быстро заряжают аккумулятор автомобиля. Когда машина уезжает, аккумулятор станции снова начинает заряжаться.

Такие попытки, как шоу Лекланше, можно изменить с химическим составом батарей, чтобы увеличить их мощность. Тем не менее, никто еще не построил батарею, достаточно мощную, чтобы быстро доставить энергию, необходимую коммерческому самолету для преодоления гравитации.Стартапы стремятся строить самолеты меньшего размера (вмещающие до 12 человек), которые могли бы летать на относительно менее энергоемких батареях, или электрические гибридные самолеты, где реактивное топливо выполняет тяжелую работу, а батареи — инерцию.

Но на самом деле в этой сфере нет ни одной компании, которая могла бы даже приблизиться к коммерциализации. Кроме того, технический скачок, необходимый для полностью электрического коммерческого самолета, вероятно, займет десятилетия, — говорит Венкат Вишванатан, эксперт по аккумуляторным батареям из Университета Карнеги-Меллона.

Reuters / Alister Doyle

Двухместный электрический самолет, сделанный словенской фирмой Pipistrel, стоит у ангара в аэропорту Осло, Норвегия.

Энергетическая проблема

Tesla Model 3, самая доступная модель компании, стоит от 35 000 долларов. Он работает от батареи на 50 кВтч, что стоит примерно 8750 долларов, или 25% от общей стоимости автомобиля.

Это все еще удивительно доступно по сравнению с тем, что было не так давно. По данным Bloomberg New Energy Finance, средняя мировая стоимость литий-ионных аккумуляторов в 2018 году составляла около 175 долларов за киловатт-час, что ниже почти 1200 долларов за киловатт-час в 2010 году.

Министерство энергетики США подсчитало, что как только стоимость аккумуляторных батарей упадет ниже 125 долларов за кВтч, владение и эксплуатация электромобиля будет дешевле, чем газовый автомобиль в большинстве частей мира. Это не означает, что электромобили победят автомобили с бензиновым двигателем во всех нишах и сферах — например, для грузовиков дальнего следования еще нет электрического решения. Но это переломный момент, когда люди начнут отдавать предпочтение электромобилям просто потому, что в большинстве случаев они будут иметь более экономичный смысл.

Один из способов добиться этого — увеличить удельную энергию батарей — втиснуть больше кВтч в батарейный блок, не снижая его цены. Теоретически это может сделать специалист по производству аккумуляторов, увеличив удельную энергию катода или анода, либо того и другого.

Катод с наибольшей энергоемкостью на пути к коммерческой доступности — это NMC 811 (каждая цифра в номере представляет собой соотношение никеля, марганца и кобальта, соответственно, в смеси). Это еще не идеально. Самая большая проблема заключается в том, что он может выдержать только относительно небольшое количество жизненных циклов заряда-разряда, прежде чем он перестанет работать.Но эксперты прогнозируют, что отраслевые исследования и разработки должны решить проблемы NMC 811 в течение следующих пяти лет. Когда это произойдет, батареи, использующие NMC 811, будут иметь более высокую плотность энергии на 10% или более.

Однако увеличение на 10% — это не так уж и много в общей картине.
И хотя серия инноваций за последние несколько десятилетий подтолкнула энергетическую плотность катодов еще выше, аноды — это то, где открываются самые большие возможности в области плотности энергии.

Графит был и остается доминирующим анодным материалом.Он дешевый, надежный и относительно энергоемкий, особенно по сравнению с современными катодными материалами. Но он довольно слаб, если сравнивать его с другими потенциальными анодными материалами, такими как кремний и литий.

Кремний, например, теоретически намного лучше поглощает ионы лития в виде графита. Вот почему ряд производителей аккумуляторов пытаются добавить кремний вместе с графитом в свои конструкции анодов; Генеральный директор Tesla Илон Маск сказал, что его компания уже делает это в своих литий-ионных батареях.

Большим шагом была бы разработка коммерчески жизнеспособного анода, полностью сделанного из кремния. Но у этого элемента есть черты, которые затрудняют это. Когда графит поглощает ионы лития, его объем не сильно меняется. Однако кремниевый анод по тому же сценарию набухает в четыре раза по сравнению с исходным объемом.

К сожалению, вы не можете просто увеличить корпус, чтобы компенсировать это набухание, потому что расширение разрушает то, что называется «межфазной границей твердого электролита» или SEI, кремниевого анода.

SEI можно рассматривать как своего рода защитный слой, который анод создает для себя, подобно тому, как железо образует ржавчину, также известную как оксид железа, чтобы защитить себя от элементов: когда вы оставляете кусок недавно кованое железо снаружи, оно медленно вступает в реакцию с кислородом воздуха, образуя ржавчину. Под слоем ржавчины остальная часть железа не постигает та же участь и, таким образом, сохраняет структурную целостность.

В конце первого заряда батареи электрод образует собственный слой «ржавчины» — SEI, отделяющий неэродированную часть электрода от электролита.SEI предотвращает потребление электрода дополнительными химическими реакциями, гарантируя, что ионы лития могут течь как можно более плавно.

Но с кремниевым анодом SEI ломается каждый раз, когда батарея используется для питания чего-либо, и восстанавливается каждый раз, когда батарея заряжается. И во время каждого цикла зарядки расходуется немного кремния. В конце концов, кремний рассеивается до такой степени, что батарея перестает работать.

За последнее десятилетие несколько стартапов Кремниевой долины работали над решением этой проблемы.Например, подход Sila Nano состоит в том, чтобы заключить атомы кремния в наноразмерную оболочку с большим количеством пустого места внутри. Таким образом, SEI формируется снаружи оболочки, и расширение атомов кремния происходит внутри нее, не разрушая SEI после каждого цикла заряда-разряда. Компания, оцениваемая в 350 миллионов долларов, заявляет, что ее технология будет использоваться в устройствах уже в 2020 году.

Enovix, с другой стороны, применяет особую технологию производства, чтобы подвергнуть 100% кремний анод огромному физическому давлению, заставляя его поглощать меньше ион лития и, таким образом, ограничивает расширение анода и предотвращает разрушение SEI. У компании есть инвестиции от Intel и Qualcomm, и она также ожидает, что к 2020 году ее батареи будут в устройствах.

Эти компромиссы означают, что кремниевый анод не может достичь своей теоретической высокой плотности энергии. Однако обе компании заявляют, что их аноды работают лучше, чем графитовые. Третьи стороны в настоящее время тестируют аккумуляторы обеих фирм.

Tesla

В 2020 году новый Tesla Roadster должен стать первым электромобилем, который может проехать 1000 км (620 миль) на одной зарядке.

Проблема безопасности

Все молекулярные переделки, направленные на накопление большего количества энергии в батареях, могут происходить за счет безопасности. С момента своего изобретения литий-ионный аккумулятор вызывает головные боли из-за того, как часто он воспламеняется. Например, в 1990-х годах канадская компания Moli Energy выпустила на рынок литий-металлический аккумулятор для использования в телефонах. Но в реальном мире его батареи начали воспламеняться, и Moli был вынужден отозвать свой заказ и, в конечном итоге, объявить о банкротстве. (Некоторые из его активов были куплены тайваньской компанией, и она до сих пор продает литий-ионные батареи под торговой маркой E-One Moli Energy.) Совсем недавно смартфоны Samsung Galaxy Note 7, которые были сделаны на современных литий-ионных батареях, начали взрываться в карманах людей. В результате отзыв продукции в 2016 году обошелся южнокорейскому гиганту в 5,3 миллиарда долларов.

Современные литий-ионные батареи по-прежнему сопряжены с риском, поскольку в качестве электролита они почти всегда используют легковоспламеняющиеся жидкости. Одна из прискорбных (для нас, людей) причуд природы заключается в том, что жидкости, способные легко переносить ионы, также имеют более низкий порог воспламенения.Одно из решений — использовать твердые электролиты. Но это означает другие компромиссы. Конструкция батареи может легко включать жидкий электролит, который контактирует с каждым битом электродов, что позволяет эффективно переносить ионы. С твердыми телами намного сложнее. Представьте, что вы бросаете пару кубиков в чашку с водой. А теперь представьте, что те же самые кости бросают в чашку с песком. Очевидно, что вода будет касаться гораздо большей площади поверхности игральных костей, чем песок.

