Close
Наручные кварцевые часы: история развития. Часть 2

Наручные кварцевые часы: история развития. Часть 2

Начиная с 60-х годов прошлого столетия в ряде стран (Швейцария, Франция, США) велись работы по созданию малогабаритных кварцевых хронометров взамен кварцевых часов, построенных на ламповых схемах. Габариты и вес кварцевых часов удалось довести до таких минимальных размеров, что они стали выполнять функции переносных приборов времени.

Особое значение имели успехи, достигнутые в развитии техники микроминиатюризации радиоаппаратуры в полупроводниковой техники, в частности в области новых полупроводниковых приборов на туннельных диодах.

На этом фоне немаловажное значение имели открывавшиеся возможности в применений: а) автономных источников электропитания, обеспечивающих их автономную работу в течение длительного периода (до 1 года и более) и узлов электрической схемы, экономичных по потреблению тока; б) низкочастотных кварцевых осцилляторов (на частоте 10 кГц и ниже); в) схем температурной компенсации, где роль термозависящего реактивного элемента выполняет подстроечный конденсатор, ротор которого вращается при деформации биметаллической пластинки или спирали; г) высокоэкономичных синхронных и шаговых электродвигателей.

Первый кварцевый хронометр, собранный на туннельных диодах, был разработан и изготовлен в США в 1960 г. Р. Уоттерсом. Схема собрана на четырех туннельных диодах и на одном транзисторе. Шаговые электродвигатели в часовой технике заменили в электромеханических и электронно-механических приборах времени работу анкерных и храповых спусков для передачи импульсов на стрелку часов или на индикаторное устройство.

Эти функции стал выполнять шаговый двигатель. В этом случае исполнительное устройство не имеет кинематической связи с кварцевым осциллятором, и потому последний не расходует кинетической энергии для приведения в действие исполнительного механизма. Колебания осциллятора становятся более свободными, а ход часов — более точным и стабильным. Вращение выходного вала в этом электродвигателе носит дискретный (шаговый) характер.

На Швейцарской выставке образцов 1960 г. впервые экспонировались малогабаритные кварцевые часы швейцарской фирмы Patek Philippe. Они имели объем всего 830 см3, включая батарею источников питания. Габариты модели составляли 134 х 94 х 66 мм, а вес 3.5 кг. Точность хода порядка 10-6 (±0,1 с в сутки), температурный диапазон работы 4-36°. Источник питания — аккумуляторная батарея на 70 часов без подзарядки. Потребление тока 15 мВт. Напряжение источника питания 1.25 В постоянного тока. Электрическая схема была смонтирована по блочной системе на 14 транзисторах. Часы состояли из четырех блоков: кварцевого осциллятора, делителя частоты, усилителя и синхронного электродвигателя со стрелочным механизмом. Погрешность кварцевого осциллятора (имеющего температурную компенсацию) не превышала ±0,1 с в сутки в интервале изменения температуры от 0 до 50°.

Начиная с 60-х годов прошлого века малогабаритные кварцевые хронометры начали выпускаться в разных странах, при том не только радиотехническими фирмами, но и традиционными часовыми фирмами, занятыми изготовлением механических хронометров, такими, как Patek Philippe и Ulysse Nardin (Швейцария), Hamilton (США), Lip (Франция) и т. д. Они нашли применение в ряде областей науки и техники. На Базельской выставке в 1961 г. был представлен электронный хронометр с периодом колебаний 0.5 с. Прибор предназначен для морского флота. Основным элементом хронометра является транзисторная схема с кварцем и микродвигателем. Размер часов составлял 200 х 150 мм.

Центральной электронной лабораторией (США) в 1961 г. был создан хронометр с точностью хода ±5 с в год. Хронометр, как и все кварцевые часы того времени, был выполнен на основе кварцевого осциллятора с собственной частотой 100 кГц. Делитель частоты был собран на трех туннельных диодах. На выходе делителя получалось напряжения со стабильной частотой 50 кГц, поступающие на питание синхронного двигателя. Питание схемы осуществлялось от батарейки, имеющей размеры элемента для карманного электрического фонаря. Работа туннельных диодов отличалась высокой стабильностью, а вся схема обладает малой чувствительностью к температурным колебаниям.