До сих пор коммерческое использование литий-ионных батарей с твердыми электролитами ограничивалось приложениями с низким энергопотреблением, такими как датчики, подключенные к Интернету.Усилия по расширению масштабов твердотельных батарей, то есть не содержащих жидкий электролит, можно в общих чертах разделить на две категории: твердые полимеры при высоких температурах и керамика при комнатной температуре.

Твердые полимеры при высоких температурах

Полимеры представляют собой длинные цепочки молекул, связанных вместе. Они очень распространены в повседневном использовании — например, одноразовые полиэтиленовые пакеты делают из полимеров. Когда некоторые типы полимеров нагреваются, они ведут себя как жидкости, но без воспламеняемости жидких электролитов, используемых в большинстве батарей.Другими словами, они обладают высокой ионной проводимостью, как жидкий электролит, без каких-либо рисков.

Но у них есть ограничения. Они могут работать только при температуре выше 105 ° C (220 ° F), что означает, что они не подходят, например, для смартфонов. Но их можно использовать, например, для хранения энергии от сети в домашних батареях. По крайней мере, две компании — SEEO (США) и Bolloré (Франция) — разрабатывают твердотельные батареи, в которых в качестве электролита используются высокотемпературные полимеры.

Керамика при комнатной температуре

За последнее десятилетие два класса керамики — LLZO (оксид лития, лантана и циркония) и LGPS (литий, германий, сульфид фосфора) — показали почти такие же хорошие проводящие ионы при комнатной температуре. как жидкости.

Toyota, а также стартап из Кремниевой долины QuantumScape (который в прошлом году привлек 100 миллионов долларов от Volkswagen) работают над внедрением керамики в литий-ионные батареи. Включение крупных игроков в пространство свидетельствует о том, что прорыв может быть ближе, чем многие думают.

«Мы очень близки к тому, чтобы увидеть что-то реальное [с использованием керамики] через два или три года», — говорит Вишванатан из Карнеги-Меллона.

Закон о балансировке

Аккумуляторы — это уже большой бизнес, и их рынок продолжает расти.Все эти деньги привлекают множество предпринимателей с еще большим количеством идей. Но стартап с батарейками — это трудная ставка — они терпят неудачу даже чаще, чем компании-разработчики программного обеспечения, которые известны своим высоким уровнем отказов. Это потому, что инновации в области материаловедения — это сложно.

На данный момент химики по производству аккумуляторов обнаружили, что, когда они пытаются улучшить одну характеристику (скажем, плотность энергии), им приходится идти на компромисс с другой характеристикой (например, безопасностью). Такой баланс означает, что прогресс на каждом фронте был медленным и чреват проблемами.

Но если внимательнее присмотреться к проблеме — по мнению Йет-Мин Чанга из Массачусетского технологического института, сегодня в США в три раза больше ученых, занимающихся аккумуляторными батареями, чем всего 10 лет назад, — шансы на успех возрастут. Потенциал аккумуляторов остается огромным, но, учитывая предстоящие задачи, лучше относиться к каждому заявлению о новых аккумуляторах с хорошей долей скептицизма.

Нужна ли батарейка для кварцевых часов? Какие бывают виды кварцевых ват — часы мегалит

Нужна ли батарейка для кварцевых часов?

Ответ — да.Для работы кварцевых часов требуется аккумулятор.

Использование кристаллов кварца в часах — современное изобретение. Первые кварцевые часы впервые появились в 1969 году. В этом году компания Seiko из Японии открыла, как превратить кварц в камертон. Камертон будет следовать определенной регулярной вибрации. Когда на кристалл кварца воздействует заряд аккумулятора, он также будет генерировать регулярную вибрацию.

Классификация батареи кварцевых часов

Существует пять типов батарей для часов: литиевые батареи, батареи из оксида серебра, батареи из пероксида серебра, солнечные элементы и батареи из оксида ртути.

Каждый из этих пяти типов батарей имеет свои преимущества и недостатки. При обмене надо выбирать по типу часов.

Литий-кварцевый аккумулятор для часов:

В качестве отрицательного электрода используется металлический литий, который обладает характеристиками высокого напряжения (обычно 3 В), низкой скоростью саморазряда и длительным сроком хранения.

Серебряный оксид кварцевый аккумулятор для часов:

Напряжение составляет 1,55 В, это наиболее часто используемый аккумулятор в кварцевых часах.Он имеет высокую физическую плотность и стабильность и не загрязняет окружающую среду.

Батарея для кварцевых часов с перекисью серебра:

Также известен как двухвалентный серебряный кварцевый аккумулятор для часов, напряжение 1,55 В. Он имеет большую емкость, но плохую стабильность напряжения.

Солнечная батарея для кварцевых часов:

Преобразует световую энергию в электрическую.

Батарейка для кварцевых часов с оксидом ртути:

Напряжение 1,35В. Это была первая разработанная батарейка для часов, которая использовалась реже из-за загрязнения окружающей среды.

Таким образом, литиево-кварцевые батарейки для часов и батарейки из оксида серебра являются наиболее часто используемыми батарейками для часов.
Модель батарейки для швейцарских кварцевых часов из оксида серебра — 3 ##, а японская модель — обычно SR ### SW или SR ### W (# представляет собой арабскую цифру).

Литий-кварцевый аккумулятор для часов обычно имеет номер CR или LI.

Часто напряжение обычной высохшей кварцевой батареи для часов постепенно снижается по мере использования, и внимание к электрической батарее из оксида серебра внезапно падает только по истечении срока службы, и эта функция имеет большие преимущества для обеспечения точности кварцевые часы. Но проблема в том, что вы не можете судить о том, полностью ли заряжен аккумулятор, просто измерив напряжение аккумулятора. Говорят, что не существует быстрого и неразрушающего инструмента для этого измерения.

Батареи

из оксида серебра отличаются между высокой выходной мощностью и низким выходным током. В зависимости от типа часов необходимо судить, какой тип батарейки для кварцевых часов следует использовать. Если в часах есть функция будильника или небольшая лампочка, подайте сильный ток. (например, цифровой дисплей кварцевых часов) Большинство кварцевых часов слаботочные, аккумулятор для замены необходимо выбирать в соответствии с указанной моделью.Просто используйте тот же размер и случайное использование, это приведет к ненормальной работе часов, энергопотребление при включении часов и шум в тысячи раз превышают энергопотребление часов, когда это нормально. Поэтому, чтобы продлить срок службы батареи, постарайтесь уменьшить количество индикаторов и сигналов тревоги. Буквы после модели батарейки: SW для слаботочного выхода для стрелочных кварцевых часов; сильноточный выход с W для цифровых кварцевых часов с будильником или светом.

Поверхность качественной литиево-кварцевой батарейки для часов отполирована очень ярко, товарный знак и буква четко обозначены, а сторона с печатью нанесена на сторону с указанием даты изготовления.Поддельный аккумулятор обычно более грубый, отметка размыта, а время использования очень короткое. Батарея для часов является относительно известной маркой: в Швейцарии есть «RENATA» (она отдельно упакована в каждую батарею), в Японии есть Seiko SEIKO, качество хорошее, а внутреннее качество лучше «Чанчжоу». ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

В хороших кварцевых часах должны использоваться батареи хорошего качества, а батареи низкого качества часто вызывают повреждение часов, и для замены лучше обратиться в надежную мастерскую по ремонту часов.

Вам также может понравиться эта статья, чтобы узнать больше о кварцевых часах:

Как заменить батарею в кварцевых часах

Дэвид Кристиансон, сертифицированный мастер-часовщик

Когда кварцевые часы перестают отсчитывать время, первое предположение состоит в том, что батарею необходимо заменить.Это предположение верно в большинстве случаев — ничто другое не влияет на точность и надежность кварцевых часов.

Батарейки для кварцевых часов

Кварцевые часы состоят из колеблющегося кварцевого кристалла, электронной схемы для управления часами, средства отображения времени и батареи для питания всей системы. Батарея вообще упирается в колодец или «гнездо». Полоса отрицательного контакта аккумулятора лежит на дне колодца. Ремешок для положительного контакта прикреплен сбоку.В некоторых моделях сам прижимной ремень действует как положительный контакт.

В любом случае отрицательная и положительная полоски должны быть очищены от остатков или загрязнений. Протрите ремни чистым заостренным деревянным колышком. Если остаются стойкие остатки, используйте заостренный ластик для пишущей машинки.

Если аккумулятор удерживается ремнем и винтом, осторожно ослабьте винт, чтобы отвертка не выскользнула из паза и не повредила механизм. Выберите острую отвертку шириной с диаметр винта.

Аккумулятор можно удерживать на месте с помощью бокового пружинного натяжного контакта вместо ремня. В этом случае прикусите боковую часть аккумулятора небольшим лезвием отвертки и приподнимите его. Будьте осторожны, чтобы не протолкнуть боковой положительный контакт вниз в аккумуляторный отсек — часы не будут работать, если положительный (+) контакт не касается края или стороны аккумулятора.

Заменить с осторожностью

Берите аккумулятор с помощью пластикового пинцета. Масло и соль с пальцев могут разъесть часы.Если вы не можете полностью вставить аккумулятор с помощью пинцета, используйте кусок Rodico или резиновые накладки для пальцев на кончиках пальцев, чтобы защитить аккумулятор. Чтобы вставить аккумулятор на место, удобно использовать длинные ногти.

Не прикасайтесь к каким-либо частям механизма часов, кроме батареи, ее ремешка и винтов. И трогайте их только пинцетом — пластиковым для батареи и тонким металлическим пинцетом для винтов и фиксатора.

Цифровые кварцевые часы

Во многих кварцевых часах, в основном цифровых или в сочетании аналоговых и цифровых часов, перед заменой батареи необходимо очистить электронную схему.Это положение называется цепью переменного тока или полностью отключенной. Обычно это небольшая серебряная или золотая точка с надписью AC на задней части механизма.

Чтобы очистить цепь перед заменой батареи, используйте металлический пинцет. Поместите один конец пинцета на точку, а другой — на положительную (+) сторону батареи. Или надавите пружинный язычок на точку переменного тока с помощью пинцета или щупа. В любом случае дисплей часов, скорее всего, станет пустым и будет готов к замене батареи. На некоторых моделях дисплей может оставаться, но часы нельзя сбросить до тех пор, пока не будет сброшен кондиционер.

Be Clean

Чистота — это первоочередная задача при замене батарейки в кварцевых аналоговых часах. В этих часах используются крошечные моторы, которые пульсируют или вращаются один раз в секунду, заставляя секундную стрелку прыгать вперед на одну секунду за раз. Однако шестерни приводятся в движение такой малой мощностью, что малейшее количество грязи, ворса или засохшей смазки остановит движущиеся части.

Будьте осторожны, удаляя грязь с задней крышки корпуса, открывая часы для замены батарейки. Это также причина, по которой необходимо периодически заменять прокладки в задней крышке и заводной головке.

Батарейки для часов: что нужно знать

Стиль и внешний вид часов — это некоторые важные вещи, которые следует учитывать при покупке, но не менее важно то, что находится под ними. Например: смотреть батарейки. Механизм часов — это механизм, приводящий в действие часы и регулирующий время. Возможно, самый распространенный пробел в знаниях людей — это разница между кварцевыми часами и механическими часами. Эти термины, «механический» и «кварцевый», относятся к механизму часов.

Что такое кварцевый часовой механизм?

Энергия кварцевого механизма зависит от батареи. Seiko выпустила первые в мире кварцевые часы серийного производства в 1969 году — модель Astron . Кварцевые механизмы точнее механических, а также дешевле и быстрее в производстве. В результате этот технологический прогресс почти положил конец швейцарской часовой промышленности 1970-х и 1980-х годов. Большинство ведущих швейцарских часовых компаний класса люкс сегодня включают в свой модельный ряд кварцевые модели.Некоторыми примерами этого являются TAG Heuer Aquaracer и Colt. Фактически, Breitling может похвастаться тем, что ее механизм SuperQuartz в десять раз точнее стандартного кварцевого калибра.

Энергия кварцевых часов исходит от механизма, который контролирует или регулирует время с помощью кристалла, созданного из минерального кварца. Эти часы все еще имеют шестеренки для вращения часовой, минутной и секундной стрелок, если это не цифровые часы, а также любые другие усложнения, но шестерни в кварцевых часах вращаются с помощью электрического шагового двигателя, который питается от батареи.

5 типов батареек, используемых в часах

Минеральный кварц обладает качеством пьезоэлектрика. Это указывает на то, что когда на структуру материала оказывается какое-либо механическое напряжение, он генерирует электрический импульс. И материал производит вибрацию, когда заряжается электричеством.

Основная концепция механизма кварцевых часов очень проста. Небольшая схема и микрочип используют батарею для зарядки кварцевого кристалла в форме камертона, который заставляет его колебаться или колебаться.Микрочип настроен на измерение этой вибрации, чтобы генерировать электрический сигнал, который пульсирует ровно один раз в секунду. Этот электрический импульс заставляет шаговый двигатель повернуть стрелки на одну секунду.

1: Батарейки для часов Renata

Renata Аккумуляторы поставляются швейцарской компанией, принадлежащей Swatch Group.

Группа Swatch также является производителем часов Omega, Longines и Breguet. Этот бренд немного дороже других.Его часто используют в кварцевых часах, потому что батареи надежны и служат дольше. У них есть более 40 различных типов, которые сделаны из оксида серебра без ртути. Раньше батарейки для часов содержали немного ртути, но большинство компаний ее больше не используют, поскольку она токсична для окружающей среды. Батареи от Renta выдают напряжение около 1,55 вольт и имеют очень низкую скорость саморазряда; они также герметичны.

2: Батарейки для часов Varta

Varta производит 33 различных типа батарей для часов и хронометров.Некоторые из их батарей для часов похожи на батарейки из оксида серебра, которые производят другие компании, но Varta также производит щелочные марганцевые и литий-ионные батареи. Varta также предлагает несколько необычных часов, например, часы Omega, в которых используется редкая 2-вольтовая литиевая батарея.

3: Аккумуляторы для часов Sony

Sony — крупнейший в мире производитель таблеточных батарей из оксида серебра.

Она производит 40 различных батарей для часов из оксида серебра, которые подходят для самых разных часов.Около половины батарей предназначены для часов с высоким уровнем заряда. Эти батареи могут отличаться по емкости, но большинство из них обеспечивают 1,5 вольта энергии. В высококачественных кварцевых часовых механизмах можно использовать два типа батареек. Тем не менее, покупатель должен подобрать батарею с высоким или низким уровнем разряда с подходящими часами. Батарея для часов Sony герметична и имеет стабильное напряжение. Согласно некоторым популярным потребительским сайтам, батарейки для часов Sony обеспечивают долгий срок хранения.

4: Батарейки для часов Maxell

Часы Maxwell Батареи сделали себе имя для батарей, используемых в небольшой электронике, в том числе в часах.Эти маленькие батарейки, изготовленные из оксида серебра, не содержат ртути. Эти батарейки для часов Maxwell могут обеспечить напряжение 1,5 вольт.

По стоимости этот бренд немного дороговат. Батареи этой компании бывают разных типов и размеров, разделенные между батареями, необходимыми для часов с низким энергопотреблением, и батареями для часов с высоким разрядом.

5: Батарейки для часов Energizer

Эта компания может быть наиболее известна тем, кто ищет аккумулятор.Компания Energizer производит широкий ассортимент батарей, в которые входят как оксидно-серебряные, так и литиевые батареи. Это одни из самых доступных аккумуляторов на рынке. Эти изделия обеспечивают напряжение 1,5 В и герметичны.

Одна интересная особенность Energizer заключается в том, что они первыми изменили упаковку, чтобы затруднить ее открытие. Они внесли это изменение, потому что эти батарейки легко проглотить детям. Из-за того, что контейнеры для батарей трудно открывать, компания пытается сделать их упаковку более безопасной и защищенной от детей.