Немного позже двумя швейцарскими фирмами Ulysse Nardin и Ebauches был создан кварцевый морской хронометр габаритом 250 х 180 х 130 мм с приводом стрелочного механизма от синхронного двигателя с самопуском. Этими же фирмами был выпущен также малогабаритный морской хронометр (200 х 150 х 150 мм) с миниатюрным шаговым двигателем, обеспечивающим полминутные скачки секундной стрелки.

И в том же 1962 году, японская компания Seiko продемонстрировала модель QC-OTV4 — первые кварцевые часы для домашнего использования. В 1963 году кварцевые часы от Ulysse-Nardin и ESA получили специальный приз как наиболее точный прибор с объемом корпуса менее 1 литра. И в этом же году на открытии прямой линии телефонной связи между Вашингтоном, Берлином и Москвой Канслер Вилли Бранд подарил Президенту Кеннеди копию первых электронных часов Patek Philippe, выпущенных в 1956 году.

Наиболее малогабаритный морской кварцевый хронометр выпустила фирма Longines в 1964 году. Размеры его составляли всего 104 х 72 х 82 мм, т.е. объем менее 200 см. куб. — рекорд миниатюризации в те времена. В этом устройстве примеялся кварцевый осциллятор с частотой 12 кГц, снабженный специальной схемой термокомпенсации. Делитель частоты состоял из предварительного делителя с каскадом деления на 5 и двух параллельных каналов с коэффициентами деления соответственно 5.5 и 6.4. С выхода делителя частоты поступали сигналы времени с частотой 96 и 100 Гц, а сигнал с частотой 4 Гц, снимаемый с выхода схемы совпадения, подавался на шаговый двигатель стрелочного механизма. Хронометр Longines даже по нынешним стандартам обладает большой точностью хода. При постоянной температуре +20° С он обеспечивает отклонение суточного хода-в пределах ±0.005 с, а в диапазоне температур от 4 до 36° С отклонение хода не превышает ±0.1 с.

16 ноября 1965 года компания Longines показала первые кварцевые часы в категории с объемом менее 19.64 см. куб. Это было первое кварцевое устройство для измерения времени, которое имело настоящие карманные размеры. В силу новизны конструкции модель не отличалась особой точностью — отклонение составляло 0.01 секунды в сутки.

21 декабря 1966 года первые карманные кварцевые часы представила компания Seiko, а буквально через несколько дней (31 декабря) аналогичное устройство показали фирмы Ebauches S.A. и Longines-Golay.

В 1967 году в Observatoire de Neuchatel были протестированы первые наручные кварцевые часы производства компаний Seiko и C.E.H. Модель Seiko показала суточное отклонение всего на 0.004 секунды.

Первые кварцевые наручные часы - Seiko Quartz Astron

В 1970 году компания Intel (США) произвела первый микропроцессор, собранный на едином кремниевом чипе. Серийный выпуск кварцевых наручных часов начали сразе пять компаний: Seiko (Quartz Astron, 35SQ), Longines (Ultraquartz, 6512), CEH (Beta-21), Girard Perregeaux (GP 350) и Hamilton (Pulsar).

Первые кварцевые наручные часы - Seiko Quartz Astron

Через год компания Microma Universal (США) закончила разработку устройства QTM 0001, в котором были кварцевый кристал, делитель частоты и шаговый двигатель, которые могли использоваться в механических часах.

А в 1973 году состоялась официальная презентация первых кварцевых часов, полночтью произведенных во Франции. Ими стали модели Lip R032 и Montrelec Q400. И с тех пор производство кварцевых часов, как для гражданского, так и для военного использования приобрело промышленные масштабы.