Facebook Твиттер PInterest Распечатать Электронное письмо

Как работают кварцевые часы

Как работают кварцевые часы — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

Вы можете не верить в астрологию, но Нет никаких сомнений в том, что планеты управляют нашей жизнью.Мы встаем, когда восходит солнце (или когда-нибудь после) и ложитесь спать, когда она схватится. У нас есть календарь на основе дни, месяцы и годы — периоды времени, относящиеся к тому, как Луна и Земля движутся вокруг Солнца в небе. На протяжении большей части истории люди сочли этот вид «астрономического хронометража» достаточно хорошим для их потребности. Но по мере того, как мир становился все более безумным и сложным, людям нужно было отслеживать часы, минуты и секунды, а также дни, месяцы и годы. Это означало, что нам нужно точные способы отсчета времени.Часы с маятником и механические часы раньше были лучшим способом сделать это. Сегодня многие люди используют кварцевые часы и часы вместо этого — но что они такое и как они работай?

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, которые его используют, почти не нуждаются в каких-либо движущихся частях. Вот почему теперь он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они такие точные и надежные, это очень важный аргумент — вот почему на циферблатах таких часов гордо написано слово «кварц».Обратите внимание, что это аналог часы (со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь числовые дисплеи).

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы отсчитывают время, но останавливались ли вы когда-нибудь, чтобы подумайте, как это сделать? Наверное, самые простые часы, которые ты мог бы make — это говорящие часы. Если считать секунды, повторяя фразу что нужно ровно за секунду, чтобы сказать (например, «слоник», «слон два «,» слон три «…), вы обнаружите, что умеете красиво держать время точно.Попробуйте сами. Скажите своим слонам от одного до шестидесяти и посмотрите насколько хорошо вы отсчитываете время за минуту по сравнению с часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее. день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Несколько из в самых ранних часах для измерения времени использовались качающиеся маятники. Маятник — это длинный стержень или гиря на тетиве, которая раскачивается вперед и назад. В 1583 г. итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) обнаружил, что маятнику определенной длины всегда нужно одно и то же время, чтобы повернуться назад и далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько велики качели.Он понял это, наблюдая, как огромная лампа качается на цепочке из потолок Пизанского собора в Италии, и используя свой пульс, чтобы отсчитывать время его движения взад и вперед. В часах задача маятника — регулировать скорость. шестерен (сцепляющиеся колеса с врезанными в их края зубьями). Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют их в минуты и часы, отображаемые на руках, которые кружат циферблат. Другими словами: шестерни в маятниковых часах действительно просто считать слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) — то, что держит время в напольных часах. Это было одно из величайших открытий, которых мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать маятниковые часы, привязав груз к нить. Если длина струны составляет около 25 см (10 дюймов), маятник будет качаться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами вроде это то, что маятник будет останавливаться.Сопротивление воздуха и трение скоро израсходует свою энергию и остановит ее. Поэтому маятниковые часы имеют в себе пружины. Примерно раз в день вы заканчиваете пружина внутри часов, чтобы накапливать потенциальную энергию, чтобы маятник двигался в течение следующих 24 часов. Когда пружина разматывается, она приводит в действие шестерни. внутри часов. Через механизм качелей, называемый спусковым механизмом , маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как шестерни держат время. Карманные часы явно слишком малы, чтобы иметь маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм.Вместо маятник, у него балансировочное колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону и затем другой, управляемый спусковым механизмом гораздо меньшего размера, чем тот, что в маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом читайте в отдельной статье о маятнике. часы.

Как работают кварцевые часы

Фото: Кристаллы кварца. Фото любезно предоставлено Геологической службой США.

Проблема с маятниковыми часами и обычными часами в том, что вы не забывайте наматывать их.Если ты забываешь, они останавливаются — а ты понятия не имею, который час. Еще одна трудность с маятниковыми часами заключается в том, что они зависят от силы тяжести, которая очень незначительно меняется от места к месту; это означает, что маятниковые часы показывают время на большой высоте иначе, чем на уровне моря! Маятники также изменяют длину при изменении температуры, немного расширяется в теплые дни и сужается в холодные дни, что делает их менее точными опять таки.

Все эти проблемы решают кварцевые часы. Они питаются от батареи и, поскольку они используют так мало электричества, батарея часто может прослужить несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить.К тому же они намного точнее маятниковых часов. Кварцевые часы работают совсем не так, как маятниковые и обычные часы. В них все еще есть шестеренки, чтобы отсчитывать секунды, минуты и часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или движущееся колесо баланса. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы показывает время, когда вы поднимаетесь на Эверест, и когда вы находитесь в море.

На фото: кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, посмотрев на самую последнюю фотографию на этой странице. Это часть под номером 5 на этом рисунке.

«Кварц» звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры. Scrabble — но на самом деле это один из самых распространенных полезные ископаемые на Земле. Он сделан из химического соединения, называемого кремнием. диоксид (кремний также является материалом, из которого сделаны компьютерные чипы), и вы можете найти его в песке и в большинстве пород.Возможно, самое интересное в кварце — это то, что он пьезоэлектрический. Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он образует крошечный электрическое напряжение. Верно и обратное: если вы подаете напряжение на кусок кварца, он колеблется с определенной частотой (он встряхивается определенное количество раз в секунду).

Внутри кварцевых часов батарея передает электричество на кристалл кварца через электронную схему. Кристалл кварца колеблется (колеблется взад и вперед) на точная частота: ровно 32768 раз в секунду.В схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать ЖК-дисплей (показывающий время в цифрах) или они могут приводить в движение небольшой электродвигатель (на самом деле крошечный шаговый двигатель), вращая шестерни, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевые часы

Теоретически работает так:

1. Батарея обеспечивает ток микросхеме
2. Схема микрочипа делает кристалл кварца (точно вырезанный и имеющий форму камертон) колеблется (вибрирует) 32768 раз в секунду.
3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
4. Электроимпульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
6. Gears водит стрелками по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике …

А вот так на самом деле выглядит внутренняя часть кварцевых часов. Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свою, если вы когда-нибудь захотите, чтобы она снова заработала.Вы не можете увидеть все эти части, просто сняв заднюю крышку часов. Показанные здесь часы поставлялись бесплатно с пачкой кукурузных хлопьев (серьезно!), И они были сломаны, прежде чем я открыл их. Но потом он сломался еще сильнее …

1. Аккумулятор.
2. Электродвигатель шаговый.
3. Микрочип.
4. Схема соединяет микросхему с другими компонентами.
5. Кварцевый кварцевый генератор.
6. Винт с головкой для установки времени.
7. Шестерни вращают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
8. Крошечный центральный вал удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще выигрывают или теряют время?

Если кварцевые часы настолько удивительны, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не отслеживают время с абсолютной точностью вечно. Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц вибрирует с немного другой частотой при разных температурах и давлениях поэтому на его способность вести хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас.Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (которое более или менее постоянно температура), он будет держать время лучше, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры каждый раз). Но даже если кварцевый кристалл может вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты зубчатой ​​передачи, трение и т. Д. Также могут вносить незначительные ошибки в хронометраж. Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах и наручных часах. (имейте в виду, что секунда, потерянная в один день, может быть компенсирована секундой, полученной на следующий день, поэтому общая точность может быть всего несколько секунд в месяц).

Но как на самом деле работает кварцевое долото

?

Вы можете найти это достаточное объяснение, и если да, то можете перестать читать сейчас. Ниже приводится более подробное обсуждение того, как кварцевый кварцевый генератор действительно работает для тех, кто хочет немного глубже. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники инженерные сети, схемы на кристалле кварца очень быстро становятся очень сложными. Я собираюсь дать тебе очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указателей для дальнейшего чтения, чтобы вы можете копать глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, — это то, что он пьезоэлектрический: он будет вибрировать, когда вы приложите к нему электричество, или он будет излучать электричество, когда вы его вибрируете. Генератор на кварцевом кристалле использует пьезоэлектричество обоими способами — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, делает вид, будто кристалл кварца отделен от схема микрочипа, но, на самом деле, кристалл является неотъемлемой частью этой схемы, подключенной к ней двумя электродами. Вы можете отчетливо их увидеть на большом фото внутренней части часов и в фото самого генератора: это две маленькие серебристые ножки, торчащие из цилиндрического металла дело.По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, подключенный к микросхеме, как резистор или конденсатор.

Я говорю «схема», но проще представить генератор как часть двух отдельных схем, каждая из которых находится на одном микрочипе. Первая цепь (назовем ее входной) стимулирует кристалл кварца импульсами электричества. Подача электричества в кварц заставляет его вибрировать (или, если хотите, колебаться или резонировать) через то, что иногда называют обратным пьезоэлектрическим эффектом (когда электричество производит вибрации).Генератор настроен так, что кварц колеблется ровно 32768 раз в секунду. Но теперь вспомните обычный пьезоэлектрический эффект: когда кусок кварца вибрирует, он генерирует электрическое напряжение. Вторая схема микрочипа определяет это «выходное напряжение». (колеблется 32768 раз в секунду) и делит свою частоту, чтобы производить раз в секунду импульсы, которые приводят в действие двигатель, приводящий в действие шестерни. В часах с цифровым дисплеем вместо шестерен микросхема многократно делит частоту генератора для управления сегментами часов, минут и секунд (как показано на иллюстрации ниже).

Иллюстрация: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32»), указывающим прошедшие секунды. Осциллятор (желтый) вибрирует 32 768 раз в секунду. Двоичный делитель (синий, слева) делит это на два 15 раз (так что 32768 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 = 1) для создания импульса с частотой 1 Гц (один в секунду), который управляет мигающим двоеточием. Сам сигнал 1 Гц от делителя делится на 60, чтобы получить минуты, и еще на 12, чтобы получить часы.Эти сигналы управляют серией драйверов (красный), которые приводят в действие сегменты цифрового дисплея. Иллюстрация из патента США 3 863 436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В одной из ранних форм кварцевого генератора на кристалле кварца было установлено два набора электродов. Первый набор был подключен к входной цепи и подавал электричество на кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл вибрировал, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение.Это обнаружил второй комплект электродов (заклинило к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь. Когда кварцевая технология была уменьшена для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие размеры Были необходимы генераторы, а для двух пар электродов не хватило места. Вот почему современные осцилляторы используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его колебаний.

Это все, что я вам скажу. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующие источники.Имейте в виду, что они сложны, и их трудно понять, если у вас нет некоторых знаний в области электронной техники.

Дополнительная литература

Общие

• Кварцевый генератор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей Википедии, которые могут иметь смысл только для людей, которые знают достаточно о предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
• Хрустальные часы В.А. Marrison, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 16, No. 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних работ по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.

История

• Эволюция кварцевых хрустальных часов Уоррена А. Маррисона, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, pp. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометража.Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в различных других форматах на Интернет-архив.]
• Современные разработки точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, No. 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья для подписки загружена в электронном виде в 2013 г.)
• Варианты и комбинации: изобретение и разработка технологий кварцевых часов в AT&T Шауль Кацир, Icon, Международный комитет по истории технологий (ICOHTEC), Vol.22 (2016), стр. 78–114. Подробный взгляд на то, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.

Патенты

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• О времени Адам Франк. Oneworld, 2013. Яркая история часов — от солнечных до квантовых.
• «Искаженное время» Клаудиа Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правда ли, что наше чувство времени «все в уме»? По сути, научно-популярное руководство по психологии времени.
• История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
• Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джея Гриффитса. HarperCollins, 2000. Как мы переживаем время по мере того, как проходит наша жизнь. Оригинальное, наводящее на размышления руководство о том, как время течет в нашей жизни и наоборот.

Статьи

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте:

• Патент США 3,863,436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. Этот относительно простой для понимания патент описывает типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рисунке 3 и сопроводительном тексте показано, как сигнал кварцевого генератора 32 768 Гц многократно разделяется микросхемой интегральной схемы на драйверы часов, минут и секунд, которые питают дисплей.
• Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Киллера и Роберта Шапиро, Timex. 16 апреля 1974 г. В этом более раннем патенте описана типичная схема «подстройки», с помощью которой кварцевый генератор может использоваться для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд, 2006, 2015. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2015) Часы кварцевые. Получено с https://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают кварцевые часы

Как работают кварцевые часы — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

Вы можете не верить в астрологию, но Нет никаких сомнений в том, что планеты управляют нашей жизнью. Мы встаем, когда восходит солнце (или когда-нибудь после) и ложитесь спать, когда она схватится.У нас есть календарь на основе дни, месяцы и годы — периоды времени, относящиеся к тому, как Луна и Земля движутся вокруг Солнца в небе. На протяжении большей части истории люди сочли этот вид «астрономического хронометража» достаточно хорошим для их потребности. Но по мере того, как мир становился все более безумным и сложным, людям нужно было отслеживать часы, минуты и секунды, а также дни, месяцы и годы. Это означало, что нам нужно точные способы отсчета времени. Часы с маятником и механические часы раньше были лучшим способом сделать это.Сегодня многие люди используют кварцевые часы и часы вместо этого — но что они такое и как они работай?

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, которые его используют, почти не нуждаются в каких-либо движущихся частях. Вот почему теперь он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они такие точные и надежные, это очень важный аргумент — вот почему на циферблатах таких часов гордо написано слово «кварц». Обратите внимание, что это аналог часы (со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь числовые дисплеи).

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы отсчитывают время, но останавливались ли вы когда-нибудь, чтобы подумайте, как это сделать? Наверное, самые простые часы, которые ты мог бы make — это говорящие часы. Если считать секунды, повторяя фразу что нужно ровно за секунду, чтобы сказать (например, «слоник», «слон два «,» слон три «…), вы обнаружите, что умеете красиво держать время точно. Попробуйте сами. Скажите своим слонам от одного до шестидесяти и посмотрите насколько хорошо вы отсчитываете время за минуту по сравнению с часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее. день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Несколько из в самых ранних часах для измерения времени использовались качающиеся маятники. Маятник — это длинный стержень или гиря на тетиве, которая раскачивается вперед и назад. В 1583 г. итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) обнаружил, что маятнику определенной длины всегда нужно одно и то же время, чтобы повернуться назад и далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько велики качели.Он понял это, наблюдая, как огромная лампа качается на цепочке из потолок Пизанского собора в Италии, и используя свой пульс, чтобы отсчитывать время его движения взад и вперед. В часах задача маятника — регулировать скорость. шестерен (сцепляющиеся колеса с врезанными в их края зубьями). Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют их в минуты и часы, отображаемые на руках, которые кружат циферблат. Другими словами: шестерни в маятниковых часах действительно просто считать слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) — то, что держит время в напольных часах. Это было одно из величайших открытий, которых мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать маятниковые часы, привязав груз к нить. Если длина струны составляет около 25 см (10 дюймов), маятник будет качаться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами вроде это то, что маятник будет останавливаться.Сопротивление воздуха и трение скоро израсходует свою энергию и остановит ее. Поэтому маятниковые часы имеют в себе пружины. Примерно раз в день вы заканчиваете пружина внутри часов, чтобы накапливать потенциальную энергию, чтобы маятник двигался в течение следующих 24 часов. Когда пружина разматывается, она приводит в действие шестерни. внутри часов. Через механизм качелей, называемый спусковым механизмом , маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как шестерни держат время. Карманные часы явно слишком малы, чтобы иметь маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм.Вместо маятник, у него балансировочное колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону и затем другой, управляемый спусковым механизмом гораздо меньшего размера, чем тот, что в маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом читайте в отдельной статье о маятнике. часы.

Как работают кварцевые часы

Фото: Кристаллы кварца. Фото любезно предоставлено Геологической службой США.

Проблема с маятниковыми часами и обычными часами в том, что вы не забывайте наматывать их.Если ты забываешь, они останавливаются — а ты понятия не имею, который час. Еще одна трудность с маятниковыми часами заключается в том, что они зависят от силы тяжести, которая очень незначительно меняется от места к месту; это означает, что маятниковые часы показывают время на большой высоте иначе, чем на уровне моря! Маятники также изменяют длину при изменении температуры, немного расширяется в теплые дни и сужается в холодные дни, что делает их менее точными опять таки.

Все эти проблемы решают кварцевые часы. Они питаются от батареи и, поскольку они используют так мало электричества, батарея часто может прослужить несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить.К тому же они намного точнее маятниковых часов. Кварцевые часы работают совсем не так, как маятниковые и обычные часы. В них все еще есть шестеренки, чтобы отсчитывать секунды, минуты и часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или движущееся колесо баланса. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы показывает время, когда вы поднимаетесь на Эверест, и когда вы находитесь в море.

На фото: кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, посмотрев на самую последнюю фотографию на этой странице. Это часть под номером 5 на этом рисунке.

«Кварц» звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры. Scrabble — но на самом деле это один из самых распространенных полезные ископаемые на Земле. Он сделан из химического соединения, называемого кремнием. диоксид (кремний также является материалом, из которого сделаны компьютерные чипы), и вы можете найти его в песке и в большинстве пород.Возможно, самое интересное в кварце — это то, что он пьезоэлектрический. Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он образует крошечный электрическое напряжение. Верно и обратное: если вы подаете напряжение на кусок кварца, он колеблется с определенной частотой (он встряхивается определенное количество раз в секунду).

Внутри кварцевых часов батарея передает электричество на кристалл кварца через электронную схему. Кристалл кварца колеблется (колеблется взад и вперед) на точная частота: ровно 32768 раз в секунду.В схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать ЖК-дисплей (показывающий время в цифрах) или они могут приводить в движение небольшой электродвигатель (на самом деле крошечный шаговый двигатель), вращая шестерни, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевые часы

Теоретически работает так:

1. Батарея обеспечивает ток микросхеме
2. Схема микрочипа делает кристалл кварца (точно вырезанный и имеющий форму камертон) колеблется (вибрирует) 32768 раз в секунду.
3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
4. Электроимпульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
6. Gears водит стрелками по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике …

А вот так на самом деле выглядит внутренняя часть кварцевых часов. Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свою, если вы когда-нибудь захотите, чтобы она снова заработала.Вы не можете увидеть все эти части, просто сняв заднюю крышку часов. Показанные здесь часы поставлялись бесплатно с пачкой кукурузных хлопьев (серьезно!), И они были сломаны, прежде чем я открыл их. Но потом он сломался еще сильнее …

1. Аккумулятор.
2. Электродвигатель шаговый.
3. Микрочип.
4. Схема соединяет микросхему с другими компонентами.
5. Кварцевый кварцевый генератор.
6. Винт с головкой для установки времени.
7. Шестерни вращают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
8. Крошечный центральный вал удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще выигрывают или теряют время?

Если кварцевые часы настолько удивительны, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не отслеживают время с абсолютной точностью вечно. Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц вибрирует с немного другой частотой при разных температурах и давлениях поэтому на его способность вести хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас.Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (которое более или менее постоянно температура), он будет держать время лучше, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры каждый раз). Но даже если кварцевый кристалл может вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты зубчатой ​​передачи, трение и т. Д. Также могут вносить незначительные ошибки в хронометраж. Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах и наручных часах. (имейте в виду, что секунда, потерянная в один день, может быть компенсирована секундой, полученной на следующий день, поэтому общая точность может быть всего несколько секунд в месяц).

Но как на самом деле работает кварцевое долото

?

Вы можете найти это достаточное объяснение, и если да, то можете перестать читать сейчас. Ниже приводится более подробное обсуждение того, как кварцевый кварцевый генератор действительно работает для тех, кто хочет немного глубже. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники инженерные сети, схемы на кристалле кварца очень быстро становятся очень сложными. Я собираюсь дать тебе очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указателей для дальнейшего чтения, чтобы вы можете копать глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, — это то, что он пьезоэлектрический: он будет вибрировать, когда вы приложите к нему электричество, или он будет излучать электричество, когда вы его вибрируете. Генератор на кварцевом кристалле использует пьезоэлектричество обоими способами — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, делает вид, будто кристалл кварца отделен от схема микрочипа, но, на самом деле, кристалл является неотъемлемой частью этой схемы, подключенной к ней двумя электродами. Вы можете отчетливо их увидеть на большом фото внутренней части часов и в фото самого генератора: это две маленькие серебристые ножки, торчащие из цилиндрического металла дело.По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, подключенный к микросхеме, как резистор или конденсатор.

Я говорю «схема», но проще представить генератор как часть двух отдельных схем, каждая из которых находится на одном микрочипе. Первая цепь (назовем ее входной) стимулирует кристалл кварца импульсами электричества. Подача электричества в кварц заставляет его вибрировать (или, если хотите, колебаться или резонировать) через то, что иногда называют обратным пьезоэлектрическим эффектом (когда электричество производит вибрации).Генератор настроен так, что кварц колеблется ровно 32768 раз в секунду. Но теперь вспомните обычный пьезоэлектрический эффект: когда кусок кварца вибрирует, он генерирует электрическое напряжение. Вторая схема микрочипа определяет это «выходное напряжение». (колеблется 32768 раз в секунду) и делит свою частоту, чтобы производить раз в секунду импульсы, которые приводят в действие двигатель, приводящий в действие шестерни. В часах с цифровым дисплеем вместо шестерен микросхема многократно делит частоту генератора для управления сегментами часов, минут и секунд (как показано на иллюстрации ниже).

Иллюстрация: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32»), указывающим прошедшие секунды. Осциллятор (желтый) вибрирует 32 768 раз в секунду. Двоичный делитель (синий, слева) делит это на два 15 раз (так что 32768 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 = 1) для создания импульса с частотой 1 Гц (один в секунду), который управляет мигающим двоеточием. Сам сигнал 1 Гц от делителя делится на 60, чтобы получить минуты, и еще на 12, чтобы получить часы.Эти сигналы управляют серией драйверов (красный), которые приводят в действие сегменты цифрового дисплея. Иллюстрация из патента США 3 863 436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В одной из ранних форм кварцевого генератора на кристалле кварца было установлено два набора электродов. Первый набор был подключен к входной цепи и подавал электричество на кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл вибрировал, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение.Это обнаружил второй комплект электродов (заклинило к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь. Когда кварцевая технология была уменьшена для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие размеры Были необходимы генераторы, а для двух пар электродов не хватило места. Вот почему современные осцилляторы используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его колебаний.

Это все, что я вам скажу. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующие источники.Имейте в виду, что они сложны, и их трудно понять, если у вас нет некоторых знаний в области электронной техники.

Дополнительная литература

Общие

• Кварцевый генератор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей Википедии, которые могут иметь смысл только для людей, которые знают достаточно о предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
• Хрустальные часы В.А. Marrison, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 16, No. 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних работ по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.

История

• Эволюция кварцевых хрустальных часов Уоррена А. Маррисона, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, pp. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометража.Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в различных других форматах на Интернет-архив.]
• Современные разработки точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, No. 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья для подписки загружена в электронном виде в 2013 г.)
• Варианты и комбинации: изобретение и разработка технологий кварцевых часов в AT&T Шауль Кацир, Icon, Международный комитет по истории технологий (ICOHTEC), Vol.22 (2016), стр. 78–114. Подробный взгляд на то, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.

Патенты

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• О времени Адам Франк. Oneworld, 2013. Яркая история часов — от солнечных до квантовых.
• «Искаженное время» Клаудиа Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правда ли, что наше чувство времени «все в уме»? По сути, научно-популярное руководство по психологии времени.
• История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
• Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джея Гриффитса. HarperCollins, 2000. Как мы переживаем время по мере того, как проходит наша жизнь. Оригинальное, наводящее на размышления руководство о том, как время течет в нашей жизни и наоборот.

Статьи

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте:

• Патент США 3,863,436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. Этот относительно простой для понимания патент описывает типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рисунке 3 и сопроводительном тексте показано, как сигнал кварцевого генератора 32 768 Гц многократно разделяется микросхемой интегральной схемы на драйверы часов, минут и секунд, которые питают дисплей.
• Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Киллера и Роберта Шапиро, Timex. 16 апреля 1974 г. В этом более раннем патенте описана типичная схема «подстройки», с помощью которой кварцевый генератор может использоваться для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд, 2006, 2015. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2015) Часы кварцевые. Получено с https://www.explainthatstuff.com/quartzclockwatch.html.[Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают кварцевые часы

Как работают кварцевые часы — Объясните, что материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 15 сентября 2020 г.

Вы можете не верить в астрологию, но Нет никаких сомнений в том, что планеты управляют нашей жизнью. Мы встаем, когда восходит солнце (или когда-нибудь после) и ложитесь спать, когда она схватится.У нас есть календарь на основе дни, месяцы и годы — периоды времени, относящиеся к тому, как Луна и Земля движутся вокруг Солнца в небе. На протяжении большей части истории люди сочли этот вид «астрономического хронометража» достаточно хорошим для их потребности. Но по мере того, как мир становился все более безумным и сложным, людям нужно было отслеживать часы, минуты и секунды, а также дни, месяцы и годы. Это означало, что нам нужно точные способы отсчета времени. Часы с маятником и механические часы раньше были лучшим способом сделать это.Сегодня многие люди используют кварцевые часы и часы вместо этого — но что они такое и как они работай?

Фото: Кварц действительно дешев, и часы, которые его используют, почти не нуждаются в каких-либо движущихся частях. Вот почему теперь он используется даже в самых недорогих часах. Поскольку они такие точные и надежные, это очень важный аргумент — вот почему на циферблатах таких часов гордо написано слово «кварц». Обратите внимание, что это аналог часы (со стрелками): кварцевые часы и часы не обязательно должны быть цифровыми (иметь числовые дисплеи).

Как работают обычные часы

Все мы знаем, что часы отсчитывают время, но останавливались ли вы когда-нибудь, чтобы подумайте, как это сделать? Наверное, самые простые часы, которые ты мог бы make — это говорящие часы. Если считать секунды, повторяя фразу что нужно ровно за секунду, чтобы сказать (например, «слоник», «слон два «,» слон три «…), вы обнаружите, что умеете красиво держать время точно. Попробуйте сами. Скажите своим слонам от одного до шестидесяти и посмотрите насколько хорошо вы отсчитываете время за минуту по сравнению с часами.

Неплохо, а? Проблема в том, что у большинства из нас есть дела поважнее. день, чем сказать «слон». Вот почему люди изобрели часы. Несколько из в самых ранних часах для измерения времени использовались качающиеся маятники. Маятник — это длинный стержень или гиря на тетиве, которая раскачивается вперед и назад. В 1583 г. итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) обнаружил, что маятнику определенной длины всегда нужно одно и то же время, чтобы повернуться назад и далее, независимо от того, насколько он тяжелый или насколько велики качели.Он понял это, наблюдая, как огромная лампа качается на цепочке из потолок Пизанского собора в Италии, и используя свой пульс, чтобы отсчитывать время его движения взад и вперед. В часах задача маятника — регулировать скорость. шестерен (сцепляющиеся колеса с врезанными в их края зубьями). Шестеренки подсчитывают количество прошедших секунд и преобразуют их в минуты и часы, отображаемые на руках, которые кружат циферблат. Другими словами: шестерни в маятниковых часах действительно просто считать слонов.

Фото: Сила маятника: Этот качающийся стержень (с грузом внизу) — то, что держит время в напольных часах. Это было одно из величайших открытий, которых мы обязаны Галилею.

Вы можете сделать маятниковые часы, привязав груз к нить. Если длина струны составляет около 25 см (10 дюймов), маятник будет качаться вперед и назад примерно раз в секунду. Более короткие строки будут качайте быстрее, а длинные струны медленнее. Проблема с часами вроде это то, что маятник будет останавливаться.Сопротивление воздуха и трение скоро израсходует свою энергию и остановит ее. Поэтому маятниковые часы имеют в себе пружины. Примерно раз в день вы заканчиваете пружина внутри часов, чтобы накапливать потенциальную энергию, чтобы маятник двигался в течение следующих 24 часов. Когда пружина разматывается, она приводит в действие шестерни. внутри часов. Через механизм качелей, называемый спусковым механизмом , маятник заставляет шестерни вращаться с определенной скоростью — и вот как шестерни держат время. Карманные часы явно слишком малы, чтобы иметь маятник внутри него, поэтому он использует другой механизм.Вместо маятник, у него балансировочное колесо , которое сначала поворачивается в одну сторону и затем другой, управляемый спусковым механизмом гораздо меньшего размера, чем тот, что в маятниковые часы.

Подробнее обо всем этом читайте в отдельной статье о маятнике. часы.

Как работают кварцевые часы

Фото: Кристаллы кварца. Фото любезно предоставлено Геологической службой США.

Проблема с маятниковыми часами и обычными часами в том, что вы не забывайте наматывать их.Если ты забываешь, они останавливаются — а ты понятия не имею, который час. Еще одна трудность с маятниковыми часами заключается в том, что они зависят от силы тяжести, которая очень незначительно меняется от места к месту; это означает, что маятниковые часы показывают время на большой высоте иначе, чем на уровне моря! Маятники также изменяют длину при изменении температуры, немного расширяется в теплые дни и сужается в холодные дни, что делает их менее точными опять таки.

Все эти проблемы решают кварцевые часы. Они питаются от батареи и, поскольку они используют так мало электричества, батарея часто может прослужить несколько лет, прежде чем вам потребуется ее заменить.К тому же они намного точнее маятниковых часов. Кварцевые часы работают совсем не так, как маятниковые и обычные часы. В них все еще есть шестеренки, чтобы отсчитывать секунды, минуты и часов и проведите стрелками по циферблату. Но шестерни регулируется крошечным кристаллом кварца вместо качающегося маятника или движущееся колесо баланса. Гравитация вообще не фигурирует в работе, поэтому кварцевые часы показывает время, когда вы поднимаетесь на Эверест, и когда вы находитесь в море.

На фото: кварцевый генератор от часов. Вы можете увидеть, насколько он мал, посмотрев на самую последнюю фотографию на этой странице. Это часть под номером 5 на этом рисунке.

«Кварц» звучит экзотично — с буквами «q» и «z» это отличное слово для игры. Scrabble — но на самом деле это один из самых распространенных полезные ископаемые на Земле. Он сделан из химического соединения, называемого кремнием. диоксид (кремний также является материалом, из которого сделаны компьютерные чипы), и вы можете найти его в песке и в большинстве пород.Возможно, самое интересное в кварце — это то, что он пьезоэлектрический. Это означает, что если вы сожмете кристалл кварца, он образует крошечный электрическое напряжение. Верно и обратное: если вы подаете напряжение на кусок кварца, он колеблется с определенной частотой (он встряхивается определенное количество раз в секунду).

Внутри кварцевых часов батарея передает электричество на кристалл кварца через электронную схему. Кристалл кварца колеблется (колеблется взад и вперед) на точная частота: ровно 32768 раз в секунду.В схема подсчитывает количество вибраций и использует их для генерации регулярные электрические импульсы, один в секунду. Эти импульсы могут питать ЖК-дисплей (показывающий время в цифрах) или они могут приводить в движение небольшой электродвигатель (на самом деле крошечный шаговый двигатель), вращая шестерни, которые вращают секундную, минутную и часовую стрелки часов.

Внутри кварцевые часы

Теоретически работает так:

1. Батарея обеспечивает ток микросхеме
2. Схема микрочипа делает кристалл кварца (точно вырезанный и имеющий форму камертон) колеблется (вибрирует) 32768 раз в секунду.
3. Схема микрочипа обнаруживает колебания кристалла и превращает их в регулярные электрические импульсы, один в секунду.
4. Электроимпульсы приводят в действие миниатюрный электрический шаговый двигатель. Это преобразует электрическую энергию в механическую.
5. Электрический шаговый двигатель вращает шестерни.
6. Gears водит стрелками по циферблату, чтобы отсчитывать время.

На практике …

А вот так на самом деле выглядит внутренняя часть кварцевых часов. Ни при каких обстоятельствах не разбирайте свою, если вы когда-нибудь захотите, чтобы она снова заработала.Вы не можете увидеть все эти части, просто сняв заднюю крышку часов. Показанные здесь часы поставлялись бесплатно с пачкой кукурузных хлопьев (серьезно!), И они были сломаны, прежде чем я открыл их. Но потом он сломался еще сильнее …

1. Аккумулятор.
2. Электродвигатель шаговый.
3. Микрочип.
4. Схема соединяет микросхему с другими компонентами.
5. Кварцевый кварцевый генератор.
6. Винт с головкой для установки времени.
7. Шестерни вращают часовую, минутную и секундную стрелки с разной скоростью.
8. Крошечный центральный вал удерживает руки на месте.

Почему кварцевые часы вообще выигрывают или теряют время?

Если кварцевые часы настолько удивительны, вы можете задаться вопросом, почему кварцевые часы не отслеживают время с абсолютной точностью вечно. Почему он все еще выигрывает или теряет секунды здесь и там? Ответ в том, что кварц вибрирует с немного другой частотой при разных температурах и давлениях поэтому на его способность вести хронометраж в незначительной степени влияет потепление, охлаждение и постоянно меняющийся мир вокруг нас.Теоретически, если вы все время держите часы на запястье (которое более или менее постоянно температура), он будет держать время лучше, чем если бы вы его включали и выключали (вызывая довольно резкое изменение температуры каждый раз). Но даже если кварцевый кристалл может вибрировать с совершенно постоянной частотой, то, как он установлен в своей цепи, крошечные дефекты зубчатой ​​передачи, трение и т. Д. Также могут вносить незначительные ошибки в хронометраж. Всех этих эффектов достаточно, чтобы ввести погрешность до секунды в день в типичных кварцевых часах и наручных часах. (имейте в виду, что секунда, потерянная в один день, может быть компенсирована секундой, полученной на следующий день, поэтому общая точность может быть всего несколько секунд в месяц).

Но как на самом деле работает кварцевое долото

?

Вы можете найти это достаточное объяснение, и если да, то можете перестать читать сейчас. Ниже приводится более подробное обсуждение того, как кварцевый кварцевый генератор действительно работает для тех, кто хочет немного глубже. Я должен предупредить вас, что если у вас нет степени в области электроники инженерные сети, схемы на кристалле кварца очень быстро становятся очень сложными. Я собираюсь дать тебе очень краткая, упрощенная версия того, что происходит, и несколько указателей для дальнейшего чтения, чтобы вы можете копать глубже, если хотите.

Главное, что нужно помнить о кварце, — это то, что он пьезоэлектрический: он будет вибрировать, когда вы приложите к нему электричество, или он будет излучать электричество, когда вы его вибрируете. Генератор на кварцевом кристалле использует пьезоэлектричество обоими способами — одновременно!

То, как я нарисовал свою диаграмму выше, делает вид, будто кристалл кварца отделен от схема микрочипа, но, на самом деле, кристалл является неотъемлемой частью этой схемы, подключенной к ней двумя электродами. Вы можете отчетливо их увидеть на большом фото внутренней части часов и в фото самого генератора: это две маленькие серебристые ножки, торчащие из цилиндрического металла дело.По сути, кварцевый генератор — это просто еще один компонент, подключенный к микросхеме, как резистор или конденсатор.

Я говорю «схема», но проще представить генератор как часть двух отдельных схем, каждая из которых находится на одном микрочипе. Первая цепь (назовем ее входной) стимулирует кристалл кварца импульсами электричества. Подача электричества в кварц заставляет его вибрировать (или, если хотите, колебаться или резонировать) через то, что иногда называют обратным пьезоэлектрическим эффектом (когда электричество производит вибрации).Генератор настроен так, что кварц колеблется ровно 32768 раз в секунду. Но теперь вспомните обычный пьезоэлектрический эффект: когда кусок кварца вибрирует, он генерирует электрическое напряжение. Вторая схема микрочипа определяет это «выходное напряжение». (колеблется 32768 раз в секунду) и делит свою частоту, чтобы производить раз в секунду импульсы, которые приводят в действие двигатель, приводящий в действие шестерни. В часах с цифровым дисплеем вместо шестерен микросхема многократно делит частоту генератора для управления сегментами часов, минут и секунд (как показано на иллюстрации ниже).

Иллюстрация: Как кварцевый осциллятор приводит в действие цифровые часы с отображением часов и минут и мигающим двоеточием между ними («12:32»), указывающим прошедшие секунды. Осциллятор (желтый) вибрирует 32 768 раз в секунду. Двоичный делитель (синий, слева) делит это на два 15 раз (так что 32768 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 = 1) для создания импульса с частотой 1 Гц (один в секунду), который управляет мигающим двоеточием. Сам сигнал 1 Гц от делителя делится на 60, чтобы получить минуты, и еще на 12, чтобы получить часы.Эти сигналы управляют серией драйверов (красный), которые приводят в действие сегменты цифрового дисплея. Иллюстрация из патента США 3 863 436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

В одной из ранних форм кварцевого генератора на кристалле кварца было установлено два набора электродов. Первый набор был подключен к входной цепи и подавал электричество на кристалл, заставляя его вибрировать. Когда кристалл вибрировал, он генерировал пьезоэлектрическое напряжение.Это обнаружил второй комплект электродов (заклинило к другой части того же кристалла) и подается на выходную цепь. Когда кварцевая технология была уменьшена для использования в компактных наручных часах, стало ясно, что меньшие размеры Были необходимы генераторы, а для двух пар электродов не хватило места. Вот почему современные осцилляторы используйте одну пару электродов как для стимуляции кристалла энергией, так и для обнаружения его колебаний.

Это все, что я вам скажу. Если вы хотите узнать больше, вы можете взглянуть на следующие источники.Имейте в виду, что они сложны, и их трудно понять, если у вас нет некоторых знаний в области электронной техники.

Дополнительная литература

Общие

• Кварцевый генератор: подробное введение из Википедии. Это одна из тех немного сбивающих с толку статей Википедии, которые могут иметь смысл только для людей, которые знают достаточно о предмете, чтобы написать статью. Тем не менее, это разумная отправная точка для дальнейших исследований.
• Хрустальные часы В.А. Marrison, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 16, No. 7 (15 июля 1930 г.), стр. 496–507. Одна из самых ранних работ по технологии кристаллов кварца, написанная одним из ее пионеров.

История

• Эволюция кварцевых хрустальных часов Уоррена А. Маррисона, Технический журнал Bell System, Vol. XXVII, pp. 510–588, 1948. Это превосходный, увлекательный, исчерпывающий и подробный документ, излагающий историю кварцевого хронометража.Но учтите, что это сложная статья из технического журнала. [Архивировано через Wayback Machine и доступно в различных других форматах на Интернет-архив.]
• Современные разработки точных часов А. Л. Лумиса (Лаборатория Лумиса) и В. А. Маррисона, IEE Electrical Engineering, Vol. 51, No. 2, февраль 1932 г. Еще один классический отчет из архивов двух ключевых пионеров. (Статья для подписки загружена в электронном виде в 2013 г.)
• Варианты и комбинации: изобретение и разработка технологий кварцевых часов в AT&T Шауль Кацир, Icon, Международный комитет по истории технологий (ICOHTEC), Vol.22 (2016), стр. 78–114. Подробный взгляд на то, как кварцевые часы были разработаны Уорреном Маррисоном и его коллегами.

Патенты

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

• О времени Адам Франк. Oneworld, 2013. Яркая история часов — от солнечных до квантовых.
• «Искаженное время» Клаудиа Хаммонд. HarperCollins, 2013. Как мы воспринимаем время — и правда ли, что наше чувство времени «все в уме»? По сути, научно-популярное руководство по психологии времени.
• История часов Эрика Брутона. Книжные продажи, 2004. Краткое введение в часы, древние и современные.
• Пип Пип: Взгляд со стороны на время Джея Гриффитса. HarperCollins, 2000. Как мы переживаем время по мере того, как проходит наша жизнь. Оригинальное, наводящее на размышления руководство о том, как время течет в нашей жизни и наоборот.

Статьи

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте:

• Патент США 3,863,436: твердотельные кварцевые часы Джека Шварцшильда и Раймонда Боксбергера, Timex. 4 февраля 1975 г. Этот относительно простой для понимания патент описывает типичные современные электронные часы с цифровым дисплеем. На рисунке 3 и сопроводительном тексте показано, как сигнал кварцевого генератора 32 768 Гц многократно разделяется микросхемой интегральной схемы на драйверы часов, минут и секунд, которые питают дисплей.
• Патент США 3,803,828: Подстройка резистора для кварцевого генератора Юджина Киллера и Роберта Шапиро, Timex. 16 апреля 1974 г. В этом более раннем патенте описана типичная схема «подстройки», с помощью которой кварцевый генератор может использоваться для питания часов с высокой точностью.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд, 2006, 2015. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2006/2015) Часы кварцевые.